列車電力傳動與控制 課后習(xí)題參考答案

1、第一章1. 試述交-直流傳動電力機車的主要缺陷及評價標(biāo)準(zhǔn)。答：交-直流傳動電力機車的主要缺陷是功率因數(shù)偏低，諧波電流偏大，對電網(wǎng)與廣播通信系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。評價標(biāo)準(zhǔn)：采用功率因數(shù)PF和諧波干擾電流作為評價標(biāo)準(zhǔn)2. 簡述功率因數(shù)的概念，提高交-直流傳動電力機車功率因數(shù)的主要措施。答：在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S.提高功率因數(shù)的主要措施：（1）選擇合適的整流調(diào)壓電路（2）采用功率因數(shù)補償電路3. 試述交-直流傳動電力機車的調(diào)速方法及相互關(guān)系答：交-直流傳動電力機車的調(diào)速是通過調(diào)節(jié)直流（脈

2、流）牽引電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，直流牽引電動機的調(diào)速主要有兩種（1）改變電樞電壓調(diào)速（2）磁場削弱調(diào)速相互關(guān)系：在交-直流傳動電力機車中只有當(dāng)調(diào)壓資源用盡后才能開始實施磁場削弱調(diào)速4分析三段不等分半控橋電路的調(diào)壓過程及輸出關(guān)系、波形。答：調(diào)壓過程：升壓調(diào)壓過程第一段：普通半控橋（大橋）首先工作，VT1、VT2觸發(fā)導(dǎo)通，調(diào)節(jié)1進(jìn)行移相控制，直至其全開放，輸出電壓由零均勻地調(diào)至額定輸出電壓的一半。此階段中抽式半控橋（小橋1、2）始終被封鎖，23，由VD3、VD4提供續(xù)流通路。第二段：保持普通半控橋VT1、VT2的全導(dǎo)通狀態(tài)，10，中抽式半控橋中小橋1投入工作，小橋2仍然被封鎖，觸發(fā)VT3、VT4使其

3、導(dǎo)通，調(diào)節(jié)2進(jìn)行移相控制，輸出電壓在1/2Ud基礎(chǔ)上遞增。當(dāng)VT3、VT4全開放時，2=0，輸出電壓達(dá)到額定輸出電壓的3/4第三段：保持普通半控橋、小橋1處于全開放狀態(tài)，小橋2投入工作，觸發(fā)VT5、VT6導(dǎo)通，調(diào)節(jié)3進(jìn)行移相控制，輸出電壓將在3/4基礎(chǔ)上遞增。當(dāng)VT5、VT6全開放時，輸出電壓達(dá)到額定值。至此，升高電壓的調(diào)節(jié)過程全部結(jié)束。降壓順序控制過程與上述升壓控制過程相反。輸出關(guān)系：第一段大橋：01，2=3= Ud=Ud1=1/4Ud0(1+cos1) 0Ud1/2Ud0第二段大橋1：02，1=0，3= Ud2=1/8Ud0（1+cos2） Ud=Ud1+Ud2=1/8Ud0（5+cos2

4、）, 1/2Ud0Ud3/4Ud0第三段大橋2：03，1=2=0 Ud3=1/8Ud0（1+cos3）Ud=Ud1+Ud2+ Ud3=1/8Ud0（7+cos3）, 3/4Ud0UdUd0輸出波形：5.試述交-直流傳動電力機車主電路的選擇原則原則：1.若需要進(jìn)行再生制動，整流電路必須采用全控橋式；若需要電阻制動，可選用半控橋式；2.客用機車采用無級磁削方式，貨運機車采用有級磁削方式，一般為3級。3.電氣制動主要采用加饋電阻制動方式，唯有SS7/SS7B/SS7C采用再生制動；4.貨運機車基本都設(shè)置了無功功率補償裝置，客運機車沒有5.牽引電動機主要采用串勵方式，只有SS7系列采用復(fù)勵方式；6.絕

5、大多數(shù)相控電力機車整流電路采用：多段半控橋順序控制電路。7.內(nèi)燃機車作為自備能源機車、電力機車/EMU為外接能源的動力系統(tǒng)。6電阻制動受哪些因素影響？何謂加饋電阻制動？簡述加饋電阻制動的作用及過程。答：影響因素有：最大勵磁電流限制；最大制動電流限制；黏著力限制；牽引電動機換向條件限制；構(gòu)造速度限制。加饋電阻制動：為了改善電阻制動在低速時的制動特性，只要維持制動電流不隨機車速度降低而下降，就可以改善低速時的制動能力。維持制動電流不變，必須要有外部電源對制動回路補充供電，以使制動電流不變，實現(xiàn)低速恒制動力特性，這種方法稱為加饋電阻制動。 IZ=(Ud+Ea)/RZ要維持制動電流IZ不變，加饋電壓U

6、d必須要與發(fā)電機感應(yīng)電勢Ea同步反向變化，即發(fā)電機輸出電壓減小多少就由Ud補充多少，直至加饋整流橋輸出電壓達(dá)到最大值為止，加饋制動功率達(dá)到最大值，加饋制動過程結(jié)束。此后，電力機車將按照最大勵磁電流特性進(jìn)行制動。7.分析全控與半控橋式整流電路在功率因數(shù)方面的差異及原因。答：差異：半控型橋式整流電路的功率因數(shù)高于全控橋式整流電路 原因：全控型橋式整流電路在t=n（n+）這一段時期內(nèi)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流的極性是相反的，表明電源不向負(fù)載傳遞功率，而是負(fù)載在向電源反饋功率；在t=(n+)（n+1）期間，電路工作在整流狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流的極性相同，電源向負(fù)載傳遞功率。由于電路不是單向傳遞電能，電源與負(fù)載之間

7、存在往復(fù)傳遞功率過程，變壓器輸入、輸出關(guān)系也相應(yīng)發(fā)生變化，這將是全控型橋式整流電路功率因數(shù)低的主要原因。半控型橋式整流電路在t=n（n+）這期間內(nèi)，由于負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，變壓器停止工作，其繞組中沒有電流流過，電源不向負(fù)載提供功率，負(fù)載也不向電源反饋功率。電源向負(fù)載單向傳遞電能，沒有往復(fù)傳遞功率的現(xiàn)象，所以其功率因數(shù)較高。8.電力機車整流負(fù)載電路所產(chǎn)生的諧波電流有哪些特征？如何減小諧波電流？答：電力機車整流負(fù)載電路所產(chǎn)生的諧波電流具有恒流源的特征。為了減小注入電網(wǎng)的高次諧波電流分量，可適當(dāng)增加機車主變壓器的漏抗；加裝濾波器；采取電力機車與變電所共同補償?shù)姆绞降?.濾波器基波阻抗有哪些性質(zhì)？答

8、：因為LC濾波器的諧振頻率設(shè)計在3次和5次諧波上，所以它對與基波阻抗呈現(xiàn)容性，相當(dāng)于容性負(fù)載10.在濾波器設(shè)計中，濾波電容量如何確定？補償無功容量如何分擔(dān)？答：如果僅設(shè)計某次諧波濾波器則濾波電容量CfQF/U²13次濾波器的電容量Cf3=0.74QF(3²-1)/U²13²5次濾波器的電容量Cf50.26QF(5²-1)/U²15²如果設(shè)有3次和5次諧振濾波器，所取補償?shù)臒o功容量應(yīng)由它們2個共同承擔(dān)，并且基本上按濾波器電容量的大小比例分配Q3=0.74 QF Q5=0.26 QF第二章1. 試述霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用范圍

9、。答：工作原理：霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體元件中的電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而制成的。在一個半導(dǎo)體基片上的3個互相垂直面作用有3個物理量：控制電流Ic、磁場密度B和霍爾電壓UH，當(dāng)磁密的方向與霍爾元件平面垂直時，上述3個物理量之間的關(guān)系可表示為：UH=KHIcB,當(dāng)控制電流或磁場密度改變方向時，霍爾電勢的極性也將發(fā)生改變。應(yīng)用范圍：霍爾傳感器可應(yīng)用于檢測電流、電壓、功率和磁場，也可用于數(shù)字式轉(zhuǎn)速表和接近開關(guān)。2. 簡述有靜差系統(tǒng)與無靜差系統(tǒng)的概念。答：在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由于采用的調(diào)節(jié)器不同，控制系統(tǒng)的性能存在著很大差異。若調(diào)節(jié)器采用比例（P）調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)在穩(wěn)定時，反饋值與給定值之間總存在著偏差，將產(chǎn)生

10、一個相應(yīng)的靜態(tài)誤差，這類控制系統(tǒng)稱為有靜差控制系統(tǒng)；若調(diào)節(jié)器中采用了積分（I）元件，系統(tǒng)在穩(wěn)定時，反饋值與給定值之間沒有偏差，可得到一個穩(wěn)定的輸出值，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，這類控制系統(tǒng)稱為無靜差控制系統(tǒng)。3. 何謂特性控制？答：特性控制技術(shù)源于引進(jìn)的8K型電力機車，經(jīng)國產(chǎn)化以后廣泛用于我國SS系列電力機車控制系統(tǒng)。它是將恒電流控制和準(zhǔn)恒速控制相結(jié)合，使機車牽引特性具有恒流起動和準(zhǔn)恒速運行的雙重性能。4. 試述電力機車轉(zhuǎn)速、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成及控制原理答：組成：速度控制器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、可控交流器、牽引電動機、電流檢測、轉(zhuǎn)速檢測控制原理：它是基于“檢測偏差，糾正偏差”模式。電流控制為內(nèi)環(huán)，

11、轉(zhuǎn)速控制為外環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由給定單元、檢測單元、比較環(huán)節(jié)、調(diào)節(jié)控制器、可控變流器和被控對象等幾部分組成。給定單元提供司機控制命令的給定信號；檢測單元輸出是與被調(diào)節(jié)對象的實際值成正比例關(guān)系的檢測信號；比較環(huán)節(jié)將司控制器給定信號與檢測到的被調(diào)量信號進(jìn)行比較，得到一個偏差信號，作為調(diào)節(jié)控制器的輸入信號，由調(diào)節(jié)控制器產(chǎn)生對晶閘管整流器的控制信號，控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制整流器的輸出電壓，即牽引電動機的輸出電壓，最終實現(xiàn)對被調(diào)量的控制。5. 試述影響電力機車牽引特性的主要因素及牽引特性的工作范圍。答：主要因素：整流器、牽引電動機的特性、機車走行部結(jié)構(gòu)參數(shù)及黏著狀態(tài)工作范圍如下：6.簡述國產(chǎn)主型

12、相控電力機車的基本（共同）特征。答：第一代至第三代產(chǎn)品均為交-直傳動方式，僅以調(diào)壓調(diào)速方式和單軸功率等級來區(qū)分，第三代車型采用多段橋晶閘管相控?zé)o級調(diào)壓技術(shù)，保有量較大，目前仍然為干線牽引主型電力機車。而第四代電力機車產(chǎn)品的基本特征是以電傳動方式來確定的。交-直-交流傳動是第四代產(chǎn)品標(biāo)志，采用VVVF變頻調(diào)速方式。7.分析主型相控電力機車在三級磁削工況下的主電路。答：貨運相控電力機車采用三級電阻磁削電路。以SS3B型電力機車磁削為例，分析其主電路。為了降低牽引電動機主極繞組中的電流交變分量，改善其換向性能，在主極繞組的兩端并聯(lián)一組阻值為0.4212的固定分流電阻（16）CXR，對主極磁場進(jìn)行磁削

13、，磁削系數(shù)為0.95，將主極中電流的交變分量限定在25%以內(nèi)，保證牽引電動機可靠換向。當(dāng)三段半控整流橋可控元件全導(dǎo)通或輸出電壓達(dá)到牽引電動機最高工作電壓時，方可進(jìn)行磁削。此時整流器輸出母線1、3號線之間的電壓維持不變，牽引電動機電樞回路的連續(xù)保持不變，只在串勵繞組C1-C2（阻值0.015592，20）兩端逐級并入磁削電阻，2組電阻可產(chǎn)生三級磁削：級磁削電阻（1161）CXR，阻值為0.063，通過電空接觸器（1161）CC閉合并入主極繞組，磁削系數(shù)為0.7級磁削電阻（1262）CXR，阻值為0.027，通過（1262）CC電空接觸器閉合并入主極繞組，磁削系數(shù)為0.54級磁削是通過（1161）

14、CC和（1262）CC電空接觸器閉合同時并入，使磁削電阻（1161）CXR與（1262）CXR并聯(lián)，總阻值為0.0189（0.063/0.0271=0.0189），磁削系數(shù)為0.458.分析主型相控電力機車加饋制動電路答：SS3B型電力機車采用限流準(zhǔn)恒速特性控制的加饋電阻制動。電阻制動時，牽引電動機需由串勵方式改為他勵發(fā)電機方式運行，并將6臺牽引電機的勵磁繞組串聯(lián)起來，由勵磁電源提供他勵電流。勵磁電源由主變壓器繞組a3-c3和半控整流橋VT17、VT18、VD13、VD14提供，整流橋輸入電壓198V（空載），通過控制VT17、VT18晶閘管導(dǎo)通角，實現(xiàn)對勵磁電流的平滑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍0650A

15、。 在制動回路中，各電機電樞繞組分別與對應(yīng)的制動電阻（1ZR6ZR，3.54）串聯(lián)后，將各轉(zhuǎn)向架中3臺電機并聯(lián)，再與半控整流橋大橋VT11、VT12、VD11、VD12（VT21、VT22、VD21、VD22）構(gòu)成各自獨立的制動電路，將列車的慣性能量轉(zhuǎn)化為電能，通過制動電阻把電能再轉(zhuǎn)化為熱能并排向大氣，達(dá)到減速或限速之目的。 制動時，要求發(fā)電機狀態(tài)與電動機狀態(tài)的電樞電流方向應(yīng)一致，則要求在電阻制動工況下，主極繞組的電流與牽引時相反。 電阻制動工況下主回路與勵磁回路如下圖： 當(dāng)SS3B型電力機車制動限流進(jìn)入低速區(qū)（<46km/h），勵磁電流已達(dá)到最大550A（限制值），制動力達(dá)到最大值。此

16、后隨著機車速度的降低，發(fā)電機的感應(yīng)電勢降低，制動電流及制動力也將減小，已無法維持在最大制動力下制動。為了在低速區(qū)能獲得最大制動力，改善低速區(qū)制動能力不足的問題，開始轉(zhuǎn)入加饋電阻制動。依靠半控整流橋（大橋）相控調(diào)壓，對制動電路實施電流加饋，使半控整流橋輸出加饋電壓與發(fā)電機輸出電勢保持反向同步變化，即發(fā)電機電勢減小多少，加饋電源電壓升高多少，以維持制動電流恒定，制動力恒定，進(jìn)行加饋電阻制動。當(dāng)半控整流橋晶閘管與完全開放時，機車速度達(dá)到19km/h，加饋制動功率達(dá)到最大值，加饋制動結(jié)束。在19km/h以下，制動電流不再保持恒定，制動力先按照最大勵磁電流限制線下降，直到速度為0時仍保持加饋制動電流50

17、A。SS3B型電力機車電阻制動特性如下圖9.分析主型相控電力機車接地保護(hù)電路的設(shè)置、特點及工作過程答：對于按轉(zhuǎn)向架獨立供電的電力機車，接地保護(hù)裝置按轉(zhuǎn)向架來設(shè)置，只對該轉(zhuǎn)向架上所屬的電氣接地故障進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)裝置一般采用有源保護(hù)系統(tǒng)，可對變壓器二次側(cè)主電路的所有接地故障進(jìn)行全范圍保護(hù)。S3B型電力機車主電路接地保護(hù)采用兩套保護(hù)接地系統(tǒng)，在制動工況同時可對制動回路與勵磁回路進(jìn)行保護(hù)。接地保護(hù)系統(tǒng)原理如下圖：工作過程：除網(wǎng)側(cè)電路以外，主電路中任何一點接地時，接地電位與110V電壓疊加使得接地接觸器動作，因為有源是一個110V固定電位，即使在“零電位”接地時，仍能保證接地繼電器動作，實現(xiàn)全區(qū)域性保護(hù)

18、，ZJDJ動作后立即使主斷路器分閘，與接觸網(wǎng)斷開。接地繼電器采用雙線圈結(jié)構(gòu)，分動作線圈和恢復(fù)線圈。動作線圈接在主電路上，當(dāng)主電路發(fā)生接地時，接地電流流過繼電器線圈，使其得電吸合并觸動顯示信號機構(gòu)脫扣，起到信號記憶作用；恢復(fù)線圈裝在信號機構(gòu)中，由控制電路供電，操作恢復(fù)線圈得電動作，可消除信號記憶，使信號機構(gòu)復(fù)原（復(fù)位）10.分析主型相控電力機車輔助電路保護(hù)系統(tǒng)組成及工作過程答：主型相控電力機車輔助電路的保護(hù)系統(tǒng)主要由過電壓、過電流、接地、零電壓和單機過載保護(hù)等部分組成。工作過程：（1）過電壓保護(hù)：輔助系統(tǒng)發(fā)生的過電壓是由系統(tǒng)內(nèi)電器的開閉操作引起的，屬于內(nèi)部過電壓，保護(hù)方法與主電路內(nèi)部過電壓保護(hù)相

19、同，通過在輔助繞組兩端并接R-C吸收電路即可（2）過電流保護(hù)：輔助電路的過電流主要是由于設(shè)備過載、電路短路引起的，一般采用電流繼電器監(jiān)控電流的變化。當(dāng)電流達(dá)到電流繼電器的整定范圍時，電流繼電器動作，直接使主斷路器跳閘，全車停電對輔助系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)（3）接地保護(hù)：輔助電路在運行中與主電路一樣，也會出現(xiàn)接地故障，需要進(jìn)行保護(hù)。接地保護(hù)原理、電路均與主電路接地保護(hù)相似，仍采用有源接地保護(hù)系統(tǒng)。設(shè)置接地繼電器，作為監(jiān)測與執(zhí)行元件。（4）零電壓保護(hù)：零電壓保護(hù)對接觸網(wǎng)失電進(jìn)行保護(hù)，以防止供電失壓后再送電時可能出現(xiàn)的事故。零電壓保護(hù)只對失電時間超過1s的失電現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，對失電時間小于1s，或受電弓高速滑行

20、中出現(xiàn)的短暫離線失電，系統(tǒng)不予保護(hù)。一般零電壓保護(hù)電路還為高壓電器柜門連鎖裝置提供一路工作電源，作為門連鎖裝置的交流側(cè)保護(hù)（5）輔機單機過載保護(hù)：當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生過載，相應(yīng)的過載保護(hù)裝置動作，切斷該設(shè)備電路中接觸器線圈回路，使接觸器斷開，此設(shè)備停止運行。若接觸器發(fā)生故障（如觸點粘連、鐵芯卡滯等）無法斷開時，輔助設(shè)備繼續(xù)發(fā)生過流，再經(jīng)過5s延時，保護(hù)裝置接通主斷路器分閘線圈，迫使主斷路器跳閘作二次保護(hù)11.分析主型相控客運電力機車磁削電路答：客運電力機車為了保證運行平穩(wěn)，一般采用無級磁削，連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)磁場。通過控制并聯(lián)在主極繞組上的一組晶閘管的導(dǎo)通角，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)流過晶閘管的電流，對主極

21、電流進(jìn)行分流，使其磁通平滑的改變，達(dá)到對牽引電動機主極磁場的連續(xù)平滑控制，實現(xiàn)無極調(diào)速。 以SS9G型電力機車為例，分析無級磁削調(diào)速電路，其電路原理圖如下圖所示在一臺轉(zhuǎn)向架中，3臺牽引電動機處于并聯(lián)工作狀態(tài)，由一套不等分三段半控橋式整流器供電，即架控供電方式。磁削電路由晶閘管VT7VT12及二極管VD5VD6組成，二極管VD5、VD6起隔離作用，將磁削電流與主極繞組電流隔離。磁削時，磁削電路與整流器串聯(lián)、同步工作，保證磁削電流的暢通與流向，為此每一臺電動機的磁削電路需有2個晶閘管，在交流電源正、負(fù)半波時，分別負(fù)責(zé)其電流的流向與整流器一致。當(dāng)整流器三段半控橋完全導(dǎo)通或輸出電壓達(dá)到規(guī)定值時，為了進(jìn)

22、一步提高電力機車恒功率運行速度，開始進(jìn)行磁場削弱。在變壓器二次側(cè)電壓的正半波，給晶閘管VT8、VT10、VT12施加觸發(fā)脈沖，控制其導(dǎo)通角，改變磁削系數(shù)；在變壓器二次側(cè)電壓的負(fù)半波，給晶閘管VT7、VT9、VT11施加觸發(fā)脈沖，控制其導(dǎo)通角，改變磁削系數(shù)。通過不斷改變晶閘管的導(dǎo)通角，就可連續(xù)調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，對勵磁繞組實施磁場削弱，直至最小磁削系數(shù)為止，達(dá)到磁削調(diào)速的目的12.分析電力機車中蓄電池的作用。答：蓄電池作為電力機車的備用電源和啟東電源，其主要作用包括：在降弓狀態(tài)下為機車的控制電路、低溫預(yù)熱電器、輔助壓縮機、照明顯示等低壓電器提供110V直流電源，保證機車升弓并投入工作；在電力機車

23、運行中110V控制電源發(fā)生故障時，給控制電路提供電源來維持機車的短時故障運行；機車正常運行過程中對控制電源起濾波作用，以降低控制電源的紋波系數(shù)，提高控制電源的品質(zhì)；為機車的低壓試驗提供控制電源和為機車的故障檢查提供照明電源。13.分析相控電力機車過電壓保護(hù)系統(tǒng)答：電力機車在運行中承受的過電壓有外部過電壓和內(nèi)部過電壓2種形式 外部過電壓也稱大氣過電壓，是指來自電力機車外部的雷電，其電壓高達(dá)幾十萬伏以上，它通過接觸網(wǎng)線侵入車頂。外部過電壓的保護(hù)，一般采用伏安特性非常理想的氧化鋅避雷器。避雷器安裝在車頂上，接在主斷路器觸頭與隔離開關(guān)之間，以防止外部大氣過電壓侵襲。當(dāng)遭遇雷電侵襲時避雷器放電，相當(dāng)于接

24、觸網(wǎng)對地短路，通過鋼軌及回流母線，短路電流被送入變電所，將會引起牽引變電所開關(guān)跳閘，切斷接觸網(wǎng)供電以保護(hù)此區(qū)段中運行的所有電力機車 內(nèi)部過電壓是指電力機車車載電器設(shè)備工作時產(chǎn)生的沖擊電壓，如主斷路器的開閉、各種電氣開關(guān)的分合、整流器元件的換向等，都會危及電力機車電氣設(shè)備的安全運行。抑制內(nèi)部過電壓，采用在主變壓器二次側(cè)各牽引繞組兩端跨R-C吸收電路，可以有效地吸收過電壓。第三章1. 分析交流傳動系統(tǒng)的組成模式及特征答：根據(jù)電源的供給形式及電源性質(zhì)交流傳動系統(tǒng)有3種不同的組成模式，即電力機車、EMU交流傳動系統(tǒng)；內(nèi)燃機車、DMU交流傳動系統(tǒng)；城軌列車及中低磁懸浮列車交流傳動系統(tǒng)。特征：電力機車、E

25、MU與內(nèi)燃機車、DMU采用交-直-交傳動；城軌列車及中低速磁懸浮列車采用直-交傳動2. 分析牽引變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行區(qū)域及特征答：運行區(qū)域可分為恒磁通運行區(qū)和磁削運行區(qū)，對應(yīng)的輸出特性分別為恒轉(zhuǎn)矩特性和恒功率特性。恒轉(zhuǎn)矩特性與恒功率特性的交接點，一般在額定頻率（基頻）處因此，異步牽引電動機調(diào)速的輸出特性可用基頻來分界，基頻以下為恒磁通調(diào)速，基頻以上為磁削調(diào)速特征：在恒磁通運行區(qū)電磁轉(zhuǎn)矩與供電頻率無關(guān)，只與轉(zhuǎn)差頻率成正比關(guān)系若采取措施保持轉(zhuǎn)差頻率不變、則電磁轉(zhuǎn)矩將維持恒定，這種調(diào)速方法也叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩特別適合列車的啟東階段，能夠產(chǎn)生恒定的牽引力，啟東過程平穩(wěn)，可獲得較大的啟東加速度；在整個恒

26、功率區(qū)，牽引電動機的電磁轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加都呈反比例下降，不同頻率，牽引電動機有不同的過載能力，但最低過載倍數(shù)KTmin1.13. 論述恒功率調(diào)速時的兩種匹配方式及特點答：第一種：U1=C，S=C(輸入電壓不變、轉(zhuǎn)差率為定值),即大電機小逆變器的匹配方式特點：其輸入電壓、電流均保持恒定，即按照恒電壓、電流供電即可。對于電源逆變器而言，應(yīng)按照恒電壓、恒電流方式輸出，容量始終得到了充分地利用，具有較小的設(shè)計尺寸和容量第二種：f2=C、U²1/f1=C即小電機大逆變器特點：其電源逆變器輸出電壓、電流將按照U1=kf1、I11/f1的規(guī)律輸出。逆變器工作時應(yīng)滿足最大電流和最高電壓的要求，其容量

27、由最大電流和最高電壓來確定。為此，全控開關(guān)元件規(guī)格較大，必然使得設(shè)計容量及尺寸較大，容量不能充分利用。4. 分析運行條件對異步牽引電動機性能的影響及解決措施答：異步牽引電動機通過彈性連接裝置懸掛在轉(zhuǎn)向架或車體上，經(jīng)常受到振動和沖擊的影響，容易造成轉(zhuǎn)子和繞組絕緣的損壞。牽引電動機處在露天環(huán)境下工作，四季氣候條件的變化和風(fēng)霜雨雪的侵蝕，使電動機的可靠性和使用壽命受到嚴(yán)重威脅，采用PWM逆變器會腐蝕電動機的絕緣層，會加速電動機絕緣結(jié)構(gòu)熱老化及會使?fàn)恳妱訖C軸承產(chǎn)生軸承電流并腐蝕軸承，電源中存在的高次諧波會使電動機在正常運行時就出現(xiàn)擠流效應(yīng)且高次諧波會引起附加損耗、附加脈動轉(zhuǎn)矩和寄生振蕩轉(zhuǎn)矩，采用架控

28、供電時，并聯(lián)供電的各電動機速率特性差異及輪徑偏差影響負(fù)載分配均勻性。措施：采用高性能材料、追求高定額為代價，采用先進(jìn)的工藝為保障，確保牽引電動機的運行性能，以較短預(yù)期壽命換取有限時空下的大功率、高可靠性。在電磁參數(shù)的選擇上與普通異步電動機不同，采用高耐熱等級的絕緣材料，優(yōu)化電磁設(shè)計采用耐電暈絕緣結(jié)構(gòu)；在結(jié)構(gòu)部件方面，既要保證強度又要兼顧輕量化，采用全疊片定子結(jié)構(gòu)與高強度的轉(zhuǎn)軸材料，輔以高精度的加工工藝。轉(zhuǎn)子采用由專用銅合金導(dǎo)條和專用銅合金端環(huán)焊接而成的鼠籠。5. 分析列車牽引特性的類型及特點答：第一種：恒轉(zhuǎn)矩與恒功率控制的牽引特性；特點：恒功率運行范圍大，加速性好，不僅適合于內(nèi)燃機車，而且適合

29、動車組。第二種：黏著控制與恒功率控制的牽引特性；特點：應(yīng)用普遍，具有牽引力大、加速性能好等特點，適合于客、貨運電力機車，也適合于高速EMU第三種：恒轉(zhuǎn)矩黏著特性控制與恒功率控制的牽引特性；特點：起動過程熱負(fù)荷較輕，恒功率范圍較小，其負(fù)荷定額可適當(dāng)減小一些，使結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)變小一些、電動機質(zhì)量有所減輕，適合于大功率貨運電力機車第四種：恒牽引力、準(zhǔn)恒速特性控制；特點：準(zhǔn)恒速控制牽引力按照機車運行速度進(jìn)行減縮，計算公式為 Fr=640N-64v若計算值為負(fù)值，則此牽引力取值為0.牽引力按特性控制時，對Fst、Fr、Fmax進(jìn)行比較，將最小者作為輸出牽引力的控制值送入變流器。故有 F=80N；F=Fma

30、x;F=640N-64v;(取最小值)第四章1. 簡述牽引變流器的類型及特點答：牽引變流器根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)采用濾波元件的不同，可分為電壓型和電流型兩種類型。電壓型牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用電容器，向逆變器輸出恒定的直流電壓，相當(dāng)于電壓源，適合于異步牽引電動機傳動系統(tǒng)；電流型變流器中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用電感，相當(dāng)于恒流源，為逆變器提供恒定的直流電流，適合于同步牽引電動機傳動系統(tǒng)或在一些城市近郊軌道運輸裝備中使用。2. 簡述兩電平式、三電平式變流器的概念及選用原則。答：典型的兩電平式牽引變流器電路主要由兩電平式四象限脈沖整流器、中間直流電壓回路和兩電平式PWM逆變器組成，由牽引變壓器

31、的二次繞組供電，其電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：三電平式牽引變流器電路主要由三電平式脈沖整流器、中間直流環(huán)節(jié)和中點鉗位型三電平式逆變器等部分組成，其電路結(jié)構(gòu)如下：選用原則：在交流傳動領(lǐng)域，當(dāng)中間電路直流電壓Ud>2.72.8kv時，主電路中變流器通常采用兩電平式電路；當(dāng)Ud>3kv時，宜采用三電平式電路結(jié)構(gòu)。3. 簡述交直流理想變流器的概念及組成。答：所謂理想的交直流變流器是既沒有損耗又沒有儲能、只在直流側(cè)提供平直的直流電流和直流電壓，僅從交流電網(wǎng)吸取有功功率。組成：從電路原理上講，理想變流器可以由一個無儲能成分的變流器和一個分離的儲能器組成。4. 簡述電壓型四象限脈沖整流器的特征。答：脈沖

32、整流器是利用電抗器的儲能，達(dá)到整流、升壓、穩(wěn)壓的目的，四象限脈沖整流器能夠達(dá)到網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，并能實現(xiàn)電能的反饋。四象限脈沖整流器能夠執(zhí)行脈寬調(diào)制和能量變換，即整流或反饋兩方面的功能。這種整流器能夠在輸入電壓和電流平面所在的四個象限中工作。作為電力牽引用的變流器，相應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)牽引、制動狀態(tài)下前進(jìn)、后退四種工況。四象限脈沖整流器的突出優(yōu)點是網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，可達(dá)到1，等效諧波干擾電流小。5.簡述變流器中間儲能環(huán)節(jié)的作用及組成。答：在交直交流變流器中，中間直流儲能環(huán)節(jié)是連接四象限脈沖整流器和負(fù)載端逆變器之間的紐帶。它不僅起到穩(wěn)定中間環(huán)節(jié)直流電壓的作用，而且還承擔(dān)著與前后兩級變流器進(jìn)行無功功率交換

33、和諧波功率交換的作用。電壓型脈沖四象限變流器中間直流環(huán)節(jié)由兩個部分組成：一個是相應(yīng)于2倍電網(wǎng)頻率的串聯(lián)諧振電路（也可以取消），另一個是濾波電容器（支撐電容器）和過電壓限制電路。6.分析脈沖整流器瞬態(tài)直接電流控制的基本原理答：脈沖整流器瞬態(tài)直接電流控制的原理圖如下：它主要由電壓，電流傳感器，電壓、電流調(diào)節(jié)器，比較器，函數(shù)發(fā)生器，運算器和SPWM控制器等組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下圖：瞬態(tài)電流控制的基本思想：為達(dá)到使中間直流環(huán)節(jié)電壓恒定控制的目的，需將實時檢測到中間直流電壓Ud與給定值U*d比較，若Ud<U*d時U0，PI調(diào)節(jié)器的輸出I*N1增加，使脈沖整流器的輸入電流增加，達(dá)到增加Ud的目的。當(dāng)

34、Ud>U*d時，調(diào)節(jié)過程則反之。 實時檢測電網(wǎng)的電壓與電流值，按照（4.17）構(gòu)成運算電路，輸出為參考電壓信號，即調(diào)制信號us，在這個調(diào)制信號中包含了相位角和幅值的信息。該調(diào)制信號與三角載波進(jìn)行SPWM調(diào)制，生成PWM信號以驅(qū)動開關(guān)器件。 根據(jù)瞬態(tài)電流控制原理圖可知，瞬態(tài)電流控制為電壓與電流的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)某一參數(shù)發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)具有自動校正調(diào)節(jié)功能，最終使其達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡、7.分析兩電平式電壓型逆變器的工作過程及輸出特征。答：（1）兩電平三相電壓型六階波逆變器：工作過程：六階波型三相逆變器中各相采用縱向換流，每次換流都是在同一相上下2個橋臂之間進(jìn)行，每個開關(guān)元件在一個周期中導(dǎo)通1

35、80°電角度。其他兩相也是如此，只不過三相對應(yīng)元件相差120°電角度輪流導(dǎo)通，使VT1VT6各元件每隔60°電角度輪換導(dǎo)通。在每一時刻都有3個開關(guān)元件（橋臂）同時導(dǎo)通，可能是上面一個橋臂下面2個橋臂，也可能是上面2個橋臂下面一個橋臂。各開關(guān)元件的導(dǎo)通情況和電壓波形如下圖： 輸出特征：對于A相，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時，uAN=Ud/2:；當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時，uAN=-Ud/2，即uAN的波形是幅值為Ud/2的方波。B、C相的情況與A相類似，其波形uBN、uCN、uAN相同，只是在相位上依次相差120°，其線電壓和相電壓見上圖所示。當(dāng)逆變器按照六階波方式輸出時，其相電壓

36、波形為六階波、線電壓為矩形波。六階波的變化趨勢基本上接近于正弦波。電流波形：當(dāng)逆變器以六階波電壓對牽引電動機供電時，其電流波形在負(fù)載電感的作用下將趨于平滑，其平滑程度將于六階波的頻率有關(guān)。當(dāng)電壓頻率較高時，將獲得接近于正弦波的電流波形；當(dāng)電壓頻率較低時電流波形將與電壓波形接近如下圖所示，頻率越低，電流波形也越接近六階波，其中的高次諧波成分也越多。（2）電壓型兩電平式三相PWM逆變器工作過程：逆變器電路采用雙極性調(diào)制方式，a、b、c、三相的PWM控制共用一個三角形載波uc，調(diào)制信號ura、urb、urc依次相差三分之一周期。三相控制規(guī)律相同，以a為例進(jìn)行分析：當(dāng)urauc時，給上橋臂開關(guān)元件VT

37、1以導(dǎo)通信號、下橋臂開關(guān)元件VT4以關(guān)斷信號，則a相相對于直流電源假想中點N的輸出電壓uaN=Ud/2. 當(dāng)urauc時，給VT4以導(dǎo)通信號，給VT1以關(guān)斷信號，則有uaN=-Ud/2.。 VT1和VT4的驅(qū)動信號始終是互補的，當(dāng)給VT1(VT4)施加導(dǎo)通信號時，可能是VT1(VT4)導(dǎo)通，也可能是二極管VD1(VD4)續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中電流的方向來決定。輸出特征：根據(jù)輸出波形圖可看出，相對直流電源假想中點N的各相電壓波形，都只有2種電平，即Ud/2、-Ud/2。線電壓uab=uaN-ubN，線電壓可有三種電平，即Ud、- Ud、0。當(dāng)開關(guān)元件VT1和VT6導(dǎo)通時，uab=Ud；當(dāng)VT

38、3和VT4導(dǎo)通時，uab=-Ud；當(dāng)開關(guān)元件VT1和VT3或VT4和VT6導(dǎo)通時，uab=0。逆變器輸出相電壓PWM波形有±2Ud/3、±Ud/3和0共5種電平組成。8.分析三電平式脈沖整流器的調(diào)節(jié)過程。答：由上表可見，在整流（牽引）或逆變（再生）工況下，us=Ud、us=-Ud各對應(yīng)1種導(dǎo)通回路。us=Ud/2、us=-Ud/2各對應(yīng)2種導(dǎo)通回路，而us=0則對應(yīng)著3種導(dǎo)通回路。根據(jù)脈沖整流器等效電路，若忽略us與iN高次諧波，只考慮其基波us1與iN1則有uN=iN1Z+ us1,調(diào)整us1的幅值和相位，可使iN1在4個象限內(nèi)隨意變化。在整流工況下，iN1、uN同相位。

39、在逆變工況下，iN1、uN反相位。功率因數(shù)接近1。四象限脈沖變流器的就是按照這一基本原理工作、調(diào)節(jié)控制的。（1）整流（牽引）工況調(diào)節(jié)過程設(shè)系統(tǒng)原穩(wěn)定運行于A點，如下圖所示，此時IN1與UN同相位，二者夾角=0，功率因數(shù)為1.當(dāng)負(fù)載增加時，中間直流環(huán)節(jié)電壓Ud瞬時下降，同時us1的幅值也下降，系統(tǒng)工作點由A點移至A點運行，電流IN1與電壓UN之間出現(xiàn)相位角，導(dǎo)致=>0(假定順時針方向為正，下同)通過控制電路調(diào)整us1的幅值及相位角s，使它們逐步增大，電流IN1與電壓UN之間的相位角相應(yīng)在減小，其工作點將由A點調(diào)整到A點，=0，恢復(fù)到IN1與UN同相位。此時O A>O A，輸入電流IN

40、1也相應(yīng)地增加。系統(tǒng)將在A點建立起新的平衡狀態(tài)，適應(yīng)負(fù)載增加。 若負(fù)載減小時，Ud瞬時上升，us1的幅值也瞬時上升，電流IN1與電壓UN之間出現(xiàn)相位角，系統(tǒng)工作點由A點移至B點運行，導(dǎo)致=<0。通過控制電路調(diào)整us1的幅值及相位角s，使其減小，電流IN1與電壓UN之間的相位角相應(yīng)地在逐步增大，可將us1由B點逐步調(diào)整到B”點，=0，IN1恢復(fù)到與UN同相位。此時O B<O A,輸入電流IN1也相應(yīng)地減小。系統(tǒng)將在B”點建立起新的平衡狀態(tài)穩(wěn)定運行，適應(yīng)負(fù)載的減小。（2）逆變（再生制動）工況調(diào)節(jié)過程設(shè)系統(tǒng)原穩(wěn)定運行于A點，此時IN1與UN相位相反，即=180°、cos=1。逆

41、變工況時的調(diào)節(jié)過程如上圖所示。 當(dāng)逆變（再生制動）回饋電能增加時，Ud瞬時上升，使得us1幅值也瞬時上升，系統(tǒng)工作點由A點移至B點運行，電流IN1與電壓UN之間的相位角順時針轉(zhuǎn)過一角度，將導(dǎo)致=<180°。通過控制回路調(diào)整us1的幅值| us1|及s，增大| us1|減小s（逆時針方向），可使B調(diào)整到B， =180°，IN1與UN反相位。同時O B>O A,，表明逆變過程輸出電流增加，即回饋到電網(wǎng)的電流增加，以適應(yīng)再生回饋能量的增加。若逆變（再生回饋）能量減小時，Ud瞬時下降，將導(dǎo)致us1的幅值| us1|也瞬時下降，系統(tǒng)工作點由A點移至A點運行，將出現(xiàn)=”&g

42、t;0.通過調(diào)整us1的幅值| us1|及s，可使A調(diào)整到A點。此時電流IN1與電壓UN之間的相位又恢復(fù)到=180°,同時OA<OA，表明回饋到電網(wǎng)的電流減小，以適應(yīng)再生反饋能量的減小。第五章1.何謂SPWM波形？答：脈沖的寬度按照正弦規(guī)律變化，產(chǎn)生一組等幅而脈沖寬度正比于正弦函數(shù)值的矩形脈沖，并與正弦波等效，此PWM脈沖波形稱為SPWM波形。2.何謂同步調(diào)制、異步調(diào)制？答：在調(diào)制信號周期變化過程中，載波比不變的調(diào)制稱為同步調(diào)制，載波比相應(yīng)變化的調(diào)制稱為異步調(diào)制。3.SPWM數(shù)字控制的常用方法有哪些？答：常用方法有：等效面積算法、自然采樣法、規(guī)則采樣法和SPWM專用集成電路芯片

43、等幾種。4.分析矢量控制的基本思想及實現(xiàn)方法。答：三相異步電動機只要在轉(zhuǎn)子磁場定向系統(tǒng)中建立M、T同步坐標(biāo)系，并使勵磁M軸定向在轉(zhuǎn)子磁鏈2方向，就可以實現(xiàn)勵磁電流iM和轉(zhuǎn)子電流iT的獨立控制，使非線性耦合系統(tǒng)解耦。這就是轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ蚩刂频幕舅枷搿崿F(xiàn)方法：直接檢測法，磁鏈計算法5.分析轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型與電流模型的基本工作原理及優(yōu)缺點。答：（1）電壓模型就是根據(jù)電壓方程中電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，對電動機的電動勢進(jìn)行積分即可得到磁鏈。經(jīng)推導(dǎo)可以得出由公式（5.34）可知，磁鏈計算只需要實測的電壓、電流信號，不需要轉(zhuǎn)速信號，計算過程只與定子電阻r1有關(guān)，與轉(zhuǎn)子電阻r2無關(guān)，定子電阻r1容

44、易測取。u1、u1、i1、i1很容易由測量得到的電動機定子三相電壓、電流經(jīng)過3/2變換得到。電壓模型受電動機參數(shù)變化的影響較小，算法簡單便于應(yīng)用。但由于含有積分運算，積分的初始值和累計誤差會對結(jié)果產(chǎn)生影響。在低速時，定子電阻壓降的變化較大，因此電壓模型計算法在低速時測量精度可能不高，更適合于中，高速范圍。（2）電流模型根據(jù)定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號求得。根據(jù)實測物理量的不同組合，可得到眾多的轉(zhuǎn)子磁鏈計算電流模型。在兩相靜止坐標(biāo)系-上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型：由實測的三相定子電流通過3/2變換，很容易得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流i1和i1，可導(dǎo)出轉(zhuǎn)子磁鏈在、軸上的分量為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M-T上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型：6.

45、分析直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想及控制方法。答：直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)分別控制異步電動機的轉(zhuǎn)速和磁鏈。采用轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號T*cm，在T*cm的后面設(shè)置了轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實現(xiàn)了近似解耦。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)組成如下所示：直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈采用了兩個獨立的閉環(huán)比較系統(tǒng)，直接控制電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增加率，使轉(zhuǎn)矩的瞬態(tài)跟蹤能力很強，當(dāng)系統(tǒng)給定的轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩能夠很快跟隨，而磁鏈基本不受影響，仍按照原來的規(guī)律變化。實現(xiàn)了電動機轉(zhuǎn)矩與磁鏈的動態(tài)解耦控制?？刂品椒ǎ涸谥苯愚D(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，用電動機

46、定子側(cè)參數(shù)計算出磁通和轉(zhuǎn)矩，并用兩點式調(diào)節(jié)器產(chǎn)生PWM信號，直接控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)，對電動機磁通和轉(zhuǎn)矩直接進(jìn)行自動控制。7.DTC與VC控制在控制方法上有何異同？各有何特點？答：相同點：DTC系統(tǒng)與VC系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型本質(zhì)相同，都是轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)矩）和磁鏈閉環(huán)控制，都能獲得較高的靜、動態(tài)性能。不同點：DTC系統(tǒng)采用定子磁鏈控制，受電機參數(shù)變化的影響??；轉(zhuǎn)矩采用Band-Band控制，但有轉(zhuǎn)矩脈動；采用靜止坐標(biāo)變換，較簡單。磁鏈閉環(huán)控制的VC系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子磁鏈控制，受電機轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；轉(zhuǎn)矩連續(xù)控制，比較平滑；采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜。 VC和DTC都采用對輸出轉(zhuǎn)速、磁鏈分別控制，都需要解耦，矢量控

47、制采用兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，使定子電流的轉(zhuǎn)矩分量與勵磁分量解耦；直接轉(zhuǎn)矩控制為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)矩控制環(huán)作為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速控制環(huán)作為外環(huán)，這可抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)近似解耦第六章1. 分析第三代交流傳動電力機車的主要特征。答：第三代主要以IGBT為基礎(chǔ)的智能化模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)、部件，除變流器和計算機控制系統(tǒng)已充分實現(xiàn)了模塊化外，其他主要部件也在盡力實施模塊化、通用化和系列化。冷卻方式采用了高效且符合環(huán)保的水冷方式。歐洲機車網(wǎng)絡(luò)通信控制，符合IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的TCN系統(tǒng)。速度在200km/h以上的高速客運電力機車轉(zhuǎn)向架，在機械傳動方面，考慮到高速牽引電動機

48、軸承的壽命，電動機與齒輪箱實現(xiàn)一體化設(shè)計，取消電動機傳動端的端蓋與軸承。2. 目前國際上交流傳動電力機車的主要技術(shù)平臺有哪些？各有何特點？答：主要技術(shù)平臺有：Siemens有Eurosprinter平臺，Alstom有Prima平臺，Bombardier有TRAXX平臺。它們的特點如下表所示：3. 分析HXD1/2型電力機車主電路的主要特征。答：HXD1主電路主要特征：HXD1型電力機車兩節(jié)車主電路完全一至，機車采用交流傳動系統(tǒng)，主變壓器原邊通過受電弓和主斷路器得電。主變壓器四個獨立的次邊繞組分別向四個二點式四象限脈沖整流器供電，二個四象限脈沖整流器并聯(lián)輸出共用一個中間直流電路。每個中間直流電

49、路同時向二個電壓型PWM逆變器供電，每個逆變器分別向一個轉(zhuǎn)向架的兩臺異步牽引電動機供電。采用轉(zhuǎn)向架獨立控制即架控方式。再生制動過程相反。主電路有如下特點：    a) 采用交-直-交牽引傳動技術(shù)和異步牽引電動機；    b) 采用四象限脈沖整流電路以穩(wěn)定中間直流回路電壓和提高系統(tǒng)功率因素；    c) 采用了兩點式電壓型逆變器；d) 牽引電機采用架控方式；e) 電氣制動采用再生回饋制動主電路由網(wǎng)側(cè)電路、牽引變壓器、牽引變流器及牽引電機構(gòu)成。HXD2主電路主要特征：HXD2型電力機車是交直交流電傳動的單相工頻交流電力機車，每節(jié)四軸機車的

50、主電路由主變壓器、牽引變流器、牽引電動機三大部分構(gòu)成。接觸網(wǎng)導(dǎo)線上的25千伏單相工頻交流電電流，經(jīng)受電弓、主斷路器進(jìn)入機車后再輸入主變壓器，交流電經(jīng)過主變壓器的4個牽引繞組降壓后，分別向4組相同而獨立的主變流器供電，每組主變流器向一臺異步牽引電動機供電，實現(xiàn)機車的軸控驅(qū)動，使?fàn)恳妱訖C產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動輪對。4. 分析HXD3型電力機車主電路的主要特征。 答：HXD3型電力機車主電路主要由網(wǎng)側(cè)電路、主變壓器、牽引變流器、牽引電動機、主電路保護(hù)電路及庫內(nèi)動車電路等組成 。其原理圖如下圖所示(1)網(wǎng)側(cè)電路網(wǎng)側(cè)電路由2臺受電弓、2臺高壓隔離開關(guān)、1個高壓電壓互感器、1個

51、高壓電流互感器、1臺主斷路器、1臺避雷器、主變壓器原邊繞組、2個低壓電流互感器和回流裝置等組成。機車通過受電弓AP1或AP2從接觸網(wǎng)受流，經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1或QS2和主斷路器QF1，通過高壓電流互感器TA1進(jìn)入車內(nèi)，經(jīng)25KV高壓電纜與主變壓器A端子相連，經(jīng)主變壓器原邊AX后，通過6個并聯(lián)的回流裝置EB1EB6從輪對回流至鋼軌。受電弓采用DSA型受電弓，弓內(nèi)裝有自動降弓裝置，當(dāng)弓網(wǎng)故障時，可自動降弓。高壓隔離開關(guān)具有手動操作功能。當(dāng)一臺受電弓發(fā)生故障接地時，可通過手動操作高壓隔離開關(guān)，切除故障受電弓，有另一臺受電弓維持級車運行，以減少機破故障，提高機車運行可靠。高壓電壓互感器其次邊輸出分別送

52、到牽引變流器1和牽引變流器2的控制單元，作為牽引變流器控制的同步信號使用，還可以作為原邊電壓的檢測和為電度表的計量提供電壓輸入。主斷路器該電器的作用為正常狀態(tài)下的電路的開閉及故障狀態(tài)下電路的開斷，后者包含機車接地和短路等故障。由于鼓掌電流增長快、電流大，因此要求斷路器盡可能短時間內(nèi)動作，并能開斷極大的短路電流。高壓電流互感器對主變壓器原邊電流進(jìn)行檢測，用以驅(qū)動保護(hù)繼電器，起原邊過流保護(hù)作用。避雷器避雷器接在主斷路器和高壓電流互感器之間，用以抑制操作過電壓及雷擊過電壓。高壓接地開關(guān)在機車停電進(jìn)行高壓設(shè)備或在車頂檢修時（同時必須接上接地棒）需通過打開機車天窗門，轉(zhuǎn)換高壓接地開關(guān)，使車頂網(wǎng)側(cè)部分接地

53、，以確保人身安全.低壓電流互感器一只低壓電流互感器為電度表的計量提供原邊電流信號，并為機車微機控制系統(tǒng)提供原邊電流信號，另一只低壓電流互感器給TCMS送入原邊電流信號，用于危機顯示屏顯示?；亓餮b置保證網(wǎng)側(cè)電流向鋼軌的回流作用，同時保護(hù)機車輪對軸承不受電蝕以及機車可靠的接地性能。(2)主變壓器主變壓器有6個1450V牽引繞組分別用于兩套牽引變流器供電，兩個399V輔助繞組分別用于輔助變流器的供電。(3)牽引變流器和牽引電動機電路 牽引變流器的組成牽引變流器UM1內(nèi)部可以看出3個獨立的整流中間電路逆變環(huán)節(jié)構(gòu)成，每個環(huán)節(jié)分別有2個接觸器、1個輸入電流互感器、1個充電電阻、1個四象限變流器、中間電器、

54、1個PWM逆變器、2個輸出電流互感器等組成。3個整流中間電路逆變環(huán)節(jié)的主電路和控制電路相對獨立，分別提供給3個牽引電動機。當(dāng)其中一組或幾組發(fā)生故障時，可自定切除，剩余單元可繼續(xù)工作。 牽引變流器工作原理在變流器輸入端，設(shè)有變流器充電電路，當(dāng)中間電壓為零時，主變壓器的牽引繞組通過充電電阻向四象限整流器，給中間直流回路支撐電容充電。若不接入充電電阻，當(dāng)電源接入時，電容上的電壓不能突變，因此電源相當(dāng)于通過二極管短路，會形成相當(dāng)大的沖擊電流。當(dāng)中間直流電壓達(dá)到2000V時，中間電路預(yù)充電完成，充電接觸器切除充電電阻。這時，牽引繞組向中間直流回路支持電容繼續(xù)充電，直至2800V。整個充電過程完成后，逆變

55、器可以投入使用。在再生制動時，逆變器工作在整流狀態(tài)，整流器工作在你變狀態(tài)。由牽引電動機向主變壓器牽引繞組饋電，將電能回饋至接觸網(wǎng)。輸入電流互感器起控制和檢測充電電流及牽引繞組短路電流的作用。輸出電流互感器起監(jiān)測牽引電動機輸入電流的作用。中間直流電路由中間電壓支撐電容、瞬時過電壓限制電路和主接地保護(hù)電路組成。瞬時過電壓限制電路由IGBT和限流電路組成。檔支撐電容上的中間電壓超過允許電壓范圍時，IGBT元件導(dǎo)通，通過限流電阻放大，使中間電壓保持在允許電壓值內(nèi)。 牽引電動機供電電路機車的牽引電動機M13由牽引變流器UM1的3個PWM逆變器分別單獨供電，實現(xiàn)牽引電動機的單獨控制。這樣，整臺機車的6個軸

56、的輪徑差、軸重轉(zhuǎn)移及空轉(zhuǎn)等可能引起負(fù)載分配不均，均可以通過牽引變流器的控制進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a償，以實現(xiàn)最大限度的發(fā)揮機車牽引力。當(dāng)一臺機組故障時，只需切除一組機組，機車仍能保持六分之五的牽引動力。(4)保護(hù)電路 主變壓器牽引繞組的過流保護(hù)當(dāng)主變壓器牽引繞組發(fā)生過流時，通過牽引變流器中的相應(yīng)電流傳感器發(fā)出過流信號，通過控制單元對相應(yīng)的變流器環(huán)節(jié)實行封閉保護(hù)。 接地保護(hù)電路跨接在中間回路2個串聯(lián)電容的中點的1個接地信號檢測傳感器組成了主接地保護(hù)電路。當(dāng)主電路正常時，由于只有一個接地，接地保護(hù)電路中流過的電流為零，接地信號檢測傳感器無信號輸出。當(dāng)主電路某一點接地時，形成回路，將在接地信號傳感器中流過接地故

57、障電流，傳感器輸出電流信號，是保護(hù)裝置動作，斷開主斷路器?？梢酝ㄟ^接地故障的轉(zhuǎn)換開關(guān)，實施接地保護(hù)隔離。每一個變流器柜分別含三套接地保護(hù)電路，可以分別對三個交直交電路進(jìn)行檢測和保護(hù)，接地檢測信號送TCMS，顯示接地故障。 牽引電動機過流保護(hù)當(dāng)牽引電動機發(fā)生過流時，通過牽引變流器中的相應(yīng)電流傳感器發(fā)出過流信號，由變流器控制單元對相應(yīng)的變流器環(huán)節(jié)實施封鎖保護(hù)。5. HXD1與HXD3型電力機車在主電路上主要有何區(qū)別？答：HXD1采用中間直流環(huán)節(jié)并聯(lián)，共用中間直流環(huán)節(jié)和二次諧振電路，HXD3型變流器主電路中間直流環(huán)節(jié)完全獨立，取消了二次諧振電路，通過控制策略來消除二次紋波電壓的影響，相對于其他車型的主電路則顯得更加簡潔。6.分析HXD3型電力機車一次側(cè)電路的工作情況。答：網(wǎng)側(cè)電路由2臺受電弓、2臺高壓隔離開關(guān)、1個高壓電壓互感器、1個高壓電流互感器、1臺主斷路器、1臺避雷器、主變壓器原邊繞組、2個低壓電流互感器和回流裝置等組成。機車通過受電弓AP1或AP2從接觸網(wǎng)受流，經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1或QS2和主斷