动车组传动与控制

1、动车组传动与控制(1)电力牵引高速列车的供电、牵引传动系统，包括从变电站到列车受电弓在内的 供电部分和动车组本身的传动系统。(2)动车组的传动方式主要包括交一直传动 方式和交一直一交、交一交的传动方式交流传动系统是指由各种变流器供电的异步或同步电动机作为动力的机车 或动车组传动系统目前变流器主要有直接式变流器(即交一交变流器)和带有中间直流环节的 间接式变流器(即交一直一交变流器)两大类交一直一交牵引传动系统主要是由受电弓(包括高压电器设备)、牵引变压 器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统等组成。交一直一交牵引传动系统构成说明：受电弓将接触网的AC25KV单相工频交

2、流电输送给牵引变压器，经变压器降压后的单相交流电供给脉冲整流器，脉冲整 流器将单相交流电变换成直流电经中间直流电路将直流电输出给牵引变流器，牵 引逆变器输出电压、电流、频率可控的三相交流电供给三相异步牵引电动机，牵 引电机轴端输出的转矩与转速通过齿轮传动传递给轮对，转换成轮缘牵引力和线 速度。列车牵引运行是将电能转换成机械能，能量变换与传递的途径：接触网一高 压电器一牵引变压器一脉冲整流器一中间直流环节一牵引逆变器一牵引电动机一 齿轮传动一轮对再生制动运行是将机械能转换成电能，能量变换与传递的途径: 轮对一齿轮传动一牵引电动机一牵引逆变器一中间直流环节一脉冲整流器一牵引 变压器一高压电器一接触

3、网。高压电器设备完成从接触网到牵引变压器的接通与断开。主要包括：受电弓、 主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等；完成供电系统的接入与断开 控制、网测电流检测、保护等功能，不参与能量的转换。牵引变压器用来把接触网上取得的25KV高压电变换为供给牵引变流器及电 动机、电器工作所适应的电压，其工作原理与普通电力变压器相同。脉冲整流器是牵引传动系统的电源侧变流器，列车牵引时作为整流器，再 生制动时作为逆变器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。牵引逆变器是牵引传动系统的电动机驱动侧变流器，列车牵引时作为逆变器，再生制动时作为整流器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换高速列车采用转子磁场

4、定向矢量控制技术和直接转矩控制技术实现对逆变 器的PWM控制。逆变器一一牵引电机的驱动控制技术，是牵引传动控制系统的核心技术。高速电动车组有两种牵引方式：动力分散方式和动力集中方式。列车牵引动力系统包括主变压器、变流器、逆变器、空压机、各种风机、 蓄电池、辅助逆变器高速动车组采用的就是交流传动系统，其牵引电机采用的是三相交流异步 电机。交流传动系统的优点：1有良好的牵引性能2电网功率因数高、谐波干扰 小3单位质量体积的牵引功率大4动态性能和粘着利用好高速动车组牵引传动系统采用的新技术主要表现在几个方面：1新型全控电 力电子器件的应用2牵引变流器PWM控制技术3列车驱动控制技术图15的牵引特性曲

5、线具有一定的普遍意义。当速度低于92km/h时，机 车输出准恒力矩；当速度高于92km/h后，进入恒功区。由于在92km/h速度点， 变流器输出满电压，因此机车的颠覆力矩设定在最高速度点，实际上属于大牵引 电机小变流器方式。具有这种牵引性能的机车或动车组在整个速度范围内其牵引 较大加速性能较好，不仅适合于客运，同时也适合货运。图16的牵引曲线分为 4段：(1)低速启动时有较大的牵引力(2)23_115km/h之间输出力矩随速度的增 加而迅速下降(3)115_200km/h之间保持较平的力矩特性(4)200_300km/h之 间输出恒功率。这种牵引特性具有的一些特点：(1)启动力矩大，但由于时间

6、较 短，牵引电机不容易过热。(2)力矩随速度迅速下降，牵引电机的电流也迅速下 降。由于该特性的牵引动力车是为高速客运设计，因此在中速区不需要太大的牵 引力。(3)虽然该牵引电机的功率较大，但由于恒功区较窄，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少。(4) 负载电流下降，导通损耗下降，总的损耗不会增加太大。（19 ）机电系统一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设 备和电源组成。（20）机电传动系统示意图：电源一控制设备一电动机（电源一电动机）一传 动工作机构21变压器每个2次绕组连接一台主变流器。22变压器是利用电磁感应的基本原理，实现电

7、压、电流和阻抗变换的重要设备。（21）变压器按交流电源的相数分可以分为单相和三相变压器、按用途不同分 为：电力变压器、电焊变压器、自耦变压器、仪用变压器、控制变压器、电源变 压器、脉冲变压器。24.牵引变压器也叫主变压器，位于动车组底架上。作用： 一将列车供电系统与接触网相隔离、二将电网电压转换成适当的电压供列车电气 系统使用、三是提供滤波，保护手段等，为列车提供安全、可靠、高质量的电力。25.CRH2型动车组牵引变压器特点：为壳式结构（线圈在铁芯里面）、车体下吊 挂、油循环强迫风冷方式。具有1个原边绕组、2个牵引绕组、一个辅助绕组、具 有温度继电器、油流指示器实时状态监控。实现了小型化，轻量

8、化。26.牵引电 动机通过发电机，反馈电能通过牵引变压器。27.电枢磁场 电枢磁动势：当电机 有负载、电枢绕组中有电流通过时，该电流也会在电机中产生磁场，称为电枢磁 场。载流的电枢绕组也会产生磁动势，称为电枢磁动势。28.高速列车牵引特性：（1）低速区牵引力恒定或随速度升高而略有下降，要与高速列车的黏着特性随速 度的变化趋势相适应。（2）牵引力比大功率机车的牵引力明显减少。（3）高速区 为恒功率曲线，牵引力随速度升高而呈双曲线关系下降。（4）正常轨面状态下， 启动时及低速范围的牵引力低于黏着限制曲线较多。（5）在正线运行时（坡道12%。） 不会出现全功率低速持续运行的工况。交交一直一交牵引传动

9、系统的组成：主要由受电弓（包括高压电器设备）、 牵引变压器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统 等组成。以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为 恒转矩调速和恒功率调速矢量控制技术，也称磁场定向控制技术。它通过坐标变换，把交流电机的定 子电流分解成转矩分量和励磁分量。32 .交流电机主要分为异步电动机（即感应 电机）和同步电机两大类。列车牵引功率主要与列车运行最高速度、列车质量、最高速度时的列车运行 阻力和剩余加速度、齿轮传动效率、牵引电机效率有关动力牵引的特性的特点：1启动力矩大，但由于时间较短，牵引电机不容易 过热。2力矩随速度迅速下降，牵

10、引电机的电流也迅速下降3电动机的颠覆力矩按 最高速度设计，虽然牵引电机功率较大，但由于恒功区较窄，电动机用铁量较少， 因此有区别于一般大电机小变流方案，牵引电机质量反而大大减小，4动力牵引车 进入恒功区前，需通过改变变流器输出电压才能达到控制电机输出特性的目的33.到目前为止，VVVF调速控制的发展，大体分为3个阶段：（1）普通功能型控 制方式的通用变频器。（2）高功能型的转差频率控制；（3）高性能矢量控制或直 接力矩控制。34.鼠笼三相异步电动机启动方法有两种直接启动和降压启动38.动力牵引车的牵引特性曲线通常被分为恒力矩区和恒功区。列车牵引功率主要与列车运行最高速度、列车质量、最高速度时的

11、列车运行 阻力和剩余加速度、齿轮传动效率、牵引电机效率有关列车牵引网络控制系统的基本构成及其作用。答：列车牵引网络控制系统划分为列车级、车辆级和传动级。列车级完成列车 的综合信息管理和控制决策，给出与列车有关的给定目标和控制策略。列车级控 制由列车网络层主司机室的列车控制单元担当。车辆级的主要任务是监测和管理车辆单元内的设备，接收列车级发来的牵引指 令，决策车辆单元的控制策略、优化控制目标、协调控制行为、运行监控和性能 评估等，实施主体是车辆控制单元。传动级完成传动过程各种物理量和状态开关值的数据采集、数据处理、逻辑控 制、调节控制、状态监测与诊断、故障保护、数据通信等功能，具体控制网测高 压回路、网测变流器、电机测逆变器和辅助电源。由牵引控制单元具体实施。 42.CRH2动车组采用交一直一交传动系统牵引工况：受电弓将接触网AC25KV单相 工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器