动车组电传动概论

1、动车组传动与控制动车组传动与控制 第一章第一章 绪论绪论主讲：宋雷鸣第一节、动车组牵引供电及传动的组成和作用第一节、动车组牵引供电及传动的组成和作用1、供电系统2、传动系统3、动车组辅助供电 辅助供电系统是指除为牵引动力系统之外的所有需要用电力的负载设备提供电能的系统，包括辅助供电系统和蓄电池系统第一节、动车组牵引供电及传动的组成和作用第一节、动车组牵引供电及传动的组成和作用主变压器变流器牵引电动机控制箱保护、检测系统等牵引变电所 接触网受电弓等第一节、动车组牵引供电及传动的组成及作用第一节、动车组牵引供电及传动的组成及作用变电站接触网牵引电流再生电流(制动)受电弓主变压器变流器牵引电机辅 助

2、 供 电第二节、动车组牵引供电接触网、受电弓第二节、动车组牵引供电接触网、受电弓一、一、 接触网接触网 接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的动车组不间断地供应电能。但接触网与一般的输电线路不同，它必须架设在铁路线路的正上方，动车组利用顶部的受电弓与接触网接触而获得电能。因此，在电力动车组走行的线路都必须架设接触网。 由于接触网是露天设置，受着各种恶劣气象条件的影响，其工作状态又是随着动车组的运行而变化，而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复杂，对它的要求也非常严格。一、一、 接触网接触网一)、接触网的构成动车组实际上是一个边受流边行驶的移动负荷。为

3、了保证不间断地供给动车组电能，就必须使动车组的受电弓与接触网的接触导线在动车组行驶时有良好的接触，为此，对接触网的结构有特殊的要求。接触网的主要组成如下。1接触悬挂部分 包括承力索、接触导线、吊弦、中心锚结、补偿装置等2支持装置 用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递给支柱或桥隧等大型建筑物 3支柱与基础一、一、 接触网接触网二)、接触网的性能要求 接触网设备应具备的性能要求：1有足够的强度，保证接触网具有稳定性；2在恶劣的气象条件下保证列车在规定的速度运行时能良好地受流；3对各导线和支持结构、零部件及绝缘子等应当采取有效的防腐蚀和防污秽技术措施，以保持整个接触网设备的良好状态；4接触悬挂的

4、各项技术性能应满足受电弓与接触导线在滑动接触摩擦时可靠地工作的要求，使用寿命应尽可能的延长； 5各类支持结构和零部件应力求轻巧耐用，做到标准化并具有互换性，便于施工和维修保养，发生事故时也便于抢修，为迅速恢复供电创造条件；6接触导线和安装在接触导线上的有关设备要有良好的平滑度和耐磨性能，接触导线不应有不平直的小弯及悬挂零件等形成的硬点，以免受电弓与其发生碰撞，造成受电弓和接触导线的机械损伤和电弧烧伤一、一、 接触网接触网二、二、 高速受电弓高速受电弓一）、高速受电的特点及要求一）、高速受电的特点及要求1高速受电特点目前世界各国的最高运行速度在200km/h以上的高速列车，除英国的HST高速列车

5、由内燃动车组牵引外，其余均采用电力牵引。与常速列车的电力牵引相比较，高速列车电力牵引受电的主要特点如下。（1）接触网与受电弓的波动特性。高速列车的行驶速度较常速列车高得多，因而受电弓沿接触导线移动的速度大大加快，这就使接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响； （2）高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动态力也是影响高速受电的一个重要因素；（3）受电弓从接触网大功率受电问题。高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力和加大噪音，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电问题。 高速列车的受电

6、是通过受电弓与接触网的接触导线紧密接触而实现的，因而受电是否正常直接取决于接触网受电弓系统的技术状态。接触网受电弓系统工作可靠是确保高速动力车良好取流的根本条件 二、高速受电弓二、高速受电弓二、高速受电弓二、高速受电弓2对高速受电的接触网的要求由于接触网的接触导线是一根具有弹性的导线，受电弓也是一个弹性体，故而两者构成的是一个相互接触的弹性系统。对高速受电用的接触网应有更高的要求：（1）在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保证正常供电；（2）应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力；（3）对接触网的结构和布置应有更高的要求；（4）在接触网的接触悬挂方面，目前在常速列车供电中采用的弹性半补

7、偿链形悬挂和弹性全补偿链形悬挂已不能适应高速列车的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。 3对高速受电的受电弓的要求用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求：（1）受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常速受电弓更为可靠的连续电接触。其接触压力不能过大或过小。（2）与常速受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，以保证与接触网有可靠的电接触 （3）由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。（4）滑板的材料

8、、性状和尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。（5）要求受电弓在其工作高度范围内升降弓时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降弓时受电弓对接触网和底架有过大的冲击载荷。 二、高速受电弓二、高速受电弓二、高速受电弓二、高速受电弓PS200A型受电弓（日本） 二、高速受电弓二、高速受电弓 MADE型受电弓 (法国）二、高速受电弓二、高速受电弓 DSP250型受电弓第二节第二节 传动系统传动系统一）系统组成、原理、分类二二.电力机车的分类电力机车的分类 及发展1.按用途分客运电力机车、货运电力机车、客货两用电力机车 2.按机车动轴数不同分 四轴、六

9、轴、八轴等电力机车。一般动轴数较多的电力机车用作货运机车，动轴数较少的电力机车用作客运机车。 3.按传动形式不同分个别传动的电力机车、组合传动的电力机车 4.按供电电流制-传动型式不同分直直型电力机车、交直型整流器电力机车、交直交型电力机车、交交型电力机车。3.电力牵引的特点和优越性 1.功率大 按每轴功率来说，电力机车已超过750kW，最高已达到1350kW，较好的内燃机车的每轴功率为440580 kW。 2.速度高 目前，客运电力机车运行速度已可达到250km/h，货运电力机车也可达到120km/h。 3.效率高蒸汽机车的平均热效率为810，内燃机车的平均效率为25左右，电力牵引的效率可达

10、到60.70。4.过载能力强 电力牵引的优越性：电力牵引的优越性： 1.运输能力强有资料表明，1条电气化铁路的运输能力，相当于 1.5条内燃机车或3条蒸汽机车牵引铁路的运输能力。2.经济效果显著有资料表明，电力机车牵引万吨公里能耗仅为内 燃机车牵引的2/3，为蒸汽机车牵引的1/3。3.能源利用合理4.劳动条件好5.加强了行车安全6.有利于实现城乡电气化 5.电力牵引的发展状况 国外电力牵引的发展：国外电力牵引的发展： 电力牵引自1879年5月，由德国西门子和哈尔斯克公司展出了世界第一条长约300m的电气化铁路以来，已有一百多年的历史了。60年代中期晶闸管相控机车开始问世，至今交流供电-直流牵引

11、的直流传动技术已完全成熟。晶闸管的发明使制造大功率机车用逆变器变为现实。80年代初西德率先成功研制了交直交电力机车，目前世界先进国家新造的大功率电力机车几乎都采用了三相交流传动技术，单轴功率达到1000-1600kW。在250-300km/h及其以上的高速领域，交流传动的电动车组独领风骚，在140-220km/h的快速客货运输领域，交直型电力机车（或其它直流传动机车）也正在被三相交流传动技术所取代。 0系列新干线于1964年投入正式运营，是世界高速高速火车的起点。首列0系列火车运营于东京和新大阪之间。这一型号的车最高时速为220公里。 1000系列是新干线车辆的原型。从1961年到1962年，

12、有六辆这样的车在不同的厂家被生产出来。他们有两种组合模式： Set A: 1001 + 1002； Set B: 1003 + 1004 + 1005 + 1006。其中数字表示车的编号。 每一列6节车厢的Win350型新干线最初建造于1992年，其目的是测试从东海道到大阪之间开行时速高于350公里的高速列车的可行性。本来其名字是500X，但为了纪念350公里每小时的速度，改称了现在的名字。它的特点是流线型的外腔，大面积的外壁能起到反射从集电器上传来的高速风流。 E1型新干线是日本MAX新干线中的一种。这种车有几种不同的型号：M5，M2，Max-Asahi。每组车编排了12节车厢，最高时速为2

13、40公里。在1994年7月，E1max进如运营状态，所谓max是指Multi amenity express，强调的是娱乐和舒适性。1999年12月后，东北新干线上的E1换成了E4系列。 Thalys是继欧洲之星之后第二个真正意义上的国际高速列车。它运行于巴黎布鲁塞尔阿姆斯特丹科隆间。它实际上是法国TGV的改进型，有186mph(300km/h)运营速度。 Nouvelle Generation（下一代TGV） 目前，法国正在加紧其第四代TGV的研究和开发，相信在不久的将来将有超过360km/h(225mph)的列车用于商业运行。当然，许多问题需要解决，比如车轮气流扰动和噪音控制等等。Nouv

14、elle Generation TGV将被设计达到这个速度。另外，还有被用于研究空气动力学的MX100概念车，以及用于既有线路（非高速线路）的P-01等。 德国ICE的试验车 ICE的全称是Inter City Express，即城际快车。其实在它刚发展的时候，名字叫做Inter city Experimental train。德国的高速铁路利用了原有线路，所以火车平均速度不是很快（相对法日而言），德国传统铁路营运时速原来就有200公里，在1991年配合汉诺威乌兹堡间全长327公里和曼海姆斯图加特107公里高速铁路竣工，ICE高速列车开始进行商业运转，其最高营运时速可达280 公里。 ICE的

15、第三代，2000年正式投入运营。ICE-3对其先辈进行了根本性的改造，拥有更快的运行速度，其构造速度330km/h，持续速度300km/h，属于动力分散式。ICE-3由八辆车组成，共16个动轮，相当于ICE-2动力的两倍。 我国电力牵引的发展：我国电力牵引的发展： 我国的电气化铁路从1958年开始筹建，1961年8月15日宝鸡凤州段91km 电气化铁路通车。经历近50 年的不懈努力，我国的电气化铁路得到迅速发展，电气化里程2001年末已达到了17000多 km ，跃居亚洲第一，世界第三，电气化率为24。到2005年底，电气化里程已达到20000km，电气化率达到30左右，到2010年，电气化里

16、程将达到26000km ，电气化率达到40左右。1958年中国成功地生产出第一台电力机车，从采用引燃管整流器到硅整流器，机车性能不断改进和提高，到1976年制成韶山l型（SS1型）131号时已基本定型。成为中国电气化铁路干线的首批主型机车。 1978年研制成功的SS3型机车，不仅改善了牵引性能，还把机车的小时功率从4200kW提高到4800kW，成为中国第二种主型电力机车。 1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机车，它是国产电力机车中功率最大的一种（6400kW），已成为中国重载货运的主型机车。以后又陆续研制成功了SS5、SS6和SS7型电力机车。1994年研制成功了时速为160km的准

17、高速四轴电力机车等。至此，中国干线电力机车已基本形成了4、6、8轴和3200kW、4800kW和6400kW功率系列的电力机车型谱 。 1999 年，中国株洲电力机车厂生产出第一台时速超过200km的DDJ1型“子弹头”电力机车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高速列车的行列。我国交流传动机车的发展也正在起步，计划用10年的时间实现牵引动力从交直传动到交流传动转换，使生产货运单轴功率1000kW1200kW、客运单轴功率1200kW 1400kW的电力机车成为主流车。这对实现我国铁路重载、高速运输的跨越式发展目标将进一步起到积极的推动作用，将更显示电气化铁路运输的优越性。 SS1型机车： S

18、S1型电力机车是我国研制生产的首型电力机车，是交-直6轴客货两用电力机车，机车持续功率3780kW，最高速度90km/h，通过最小半径125m，计算质量138t。属于有级调速电力机车。 SS3型机车： SS3型电力机车是株洲电力机车工厂于1978年设计研制的交-直6轴客货两用大功率干线电力机车，是我国电力机车第二代产品。1989年大批量生产。机车持续功率4350kW，最高速度100km/h，具有较宽的恒功率调速范围，通过最小半径125m，计算质量138t。属于变压器低压侧级间无级调速电力机车。随着晶闸管相控调压技术在电力机车上的应用日趋成熟，按标准化、系列化的要求对SS3型进行了技术改进， 1

19、992年以后开始批量生产，通称SS3B。SS3B型电力机车全长约21m，小时制总功率4800kW，最高速度100km/h，起动牵引力490kN，持续牵引力361.7 kN。SS3B机车采用大功率硅整流管和晶闸管组成的桥式全波整流电路，晶闸管相控平滑调压及采用恒流、准恒速限压控制，使机车具有无级加速特性，从而起动平稳、加速度大 SS4型机车： SS4型电力机车是株洲电力机车工厂于1985年设计研制的交-直8轴货运大功率干线电力机车。机车持续功率6400kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量292t。实现无级调速。经过一段时间运用，制造厂对该车作了系列改进，SS40159以后

20、的机车成为SS4改进型（简称SS4改）机车。SS4改型电力机车是我国第三代电力机车的前驱产品，是在SS4型机车技术的基础上改进而成的8轴重载货运电力机车，93年起投入批量生产。该型机车遵循我国电力机车标准化、系列化、简统化的设计原则，大量应用了当时国外8K、6K、8G等机车的先进技术。 SS6型机车： SS6型电力机车是株洲电力机车工厂在SS3型基础上吸收国外机车的先进技术而设计制造的交-直6轴客货两用大功率干线电力机车，1991年批量生产。机车持续功率4800kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量138t。采用两段桥相控无级调速方法。SS6B型电力机车是根据铁道部“关于

21、开展机车机车简统化、系列化工作”的精神，较多地采用和吸收了SS4型及SS6型机车技术，以相控机车成熟的技术和经验为基础，由株洲电力机车工厂、株洲电力机车研究所共同设计研制，是我国干线相控6轴电力机车简统化、标准化系列机型。机车持续功率4800kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量138t SS7型机车： SS7型电力机车是大同机车工厂、株洲电力机车研究所、成都机车工厂等共同设计研制的交-直6轴客货两用电力机车。机车吸收消化了8K、6K、8G机车的先进技术，机车持续功率4800kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量138t。近几年又陆续研制出SS7C、

22、SS7D、SS7E客运机车。 SS8型机车： SS8型准高速4轴客运电力机车由株洲电力机车工厂、株洲电力机车研究所共同设计研制，1995年4月出厂，机车持续功率3600kW，最高速度177km/h，计算质量88t。SS8型机车首次在国产机车上采用微机控制代替电子模拟控制。 SS9型电力机车 SS9型电力机车是在SS8型电力机车基础上研制开发的6轴准高速客运电力机车。与SS8机车相比，牵引功率高、牵引力更大，在牵引长大编组的旅客列车方面更具优越性。该型车两台样车于1999年1月出厂赴段进行运行考核，同年11月完成并通过整车型式试验，2000年2月通过了部科技司科技成果鉴定。 8K型机车： 8K型

23、电力机车是1986年从欧洲进口的干线交-直8轴货运重载电力机车。由五十赫兹集团专门为中国铁路设计制造，机车持续功率6400kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量292t。 8G型机车： 8G型电力机车是1987年从前苏联进口的干线交-直8轴货运重载电力机车。由诺沃挈尔卡斯克电力机车厂设计制造，机车持续功率6400kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量292t 6K型机车： 6K型电力机车是1987年日本“三菱电机”和“川崎重工”联合设计生产的交-直6轴相控客货运电力机车。机车持续功率4800kW，最高速度100km/h，通过最小半径125m，计算质量

24、138t。6K型电力机车是日本人开创了把微机控制技术引入电力机车设计制造领域的先河。使电力机车技术进入一个斩新的时代。 6G型机车： 6G型电力机车是法国阿尔斯通公司1972年为我国设计制造的干线交-直6轴客货运电力机车。机车持续功率5100kW，最高速度112km/h，通过最小半径125m，计算质量292t。 DJ型交流传动电力机车： DJ型交流传动高速客运电力机车于2000年6月在株洲电力机车厂诞生。该车采用了国内外多项先进技术，是国内目前单轴功率最大，技术最先进，达到国际90年代先进水平的交流传动高速电力机车。 DJ2型(奥星)交流传动电力机车： “奥星”（DJ2）型交流传动电力机车是我

25、国第一台具有自主知识产权的商用交流传动电力机车。 “中华之星”高速交流传动动力车 时速270km/h的“中华之星”高速交流传动动力车是在“九五”国家科技攻关项目-交流传动动力车和国产化交流传动客运电力机车的基础上，吸取了国际上多项先进技术，而研制的我国第一列具有自主知识产权的动力集中式高速动力车。 总体设计采用了高集成化、模块化设计技术。设备布置采用了当今世界上交流机车动车流行的设备布置方式，即贯通式中间走廊，斜对称设备布置，包厢式司机操纵台。 DJJ1（蓝箭）型动车组 “蓝箭”（DJJ1）交流传动电动车组是为广深线运输需求而开发研制的200km/h速度等级的动车组，主要用于广州深圳城际间高速

26、客运。其动力车及控制车司机室和列车控制电气设备由工厂研制。第一台“蓝箭”交流传动电动车组动力车于2000年9月3日竣工剪彩，12月由此动力车牵引的动力车组通过了环形线和广深线安全评估试验，最高线路试验速度达到了236km/h。该动车组的研制成功，为我国研制更高速度等级的高速列车积累了宝贵的经验。 “中原之星”交流动车组 160km/h动力分散型交流传动电动车组是为了满足人们对舒适、快捷的旅客运输越来越高的要求而诞生的。该电动动车组具有先进、可靠、快捷、舒适、环保、节能以及方便维护等特点，同时该动车组还具备较好的动力性能，能为旅客提供较好的旅行环境，方便铁路部门组织运营等一系列优点。 该动车组的

27、编组在考虑确保各车辆重量均衡的前提下，结合国内研制的牵引变流设备的容量，采用动力分散方式。该动车组在牵引功率、动力配置和控制方式上都与地铁车辆相同。全列车由两个完全相同的动力单元组成，主传动系统采用交直交传动方式。 TM1伊朗动车组 TM1型电力机车用于伊朗首都德黑兰至梅赫沙之间的城郊客运，它与双层客车联挂组成动车组，推挽运行，其编组方式为L+10T+L。机车主电路采用三段不等分半控桥电路，采用晶闸管进行磁场削弱，能无级调节机车速度。机车采用微机控制，牵引和电阻制动具有恒流准恒速控制特性，机车具有远距离重联控制功能。转向架采用电机空心轴架承式传动，牵引装置为平拉杆结构。机车空气制动采用DK-1

28、电空制动机，机车ATP系统采用TVM300装置。机车上安装有列车供电逆变电源，向列车供电，机车上安装有列车广播装置，列车门控装置，轴温报警装置。 DDJ1型电动车组： 200km/h电动旅客列车组是“九五”国家简单科技项目（攻关）之一，动力车于99年5月成功研制，9月正式投入广深线商业运行，是我国首列商用型高速动车组。其动力车以SS8型和TM1型机车为基础，吸收了其他高速技术而制造。 电力机车按供电电流制-传动型式分为四类：1直流供电-直流牵引电动机的直直型电力机车；2交流供电-直（脉）流牵引电动机的交直型电力机车；3交流供电-变流器环节-三相交流异步电动机的交直交型电力机车4交流供电-变频环

29、节-三相交流同步电动机的交交型电力机车。变电站接触网牵引电流再生电流(制动)受电弓主变压器变流器直流电机第二节第二节 传动系统传动系统变电站接触网牵引电流再生电流(制动)受电弓主变压器变流器直流电机变电站接触网牵引电流再生电流(制动)受电弓主变压器变流器逆变器驱动电机交直流交直交流交交流直直型电力机车工作原理直直型电力机车工作原理 直流电力机车使用的是直流电源和直流串励牵引电动机，目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。工作过程为：机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QD，启动电阻R向四台直流牵引电动机M1M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。四台牵引电动机接通电源后

30、即行旋转，把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。 1.机车结构简单，造价低，经济性好。 2.采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能 好，调速方便。 3.控制简单，运行可靠。 4.供电效率低。 5.基建投资大。 6.效率低，有级调速。 直流电力机车的基本特点 交直型电力机车工作原理交直型电力机车工作原理 整流器电力机车系交直型电力机车，将接触网供给的单相工频交流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流电转换为直流电，然后向直流(脉流)牵引供电动机供电,从而产生牵引力牵引列车运行。 交直交型电力机车工作原理交直交型电力机车工作原理 交直交型电力机车

31、属于交流传动机车。由逆变器供电，机车和动车组采用交流异步电动机做牵引动力。机车在工作时，受电弓将网压引入机车变压器降压后送入整流电路，将交流电转换为直流电，经滤波器平滑处脉动后，送入逆变器，将直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电，经平波电抗器，供给三相异步牵引电动机，实现牵引运行。在这个系统中，机车先将电网的交流能量转换为直流能量，然后进一步转换成电压和频率可调的交流能量。交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。 交直交型电力机车工作原理交流传动系统采用三相交流鼠笼式感应电机。三相异步电机与直流

32、电机相比具有很多优点： 结构简单，可靠性高，维护少，价格低，易于制造； 功率大，效率高，重量轻；目前，世界上最大的直流牵引电机功率为1000kW，而交流牵引电机功率，已达到1800kW。 无换向引起的电气损耗和机械损耗，无环火引起的故障； 耐振动、冲击的性能较好； 耐风雪，多尘，潮湿等恶劣环境； 具有可持续的大起动牵引力； 过载能力强(仅受定子绕组热时间常数的影响)； 转速高，功率/重量比高，有利于电机悬挂； 转矩速度特性较陡，可抑制空转，提高粘着利用率；在几台电机并联时，不会发生单台电机空转现象； 第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统TS隔离开关；HS主断路器；ND滤

33、波电抗器；NK滤波电容器；TR主变压器；ZSS列车汇流母线；4QS四象限变流器；SK吸收电路；WR电机侧逆变器；MVD电动机串联电抗器；FM牵引电动机；DG1转向架1；DG2转向架2 vehicleDriveWheelRailGearBoxTMODC-linklinemotorsidesideMCSupply&LineBRCHLCTRAHVCICFConvertersBogiePower supplyTraction chainVehicleVehicle controlLine converter controlMotor converter control第二节第二节 传动系统传动

34、系统 从牵引系统关系链图可以看出牵引系统经过受电弓从电网上获取电压，经主变压器（TRA）和高压控制箱（HVC），从主变压器的牵引线圈进入变流器箱，经网侧逆变器（LC）将主变压器牵引线圈输出的交流电压转换成直流连接电压（1860V），然后经DC过电压斩波器给电机逆变器（MC）供电，MC将直流电压转变为3相交流电压，来带动交流异步牵引电机（TMO），经齿轮变速箱给带动轮子行走。HVC、TRA、和LC由网侧控制单元检测控制。CH、MC、TMO和齿轮变速箱由电机控制单元检测控制。整个系统都经过列车网络控制。其中1个电机逆变器带动2个电机，在1个转向架上。这是一个真正的链条，如果其中一个环节出现问题或不

35、工作，则整个系统受损害 第二节第二节 传动系统传动系统动车组供电牵引系统发展概况 日本从1964年首条高速线开通以来，动车组从0系发展到700系，从直流传动发展到交流传动，运营速度从210hdh到300kmh，一直坚持动力分散模式。法、德两国原先一直推祟动力集中牵引的动车组模式。法国以直流传动速度260kmh起步，经过同步电机传动，第三代实现三相交流异步传动高速动车组，而下一代的A G V动车组改用动力分散式，速度320360kmh。德国ICEl、ICE2高速动车组率先采用交流异步电机传动，实现280kmh的运营速度，并一再焙耀动力集中式动车组的高超技术。然而ICE3新一代高速动车组也转而采用

36、动力分散方式(2M2T)。可见，开发300kmh以上高速动车组采用动力分散是目前世界的发展趋势。第二节第二节 传动系统传动系统 早期的电力牵引传动系统均采用交一直传动，用直流电动机驱动。采用抽头切换，间断控制或可控硅连续相位控制技术进行调速。无论是日本0系，100系，200系还是法国TGVP和意大利的ETR450均采用直流牵引电机，继承了传统的交一直牵引传动系统技术。由于直流电动机的单位功率重量较大，直流牵引电动机一般不超过500kW，使高速列车既要大功率驱动又要求减轻轴重，特别是减轻簧下部分质量，形成难以克服的矛盾。 到上世纪80年代末90年代初，高速列车开始采用交流电动机驱动。并存在两种不

37、同的技术路线，即交流同步电机和交流异步电机。法国选择了自换相三相同步牵引电动机，把单台电机功率提高到1100kW，从而在TGV-A上用8台交流牵引电机，代替TGV-P上的12台直流牵引电机，将列车功率由6800kW提高到8800kW。运行速度由270kmh提高到300km/h，列车重量由418t增加到479t，列车定员由368人增加到485人 第二节第二节 传动系统传动系统 TGV-A采用GT0晶闸管逆变器，同步电动机加上辅助设备的重量比TGV-P的直流电动机增加30kg，而功率却增加了一倍。 日本和德国则与法国不同，它们采用异步牵引电动机驱动。同步牵引电动机结构上虽然比直流牵引电动机简单，但

38、它仍有滑环及电枢绕组。而异步电动机中的鼠笼型感应电机(简称异步电机)，转子用硅钢片叠压，用裸铜条作为导体，无滑环等磨耗装置。结构简单，可靠，体积小，重量轻，可实现电机无维修。 鉴于逆变器技术和交流电机控制技术的进步为采用异步牵引动机驱动提供了条件。因此交一直一交传动并采用异步电机驱动是高速列车牵引传动系统的发展主流。 第二节第二节 传动系统传动系统 大功率交直交传动系统性能的提高与电力半导体器件的发展密切相关，电力半导体器件的特性决定了变流装置的性能、体积、重量和价格。从铁道牵引的角度看，理想的电力半导体器件应是：断态时能够承受高电压，通态时可流过大电流且通态压降小，可在通态和断态之间进行快速

39、切换，即开关频率高，损耗小，易于控制。应用于铁道牵引的电力半导体器件大致经历了晶闸管、GTO、IGBT三个发展阶段。新干线高速列车电传动技术的发展与电力半导体技术的发展紧密相关，60年代初研制的0系高速列车，限于当时的电力半导体器件水平，只能采用牵引变压器次边抽头，二级管整流调压方式。到80年代，大功率晶闸管应用技术成熟，新研制的200、100系、400系高速列车，均采用相控调压方式。进入90年代，在电力牵引领域，交流传动开始取代直流传动，加之大功率GTO元件的应用，使得电压型交流传动技术在该领域中占据了主导地位。因此，新研制的300系、500系、700系，E1、E2、E3、E4等高速列车均采

40、用了交流传动技术。 第二节第二节 传动系统传动系统 随着新型大功率半导体器件(诸如IGBT、IPM)的出现，E2和700系高速列车牵引变流器开始采用IGBT或IPM器件，进一步改善了传动系统性能。 第二节第二节 传动系统传动系统三）动车组牵引传动系统布置 列车牵引动力系统有主变压器、变流器、逆变器等各种动力设备，除此之外，还有空调机，空压机，各种风机，蓄电池，辅助逆变器等多种辅助设备。因此，在考虑列车动力配置的同时，必须考虑这些设备的布置。 M MM MT TTTT TT TMMM ME EE EM MM M动力分散型动力集中型第二节第二节 传动系统传动系统 目前世界上高速电动车组有两种牵引方

41、式：动力分散方式和动力集中方式。前者以日本为代表；后者以法国为代表，列车头尾各有一台动力车，中间为中间车。如果动力不够，靠近动力车的个间车转向架，亦装有牵引电动机。这种动力布置方式实质上是传统机车牵引方式的变型，欧洲主要采用这种方式。 动力集中设置的特点在于集中在头车的动力设备便于检修和集中通风冷却，同时使拖车少负担动力设备的重量和噪声干扰。 动力分散布置：将全列车分为若干个动力单元，在每一个动力单元中带牵引电机的驱动轴(动力轴)分散布置在单元的每一个或部份车轴上，更重要的是将传动系统的各个动力设备也分散地设置在各个车辆底下，而不占用任何一辆车厢 第二节第二节 传动系统传动系统 动力分散型动车

42、组轴重小，牵引动力大，启动加速快，驱动动轴多，粘着性能比较稳定，容易实现高速运转；其动力设备均可安装于地板底下，所有车辆(包括头车和中间车)均可成为客车使用，这样可提高列车定员。以新干线300系为例，其额定功率为12000kw，启动加速牵引力可达到360kN，每吨启动加速牵引力可达到05kN，由启动加速到250kmh速度的时间仅需215s、走行96km。新干线300系每米定员为329人，超过TGVA的204人和ICE的185人。基于这种特点，动力分散型动车组比较适合铁路路基松软、站距较短的日本等国家。40年来，日本始终坚持动力分散电动车组，从0系到700系，一直不变，取得辉煌成绩。之所以取得这

43、样大的成绩，主要缘于：(1)轮轨作用力小，牵引、制动性能良好。(2)采用交流传动(300系开始)。(3)部件轻量化。(4)采取了减小运行阻力和噪声的措施。 第二节第二节 传动系统传动系统 动力集中型动车组为世界许多国家广泛采用。其运行速度也可达到330kmh，在现行国内电气化铁路的技术条件下，动力集中型动车组完全能满足目前和今后很长一段时间铁路运营需要。动力集中型动车组技术成熟，编组较动力分散型动车组更为灵活。另外，在成本方面，动力集中型两端为动力车，设备集中，动力设备数量少，在车内环境方面，动力集中型驱动装置集中在两端，远离旅客坐位，噪声小，动力分散型驱动设备分布在车下，有一定的振动影响。

44、可从如下的几个方面来分析动力集中与动力分散之间的特点： 1牵引总功率和轴功率第二节第二节 传动系统传动系统2、最大轴重和簧下质量 3粘着利用 4制动 5制造成本 6维修费用 第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统M3TbMc1M1Tp1Mc2M2Tp2GIUGIAROETR470.001 BA C1ETR470.201 BB1ETR470.501 RA1 四方动车组最高运营速度为200km/h，最高试验速度为250km/h，动车组牵引总功率4800kW。定员载荷的动车组平直道上的启动加速度为0.406m/s2；200km/h运行时，其剩余加速度不小于0.1m/s2。动车组

45、损失25%的动力时，平直道上的平均速度可大于200km/h。动车组在风速15m/s逆风下也可进行正常的营业运行。 第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统设备设备功能功能受电弓DSA-350 S 从25 kV电源中采集必要的电能来驱动列车。25 kV避雷器保护高压设备（25kV）免受高架线过电压的影响。BVAC断路器和接地设备BVAC是列车主断路器，用来与列车上方的25 kV接触网进行连通和断路。主断路器（联络开关） 连通和断开25 kV线路，组合两个牵引单元。主变压器将25kV电源转

46、换为驱动电气牵引设备和辅助设施所需电压。25 kV电压传感器可测量由受电弓采集的电压。第二节第二节 传动系统传动系统动车组高压设备牵引变压器初级绕组上的电流传感器可测量牵引变压器初级绕组所吸收的电流，并提供差动保护。接触网电流传感器可测量25 kV接触网侧的电流。感应器100 Hz谐振滤波器与滤波器的电容器一起对不需要的谐波进行过滤。4象限牵引变流器和逆变器转换由主变压器提供的电功率并驱动牵引电机。制动电阻器在过分相时的电气制动阶段将牵引电机产生的能量转换为热能。第二节第二节 传动系统传动系统牵引电机通过一个万向轴向转向架的动力轴传递牵引力。140KVA辅助变流器将2.3kV线路电压转换为特定

47、辅助设施所需的380 V三相电压。 加热子系统的变压器将1.5kV交流电压转换为加热器所需的220V交流电源电压。加热子系统和电池充电器的变压器将1.5kV交流电压转换为加热器（220V交流）和电池充电器（450V交流）所需的电源电压。25kV旋转式接头（车顶线）可对TTP车25 kV顶线与TTPB车进行连接。第二节第二节 传动系统传动系统2.3kV接地断路器可进行2.3kV电路的接地。1.5kV接地断路器可进行1.5kV电路的接地。单极断路器1750A，4000V可对TTP车上的2.3 kV线路进行断路单极接触器400A，1800V或400A，1500V可对TTP车上的1.5 kV线路进行断

48、路熔断器在过电流或短路时保护由2.3kV和1.5kV线路供电的设备。电流传感器TA 100A可控制2.3kV线路地线回路电缆上的电流。显示器通过灯显示2.3 kV线路上有电压。第二节第二节 传动系统传动系统图5.11司机室配电盘信息显示第二节第二节 传动系统传动系统第二节第二节 传动系统传动系统四、动车组牵引特性及控制策略 图3和图4分别为icE和TGV Eurostar机车的牵引特性曲线，它们代表了两种不同的设计思想。其中ice机车的牵引特性曲线具有一定的普遍意义。当速度低于约92kmh时，机车输出淮恒力矩，92kmh后，进入恒功区。由于在92kmh速度点，变流器输出满电压，实际上属于大牵引

49、电机小变流器方式。具有这种牵引性能的机车在整个速度范围内其牵引力较大，加速性能较好不仅适合于客运，同时也适合货运。相比较而言，TGV EMrostar机车的牵引特性曲线就显得有些不一般。该曲线共分成4段：(1)低速启动时有较大的牵引力； (2)23kmh一115kmh之间输出力矩随速度的增加而迅速下降；3115kmh一200kmh之间机车保持较平的力矩特性； (4)200 kmh一300 kmh之间机车输出恒功率。 第二节第二节 传动系统传动系统 这种牵引特性具有如下一些特点： (1)启动力矩大，但由于时间较短，牵引电机不容易过热因此短时的大启动力短对牵引电机的设计要求没有提高。(2)力矩随速

50、度迅速下降，牵引电机的电流也迅速下降。由于TGV机车是高速客运机车，因此在中速区不需要太大的牵引力。 (3)电动机的颠覆力矩按机车的最高速度设计，虽然牵引电机的功率较大，但由于机车恒功区较窄，电动机的用铁量较少，因此有别于一般的大电机小变流器方案，牵引电机质量反而大大减小。TGV Eurostar机车的最大输出轴功率为1100 kw其牵引电机的质量赂大于U，从而使机车的轴重维持在17t左右。 (4)机车进入恒功区前需通过改变变流器的输出电压才能达到控制电机输出特性的目的。因此在恒功区前运行时，变流器工作在分额工况，开关损耗增大，但由于负载电流的下降，导通损耗下降，总的损耗不会增加大大。 第二节第二节 传动系统传动系统 机车的牵引特性曲线通常被分成恒力矩和恒功区。恒力矩是通过控制变流器的输出u/f实现的；恒功通常是调频不调压，牵引电机工作在磁场削弱状态，在恒力矩区与恒功区的交点，变流器输出为满电压，即为VVVF的终点。 假定恒转矩区的终点速度为v1，恒功区的终点速度为v2，当VVVF终点速度vvlv2时牵引电机的质量最小；终点速度的设定直接影响电力机车的牵引性能以及变流器、牵引电机和控制装置的设计。一般终点速度取大于v1时，可以减少牵引电机的最大磁通，从而减少铁心的尺寸和质量，使牵引电机的质量更小；但启动电流相对增大，对变流器所使