城市軌道交通電力牽引

1、整理課件城市軌道交通電力牽引城市軌道交通電力牽引n本課程的主要內容 ：n牽引理論基礎n牽引電動機與運行n電力電子器件的原理與應用n斬波電路和逆變電路n控制與故障檢測n車輛電器設備整理課件第一章 牽引理論基礎n第一節(jié) 粘著、牽引與制動n第二節(jié) 空轉與滑行、粘著的控制n第三節(jié) 牽引參數的選擇整理課件第一節(jié) 粘著、牽引與制動n一、動輪與鋼軌間的粘著1、電力機車的工作原理2、粘著3、蠕滑整理課件粘著n1、引入 分析見教材圖1-1 動輪對受力分析n2、概念 由于正壓力而保持動輪與鋼軌之間接觸相對靜止的現象稱為粘著。粘著。n3、影響因素整理課件粘著力的最大值與動輪對的正壓力成正比，其比例常數稱為粘著系數，

2、用u表示，即 fmax=uPin 上式表明，在軸重一定的條件下，鋼軌間的最大粘著力由掄軌間粘著系數的大小決定。粘著系數是由輪軌間的物理狀態(tài)確定的。加大每軸的正壓力，即軸重，可以提高每軸牽引力，但軸重受鋼軌、路基、橋梁等限制。整理課件n4、空轉 因驅動轉矩過大，破壞粘著關系，使輪軌間出現相對滑動的現象，稱為“空轉”。動輪出現空轉時，輪軌間只能依靠湖動磨镲力傳遞動切力，傳遞切向力，傳遞切向力的能力大大削弱，同時造成動輪踏面的擦傷。因此，牽引運行應盡量防止出現動輪的空轉。整理課件蠕滑 1、概念由于切向力的作用，動輪在鋼軌上滾動時，車輪和鋼軌的粗糙接觸面產生新彈性變形，接觸面間出現微量滑動，即“蠕滑”

3、。2、原因：壓縮整理課件3、分析圖1-2 牽引工況輪軌（接觸面的彈性變形）兩區(qū)：滾動區(qū)和滑動區(qū) 整理課件牽引力的形成及限制 形成 ： 牽引電機的轉矩限制 ：受粘著條件的限制若各動軸驅動轉矩歸算到輪軌的作用力之和超出公式限制時，粘著條件相對較差的動輪就會產生空轉，動車的牽引力就立即下降。 整理課件粘著系數與改善粘著的方法 影響粘著系數的重要因素 1、動輪踏面與鋼軌表面狀態(tài)2、撒沙 3、線路質量 4、車輛運行速度和狀態(tài)5、動車有關部件的狀態(tài)整理課件改善粘著的方法 一是修正輪軌表面接觸條件，改善輪軌表面不清潔狀態(tài)；二是試法改善軌道車輛的懸掛系統(tǒng)，以減輕輪對減載帶來的不利影響 常用的措施：撒沙、清洗軌

4、道、打磨鋼軌，改進匝瓦材料如用增粘匝瓦，改善車輛懸掛減少軸重轉移。整理課件制動力的形成 定義：為了降低列車運行速度或停車，利用制動裝置產生與列車運行方向相反的外力稱為制制動力動力 制動的方法： 摩檫制動：包括匝瓦制動和盤式制動電氣制動：包括電阻制動和再生制動電磁制動：包括磁軌制動和渦流制動整理課件產生 1、原因：摩檫制動和電氣制動都是通過輪軌粘著產生制動力 2、分析產生過程 見圖1-4 整理課件第二節(jié) 空轉與滑行、粘著控制 一、空轉與滑行的產生與防止一、空轉與滑行的產生與防止 （一）空轉與滑行的產生 1、當動輪對的牽引力大于最大粘著力時，輪對就發(fā)生空轉?？辙D時，輪對的轉速迅速上升，若任其擴展往

5、往可能在數秒或略長的時間內超出構造速度。 2、使得動車的牽引力下降，而且會使輪對的踏面嚴重擦傷，引起“掃膛” 整理課件（二）防空轉設計 1、主電路的防空轉設計（1）牽引電動機全并聯結構（2）采用機械特性硬的牽引電動機2、傳動系統(tǒng)防空轉設計（1）采用單電機轉向架傳動系統(tǒng)（2）機械走行部分采用低位牽引，以及采 用合適的懸掛系統(tǒng)等措施 整理課件二、粘著控制二、粘著控制 n（一）粘著控制的必要性n（二）粘著控制分類整理課件按控制類型分類 n校正型粘著控制系統(tǒng) n蠕滑率控制型控制系統(tǒng) 整理課件按被控對象分類 n集中控制：這種控制方式是一個粘著控制系統(tǒng)控制整輛制動車 n分散控制：這種控制方式也叫單軸控制，

6、即每一動軸單獨控制。 整理課件第三節(jié) 牽引參數的選擇 n城市軌道交通車輛的運行特點城市軌道交通車輛的運行特點 ：與干線列車相比，城市軌道交通車輛的運行特點是站距短而旅行速度較高。制動一般采用再生制動和電阻制動相結合的電制動優(yōu)先、空電制動聯合。制動方式，保證在制動系統(tǒng)允許的條件下盡可能得到大的制動減速度 。整理課件電機特性匹配曲線整理課件二、軸功率的計算二、軸功率的計算 n軸功率的計算公式：軸功率的計算公式： PA=NAMA/D其中MA軌道交通車輛的車重NA單位重量所需功率D動軸數整理課件三、起動加速度的選擇三、起動加速度的選擇 n（一）起動加速度（a）與單位重量所需功率（NA）的關系 見圖1-

7、8n（二）起動加速度（a）與開行時間（tK）的關系 見圖1-9n（三）軸功率（PA）與區(qū)間運行時間（t）的關系 見圖1-10，11整理課件第二章 牽引電動機與運行n直流牽引電動機n交流牽引電動機n直線牽引電動機整理課件牽引電動機的主要特點 絕緣材料和絕緣結構應具有較好的防潮，防塵性能及良好的通風、散熱條件。 牽引電機結構必須緊湊。 采用架承時懸掛，重力加速度大大減小。整理課件電力牽引系統(tǒng)發(fā)展概述一、電力牽引系統(tǒng)的發(fā)展一、電力牽引系統(tǒng)的發(fā)展概況概況n接觸網（第三軌）n受流器 n變流裝置 n牽引電機n齒輪傳動箱n輪對 n列車運行圖圖 5.1 牽牽引引傳傳動動裝裝置置 車軸車輪牽引電機齒輪傳動箱整理

8、課件二、軌道交通電力牽引系統(tǒng)主要類型二、軌道交通電力牽引系統(tǒng)主要類型n根據供電電壓制式可分為： 直流：600，750，1500，3000V (標稱值) 交流：6250，15000，25000V(標稱值)n根據牽引電機可分為： 直流電力牽引系統(tǒng) 交流電力牽引系統(tǒng)整理課件整理課件三、電動車組牽引特性三、電動車組牽引特性整理課件第一節(jié) 直流牽引電機整理課件整理課件整理課件整理課件n一般的說，串勵電動機有軟特性，他勵電動機有硬特性。整理課件整理課件整理課件n二、直流牽引調速系統(tǒng)二、直流牽引調速系統(tǒng)-基本調速方基本調速方法法EdCRIUn在上式中，CE是常數，Id是由負載決定的，因此調節(jié)電動機的轉速可以

9、有三種方法：調解電樞供電電壓U、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻R。整理課件n（一）調壓法：（一）調壓法： （1）變阻控制 調節(jié)電阻的方法又可分為兩類，即采用有觸點組合式凸輪開關調阻和無觸點斬波調阻。圖圖 5.12 斬斬波波調調阻阻原原理理圖圖 CH0R斬波調阻斬波調阻有觸點開關調阻有觸點開關調阻整理課件整理課件（二）調節(jié)主極磁通：（二）調節(jié)主極磁通： 圖圖 5.15 串勵電動機磁場削弱法串勵電動機磁場削弱法 （a） （b） （a）短路匝數法）短路匝數法 （b）分路電流法）分路電流法 MM整理課件三、動車的牽引特性（一）機械穩(wěn)定性 機械穩(wěn)定性是指列車正常運行時，由于偶然的原因引起速度發(fā)生微量變化

10、后，動車本身能恢復到原有的穩(wěn)定運行狀態(tài)。整理課件機械穩(wěn)定性條件： 牽引特性曲線的斜率小于基本阻力曲線的斜率整理課件動車的牽引特性整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件n小結整理課件第二節(jié) 交流牽引電動機n交流異步電動機特性n交流異步電動機的轉速控制n交流異步牽引電機在動車中的應用n交流異步牽引電機的設計特點整理課件一、交流牽引系統(tǒng)特點及發(fā)展概況一、交流牽引系統(tǒng)特點及發(fā)展概況直流電力傳動優(yōu)點直流電力傳動優(yōu)點：具有良好的調速性能直流電力傳動缺點直流電力傳動缺點：

11、防空轉性能較差；換向器與電刷，因而帶來了較大的體積與重量，容易產生環(huán)火以及繁雜的維護問題交流電力傳動特點交流電力傳動特點：電機結構簡單，成本較低；工作可靠，壽命長，維修、運行費用低；防空轉能力好整理課件整理課件二、三相異步電機二、三相異步電機-基本結構基本結構整理課件整理課件三、三相異步電動機工作基本原理n基本原理：通過旋轉磁場，與由這種旋轉磁場借助感應作用在轉子繞組內所感生的電流相互作用，以產生電磁轉矩來實現拖動作用。n旋轉磁場：一種極性和大小不變，并且以一定轉速旋轉的磁場。整理課件nA-X、B-Y、C-Z三個線圈在空間上彼此互隔120分布在定子鐵心內圓的圓周上，構成了對稱三相繞組。旋轉磁場

12、旋轉磁場整理課件n當三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產生旋轉磁場。整理課件整理課件三相異步電動機的工作原理左手定則左手定則決定導條決定導條受力方向受力方向右手定則決定右手定則決定電流方向電流方向n三相異步電動機的定子鐵心上嵌有三相對稱繞組，接通三相對稱電源后，在定子、轉子之間的氣隙內產生以同步轉速旋轉的旋轉磁場。n轉子導條被這種旋轉磁場切割，在導條內產生感生電流，磁場又對導條產生電磁力，于是轉子就跟著旋轉磁場旋轉。整理課件異步電動機轉速與運行狀態(tài)整理課件交流調速基本控制結構位位置置控控制制器器速速度度控控制制器器轉轉矩矩控控制制器器電矢電矢流量流量控運控運制算制算功功功功能能能能交交流流電電動

13、動機機轉轉矩矩檢檢測測器器機機械械負負載載S運動控制系統(tǒng)閉環(huán)結構示意圖整理課件交流調速基本類型整理課件按電動機的調速方法分類n變轉差率調速： 轉子串電阻調速n 定子調壓調速n 電磁轉差離合器調速n 串級調速n變極對數調速： 鼠籠型轉子n變頻調速： 交交變頻調速n 交直交變頻調速整理課件按電動機的能量轉換類型分類PmechPemPs整理課件整理課件交流變頻調速系統(tǒng)整理課件異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路U1定子相電壓；1電源角頻率；Es定子全磁通在定子每相繞組中的感應電動勢；E1氣隙（或互感）磁通在定子每相繞組中的感應電動勢；Er轉子全磁通在轉子繞組中的感應電動勢（折合到定子邊）。整理課件幾種電壓頻率協調控制方式的特性比較整理課件VVVF控制n在進行電機調速時，常須考慮的一個重要因素是：希望保持電機中每極磁通量m為額定值不變。n如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽