电力牵引传动系统

1、1. IO01.1电力牵引的特点o2. 电力机车的传动方式22.1直-直流传动32.2交-直流传动32.3直一交流传动32.4交-直-交流传动43. 我国机车电传动技术的发展与现状43.1交-直传动技术的发展43.2交流传动技术的发展64. 动车组的牵引传动系统的现状75. 电力牵引传动系境网侧原理图91-概述1.1电力牵引的特点电力机车屈非自带能源式机车，电力牵引具有一系列燃牵引所不员的优越 性，表现在以下几方面：1、电力机车的助率大燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能11大。 而电力机车不受上述条件的限制，机车助率（或单位重量功率）要大得多，目前 轴功率已达100

2、0KW （若交流牵弓I电动机可达1600kW ）o 一台电力机车的車引能 力相当于1.5台（或更名一些）滋机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动 快、允许速度高，所以能够名应快胞，极提高了线路的通过能力和输送能力。2、电力机车的效率高由干电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用 率要比燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%,由水电站供电 的电力牵引则更高，可这60%以上。而滋牵引的效率约为25%左右，而目柴油 价格较贵，有燃烧排朋污染。3、电力机车的U载能力強机车在起动列车或牵引列车通过限制披道时，其过载能力具有很大的恿义。 由于电力机车的过颈能力不会受到

3、能源哄给的限制，而牵引电动机的IsWilft能 力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为燃机车的1 /2, U 而能舉提髙列车速度。4、电力机车的运营费用较低（1）率大、起动快、运行速度高、il载能力強、可以名拉快胞；（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；（3）检修周期长、日常绒护保养工作量也小。一般悄况下，电力牵引的运営费用比燃牵引要K15%J右。此外，由于电力机车运行过程中不污染坏境，对干大里跌胳枢纽站及隧道长 而名的线路而言，其恿义重大。可修编（1）对通讯方面所带来的谐波干扰间题；（2）相控调压所引起的功率因数较低的冋題;（3）离不开牵引变电所和接融啊等沿线的

4、供电设备，使其机动性较差，且 线路电气化投资较大。一般在客货运输特别繁忙的主要铁干线，线路玻道便、隧道名2长的山区鉄 路干线，大运量的集中运煤专线，适宜呆用电力牵引。2. 电力机车的传动方浅电力牵引传动系貌基本原理如图2-1所示，电力机车通11受电耳与接触网相 接触来获取电能，直接从接触啊获取的电能是电圧为25KV,频率50Hz的工频单 相交爲电，此电压等级和頫率等还不能满足电力机车牵引传动的需要。电力机车 上连安装有主变压器将高压电变换为巾压电再传送给牵引传动调速系统（动车组 牵引传动调速设备主要为牵引变流器），牵引传动训速系貌通过改变电压大曲fi 流传动时）或者交流电颐率（交流传动时）来改

5、变牵引电机的转速。图2-1轨道交通车稱电力传动方式按接触网和車引电动机所呆用的电流制进行分类，分为：（1 ）直一直流传动；（2 ）交一直流传动；（3）直一交流传动；（4）交一直-交流传动。可修编-2.1直-直浦传动直流牵引电机可修编由直流接触网供电，机车采用貞流牵引电机。直流电经直流变换器（DC-DC ） 向直（脉）流牵引电机（ft电。2.2交-直浦传动由交流接电，机车果用直流牵引电机。交流电经整流器整流为直流电, 向直（脉）流牵引电机俱电。交流接触网整流器CCCCIIDSJ55I牵引变压器直流牵引电机2.3直-交浦传动由直流接触网佻电，机车采用交流牵引电机。直流电经晶闸管或其他新里电力电子器

6、件构成的逆变器将直流电转换为可调压、变頫的三相交流电，再向交流 車引电机供电。直流接触网逆变器交流牵引电机2.4交-直交流传动由交流接触网俱电，车辆果用交流牵引电机。交流电经整流器整流为直流电 （巾间直流坏节），再经逆变器將貞渣电转换为可调压、变频的三相交流电，向 交流牵引电机（ft电。交流接触网整流器牵引变压器交流 牵引电机逆变器3. 我国机车电传动技术的发展与现状3.1交-直传动技术的发展1958年底，我国试制出第1台干线电力机车，即6Y1里电力机车。6Y1里电力机车是以前朕H60塑干线交直流传动电力机车为样板，按照中国铁路规进 行研制的。由于当时大助率电力电子器件尚未成霖,可用的整流器件

7、是引燃管。 6Y1里电力机车经鉄科院坏形鉄道运行试验后，于1962年前后共试制了 5台样 车投人宝凤线试运行。但是，由于一些重要设备（调压开关、牵引电机等）一直存 在技术和质量间题，尤其是引燃管整流器难以这到实际运用要求，因IH6Y1型电 力机车未能投人批量生产。協着我国电力电子工业的发展，大功率整流二枚管开 始进人到工程实用阶13,为机车电传动技术的发展提供了必要条件。正是在这样 的技术背景下，在6Y1里电力机车基础上，我国第1代有级调压、交-直传动电 力机车一SSI塑电力机车T 1968年试制成功，1969年开始批量生产，到1988 年止，共生产826台，使我国机车电传动技术进人到交-直传

8、动时期。可腔型器件一晶闸管的岀观，使机车电传动技术聘上了一个新台阶。SS3 型电力机车正是作为我国Hl车电传动技术由二股管整流有级调压到相控无级调 压的第2代交-直传动客货用电力机车。1978年底，由株洲电力机车厂和株洲电 力机车研究所共同研制成功。SS3里电力机车主电路采用牵引变压器低压侧測压 开关分级与晶闸管级间相腔调压相结合的平滑调压调速技术，使机车获得良好的 调速性能。I®着大助率晶阿管性能的提高，相控技术成熟应用到机车电传动领域，其代 表车型为SS4里电力机车°SS4型机车是1985年开发的相控无级调压、交-直传 9 8 «|重我货运电力Hl车，是我国相

9、腔机车的“代表作”，与后续开发的SS5、 SS6、SS7、SS8及SS9塑电力机车一起，枸成我国晶洌管相控调压、交-直传动 的系列产晶。该型机车由2节完全相同的4轴电力机车通过重朕坏节连接组成， 毎节车为一个完整系貌，经过实际应用和吸收消化国外8K、6K、8G型等机车的 先进技术，做过几次重夫改进，使机车性能和质量得到显著提高，成为我国干线 货运主型机车。3.2交浦传动技术的发展为追踪世界新型“交-貞-交”电力机车新技术，更为了满足社会经济发展的 要求，推动珈道交通装备技术进步，我国研究、应用交流传动技术，经历了技术 探索（理论认识与基硏开发）、引进应用（X2000动车组）、合作研制（“蓝箭”

10、动 车组和NJ1滋调车等）、自主开发几个阶段。上世纪70年代，我国开始研究交流 电传动系统的基础技术；80年代完成了中等助率交流电传动系统的试验研究； 90年代初研制了 1Mw大功率变流系鋭并促» AC4000 lg里机车的研制与组装; 90年代中期相继启动高性能交流传动控制技术、大助率GTO牵引变流器工程化、 助率IGBT牵引变流器、大功率异步牵引电机等一系列核心技术的攻关工程，取 得了丰硕成果，并于本世纪初开始装车应用。2001年9月我国自行研制成功200km/h “奥星”交流传动电力机车，同年 10月时速200km/h的“蓝箭”号在广深筑投人使用；2001年Q研制成助果用交 流

11、传动技术ftl 200km/h的“先锋”号及160km/h的“中原之星”动力分散型电动 车组。U 2006年开始，我国分别从日本、德国、法国等国引进先进技术，并 消化吸收及国产化，成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列- C R H 系列动车组，它们均堀干强动力分散系动车组，这些血预示着机车性能的深 刻变革，因而成为今后我国电力机车的发展方向。铁路运输作为我国中长距离，大运量、安全、低耗、坏保、快捷的运输形式 已成为交通运输It系中的重要组成部分，在国民经济中占有非常重要的地位。尤 其是铁路客运，运能不足的矛暗已经非常突岀，鉄路族客运綸现状己成为制约国 民经济发展的ffiSo我国引进国外

12、动车组:CRHI,CRH2,CRH3和CRH5;为了我国髙 速铁路事业实观聘越式发展，按照“全面引进技术，朕合设it生产，打造中国品 牌”的原则引进国外先进、成一熟、经济、适用、可靠的设计、制造技术,为满 足我国铁路客运专线和既有线提速族客运输要求，实现我国铁路动车组制造业的 现代化。4. 动车组的牵引传动系统的现状牵引技术的现状可从以下五个方面来看：(1) 牵引传动制式。牵引传动制式分为直流传动制式和交爲传动*|式。目 前我国干SIU3使用的电力机车的以直流传动制式为主，交流传动机车虽然已经 有了运用，但在电力牵引动力中所占的比重很小。由于交流传动机车性能的优越 性，国外的主要机车生产商早已

13、停止了直流传动机车的生产，基本上都是果用交 流传动方式的牵引技术。找国铁路牵引的交流传动技术应用才则啊开始，技术上 远未这到成熟的程度。(2) 动力配置方式。按牵引动力配置方式可以分为动力集中方式和动力分 散方式。动力集中方式就是传统的机车牵引方式，这是我国目前电力牵引的主要 模式，也是我国鉄胳运用比较成熟的牵引模式。动力分散里动车组是日本首侨的， 动力分散方式是城市地铁牵引模式的进化和发展，是一种发展迅速的牵引模式。 朋洲国家近年来也纷纷采用动力分散型动车组的模式。目前我国也已经有了这种 牵引模式的动车组，如“中原之星”动车组，“先锋”号动车组以及CRH系列动 车组，但无论在技术上还是在运用

14、管理上都只是网呦起步。(3) 运行速度等级。我国已经有了 120km/h员以下等级、160km/h等级、 200km / h等级.250km/h等级以及300km / h的电力机车或动力分散型动车组。 160km/h员其以下等级的机车在技术上已经比较成熟，也有了较为成熟的运用 和管理经騎；但对T 250km / h K其以上等级机车的应用才洌啊开始，技术上也 还不够成熟。（4）车我牵引功率。车我功率可以从总功率和单轴助率两个方面来看：我 国頁流传动机车的车裁总功率最大为6400kW（SS4塑机车），单轴功率最大为 900kW（SS8型机车）；交说传动机车的车教总功率最大为7200kw（SSJ3

15、型机车）， 单轴助率最大为1200kW（ “中华之星”动车组）。作为单轴1200kW的交流传动机 车来说，已经这到了较高的水平，只是在技术上还不够成熟。（5）牵引腔制系统。我国鉄路机车已经普遍果用攒机作为牵引控制系统， 但在直流传动机车上的有相当数量的模拥电子腔制系貌。动车组上已经开始使用 列车和车IB的通信网络实现控制和信息交换,初步形成了分布式控制的雏形。（i 目前还没有我们自己的、成熟可靠的徼机控斟系统产品，控制啊络的应用尚侍完 善。以上诸方面的关系是相互交叉和相容的。根据上述分析，可以说我国跌路在 牵引的技术方面已经基本这到或接近国麻先进水平，只是在技术的成熟度和产晶 的可靠性方面需要

16、进一步提高。总的来说目前在牵引系貌方面，“中华之星”和 “先鋒”号动车组的技术含量相当高，已经试验运行了 50名JJ km，有很多经验 可以借鉴，而作为中国鉄路第兀次大提速上线运行的动车组一和谐号动车组的 技术，可以作为我国牵引动力技术最高水平的代表。交流传动电力机车具有如下优齋良好的牵引性能:合理的利用系统的调压、调频特性,可以实现宽围的平 滑调速，另外调节调频特II能使机车和动车组启动时发岀较大启动转矩。（2）电网功率因数高、谐波干扰小:在交直交电力机车和动车组上,其电源剧变流器可以果用ei象限脉冲整流器，它通apwm控翎方法，可以调节电网输入 电爲的相位,使所取电流接近正眩波形,并能在广泛的负敎围使机车和动车组的 功率因数接ifi于1,这在减少湘通信信号的谐波干扰方面和充分利用电网的传输 功率方面部有很大的意义。另外，四象限脉冲整流器能很方便地实现牵引和再生 之间的能量转换，取得显普的节能效果。(3) 牵引系统功率大、体枳小、重量轻、运行可靠:由于异步牵引电动机转速 可jj 4000 r/min,利用了直流电动机换向器所占的空间，所以交流电动机能舉做 到助率大、重量轻,与带换向器的直流(脉流)电动机相比，其单位质量助率(kW/ 棺)是直流电动Hl的3倍。在列车车体提侯的空间围，异步电动机的助率可以这 到1400