動車組電傳動概論

1、動車組傳動與控制動車組傳動與控制 第一章第一章 緒論緒論主講：宋雷鳴第一節(jié)、動車組牽引供電及傳動的組成和作用第一節(jié)、動車組牽引供電及傳動的組成和作用1、供電系統(tǒng)2、傳動系統(tǒng)3、動車組輔助供電 輔助供電系統(tǒng)是指除為牽引動力系統(tǒng)之外的所有需要用電力的負載設(shè)備提供電能的系統(tǒng)，包括輔助供電系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)第一節(jié)、動車組牽引供電及傳動的組成和作用第一節(jié)、動車組牽引供電及傳動的組成和作用主變壓器變流器牽引電動機控制箱保護、檢測系統(tǒng)等牽引變電所 接觸網(wǎng)受電弓等第一節(jié)、動車組牽引供電及傳動的組成及作用第一節(jié)、動車組牽引供電及傳動的組成及作用變電站接觸網(wǎng)牽引電流再生電流(制動)受電弓主變壓器變流器牽引電機輔 助

2、 供 電第二節(jié)、動車組牽引供電接觸網(wǎng)、受電弓第二節(jié)、動車組牽引供電接觸網(wǎng)、受電弓一、一、 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng) 接觸網(wǎng)是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中的主要供電設(shè)備，它的功能是向走行在鐵路線上的動車組不間斷地供應(yīng)電能。但接觸網(wǎng)與一般的輸電線路不同，它必須架設(shè)在鐵路線路的正上方，動車組利用頂部的受電弓與接觸網(wǎng)接觸而獲得電能。因此，在電力動車組走行的線路都必須架設(shè)接觸網(wǎng)。 由于接觸網(wǎng)是露天設(shè)置，受著各種惡劣氣象條件的影響，其工作狀態(tài)又是隨著動車組的運行而變化，而且沒有備用，因而使得接觸網(wǎng)的工作條件非常復(fù)雜，對它的要求也非常嚴格。一、一、 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)一)、接觸網(wǎng)的構(gòu)成動車組實際上是一個邊受流邊行駛的移動負荷。為

3、了保證不間斷地供給動車組電能，就必須使動車組的受電弓與接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線在動車組行駛時有良好的接觸，為此，對接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有特殊的要求。接觸網(wǎng)的主要組成如下。1接觸懸掛部分 包括承力索、接觸導(dǎo)線、吊弦、中心錨結(jié)、補償裝置等2支持裝置 用以懸吊和支撐接觸懸掛并將其各種載荷傳遞給支柱或橋隧等大型建筑物 3支柱與基礎(chǔ)一、一、 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)二)、接觸網(wǎng)的性能要求 接觸網(wǎng)設(shè)備應(yīng)具備的性能要求：1有足夠的強度，保證接觸網(wǎng)具有穩(wěn)定性；2在惡劣的氣象條件下保證列車在規(guī)定的速度運行時能良好地受流；3對各導(dǎo)線和支持結(jié)構(gòu)、零部件及絕緣子等應(yīng)當采取有效的防腐蝕和防污穢技術(shù)措施，以保持整個接觸網(wǎng)設(shè)備的良好狀態(tài)；4接觸懸掛的

4、各項技術(shù)性能應(yīng)滿足受電弓與接觸導(dǎo)線在滑動接觸摩擦?xí)r可靠地工作的要求，使用壽命應(yīng)盡可能的延長； 5各類支持結(jié)構(gòu)和零部件應(yīng)力求輕巧耐用，做到標準化并具有互換性，便于施工和維修保養(yǎng)，發(fā)生事故時也便于搶修，為迅速恢復(fù)供電創(chuàng)造條件；6接觸導(dǎo)線和安裝在接觸導(dǎo)線上的有關(guān)設(shè)備要有良好的平滑度和耐磨性能，接觸導(dǎo)線不應(yīng)有不平直的小彎及懸掛零件等形成的硬點，以免受電弓與其發(fā)生碰撞，造成受電弓和接觸導(dǎo)線的機械損傷和電弧燒傷一、一、 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)二、二、 高速受電弓高速受電弓一）、高速受電的特點及要求一）、高速受電的特點及要求1高速受電特點目前世界各國的最高運行速度在200km/h以上的高速列車，除英國的HST高速列車

5、由內(nèi)燃動車組牽引外，其余均采用電力牽引。與常速列車的電力牽引相比較，高速列車電力牽引受電的主要特點如下。（1）接觸網(wǎng)與受電弓的波動特性。高速列車的行駛速度較常速列車高得多，因而受電弓沿接觸導(dǎo)線移動的速度大大加快，這就使接觸網(wǎng)與受電弓的波動特性發(fā)生變化，從而對受電產(chǎn)生影響； （2）高速列車在高速運行時所受的空氣阻力遠較常速列車大得多，空氣動態(tài)力也是影響高速受電的一個重要因素；（3）受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電問題。高速列車所需的牽引功率較常速列車大得多，若采用多弓受電必然會增加阻力和加大噪音，并引起接觸網(wǎng)的波動干擾，因而受電弓的數(shù)量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電問題。 高速列車的受電

6、是通過受電弓與接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線緊密接觸而實現(xiàn)的，因而受電是否正常直接取決于接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)工作可靠是確保高速動力車良好取流的根本條件 二、高速受電弓二、高速受電弓二、高速受電弓二、高速受電弓2對高速受電的接觸網(wǎng)的要求由于接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線是一根具有彈性的導(dǎo)線，受電弓也是一個彈性體，故而兩者構(gòu)成的是一個相互接觸的彈性系統(tǒng)。對高速受電用的接觸網(wǎng)應(yīng)有更高的要求：（1）在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)應(yīng)能保證正常供電；（2）應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕（包括抗電蝕）能力；（3）對接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求；（4）在接觸網(wǎng)的接觸懸掛方面，目前在常速列車供電中采用的彈性半補

7、償鏈形懸掛和彈性全補償鏈形懸掛已不能適應(yīng)高速列車的要求，應(yīng)有更為先進的接觸懸掛裝置。 3對高速受電的受電弓的要求用于高速受電的受電弓應(yīng)滿足以下基本要求：（1）受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間要保持恒定的接觸壓力，以實現(xiàn)比常速受電弓更為可靠的連續(xù)電接觸。其接觸壓力不能過大或過小。（2）與常速受電弓相比要盡可能減輕受電弓運動部分的重量，以保證與接觸網(wǎng)有可靠的電接觸 （3）由于高速運行時空氣阻力很大，因此高速受電弓在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要作充分考慮，力求使作用在滑板上的空氣阻力由別的零件承擔，從而使受電弓滑板在其垂直工作范圍內(nèi)始終保持水平位置，以減小甚至消除空氣阻力對滑板與接觸導(dǎo)線間接觸壓力的影響。（4）滑板的材料

8、、性狀和尺寸應(yīng)適應(yīng)高速的要求，以保證良好的接觸狀態(tài)及更高的耐磨性能。（5）要求受電弓在其工作高度范圍內(nèi)升降弓時，初始動作迅速，終了動作較為緩慢，以確保在降弓時快速斷弧，并防止升降弓時受電弓對接觸網(wǎng)和底架有過大的沖擊載荷。 二、高速受電弓二、高速受電弓二、高速受電弓二、高速受電弓PS200A型受電弓（日本） 二、高速受電弓二、高速受電弓 MADE型受電弓 (法國）二、高速受電弓二、高速受電弓 DSP250型受電弓第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)一）系統(tǒng)組成、原理、分類二二.電力機車的分類電力機車的分類 及發(fā)展1.按用途分客運電力機車、貨運電力機車、客貨兩用電力機車 2.按機車動軸數(shù)不同分 四軸、六

9、軸、八軸等電力機車。一般動軸數(shù)較多的電力機車用作貨運機車，動軸數(shù)較少的電力機車用作客運機車。 3.按傳動形式不同分個別傳動的電力機車、組合傳動的電力機車 4.按供電電流制-傳動型式不同分直直型電力機車、交直型整流器電力機車、交直交型電力機車、交交型電力機車。3.電力牽引的特點和優(yōu)越性 1.功率大 按每軸功率來說，電力機車已超過750kW，最高已達到1350kW，較好的內(nèi)燃機車的每軸功率為440580 kW。 2.速度高 目前，客運電力機車運行速度已可達到250km/h，貨運電力機車也可達到120km/h。 3.效率高蒸汽機車的平均熱效率為810，內(nèi)燃機車的平均效率為25左右，電力牽引的效率可達

10、到60.70。4.過載能力強 電力牽引的優(yōu)越性：電力牽引的優(yōu)越性： 1.運輸能力強有資料表明，1條電氣化鐵路的運輸能力，相當于 1.5條內(nèi)燃機車或3條蒸汽機車牽引鐵路的運輸能力。2.經(jīng)濟效果顯著有資料表明，電力機車牽引萬噸公里能耗僅為內(nèi) 燃機車牽引的2/3，為蒸汽機車牽引的1/3。3.能源利用合理4.勞動條件好5.加強了行車安全6.有利于實現(xiàn)城鄉(xiāng)電氣化 5.電力牽引的發(fā)展狀況 國外電力牽引的發(fā)展：國外電力牽引的發(fā)展： 電力牽引自1879年5月，由德國西門子和哈爾斯克公司展出了世界第一條長約300m的電氣化鐵路以來，已有一百多年的歷史了。60年代中期晶閘管相控機車開始問世，至今交流供電-直流牽引

11、的直流傳動技術(shù)已完全成熟。晶閘管的發(fā)明使制造大功率機車用逆變器變?yōu)楝F(xiàn)實。80年代初西德率先成功研制了交直交電力機車，目前世界先進國家新造的大功率電力機車幾乎都采用了三相交流傳動技術(shù)，單軸功率達到1000-1600kW。在250-300km/h及其以上的高速領(lǐng)域，交流傳動的電動車組獨領(lǐng)風騷，在140-220km/h的快速客貨運輸領(lǐng)域，交直型電力機車（或其它直流傳動機車）也正在被三相交流傳動技術(shù)所取代。 0系列新干線于1964年投入正式運營，是世界高速高速火車的起點。首列0系列火車運營于東京和新大阪之間。這一型號的車最高時速為220公里。 1000系列是新干線車輛的原型。從1961年到1962年，

12、有六輛這樣的車在不同的廠家被生產(chǎn)出來。他們有兩種組合模式： Set A: 1001 + 1002； Set B: 1003 + 1004 + 1005 + 1006。其中數(shù)字表示車的編號。 每一列6節(jié)車廂的Win350型新干線最初建造于1992年，其目的是測試從東海道到大阪之間開行時速高于350公里的高速列車的可行性。本來其名字是500X，但為了紀念350公里每小時的速度，改稱了現(xiàn)在的名字。它的特點是流線型的外腔，大面積的外壁能起到反射從集電器上傳來的高速風流。 E1型新干線是日本MAX新干線中的一種。這種車有幾種不同的型號：M5，M2，Max-Asahi。每組車編排了12節(jié)車廂，最高時速為2

13、40公里。在1994年7月，E1max進如運營狀態(tài)，所謂max是指Multi amenity express，強調(diào)的是娛樂和舒適性。1999年12月后，東北新干線上的E1換成了E4系列。 Thalys是繼歐洲之星之后第二個真正意義上的國際高速列車。它運行于巴黎布魯塞爾阿姆斯特丹科隆間。它實際上是法國TGV的改進型，有186mph(300km/h)運營速度。 Nouvelle Generation（下一代TGV） 目前，法國正在加緊其第四代TGV的研究和開發(fā)，相信在不久的將來將有超過360km/h(225mph)的列車用于商業(yè)運行。當然，許多問題需要解決，比如車輪氣流擾動和噪音控制等等。Nouv

14、elle Generation TGV將被設(shè)計達到這個速度。另外，還有被用于研究空氣動力學(xué)的MX100概念車，以及用于既有線路（非高速線路）的P-01等。 德國ICE的試驗車 ICE的全稱是Inter City Express，即城際快車。其實在它剛發(fā)展的時候，名字叫做Inter city Experimental train。德國的高速鐵路利用了原有線路，所以火車平均速度不是很快（相對法日而言），德國傳統(tǒng)鐵路營運時速原來就有200公里，在1991年配合漢諾威烏茲堡間全長327公里和曼海姆斯圖加特107公里高速鐵路竣工，ICE高速列車開始進行商業(yè)運轉(zhuǎn)，其最高營運時速可達280 公里。 ICE的

15、第三代，2000年正式投入運營。ICE-3對其先輩進行了根本性的改造，擁有更快的運行速度，其構(gòu)造速度330km/h，持續(xù)速度300km/h，屬于動力分散式。ICE-3由八輛車組成，共16個動輪，相當于ICE-2動力的兩倍。 我國電力牽引的發(fā)展：我國電力牽引的發(fā)展： 我國的電氣化鐵路從1958年開始籌建，1961年8月15日寶雞鳳州段91km 電氣化鐵路通車。經(jīng)歷近50 年的不懈努力，我國的電氣化鐵路得到迅速發(fā)展，電氣化里程2001年末已達到了17000多 km ，躍居亞洲第一，世界第三，電氣化率為24。到2005年底，電氣化里程已達到20000km，電氣化率達到30左右，到2010年，電氣化里

16、程將達到26000km ，電氣化率達到40左右。1958年中國成功地生產(chǎn)出第一臺電力機車，從采用引燃管整流器到硅整流器，機車性能不斷改進和提高，到1976年制成韶山l型（SS1型）131號時已基本定型。成為中國電氣化鐵路干線的首批主型機車。 1978年研制成功的SS3型機車，不僅改善了牽引性能，還把機車的小時功率從4200kW提高到4800kW，成為中國第二種主型電力機車。 1985年又研制成功了SS4型8軸貨運電力機車，它是國產(chǎn)電力機車中功率最大的一種（6400kW），已成為中國重載貨運的主型機車。以后又陸續(xù)研制成功了SS5、SS6和SS7型電力機車。1994年研制成功了時速為160km的準

17、高速四軸電力機車等。至此，中國干線電力機車已基本形成了4、6、8軸和3200kW、4800kW和6400kW功率系列的電力機車型譜 。 1999 年，中國株洲電力機車廠生產(chǎn)出第一臺時速超過200km的DDJ1型“子彈頭”電力機車，標志著中國鐵路電力牽引已躋身于國際高速列車的行列。我國交流傳動機車的發(fā)展也正在起步，計劃用10年的時間實現(xiàn)牽引動力從交直傳動到交流傳動轉(zhuǎn)換，使生產(chǎn)貨運單軸功率1000kW1200kW、客運單軸功率1200kW 1400kW的電力機車成為主流車。這對實現(xiàn)我國鐵路重載、高速運輸?shù)目缭绞桨l(fā)展目標將進一步起到積極的推動作用，將更顯示電氣化鐵路運輸?shù)膬?yōu)越性。 SS1型機車： S

18、S1型電力機車是我國研制生產(chǎn)的首型電力機車，是交-直6軸客貨兩用電力機車，機車持續(xù)功率3780kW，最高速度90km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量138t。屬于有級調(diào)速電力機車。 SS3型機車： SS3型電力機車是株洲電力機車工廠于1978年設(shè)計研制的交-直6軸客貨兩用大功率干線電力機車，是我國電力機車第二代產(chǎn)品。1989年大批量生產(chǎn)。機車持續(xù)功率4350kW，最高速度100km/h，具有較寬的恒功率調(diào)速范圍，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量138t。屬于變壓器低壓側(cè)級間無級調(diào)速電力機車。隨著晶閘管相控調(diào)壓技術(shù)在電力機車上的應(yīng)用日趨成熟，按標準化、系列化的要求對SS3型進行了技術(shù)改進， 1

19、992年以后開始批量生產(chǎn)，通稱SS3B。SS3B型電力機車全長約21m，小時制總功率4800kW，最高速度100km/h，起動牽引力490kN，持續(xù)牽引力361.7 kN。SS3B機車采用大功率硅整流管和晶閘管組成的橋式全波整流電路，晶閘管相控平滑調(diào)壓及采用恒流、準恒速限壓控制，使機車具有無級加速特性，從而起動平穩(wěn)、加速度大 SS4型機車： SS4型電力機車是株洲電力機車工廠于1985年設(shè)計研制的交-直8軸貨運大功率干線電力機車。機車持續(xù)功率6400kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量292t。實現(xiàn)無級調(diào)速。經(jīng)過一段時間運用，制造廠對該車作了系列改進，SS40159以后

20、的機車成為SS4改進型（簡稱SS4改）機車。SS4改型電力機車是我國第三代電力機車的前驅(qū)產(chǎn)品，是在SS4型機車技術(shù)的基礎(chǔ)上改進而成的8軸重載貨運電力機車，93年起投入批量生產(chǎn)。該型機車遵循我國電力機車標準化、系列化、簡統(tǒng)化的設(shè)計原則，大量應(yīng)用了當時國外8K、6K、8G等機車的先進技術(shù)。 SS6型機車： SS6型電力機車是株洲電力機車工廠在SS3型基礎(chǔ)上吸收國外機車的先進技術(shù)而設(shè)計制造的交-直6軸客貨兩用大功率干線電力機車，1991年批量生產(chǎn)。機車持續(xù)功率4800kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量138t。采用兩段橋相控無級調(diào)速方法。SS6B型電力機車是根據(jù)鐵道部“關(guān)于

21、開展機車機車簡統(tǒng)化、系列化工作”的精神，較多地采用和吸收了SS4型及SS6型機車技術(shù)，以相控機車成熟的技術(shù)和經(jīng)驗為基礎(chǔ)，由株洲電力機車工廠、株洲電力機車研究所共同設(shè)計研制，是我國干線相控6軸電力機車簡統(tǒng)化、標準化系列機型。機車持續(xù)功率4800kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量138t SS7型機車： SS7型電力機車是大同機車工廠、株洲電力機車研究所、成都機車工廠等共同設(shè)計研制的交-直6軸客貨兩用電力機車。機車吸收消化了8K、6K、8G機車的先進技術(shù)，機車持續(xù)功率4800kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量138t。近幾年又陸續(xù)研制出SS7C、

22、SS7D、SS7E客運機車。 SS8型機車： SS8型準高速4軸客運電力機車由株洲電力機車工廠、株洲電力機車研究所共同設(shè)計研制，1995年4月出廠，機車持續(xù)功率3600kW，最高速度177km/h，計算質(zhì)量88t。SS8型機車首次在國產(chǎn)機車上采用微機控制代替電子模擬控制。 SS9型電力機車 SS9型電力機車是在SS8型電力機車基礎(chǔ)上研制開發(fā)的6軸準高速客運電力機車。與SS8機車相比，牽引功率高、牽引力更大，在牽引長大編組的旅客列車方面更具優(yōu)越性。該型車兩臺樣車于1999年1月出廠赴段進行運行考核，同年11月完成并通過整車型式試驗，2000年2月通過了部科技司科技成果鑒定。 8K型機車： 8K型

23、電力機車是1986年從歐洲進口的干線交-直8軸貨運重載電力機車。由五十赫茲集團專門為中國鐵路設(shè)計制造，機車持續(xù)功率6400kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量292t。 8G型機車： 8G型電力機車是1987年從前蘇聯(lián)進口的干線交-直8軸貨運重載電力機車。由諾沃挈爾卡斯克電力機車廠設(shè)計制造，機車持續(xù)功率6400kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量292t 6K型機車： 6K型電力機車是1987年日本“三菱電機”和“川崎重工”聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)的交-直6軸相控客貨運電力機車。機車持續(xù)功率4800kW，最高速度100km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量

24、138t。6K型電力機車是日本人開創(chuàng)了把微機控制技術(shù)引入電力機車設(shè)計制造領(lǐng)域的先河。使電力機車技術(shù)進入一個斬新的時代。 6G型機車： 6G型電力機車是法國阿爾斯通公司1972年為我國設(shè)計制造的干線交-直6軸客貨運電力機車。機車持續(xù)功率5100kW，最高速度112km/h，通過最小半徑125m，計算質(zhì)量292t。 DJ型交流傳動電力機車： DJ型交流傳動高速客運電力機車于2000年6月在株洲電力機車廠誕生。該車采用了國內(nèi)外多項先進技術(shù)，是國內(nèi)目前單軸功率最大，技術(shù)最先進，達到國際90年代先進水平的交流傳動高速電力機車。 DJ2型(奧星)交流傳動電力機車： “奧星”（DJ2）型交流傳動電力機車是我

25、國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的商用交流傳動電力機車。 “中華之星”高速交流傳動動力車 時速270km/h的“中華之星”高速交流傳動動力車是在“九五”國家科技攻關(guān)項目-交流傳動動力車和國產(chǎn)化交流傳動客運電力機車的基礎(chǔ)上，吸取了國際上多項先進技術(shù)，而研制的我國第一列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的動力集中式高速動力車。 總體設(shè)計采用了高集成化、模塊化設(shè)計技術(shù)。設(shè)備布置采用了當今世界上交流機車動車流行的設(shè)備布置方式，即貫通式中間走廊，斜對稱設(shè)備布置，包廂式司機操縱臺。 DJJ1（藍箭）型動車組 “藍箭”（DJJ1）交流傳動電動車組是為廣深線運輸需求而開發(fā)研制的200km/h速度等級的動車組，主要用于廣州深圳城際間高速

26、客運。其動力車及控制車司機室和列車控制電氣設(shè)備由工廠研制。第一臺“藍箭”交流傳動電動車組動力車于2000年9月3日竣工剪彩，12月由此動力車牽引的動力車組通過了環(huán)形線和廣深線安全評估試驗，最高線路試驗速度達到了236km/h。該動車組的研制成功，為我國研制更高速度等級的高速列車積累了寶貴的經(jīng)驗。 “中原之星”交流動車組 160km/h動力分散型交流傳動電動車組是為了滿足人們對舒適、快捷的旅客運輸越來越高的要求而誕生的。該電動動車組具有先進、可靠、快捷、舒適、環(huán)保、節(jié)能以及方便維護等特點，同時該動車組還具備較好的動力性能，能為旅客提供較好的旅行環(huán)境，方便鐵路部門組織運營等一系列優(yōu)點。 該動車組的

27、編組在考慮確保各車輛重量均衡的前提下，結(jié)合國內(nèi)研制的牽引變流設(shè)備的容量，采用動力分散方式。該動車組在牽引功率、動力配置和控制方式上都與地鐵車輛相同。全列車由兩個完全相同的動力單元組成，主傳動系統(tǒng)采用交直交傳動方式。 TM1伊朗動車組 TM1型電力機車用于伊朗首都德黑蘭至梅赫沙之間的城郊客運，它與雙層客車聯(lián)掛組成動車組，推挽運行，其編組方式為L+10T+L。機車主電路采用三段不等分半控橋電路，采用晶閘管進行磁場削弱，能無級調(diào)節(jié)機車速度。機車采用微機控制，牽引和電阻制動具有恒流準恒速控制特性，機車具有遠距離重聯(lián)控制功能。轉(zhuǎn)向架采用電機空心軸架承式傳動，牽引裝置為平拉桿結(jié)構(gòu)。機車空氣制動采用DK-1

28、電空制動機，機車ATP系統(tǒng)采用TVM300裝置。機車上安裝有列車供電逆變電源，向列車供電，機車上安裝有列車廣播裝置，列車門控裝置，軸溫報警裝置。 DDJ1型電動車組： 200km/h電動旅客列車組是“九五”國家簡單科技項目（攻關(guān)）之一，動力車于99年5月成功研制，9月正式投入廣深線商業(yè)運行，是我國首列商用型高速動車組。其動力車以SS8型和TM1型機車為基礎(chǔ)，吸收了其他高速技術(shù)而制造。 電力機車按供電電流制-傳動型式分為四類：1直流供電-直流牽引電動機的直直型電力機車；2交流供電-直（脈）流牽引電動機的交直型電力機車；3交流供電-變流器環(huán)節(jié)-三相交流異步電動機的交直交型電力機車4交流供電-變頻環(huán)

29、節(jié)-三相交流同步電動機的交交型電力機車。變電站接觸網(wǎng)牽引電流再生電流(制動)受電弓主變壓器變流器直流電機第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)變電站接觸網(wǎng)牽引電流再生電流(制動)受電弓主變壓器變流器直流電機變電站接觸網(wǎng)牽引電流再生電流(制動)受電弓主變壓器變流器逆變器驅(qū)動電機交直流交直交流交交流直直型電力機車工作原理直直型電力機車工作原理 直流電力機車使用的是直流電源和直流串勵牽引電動機，目前有些工礦電力機車、地鐵電動車組和城市無軌電車仍采用這種型式。工作過程為：機車由受電弓從接觸網(wǎng)取得直流電，經(jīng)斷路器QD，啟動電阻R向四臺直流牽引電動機M1M4供電，牽引電流經(jīng)鋼軌流回變電所。四臺牽引電動機接通電源后

30、即行旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再分別通過各自的齒輪傳動裝置，驅(qū)動機車動輪牽引列車運行。 1.機車結(jié)構(gòu)簡單，造價低，經(jīng)濟性好。 2.采用適合于牽引的直流串勵電動機，牽引性能 好，調(diào)速方便。 3.控制簡單，運行可靠。 4.供電效率低。 5.基建投資大。 6.效率低，有級調(diào)速。 直流電力機車的基本特點 交直型電力機車工作原理交直型電力機車工作原理 整流器電力機車系交直型電力機車，將接觸網(wǎng)供給的單相工頻交流電，經(jīng)機車內(nèi)部的牽引變壓器降壓，再經(jīng)整流裝置將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后向直流(脈流)牽引供電動機供電,從而產(chǎn)生牽引力牽引列車運行。 交直交型電力機車工作原理交直交型電力機車工作原理 交直交型電力機車

31、屬于交流傳動機車。由逆變器供電，機車和動車組采用交流異步電動機做牽引動力。機車在工作時，受電弓將網(wǎng)壓引入機車變壓器降壓后送入整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)濾波器平滑處脈動后，送入逆變器，將直流電逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電，經(jīng)平波電抗器，供給三相異步牽引電動機，實現(xiàn)牽引運行。在這個系統(tǒng)中，機車先將電網(wǎng)的交流能量轉(zhuǎn)換為直流能量，然后進一步轉(zhuǎn)換成電壓和頻率可調(diào)的交流能量。交流傳動機車具有啟動牽引力大、恒功率范圍寬、粘著系數(shù)高、電機維護簡單、功率因數(shù)高、等效干擾電流小等諸多優(yōu)點，是目前我國鐵路發(fā)展的必然趨勢。 交直交型電力機車工作原理交流傳動系統(tǒng)采用三相交流鼠籠式感應(yīng)電機。三相異步電機與直流

32、電機相比具有很多優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維護少，價格低，易于制造； 功率大，效率高，重量輕；目前，世界上最大的直流牽引電機功率為1000kW，而交流牽引電機功率，已達到1800kW。 無換向引起的電氣損耗和機械損耗，無環(huán)火引起的故障； 耐振動、沖擊的性能較好； 耐風雪，多塵，潮濕等惡劣環(huán)境； 具有可持續(xù)的大起動牽引力； 過載能力強(僅受定子繞組熱時間常數(shù)的影響)； 轉(zhuǎn)速高，功率/重量比高，有利于電機懸掛； 轉(zhuǎn)矩速度特性較陡，可抑制空轉(zhuǎn)，提高粘著利用率；在幾臺電機并聯(lián)時，不會發(fā)生單臺電機空轉(zhuǎn)現(xiàn)象； 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)TS隔離開關(guān)；HS主斷路器；ND濾

33、波電抗器；NK濾波電容器；TR主變壓器；ZSS列車匯流母線；4QS四象限變流器；SK吸收電路；WR電機側(cè)逆變器；MVD電動機串聯(lián)電抗器；FM牽引電動機；DG1轉(zhuǎn)向架1；DG2轉(zhuǎn)向架2 vehicleDriveWheelRailGearBoxTMODC-linklinemotorsidesideMCSupply&LineBRCHLCTRAHVCICFConvertersBogiePower supplyTraction chainVehicleVehicle controlLine converter controlMotor converter control第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動

34、系統(tǒng) 從牽引系統(tǒng)關(guān)系鏈圖可以看出牽引系統(tǒng)經(jīng)過受電弓從電網(wǎng)上獲取電壓，經(jīng)主變壓器（TRA）和高壓控制箱（HVC），從主變壓器的牽引線圈進入變流器箱，經(jīng)網(wǎng)側(cè)逆變器（LC）將主變壓器牽引線圈輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流連接電壓（1860V），然后經(jīng)DC過電壓斬波器給電機逆變器（MC）供電，MC將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?相交流電壓，來帶動交流異步牽引電機（TMO），經(jīng)齒輪變速箱給帶動輪子行走。HVC、TRA、和LC由網(wǎng)側(cè)控制單元檢測控制。CH、MC、TMO和齒輪變速箱由電機控制單元檢測控制。整個系統(tǒng)都經(jīng)過列車網(wǎng)絡(luò)控制。其中1個電機逆變器帶動2個電機，在1個轉(zhuǎn)向架上。這是一個真正的鏈條，如果其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或不

35、工作，則整個系統(tǒng)受損害 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)動車組供電牽引系統(tǒng)發(fā)展概況 日本從1964年首條高速線開通以來，動車組從0系發(fā)展到700系，從直流傳動發(fā)展到交流傳動，運營速度從210hdh到300kmh，一直堅持動力分散模式。法、德兩國原先一直推祟動力集中牽引的動車組模式。法國以直流傳動速度260kmh起步，經(jīng)過同步電機傳動，第三代實現(xiàn)三相交流異步傳動高速動車組，而下一代的A G V動車組改用動力分散式，速度320360kmh。德國ICEl、ICE2高速動車組率先采用交流異步電機傳動，實現(xiàn)280kmh的運營速度，并一再焙耀動力集中式動車組的高超技術(shù)。然而ICE3新一代高速動車組也轉(zhuǎn)而采用

36、動力分散方式(2M2T)?？梢?，開發(fā)300kmh以上高速動車組采用動力分散是目前世界的發(fā)展趨勢。第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 早期的電力牽引傳動系統(tǒng)均采用交一直傳動，用直流電動機驅(qū)動。采用抽頭切換，間斷控制或可控硅連續(xù)相位控制技術(shù)進行調(diào)速。無論是日本0系，100系，200系還是法國TGVP和意大利的ETR450均采用直流牽引電機，繼承了傳統(tǒng)的交一直牽引傳動系統(tǒng)技術(shù)。由于直流電動機的單位功率重量較大，直流牽引電動機一般不超過500kW，使高速列車既要大功率驅(qū)動又要求減輕軸重，特別是減輕簧下部分質(zhì)量，形成難以克服的矛盾。 到上世紀80年代末90年代初，高速列車開始采用交流電動機驅(qū)動。并存在兩種不

37、同的技術(shù)路線，即交流同步電機和交流異步電機。法國選擇了自換相三相同步牽引電動機，把單臺電機功率提高到1100kW，從而在TGV-A上用8臺交流牽引電機，代替TGV-P上的12臺直流牽引電機，將列車功率由6800kW提高到8800kW。運行速度由270kmh提高到300km/h，列車重量由418t增加到479t，列車定員由368人增加到485人 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) TGV-A采用GT0晶閘管逆變器，同步電動機加上輔助設(shè)備的重量比TGV-P的直流電動機增加30kg，而功率卻增加了一倍。 日本和德國則與法國不同，它們采用異步牽引電動機驅(qū)動。同步牽引電動機結(jié)構(gòu)上雖然比直流牽引電動機簡單，但

38、它仍有滑環(huán)及電樞繞組。而異步電動機中的鼠籠型感應(yīng)電機(簡稱異步電機)，轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊壓，用裸銅條作為導(dǎo)體，無滑環(huán)等磨耗裝置。結(jié)構(gòu)簡單，可靠，體積小，重量輕，可實現(xiàn)電機無維修。 鑒于逆變器技術(shù)和交流電機控制技術(shù)的進步為采用異步牽引動機驅(qū)動提供了條件。因此交一直一交傳動并采用異步電機驅(qū)動是高速列車牽引傳動系統(tǒng)的發(fā)展主流。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 大功率交直交傳動系統(tǒng)性能的提高與電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展密切相關(guān)，電力半導(dǎo)體器件的特性決定了變流裝置的性能、體積、重量和價格。從鐵道牽引的角度看，理想的電力半導(dǎo)體器件應(yīng)是：斷態(tài)時能夠承受高電壓，通態(tài)時可流過大電流且通態(tài)壓降小，可在通態(tài)和斷態(tài)之間進行快速

39、切換，即開關(guān)頻率高，損耗小，易于控制。應(yīng)用于鐵道牽引的電力半導(dǎo)體器件大致經(jīng)歷了晶閘管、GTO、IGBT三個發(fā)展階段。新干線高速列車電傳動技術(shù)的發(fā)展與電力半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，60年代初研制的0系高速列車，限于當時的電力半導(dǎo)體器件水平，只能采用牽引變壓器次邊抽頭，二級管整流調(diào)壓方式。到80年代，大功率晶閘管應(yīng)用技術(shù)成熟，新研制的200、100系、400系高速列車，均采用相控調(diào)壓方式。進入90年代，在電力牽引領(lǐng)域，交流傳動開始取代直流傳動，加之大功率GTO元件的應(yīng)用，使得電壓型交流傳動技術(shù)在該領(lǐng)域中占據(jù)了主導(dǎo)地位。因此，新研制的300系、500系、700系，E1、E2、E3、E4等高速列車均采

40、用了交流傳動技術(shù)。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 隨著新型大功率半導(dǎo)體器件(諸如IGBT、IPM)的出現(xiàn)，E2和700系高速列車牽引變流器開始采用IGBT或IPM器件，進一步改善了傳動系統(tǒng)性能。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)三）動車組牽引傳動系統(tǒng)布置 列車牽引動力系統(tǒng)有主變壓器、變流器、逆變器等各種動力設(shè)備，除此之外，還有空調(diào)機，空壓機，各種風機，蓄電池，輔助逆變器等多種輔助設(shè)備。因此，在考慮列車動力配置的同時，必須考慮這些設(shè)備的布置。 M MM MT TTTT TT TMMM ME EE EM MM M動力分散型動力集中型第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 目前世界上高速電動車組有兩種牽引方

41、式：動力分散方式和動力集中方式。前者以日本為代表；后者以法國為代表，列車頭尾各有一臺動力車，中間為中間車。如果動力不夠，靠近動力車的個間車轉(zhuǎn)向架，亦裝有牽引電動機。這種動力布置方式實質(zhì)上是傳統(tǒng)機車牽引方式的變型，歐洲主要采用這種方式。 動力集中設(shè)置的特點在于集中在頭車的動力設(shè)備便于檢修和集中通風冷卻，同時使拖車少負擔動力設(shè)備的重量和噪聲干擾。 動力分散布置：將全列車分為若干個動力單元，在每一個動力單元中帶牽引電機的驅(qū)動軸(動力軸)分散布置在單元的每一個或部份車軸上，更重要的是將傳動系統(tǒng)的各個動力設(shè)備也分散地設(shè)置在各個車輛底下，而不占用任何一輛車廂 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 動力分散型動車

42、組軸重小，牽引動力大，啟動加速快，驅(qū)動動軸多，粘著性能比較穩(wěn)定，容易實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)；其動力設(shè)備均可安裝于地板底下，所有車輛(包括頭車和中間車)均可成為客車使用，這樣可提高列車定員。以新干線300系為例，其額定功率為12000kw，啟動加速牽引力可達到360kN，每噸啟動加速牽引力可達到05kN，由啟動加速到250kmh速度的時間僅需215s、走行96km。新干線300系每米定員為329人，超過TGVA的204人和ICE的185人?；谶@種特點，動力分散型動車組比較適合鐵路路基松軟、站距較短的日本等國家。40年來，日本始終堅持動力分散電動車組，從0系到700系，一直不變，取得輝煌成績。之所以取得這

43、樣大的成績，主要緣于：(1)輪軌作用力小，牽引、制動性能良好。(2)采用交流傳動(300系開始)。(3)部件輕量化。(4)采取了減小運行阻力和噪聲的措施。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 動力集中型動車組為世界許多國家廣泛采用。其運行速度也可達到330kmh，在現(xiàn)行國內(nèi)電氣化鐵路的技術(shù)條件下，動力集中型動車組完全能滿足目前和今后很長一段時間鐵路運營需要。動力集中型動車組技術(shù)成熟，編組較動力分散型動車組更為靈活。另外，在成本方面，動力集中型兩端為動力車，設(shè)備集中，動力設(shè)備數(shù)量少，在車內(nèi)環(huán)境方面，動力集中型驅(qū)動裝置集中在兩端，遠離旅客坐位，噪聲小，動力分散型驅(qū)動設(shè)備分布在車下，有一定的振動影響。

44、可從如下的幾個方面來分析動力集中與動力分散之間的特點： 1牽引總功率和軸功率第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)2、最大軸重和簧下質(zhì)量 3粘著利用 4制動 5制造成本 6維修費用 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)M3TbMc1M1Tp1Mc2M2Tp2GIUGIAROETR470.001 BAC1ETR470.201 BB1ETR470.501 RA1 四方動車組最高運營速度為200km/h，最高試驗速度為250km/h，動車組牽引總功率4800kW。定員載荷的動車組平直道上的啟動加速度為0.406m/s2；200km/h運行時，其剩余加速度不小于0.1m/s2。動車組損

45、失25%的動力時，平直道上的平均速度可大于200km/h。動車組在風速15m/s逆風下也可進行正常的營業(yè)運行。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)設(shè)備設(shè)備功能功能受電弓DSA-350 S 從25 kV電源中采集必要的電能來驅(qū)動列車。25 kV避雷器保護高壓設(shè)備（25kV）免受高架線過電壓的影響。BVAC斷路器和接地設(shè)備BVAC是列車主斷路器，用來與列車上方的25 kV接觸網(wǎng)進行連通和斷路。主斷路器（聯(lián)絡(luò)開關(guān)） 連通和斷開25 kV線路，組合兩個牽引單元。主變壓器將25kV電源轉(zhuǎn)換

46、為驅(qū)動電氣牽引設(shè)備和輔助設(shè)施所需電壓。25 kV電壓傳感器可測量由受電弓采集的電壓。第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)動車組高壓設(shè)備牽引變壓器初級繞組上的電流傳感器可測量牽引變壓器初級繞組所吸收的電流，并提供差動保護。接觸網(wǎng)電流傳感器可測量25 kV接觸網(wǎng)側(cè)的電流。感應(yīng)器100 Hz諧振濾波器與濾波器的電容器一起對不需要的諧波進行過濾。4象限牽引變流器和逆變器轉(zhuǎn)換由主變壓器提供的電功率并驅(qū)動牽引電機。制動電阻器在過分相時的電氣制動階段將牽引電機產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為熱能。第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)牽引電機通過一個萬向軸向轉(zhuǎn)向架的動力軸傳遞牽引力。140KVA輔助變流器將2.3kV線路電壓轉(zhuǎn)換為特定輔

47、助設(shè)施所需的380 V三相電壓。 加熱子系統(tǒng)的變壓器將1.5kV交流電壓轉(zhuǎn)換為加熱器所需的220V交流電源電壓。加熱子系統(tǒng)和電池充電器的變壓器將1.5kV交流電壓轉(zhuǎn)換為加熱器（220V交流）和電池充電器（450V交流）所需的電源電壓。25kV旋轉(zhuǎn)式接頭（車頂線）可對TTP車25 kV頂線與TTPB車進行連接。第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)2.3kV接地斷路器可進行2.3kV電路的接地。1.5kV接地斷路器可進行1.5kV電路的接地。單極斷路器1750A，4000V可對TTP車上的2.3 kV線路進行斷路單極接觸器400A，1800V或400A，1500V可對TTP車上的1.5 kV線路進行斷路

48、熔斷器在過電流或短路時保護由2.3kV和1.5kV線路供電的設(shè)備。電流傳感器TA 100A可控制2.3kV線路地線回路電纜上的電流。顯示器通過燈顯示2.3 kV線路上有電壓。第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)圖5.11司機室配電盤信息顯示第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)四、動車組牽引特性及控制策略 圖3和圖4分別為icE和TGV Eurostar機車的牽引特性曲線，它們代表了兩種不同的設(shè)計思想。其中ice機車的牽引特性曲線具有一定的普遍意義。當速度低于約92kmh時，機車輸出淮恒力矩，92kmh后，進入恒功區(qū)。由于在92kmh速度點，變流器輸出滿電壓，實際上屬于大牽引電

49、機小變流器方式。具有這種牽引性能的機車在整個速度范圍內(nèi)其牽引力較大，加速性能較好不僅適合于客運，同時也適合貨運。相比較而言，TGV EMrostar機車的牽引特性曲線就顯得有些不一般。該曲線共分成4段：(1)低速啟動時有較大的牽引力； (2)23kmh一115kmh之間輸出力矩隨速度的增加而迅速下降；3115kmh一200kmh之間機車保持較平的力矩特性； (4)200 kmh一300 kmh之間機車輸出恒功率。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 這種牽引特性具有如下一些特點： (1)啟動力矩大，但由于時間較短，牽引電機不容易過熱因此短時的大啟動力短對牽引電機的設(shè)計要求沒有提高。(2)力矩隨速度

50、迅速下降，牽引電機的電流也迅速下降。由于TGV機車是高速客運機車，因此在中速區(qū)不需要太大的牽引力。 (3)電動機的顛覆力矩按機車的最高速度設(shè)計，雖然牽引電機的功率較大，但由于機車恒功區(qū)較窄，電動機的用鐵量較少，因此有別于一般的大電機小變流器方案，牽引電機質(zhì)量反而大大減小。TGV Eurostar機車的最大輸出軸功率為1100 kw其牽引電機的質(zhì)量賂大于U，從而使機車的軸重維持在17t左右。 (4)機車進入恒功區(qū)前需通過改變變流器的輸出電壓才能達到控制電機輸出特性的目的。因此在恒功區(qū)前運行時，變流器工作在分額工況，開關(guān)損耗增大，但由于負載電流的下降，導(dǎo)通損耗下降，總的損耗不會增加大大。 第二節(jié)第二節(jié) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 機車的牽引特性曲線通常被分成恒力矩和恒功區(qū)。恒力矩是通過控制變流器的輸出u/f實現(xiàn)的；恒功通常是調(diào)頻不調(diào)壓，牽引電機工作在磁場削弱狀態(tài)，在恒力矩區(qū)與恒功區(qū)的交點，變流器輸出為滿電壓，即為VVVF的終點。 假定恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的終點速度為v1，恒功區(qū)的終點速度為v2，當VVVF終點速度vvlv2時牽引電機的質(zhì)量最??；終點速度的設(shè)定直接影響電力機車的牽引性能以及變流器、牽引電機和控制裝置的設(shè)計。一般終點速度取大于v1時，可以減少牽引電機的最大磁通，從而減少鐵心的尺寸和質(zhì)量，使牽引電機的質(zhì)量更??；但啟動電流相對增大，對變流器所使用