城轨车辆牵引传动及其控制系统试题及答案

城轨车辆牵引传动及其控制系统第1次作业

(注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中

心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。)

本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下：

一、单项选择题(只有一个选项正确，共23道小题)

1.加大机车的轴重，可以()每轴牵引力。

(A)提高

(B)降低

正确答案：A

解答参考：

2.干燥清洁的动轮踏面与钢轨表面的粘着系数()

(A)高

(B)低

正确答案：A

解答参考：

3.冰雪天气或小雨使轨面轻微潮湿时轨面粘着系数()

(A)高

(B)低

正确答案：A

解答参考：

4.大雨冲刷、雨后生成薄锈使粘着系数()

(A)增大

(B)减小

正确答案：A

解答参考：

5.油垢使轨面粘着系数()

(A)增大

(B)减小

正确答案：B

解答参考：

6.

车轮直径大，压强小，粘着系数().

(A)大

(B)小

正确答案：A

解答参考：

7.粘着系数随轴重的增大而()

(A)增大

(B)减小

正确答案：B

解答参考：

8.粘着系数随机车运行速度的增加而()

(A)增大

(B).减小

正确答案：B

解答参考：

9.钢轨越软或道祚的下沉量越大，粘着系数越(

(A)大

(B)小

正确答案：B

解答参考：

10.在相同的条件下，交流电机与直流电机相比，()更容易发生空转。

(A)交流电机

(B)直流电机

正确答案：B

解答参考：

11.以下制动方式中，()属于粘着制动。

(A)闸瓦制动

(B)涡流轨道制动

正确答案：A

解答参考：

12.以下制动方式中，()属于粘着制动。

(A)盘形制动

(B)涡流轨道制动

正确答案：A

解答参^∙:

13.以下制动方式中，()属于粘着制动。

(A)空电联合制动

(B)涡流轨道制动

正确答案：A

解答参考：

14.以下制动方式中，()属于粘着制动。

(A)动力制动

(B)涡流轨道制动

正确答案：A

解答参考：

15.以下制动方式中，()属于非粘着制动。

(A)闸瓦制动

(B)涡流轨道制动

正确答案：B

解答参考：

16.以下制动方式中，()属于非粘着制动。

(A)闸瓦制动

(B)磁轨制动

正确答案：B

解答参考：

17.以下制动方式中，()属于非粘着制动。

(A)动力制动

(B)翼板制动

正确答案：B

解答参考：

18.在地铁车辆的空电联合制动方式中，()优先制动。

(A)空气制动

(B)电制动

正确答案：B

解答参考：

19.当机车处于制动工况时，电机处于()状态。

(A)发电

(B)电动

正确答案：A

解答参考：

20.机车制动时，将制动转化出来的电能通过发热电阻消耗掉的电制动方式为

()。

(A)电阻制动

(B)再生制动

正确答案：A

解答参考：

21.机车制动时，将制动转化出来的电能反馈回电网的电制动方式为()。

(A)电阻制动

(B)再生制动

正确答案：B

解答参考：

22.粘着控制中是一个粘着控制系统控制整辆动车的方式为()。

(A)集中控制

(B)分散控制

正确答案：A

解答参考：

23.粘着控制中是每一个动轴单独控制的方式为()。

(A)集中控制

(B)分散控制

正确答案：B

解答参考：

三、判断题(判断正误，共12道小题)

24.车钩牵引力与轮周牵引力都是机车牵引力，二者大小相同。()

正确答案：说法错误

解答参考：

25.粘着力与物理学中的静摩擦力是一样的.()

正确答案：说法错误

解答参

26.加大机车的轴重，可以提高每轴牵引力。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

27.干燥清洁的动轮踏面与钢轨表面的粘着系数高。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

28.冰雪天气或小雨使轨面轻微潮湿时轨面粘着系数高。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

29.大雨冲刷、雨后生成薄锈使粘着系数增大。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

30.油垢使轨面粘着系数减小。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

31.粘着系数随轴重的增大而减小。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

32.粘着系数随机车运行速度的增加而增大。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

33.钢轨越软或道昨的下沉量越大，粘着系数越大。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

34.在机车轴重转移的情况下，减载量最多的轮对可能首先发生空转,从而导致机车所有轮对空

转。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

35.在地铁车辆的空电联合制动方式中，空气制动优先制动。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中

心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。）

四、主观题（共39道小题）

36.交流调速传动发展的过程大致分为哪几个方向？

参考答案：答：1）取代直流调速实现少维修、省力化为目标的高性能交流调速；

2）以节能为目的的，改恒速为调速，适用于通用机械的交流调速；

3）直流调速难以实现的特大容量、高电压、极高转速领域的交流调速。

37.

变频器分为哪些类型？

参考答案：答：1）交交变频器，又分电流型和电压型

2）交直交变频器，也分电流型和电压型

38.什么是粘着？什么是粘着力？什么是粘着系数？什么是可用粘着、可用粘着系数及计算粘着系

数？什么是粘着利用率？

参考答案：答：由于正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止的现象或轮轨接触的这

种状态称为“粘着”。粘着是一种现象、状态，粘着状态下的静摩擦力又称为粘着力。

粘着系数一一轮轨间传递（产生）的切向力与动轮对的正压力成正比，其比例常数称

为粘着系数。

可用粘着系数一一轮轨间实际存在的粘着,亦即可能达到的最大粘着,称为可用粘着。

最大可能的粘着力则对应轮周牵引力的峰值,与动轮对的正压力之比值称为可用粘着

系数。

计算粘着系数一一根据我国最近修订的新《牵规》规定，在大量试验的基础上，结合

运用经验根据平均值整理得到的各种车型的粘着系数公式。

粘着利用率一一在机车实际运用中，由于种种原因，能利用（能实现）的粘着总小于可

用粘着，能利用的粘着系数总小于可用粘着系数。两者的比值定义为粘着利用率。

39.

车钩牵引力与轮周牵引力之间有什么关系？

参考答案：由动轮轮周上作用力而产生的切向外力，称为轮周牵引力；

车钩牵引力（或称挽钩牵引力）是指机车用来牵引列车的牵引力，等于轮周牵引力减

去机车全部运行阻力。

40.轮周牵引力的产生必备的条件是什么？

参考答案：答：1）机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩；2）动轮与钢轨接触

并存在摩擦作用。

41.什么是蠕滑？什么是蠕滑率？

参考答案：答：在动轮正压力的作用下，轮轨接触处产生弹性变形，形成椭圆形的接

触面。从微观上看，两接触面是粗糙不平的。由于切向力F的作用，动轮在钢轨上

滚动时，车轮和钢轨的粗糙接触面产生新弹性变形，接触面间出现微量滑动，即“蠕

滑”。蠕滑率一一由于蠕滑的存在，牵引时动轮的滚动圆周速度将比其前进速度高。

这两种速度的差称为蠕滑速度，蠕滑大小的程度用无量纲的蠕滑率来表示。

42.

简述产生蠕滑的原因。

参考答案：蠕滑的产生是由于在车轮接触面的前部产生压缩，后部产生拉伸；而在钢

轨接触面的前部产生拉伸，后部产生压缩。车轮上被压缩的金属，在接触表面的前部

与钢轨被拉伸的金属相接触。随着动轮的滚动，车轮上原来被压缩的金属陆续放松，

并被拉伸，而钢轨上原来被拉伸的金属陆续被压缩，因而在接触面的后部出现滑动。

43.简述粘着控制的必要性以及粘着控制的实质。

参考答案：必要性：

(1)没有粘着控制系统的轨道车辆动车只能靠其自然特性运行，难以运用到粘着极

限，即使短时达到高的牵引力，也难以维持，因为轮对空转随时可能发生，因此只能

远离粘着极限使用。

(2)在车辆制动时，若无防滑行保护，一旦制动力大于轮轨粘着极限，就会出现滑

行，将导致轮对擦伤，制动距离增加。

(3)直流传动系统大多采用串励直流牵引电动机，机械特性为很软的双曲线，所以

不利于空转的自恢复，一旦空转发生，要依靠粘着控制系统造成短时的硬特性，适时

恢复粘着，以提高动车的粘着利用。

(4)从机械特性上讲，采用交流传动的轨道交通车辆并非自然具有高粘着性能。所

有的交流动车都是依靠粘着控制系统来保证粘着特性的

因此，在车辆的控制系统中一般都设置粘着控制系给--防空转与防滑行保护系统，

使轮轨粘着运用到接近最大值而不超过，或稍有超过立即拉回来，从而使车辆的平均

粘着利用率提高，也就是提高了平均牵引力。

粘着控制的实质是蠕滑率控制。即使机车在接近牵引力的峰值工作时，使机车能利用

的粘着系数接近可用粘着系数。

44.分析产生''抱死"和''滑行"的原因？

参考答案：车辆在制动时，当制动力过大，以至于破坏了粘着，使轮对“抱死”，结

果造成“滑行”。

45.简述影响可用粘着的因素

参考答案：(1)动轮踏面与钢轨表面状态

(2)车轮直径

(3)轴重

(4)机车速度

(5)线路质量

46.简述提高粘着性能的措施

参考答案：1)提高可用粘着系数

(1)撒砂及喷射陶瓷粒子

(2)踏面清扫闸瓦，保持踏面干净

2)提高粘着利用率

(1)机车轴重转移小

(2)速度增加时，机车的垂向振动及蛇形振动尽可能小，即运行平稳。

（3）机车各车轮直径差尽可能小

（4）车轴驱动系统具有足够大的扭转刚度。

（5）采用交流传动。

（6）机车采用径向转向架，使曲线粘降得到大幅度的改善。

（7）粘着控制，使机车在接近可用粘着的情况下工作。

47.简述空转趋势识别的具体步骤

参考答案：步骤：

D求轮周加速度和轮周速度二次微分；

2）如果加速度大于零，则有空转可能；

3）如果轮周速度二次微分值大于零，则有空转趋势。

48.

简述目前常见几种的现代粘着控制方法

参考答案：现代粘着控制方法可分为蠕滑速度法和粘着斜率法。

蠕滑速度法又分为直接法和间接法。

为了解决无法获得粘着斜率的问题，又出现相位移法和粘着系数导数法。

49.粘着与静力学中的静摩擦的区别是什么？

参考答案：答：1）实际上车轮和钢轨在很大的压力作用下都有变形，轮轨间实际是

椭圆面接触而非点接触，不存在理想的瞬时转动中心；

2）机车运行中不可避免地要发生冲击和各种振动，车轮踏面又是圆锥形，所以车轮

在钢轨上滚动的同时必然伴随微量的纵向和横向滑动。即实际不是纯粹的“静摩擦状

态”，而是“静中有微动”或“滚中有微滑”；

3）在运行过程中，由于牵引力和惯性力不是作用在同一水平面内，造成机车前后车

轮作用于钢轨的垂直载荷不均匀分配。所以，轮轨间纵向水平作用力的最大值实际上

与运动状态有关系，而且比物理上的“最大静摩擦力”要小得多。

50.什么是空转？空转的危害是什么？

参考答案：因驱动转矩过大，破坏粘着关系，使轮轨间出现相对滑动的现象，称为“空

转”。

动轮出现空转时，轮轨间只能依靠滑动摩擦力传递切向力，传递切向力的能力大大削

弱，同时造成动轮踏面和轨面的擦伤。因此，牵引运行应尽量防止出现动轮的空转。

51.空转的判据有哪些？

参考答案：1）蠕滑率判据：当轮对实际蠕滑率小于极限蠕滑率，认为车轮工况正常;

当轮对实际蠕滑率等于极限蠕滑率，则达到最优：而当轮对实际蠕滑率大于极限蠕滑

率，就认为此轮对将发生空转。

2）速度差判据：通过比较各个轴的转速且测定空转轴的线速度与机车参考速度的差

值，当差值大于一个空转阈值时，就可以判定该轮对是否发生空转。

3）加速度判据：如果当加速度大于某个阈值时便可以判定为空转。

4）加速度的微分判据：加速度的微分为零的时刻即是粘着系数最佳值；若轮周速度

二次微分值大于零，则有空转趋势。

5）电流差判据：当定子实际电流和基准电流的差大于某个阈值时，就可以判断此电

机驱动下的轮对发生了空转。

52.

空转的防止措施有哪些？

参考答案：1）主电路防空转设计

（1）牵引电动机全并联结构

（2）采用机械特性硬的牵引电动机

2）传动系统防空转设计

（1）采用单电机转向架传动系统

（2）机械走行部分采用低位牵引，以及采用合适的悬挂系统等措施

53.简述城市轨道交通车辆的运行特点

参考答案：1）与干线列车不同，城市轨道交通车辆的运行特点是站距短而旅行速度

较高。

2）城市轨道交通线中，地铁和高架线路站距约为0.8〜1.8kin,市郊线路站距约为

1~3kmo

3）由于站距短，需要频繁地启动和停靠，每站又需要30S左右的停站时间，但其

运行一般要求在最节约资源的条件下实现35〜40km/h的旅行速度。

54.

影响闸瓦制动的因素

参考答案：1）闸瓦压力

2）闸瓦和车轮踏面的摩擦系数

3）闸瓦材质是影响闸瓦摩擦系数的最重要的因素。

55.分析机车轮周牵引力的产生过程。

参考答案：答：由于轮轨间存在粘着，静止的动轮受驱动转矩的作用后，动轮上的0'

受到切向力和粘着力的作用。。点保持相对静止，作用在轮轴中心0点的力将使动

轮绕0'点转动，引起轴承对轮轴的水平反作用力。只要驱动转矩足够大，动轮即绕

瞬时转动中心转动，瞬时转动中心沿钢轨不断前移，车辆产生平移运动。

56.在粘着控制的最初阶段，粘着控制的主要方法是在空转和滑行发生后，通过削减电机转矩来实

现粘着利用，分析其一般过程。

参考答案：答：1）根据轮对间速度差，轮对的加速度及加速度的变化率，检测空转

或滑行的发生；

2）在检测到空转或滑行后，根据空转或滑行的程度，削减电动机转矩值并维持一定

时间，以消除空转或滑行；

3）在空转或滑行结束后，按一定时间常数的指数规律，逐渐的增加电动机转矩，直

至空转或滑行时电动机转矩值的80%；

4）在一定的时间内，保持电动机转矩不变；

5）如果在电动机转矩不变的时间内没有发生空转或滑行，则在保持时间结束以后，

按照一定时间常数的指数规律继续增加电动机转矩,直至达到司机手柄给出的电动机

转矩给定值。如果再次发生空转或滑行，则按照2）处理。

57.说明电阻制动的过程：。

参考答案：电路中的电流与电机感应电势方向相同,但转矩方向与电机旋转方向相反,

因此反方向的转矩就是制动力，仍受粘着力限制。

58.电气传动按照电机种类的不同，有（）、（）、

（）、（）等。

参考答案：直流电机传动，交流电机传动，步进电机传动，伺服电机传动

59.交流电动机与直流电动机相比，有（）、（）、（）等

优点，缺点是（）。

参考答案：结构简单，牢固，成本低廉，调速困难

60.变频器分为（）和（）两种类型,每种又分（）型和（）

型。

参考答案：交交变频器，交直交变频器，电流，电压

61.机车牵引力分（）和（）之分

参考答案：车钩牵引力，轮周牵引力

62.粘着状态下的静摩擦力又称为（）。

参考答案：粘着力

63.列车的制动根据用途分为两种（）和（）。

参考答案：常用制动，紧急制动

64.列车制动根据制动原理的不同，分为（）和（）两类。

参考答案：粘着制动，非粘着制动

65.粘着制动主要有（）、（）和（）以及（）

等形式。

参考答案：闸瓦制动，盘形制动，动力制动，电空联合制动

66.非粘着制动主要有（）、（）以及（）。

参考答案：涡流轨道制动，磁轨制动，气制动力制动

67.当前地铁车辆的制动方式主要是（）、（）和（）.

参考答案：空气制动，电制动，空电联合制动

68.电气制动分（）和（）两种。

参考答案：电阻制动，再生制动

69.机车制动时，将制动转化出来的电能通过发热电阻消耗掉的电制动方式为（），

而将电能反馈回电网的制动方式为（）。

参考答案：电阻制动，再生制动

70.闸瓦摩擦系数的影响因素主要包括（）、（）、

（）和（）。

参考答案：闸瓦的材质，列车的速度，闸瓦压强，制动初速度

71.粘着控制按控制类型分，有（）和（）两大类。按被控制对

象分，粘着控制有（）和（）两大类。

参考答案：校正型黏着控制，蠕滑率控制，集中控制，分散控制

72.因驱动转矩过大，破坏粘着关系，使轮轨间出现相对滑动的现象，称为（）

参考答案：空转

73.城市轨道车辆的平均运行速度与（）、（）、（）、

（）和（）有关。

参考答案：启动加速度，制动减速度，最高运行速度，站间距，站停持续时间

74.站停持续时间由（）、（）、（）和

（）组成。我国的站停持续时间一般为（）。

参考答案：列车进站停车时间，列车启动离站时间，乘客上下车时间，开关门时间,

40秒

城轨车辆牵引传动及其控制系统第2次作业

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录

成绩。在线只需提交客观题答案。）

本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下:

一、单项选择题(只有一个选项正确，共9道小题)

1.GTO是（)型器件。

(A)全控

(B)半控

正确答案：A

解答参考：

2.SCR是（)型器件。

(A)全控

(B)半控

正确答案：B

解答参考：

3.IGBT是()型器件。

(A)全控

(B)半控

正确答案：A

解答参考：

4.功率MOSFET是()型器件。

(A)全控

(B)半控

正确答案：A

解答参考：

5.定子坐标系是()。

(A)静止坐标系

(B)旋转坐标系

正确答案：A

解答参考：

6.转子坐标系是()。

(A)静止坐标系

(B)旋转坐标系

正确答案：B

解答参考：

7.基于定子电压和电流的磁链观测模型(u-i模型)适用于()范围.

（A）高速

（B）低速

（C）全速

正确答案：A

解答参考：

8.基于定子电流和转速的磁链观测模型（i-n模型）适用于（）范围。

（A）高速

（B）低速

（C）全速

正确答案：B

解答参考：

9.

基于定子电压电流和转速的磁链观测模型（u-i-n模型）适用于（）范围。

（A）高速

（B）低速

（C）全速

正确答案：C

解答参考：

三、判断题（判断正误，共10道小题）

10.交流电动机的磁通势矢量（定子磁链、转子磁链和合磁链），都在空间以同步速度旋转，彼此相对静止。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

11.定子坐标系是静止坐标系，转子坐标系是旋转坐标系。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

12.矢量控制需要进行复杂的坐标变换。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

13.圆形磁链轨迹控制相比六边形磁链轨迹控制，电机的转矩、转速脉动大。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

14.圆形磁链轨迹控制相比六边形磁链轨迹控制，计算量大。（）

正确答案：说法正确

解答参考:

15.圆形磁链轨迹控制相比六边形磁链轨迹控制，开关次数多，开关损耗大。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

16.直接转矩控制需要对定、转子磁链的夹角进行精确、平滑的控制。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

17.GTO可以通过门极既控制其导通又控制其关断。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

18.SCR可以通过门极既控制其导通乂控制其关断。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

19.GTO⅛SCR一样都是PNPN四层三端电流控制型器件。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录

成绩。在线只需提交客观题答案。）

四、主观题（共31道小题）

20.功率集成模块内部包括（）、（）、（）。

参考答案：功率开关IGBT,栅极控制电路，故障检测保护电路

21.IPM模块有四种封装形式：（），（），（）和

（）。

参考答案：单管封装，双管封装，六管封装，七管封装

22.IPM的自保护功能包括（）、（）、（）、

（）。

参考答案：控制电源欠压锁定，过热保护，过流保护，短路保护

23.为什么普通晶闸管是半控型器件，而GTO是全控型器件？

参考答案：普通晶闸管只能通过门极控制其导通不能控制其关断，因此是半控器件。但是GTO可

以通过门极既控制其导通又控制其关断，因此是全控器件。

24.GTo与SCR一样都是PNPN四层三端电流控制型器件，为什么GTO可以控制其关断，而SCR不行？

参考答案：因为SCR等效电路中的两只晶体管的放大系数比1大得多，通过导通时两只等效晶体

管的正反馈作用，使SCR的导通饱和很深，无法用门极负信号去关断阳极电流。而GTo的总放大

系数近似等于1,处于临界导通或浅饱和状态。因此可以用门极负信号去关断。

25.GTO的主要特性参数有哪些？

参考答案：1）可关断峰值电流2）关断时的阳极尖峰电压3）阳极电压上升率4）阳极电流上升

率

26.何为擎住效应？危害是什么？如何避免？

参考答案：由于IGBT的结构中内部存在一只NPN型寄生晶体管，当漏极电流大于规定的临界值

时，该寄生晶体管因有过高的正偏置被触发导通，使PNP管也饱和导通，结果IGBT的栅极失去

控制作用，这就是擎住效应。

IGBT发生擎住效应后漏极电流增大，造成过高的功耗，最后导致器件损坏。

避免措施：1）不使漏极电流超过临界值2）加大栅极电阻，延长IGBT的关断时间。

27.简述对IGBT栅控电路的基本要求

参考答案：1）提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断；2）提供足够大的

瞬时功率或瞬时电流，使IGBT能及时迅速建立栅控电场而导通；3）输入、输出延迟时间尽可能

小，以提高工作频率；4）输入、输出电气隔离性能足够高，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；5）

具有灵敏的过电流保护能力。

28.与传统的功率器件相比，IPM具有哪些优点？

参考答案：1）开关速度快2）低功耗3）快速的过流保护4）过热保护5）桥臂对管互锁6）抗干

扰能力强7）驱动电源欠压保护8）IPM内藏相关的外围电路9）无需采取防静电措施10）大大减

少了元件数目，体积相应减小。

29.按照基准旋转坐标系的取法不同，矢量控制系统分为两类。分别为按（）定向的矢量控制系统

和按（）定向的矢量控制系统。

参考答案：转子位置，磁通

30.要改善转矩控制性能，必须对定子电压或电流实施矢量控制，既控制（），又控制（）。

参考答案：大小，方向

31.矢量控制的关键是（）和（）之间的坐标变换，实现该变换的关键是找到两

坐标系之间的（）。

参考答案：静止坐标系，旋转坐标系，夹角

32.矢量变换必须遵循原则是1）变换前后的电流所产生的（）等效；2）变换前后两个系统电动机

（）不变。

参考答案：旋转磁场，功率

33.异步电机按磁通定向的矢量控制的原理中气隙磁链指（）通过气隙相互交链的那部分磁链。

参考答案：定转子

34.异步电机按磁通定向的矢量控制的原理中定子磁链指（）磁链与（）漏磁链的和

参考答案：气隙，定子

35.异步电机按磁通定向的矢量控制的原理中转子磁链指（）磁链与（）漏磁链的和

参考答案：气隙，转子

36.在直接转矩控制中，需要计算（）磁链，构成磁链自控制

参考答案：定子

37.在直接转矩控制中，定子磁链观测模型最常用的三种是：基于定子（）的磁链观测模型、

基于定子（）的磁链观测模型和基于定子（）的磁链观测模型。

参考答案：电压和电流，电流和转速，电压、电流和转速

38.简述矢量控制的原理

参考答案：矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向

原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

39.交流电动机可以分为哪几种坐标系？

参考答案：1）定子坐标系（R-S-T和α-B坐标系）

2）转子坐标系（d-q坐标系）

3）磁链坐标系（①I-①2坐标系）

40.名词解释：气隙磁链；定子磁链：转子磁链

参考答案：气隙磁链：指定转子通过气隙相互交链的那部分磁链。

定子磁链：指气隙磁链与定子漏磁链的和。

转子磁链：指气隙磁链与转子漏磁链的和。

41.直接转矩控制的基本思想是什么？

参考答案：在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保证其幅值基本恒定及准确计算负载转矩的

条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变他对转子的

瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。

42.简述直接转矩控制的特点

参考答案：1）在定子坐标系下建立数学模型，不用复杂计算，控制系统结构简洁明了；

2）以定子磁链为被控量，只需定子参数，减少参数变化对系统性能的影响：

3）将逆变器和电动机作为整体控制，使控制结构简单；

4）以转矩直接控制转矩，响应迅速，无超调，具有较高的动静态性能；

5）转矩控制盒磁链控制均为砰砰控制，使系统进一步简化。

43.与正六边形轨迹控制相比，圆形磁链轨迹控制有哪些特点？

参考答案：圆形磁链幅值近似不变；转矩、转速脉动小，但电流脉动，需要实时计算磁链的幅值

和相角，计算量大；逆变器功率器件的开关次数多，开关损耗大；适用于中大功率，开关频率较

高的场合。

44.矢量变化必须遵循原则是什么？

参考答案：1）变换前后的电流所产生的旋转磁场等效；2）变换前后两个系统电动机功率不变。

45.什么是矢量回转器（VD）

参考答案：矢量回转是从一个直角坐标系到另一个直角坐标系的变换，即已知某矢量在一个坐标

系的两个分量，求它在另一个直角坐标系的两个分量，也称VD变换。而实现这种变换的功能模

块称为矢量回转器。

46.

什么是矢量分析器（VA）

参考答案：用于计算已知矢量在某直角坐标系的两个分量，求该矢量幅值和相位角的功能模块。

47.说明基于定子电压和电流的磁链观测模型（u-i模型）、基于定子电流和转速的磁链观测模型（i-n模型）

和基于定子电压电流和转速的磁链观测模型（u-i-n模型）它们各自的使用范围，以及各自的优缺点。

参考答案：基于定子电压和电流的磁链观测模型结构简单，鲁棒性强，只用到了定子电阻一个电

动机参数，这个参数比较容易测量。在转速较高的情况下，还可以忽略定子电阻压降，进一步简

化计算。当低速时，定子电阻的压降不可忽略。此模型适用于10Q30%额定转速以上的情况。

基于定子电流和转速的磁链观测模型易受转子电阻、定子电感、转子电感以及定子与转子的互感

变换的影响。要求准确的测量转速。适用于30%额定转速一下的情况。

基于定子电压电流和转速的磁链观测模型综合了前面两种模型的优点，克服了他们的缺点，很自

然的解决了模型的切换问题。可以在全速范围内得到较好的观测精度，无需切换。缺点是结构复

杂，实现起来较困难。

48.说明圆形磁链的控制原理

参考答案：圆形磁链的控制原理：根据异步电机模型，可以看到定子磁链的运动方向是依US方

向运动的，在磁链控制中，通过合理的是假非矢量顺序和合理的作用时间比例，可以形成一个多

边形磁链轨迹，以致近似圆形轨迹，即为圆形磁链的控制，通过圆形磁链的控制可以有效减小误

差。

49.基于定子电流和转速的磁链观测模型

参考答案：

根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链,所得出的模型叫做电流模

型。由实测的三相定子电流通过3/2变换很容易得到两相静止坐标系上的电流

异步电动机在两相静止α&坐标系上的转子电压方程为：，

%==LKPL+APira+L+L,S+RrIra

+

%=LEPq+LrPitf+叫4ζα+A¼）%i

由于笼型异步电动机转子是短路的，故⅛a=⅛a=0.J

在根据转子磁链方程莉转子电流分量方程，整理后可得转子磁链的电流模型

为：/

■

7›+】

+cdr

%=λrΨ^）

Trp+y1

50.构建基于定子电压和电流的磁链观测模型。

参考答案：

根据定子电流和定子电压的检测值来估算转子磁链,所得出的模型叫做电压

模型。在两相静止aB坐标系下由定子电压方程可得；]

同样，根据转子磁链方程和转子电流分量方程，整理后可得转子磁链的电压

模型为；」

Ψra=-4L)力-"E]

[J("W)"~σ¾]

城轨车辆牵引传动及其控制系统第3次作业

(注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成

绩。在线只需提交客观题答案。)

本次作业是本门课程本学期的第3次作业，注释如下：

一、单项选择题(只有一个选项正确，共20道小题)

1.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，电动机处于正传电动状态，此时电动机工作于第

()象限。

(A)一

(B)二

(C)三

(D)四

正确答案：A

解答参考：

2.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，电动机处于反传电动状态，此时电动机工作于第

()象限。

(A)一

(B)二

(C)三

(D)四

正确答案：C

解答参考：

3.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，电动机处于正传再生状态，此时电动机工作于第

()象限。

(A)-

(B)二

(C)三

(D)四

正确答案：B

解答参考：

4.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，电动机处于反传再生状态，此时电动机工作于第

()象限。

(A)-

(B)二

(C)三

(D)四

正确答案：D

解答参考：

5.复合斩波电路是()结构的基本斩波电路的组合。

(A)不同

(B)相同

正确答案：A

解答参考：

6.多相多重斩波电路是()结构的基本斩波电路的组合。

(A)不同

(B)相同

正确答案：B

解答参考：

7.降压斩波电路是由于输出电压平均值()输出电压，所以称为降压斩波电路。

(A)大于

(B)小于

(C)可大可小

正确答案：B

解答参考：

8.升压斩波电路是由于输出电压平均值()输出电压，所以称为升压斩波电路。

(A)大于

(B)小于

(C)可大可小

正确答案：A

解答参考：

9.升降压斩波电路是由于输出电压平均值()输出电压，所以称为升降压斩波电路。

(A)大于

(B)小于

(C)可大于或者可小于

正确答案：C

解答参考：

10.CUk斩波电路是()斩波电路。

(A)降压

(B)升压

(C)升降压

正确答案：C

解答参考：

11.SePie斩波电路是()斩波电路,

(A)降压

(B)升压

(C)升降压

正确答案：C

解答参考：

12.Zeta斩波电路是()斩波电路。

(A)降压

(B)升压

(C)升降压

正确答案：C

解答参考：

13.逆变电路分有源逆变电路和无源逆变电路。当直流电能通过逆向变换，向交流电源反馈能量

的逆变电路是()。

(A)有源逆变电路

(B)无源逆变电路

正确答案：A

解答参考：

14.逆变电路分有源逆变电路和无源逆变电路。当直流电能通过逆向变换，向负载供给能量的逆

变电路是()。

(A)有源逆变电路

(B)无源逆变电路

正确答案：B

解答参考：

15.电压型逆变电路的直流侧的储能元件是()

(A)电容

(B)电感

正确答案：A

解答参考：

16.电流型逆变电路的直流侧的储能元件是()

(A)电容

(B)电感

正确答案：B

解答参考：

17.正弦脉宽调制中，控制信号是用正弦波与三角波相交确定的。其中正弦波是()

(A)调制波

(B)载波

正确答案：A

解答参考：

18.正弦脉宽调制中，控制信号是用正弦波与三角波相交确定的。其中三角波是()

(A)调制波

(B)载波

正确答案：B

解答参考：

19.逆变器的输出端电位在+Ud∕2~-Ud∕2之间变化的是()

(A)三电平逆变器

(B)二电平逆变器

正确答案：B

解答参考：

20.逆变器的输出端电位在TJd∕2~0和0~+Ud∕2之间变化的是()

(A)三电平逆变器

（B）二电平逆变器

正确答案：A

解答参考：

三、判断题（判断正误，共6道小题）

21.CUk斩波电路是升降压斩波电路。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

22.SePiC斩波电路是升压斩波电路。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

23.Zeta斩波电路是降压斩波电路。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

24.与普通升降压斩波电路相比，CUk斩波电路输入电源电流和输出负载电流是连续的。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

25.普通升降压斩波电路输入电源电流和输出负载电流是连续的。（）

正确答案：说法错误

解答参考：

26.桥式斩波电路可工作于四个象限。（）

正确答案：说法正确

解答参考：

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成

绩。在线只需提交客观题答案。）

四、主观题（共29道小题）

27.直流斩波电路中最基本的两种电路是（）斩波电路和（）斩波电路。

参考答案：降压，升压

28.斩波电路有三种控制方式是（）、（）、（）。

参考答案：定频调宽，定宽调频，调宽调频

29.降压斩波电路是由于输出电压平均值（）输出电压，升压斩波电路是由于输出电压平均值（）

输出电压。

参考答案：小于，大于

30.Cuk斩波电路是（）斩波电路，Sepic斩波电路是（）斩波电路，Zeta斩波电路是（）

斩波电路。

参考答案：升降压，升降压，升降压

31.降压斩波器的典型用途之一是（）。

参考答案：拖动直流电动机

32.升压斩波器的典型应用有三个方面：（）、（）和

（）。

参考答案：直流电动机传动，单相功率因数校正电路，用于其他交直流电源中

33.桥式斩波电路的工作方式有（）、（）和（）之分。

参考答案：双极性，单极性，受限单极性

34.什么是斩波电路？

参考答案：斩波电路时把恒定直流电压变换成为负载所需的直流电压的变流电路。

35.直流斩波电路中最基本的两种电路是什么电路？

参考答案：降压斩波电路和升压斩波电路

36.斩波电路的基本电路有哪些？

参考答案：降压、升压、升降压、CUk、SePiC和Zeta斩波电路。

37.斩波电路有三种控制方式是什么？

参考答案：1）、定频调宽2）、定宽调频3）、调宽调频

38.降压斩波器在电流连续的情况下，输出电压平均值UO与输入电压E的关系是什么？

参考答案：UO=αEα=ton∕Tton一一开关导通时间，T一一开关周期

39.升压斩波器在电流连续的情况下，输出电压平均值UO与输入电压E的关系是什么？

参考答案：U0=E∕（l-a）

40.升降压斩波器在电流连续的情况下，输出电压平均值UO与输入电压E的关系是什么？

参考答案：U0=aE∕（l-a）

41.升压斩波器的典型应用有哪些？

参考答案：直流电动机传动、单相功率因数校正电路和用于其他交直流电源中。

42.Cuk电路也是升降压斩波电路，与普通升降压斩波电路相比有什么优点？

参考答案：输入电源电流和输出负载电流连续，且脉动很小，有利于输入、输出进行滤波。

43.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第几象限？

参考答案：第一象限：电动机正传电动状态；第三象限：电动机反转电动状态；（第二象限为发

电机正传再生状态；第四象限为发电机反转再生状态）

44.多相多重斩波电路有何优点

参考答案：1）电流脉动率下降，有利于牵引电动机的运行；2）平波电抗器的体积重量会显著下

降；3）有利于减小输入滤波器的电感和电容。

45.有一降压斩波电路，E=120V,负载电阻R=6Q,开关周期性通断，通30ps,断20μs,忽略开关导通压

降，电感足够大。试求：（1）负载电流及负载上的功率。（2）若要求负载电流在4A时仍能维持，则电感最小

应取多大？

参考答案:

解：依据题意，开关通断周期方50“叶

*3°

占至比09=—=λOzc

T50

（1）负就电压的平均值G=(O£=0.6x120=72。“

负t⅛电流的平均值

Ro6

负献功率的平均值⅛=U0I0=72x12=SM吗

（2）设占至比不变，当负我电流为4A时，处于临畀连娱状态，则电感霞L为.

[LL≥—-a)a!Γ=×(l-06)×0.6x50=l803J

iβM2/22x4

46.升压式斩波电路，输入电压为27V±10%,输出电压为45V,输出功率为750W,效率为95%,若等效电

阻为R=0.05Ω°（1）求最大占空比；（2）如果要求输出60V,是否可能？为什么？

B,片入电流的平均值为4=旦，

设4为理想的常值.则为="二竺~

l-α

U,-R-^-U0-Ul+R-^-

,%-MηUηU

<x≈1----≡-------=1-----------------i=---------------------l~

¼UQU0

⑴当4取锻小值时，α为馥大值,

Ua=27-27x10%=243、

750

45-243+0.05乂———

ΛLΛC=-----------------------°95x243a0.5/

45

(2)如果要求检出电压8%此时占空比为“

60-243+005x———

OΛXX--------------------------095x243fts0.62~

60

理论上说明此电路是可以输出电压的，

参考答案:60V•

47.缓冲电路的基本类型一种是（）缓冲电路，一种是（）缓冲电路。

参考答案：能耗型，反馈型

48.什么是电压型逆变电路?什么是电流型逆变电路?二者各有什么特点？

参考答案：1）直流侧是电压源的逆变电路为电压型逆变电路。特点是：①直流侧为电压源，因此

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。②交流侧输出电压波形为矩形波，与负载阻抗角

无关。③交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。逆变桥各

臂均并联反馈二极管。2）直流侧是电流源的逆变电路为电流型逆变电路。特点是：①直流侧为电

流源，因此直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。②交流侧输出电流波形为矩形波，与

负载阻抗角无关。③交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。

因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不用并联二极管。

49.名词解释：脉宽调制；载波比：相对软恢复度

参考答案：1）脉宽调制：将输出电压斩波成脉冲，通过改变脉冲的宽度、数量或者分布规则，以

改变输出电压的数值和频率。2）载波比：载波频率与调制波频率的比值。

3）相对软恢复度：续流二极管的特性参数。定义为。=tb∕ta

ta—二极管反向恢复电流从零开始到峰值的时间

tb——二极管反向恢复电流从峰值开始降到接近零的时间

50.逆变电路分有源逆变电路和无源逆变电路,他们的区别是什么？

参考答案：当直流电能通过逆向变换，向交流电源反馈能量的逆变电路是有源逆变电路。当直流

电能通过逆向变换，向负载供给能量的逆变电路是无源逆变电路。

51.采用三点式逆变器相对于二点式逆变器的主要好处体现在哪儿方面？

参考答案：只对1/2的中间回路直流电压进行斩波，损耗较小，可进一步减少接触网中电流的谐

波含量，给电动机供电可大大改善电动机运行特性，减少电动机上的电压变化率，有效减少电动

机故障。

52.简述自然采样法SPWM的基本原理

参考答案：按照正弦波与三角形波交点进行脉冲宽度与间隙时间的采样，从而生成SPWM波形。

t⅞sinw∕

53.什么是同步调制？什么是异步调制？区别是什么？

参考答案：在同步调制方式中，载波比N=常数，变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同步

改变。在异步调制中，在变频器的整个变频范围内，载波比N不等于常数。

54.画出单相桥式逆变电路及输出电压波形，并说明其工作原理。

参考答案：

qW，,II

55.画出三相桥式逆变电路180度导通型工作时的输出线电压和相电压波形。

参考答案：

城轨车辆牵引传动及其控制系统第4次作业

（注意：若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。

在线只需提交客观题答案。）

本次作业是本门课程本学期的第4次作业，注释如下：

一、单项选择题（只有一个选项正确，共7道小题）

1.

专设地铁高压主变电所，发电厂或区域变电所对地铁变电所供电，经降压后同时为牵引和降压变电

所供电的供电方式是()

(A)集中供电方式

(B)分散供电方式

正确答案：A

解答参考：

2.不设地铁主变电所，由城市电网中的区域变电所直接对地铁变电所供电的供电方式是()

(A)集中供电方式

(B)分散供电方式

正确答案：A

解答参考：

3.

适用于隧道内接触网悬挂方式为()。

(A)弹性悬挂

(B)柔性悬挂

正确答案：A

解答参考：

4.目前城市轨道交通车辆的辅助逆变器多数采用()。

(A)单逆变器型

(B)双逆变器型

正确答案：A

解答参考：

5.当城轨车辆发生过载、短路、欠压等故障时，()可以及时切断电源，保证车辆安全可靠

运行。

(A)断路器

(B)接触器

(C)司控器

(D)电磁阀

正确答案：A

解答参考：

6.凸轮变阻控制属于()调速控制。

(A)有级

(B)无级

正确答案：A

解答参考：

7.斩