項(xiàng)目二 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)

1、 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)1. 項(xiàng) 目 導(dǎo) 入 2. 學(xué) 習(xí) 任 務(wù)3. 拓 展 任 務(wù)4. 任務(wù)1 直流主傳動控制 任務(wù)3 直線電機(jī)主傳動控制 任務(wù)2 交流主傳動控制 任務(wù)4 單軌牽引傳動系統(tǒng) 任務(wù)1 常用電力電子器件類型、原理與應(yīng)用 任務(wù)2 電流電壓變換電路 任務(wù)3 軌道交通車輛電磁兼容學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握牽引傳動控制的類型；掌握牽引傳動控制的類型；2掌握電氣制動的類型；掌握電氣制動的類型；3掌握直流、交流傳動的控制原理；掌握直流、交流傳動的控制原理；4能正確分析牽引和電制動電路；能正確分析牽引和電制動電路；5能正確分析高壓回路電路；能正確分析高壓回路電路；6掌握主傳動控制系統(tǒng)中的保護(hù)方式；掌握主

2、傳動控制系統(tǒng)中的保護(hù)方式；7了解城軌車輛使用的電力電子器件類型、工作原理和應(yīng)用；了解城軌車輛使用的電力電子器件類型、工作原理和應(yīng)用；8了解城軌車輛整流、斬波和逆變電路工作原理和應(yīng)用了解城軌車輛整流、斬波和逆變電路工作原理和應(yīng)用；掌握掌握單軌牽引單軌牽引傳動傳動系統(tǒng)的構(gòu)成及主要電氣結(jié)構(gòu)作用；系統(tǒng)的構(gòu)成及主要電氣結(jié)構(gòu)作用；9. 了解城軌車輛的電磁兼容技術(shù)應(yīng)用。了解城軌車輛的電磁兼容技術(shù)應(yīng)用。項(xiàng)目內(nèi)容：項(xiàng)目內(nèi)容：主要介紹城軌交通車輛各種牽引傳動系統(tǒng)主要介紹城軌交通車輛各種牽引傳動系統(tǒng)組成組成及及控制原理控制原理。全面介紹了全面介紹了主傳動設(shè)備主傳動設(shè)備直流牽引電動機(jī)、三相異步牽引電機(jī)和直線牽直流牽引

3、電動機(jī)、三相異步牽引電機(jī)和直線牽引電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其特性。引電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其特性。簡要介紹了簡要介紹了單軌單軌牽引傳動系統(tǒng)的組成特點(diǎn)及應(yīng)用案例。牽引傳動系統(tǒng)的組成特點(diǎn)及應(yīng)用案例。詳細(xì)分析了主傳動系統(tǒng)詳細(xì)分析了主傳動系統(tǒng)牽引牽引、制動制動、保護(hù)電路保護(hù)電路。 知識拓展：知識拓展： 介紹城軌交通車輛使用的主要電力電子器件的類型、工作原理及應(yīng)用介紹城軌交通車輛使用的主要電力電子器件的類型、工作原理及應(yīng)用場合，分析城軌車輛整流、斬波和逆變電路的工作原理。城軌交通車輛場合，分析城軌車輛整流、斬波和逆變電路的工作原理。城軌交通車輛電磁兼容。電磁兼容。項(xiàng)目二 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)定義定

4、義：在軌道交通車輛中，用在軌道交通車輛中，用電動機(jī)電動機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)車輛牽引的傳動控制方式。驅(qū)動實(shí)現(xiàn)車輛牽引的傳動控制方式。作用作用：它是以它是以牽引電機(jī)牽引電機(jī)作為控制對象，通過控制系統(tǒng)對電動機(jī)的作為控制對象，通過控制系統(tǒng)對電動機(jī)的速度速度和和牽引力牽引力進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足車輛進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足車輛牽引牽引和和制動制動特性的要求。特性的要求。類型類型：直流傳動系統(tǒng)直流傳動系統(tǒng)：采用直流（脈流）牽引電動機(jī)。：采用直流（脈流）牽引電動機(jī)。 交流傳動系統(tǒng)交流傳動系統(tǒng)：采用交流（同步、異步）牽引電動機(jī)采用交流（同步、異步）牽引電動機(jī)。電力牽引控制電力牽引控制定義定義：一般是指一個車輛單元的牽引動力電路。一般是指

5、一個車輛單元的牽引動力電路。組成組成：受流器、牽引箱、牽引電機(jī)、制動電阻箱、電抗器受流器、牽引箱、牽引電機(jī)、制動電阻箱、電抗器及及電氣開關(guān)等電氣開關(guān)等。電傳動系統(tǒng)主電路電傳動系統(tǒng)主電路圖圖2-1 主牽引逆變器外形結(jié)構(gòu)主牽引逆變器外形結(jié)構(gòu)主回路的功能概述及構(gòu)成主回路的功能概述及構(gòu)成定義定義：是牽引電機(jī)工作回路，通過指令對牽引電機(jī)進(jìn)行控制；：是牽引電機(jī)工作回路，通過指令對牽引電機(jī)進(jìn)行控制；功能功能：可實(shí)現(xiàn)列車牽引和電制動功能，也可完成向前、向后的：可實(shí)現(xiàn)列車牽引和電制動功能，也可完成向前、向后的方向轉(zhuǎn)換。方向轉(zhuǎn)換。組成組成：由受流單元、保護(hù)裝置（熔斷器、高速斷路器、隔離開：由受流單元、保護(hù)裝置（熔

6、斷器、高速斷路器、隔離開關(guān)）、線路接觸器、電抗器、電容器、關(guān)）、線路接觸器、電抗器、電容器、VVVF逆變單元、牽引電逆變單元、牽引電機(jī)、回地裝置等部分構(gòu)成。機(jī)、回地裝置等部分構(gòu)成。為了保證直流供電電壓的品質(zhì)，采用為了保證直流供電電壓的品質(zhì)，采用電路電抗器電路電抗器和和電容濾波器電容濾波器來吸收牽引來吸收牽引供電網(wǎng)中直流電壓的脈動波紋，使逆供電網(wǎng)中直流電壓的脈動波紋，使逆變單元得到的直流成分更加平順。變單元得到的直流成分更加平順。逆變單元逆變單元由由IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）絕緣柵）絕緣柵雙極型晶體管模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)將輸入的直流電逆變?yōu)榻浑p極

7、型晶體管模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)將輸入的直流電逆變?yōu)榻涣麟姴⒆儔鹤冾l輸出，從而控制交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)流電并變壓變頻輸出，從而控制交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)列車速度在很寬泛的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)節(jié)。列車速度在很寬泛的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)節(jié)。主回路工況主回路工況牽引電機(jī)可以工作在牽引電機(jī)可以工作在牽引牽引工況或工況或制動制動工況；工況；兩個工作狀態(tài)由兩個工作狀態(tài)由主逆變器主逆變器來管理。來管理。牽引時：主逆變器工作在牽引時：主逆變器工作在逆變逆變狀態(tài)，將直流逆變?yōu)榻涣?；狀態(tài)，將直流逆變?yōu)榻涣鳎?電制動時：主逆變器工作在電制動時：主逆變器工作在整流整流狀態(tài)，將牽引電機(jī)產(chǎn)生的交流狀態(tài)，將牽引電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電

8、，并反饋回供電網(wǎng)供其他車輛使用。電轉(zhuǎn)換成直流電，并反饋回供電網(wǎng)供其他車輛使用。列車常用制動采用電制動和空氣制動混合運(yùn)算的列車常用制動采用電制動和空氣制動混合運(yùn)算的制動方式，再生制動優(yōu)先，當(dāng)電制動不足以完成制動方式，再生制動優(yōu)先，當(dāng)電制動不足以完成制動指令時，再由空氣制動補(bǔ)足。制動指令時，再由空氣制動補(bǔ)足。1. 主回路牽引工況主回路牽引工況 主回路通過受流裝置連接至供電網(wǎng)絡(luò)，獲得直流電能：主回路通過受流裝置連接至供電網(wǎng)絡(luò)，獲得直流電能：將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電牽引牽引2. 主回路制動工況主回路制動工況 主回路電制動時，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子被列車輪對帶動旋轉(zhuǎn)，切割定子主回路電制動時

9、，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子被列車輪對帶動旋轉(zhuǎn)，切割定子磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并被導(dǎo)出；磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并被導(dǎo)出； 此時牽引電機(jī)處于此時牽引電機(jī)處于發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，發(fā)出的電勢經(jīng)逆變器模塊將工作狀態(tài)，發(fā)出的電勢經(jīng)逆變器模塊將交流電變?yōu)橹绷麟姡唤涣麟娮優(yōu)橹绷麟?；制動制?相比相比電制動電制動，空氣制動建立響應(yīng)時間較長（，空氣制動建立響應(yīng)時間較長（1秒）；秒）； 為了實(shí)現(xiàn)電制動和為了實(shí)現(xiàn)電制動和純空氣制動純空氣制動之間的平滑過渡，減少沖撞，之間的平滑過渡，減少沖撞，縮短空走距離，在供電網(wǎng)壓過高（縮短空走距離，在供電網(wǎng)壓過高（=1.2倍額定電壓），不再倍額定電壓），不再接受反饋時，再生制動退出轉(zhuǎn)為純空氣制動

10、的瞬間，牽引電接受反饋時，再生制動退出轉(zhuǎn)為純空氣制動的瞬間，牽引電機(jī)發(fā)出的電能將被引導(dǎo)在制動電阻上；機(jī)發(fā)出的電能將被引導(dǎo)在制動電阻上； 電阻制動電阻制動實(shí)現(xiàn)暫態(tài)的純電阻制動，即列車動能轉(zhuǎn)換成電能再實(shí)現(xiàn)暫態(tài)的純電阻制動，即列車動能轉(zhuǎn)換成電能再轉(zhuǎn)換成電能再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟脑诖髿庵小＾D(zhuǎn)換成電能再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟脑诖髿庵小?. 列車向前、向后的換向列車向前、向后的換向 三相交流電機(jī)輸入的相序三相交流電機(jī)輸入的相序U、V、W顛倒任意一組，電機(jī)都會發(fā)顛倒任意一組，電機(jī)都會發(fā)生反轉(zhuǎn)；生反轉(zhuǎn)； 電動列車通過改變逆變器輸出相序來實(shí)現(xiàn)牽引向前和向后（即電動列車通過改變逆變器輸出相序來實(shí)現(xiàn)牽引向前和向后（即倒車）的操作

11、，不需要切換主回路的構(gòu)成。倒車）的操作，不需要切換主回路的構(gòu)成。主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成圖圖1-1 城市軌道交通車輛控制原理示意圖城市軌道交通車輛控制原理示意圖圖圖1-1 城市軌道交通車輛控制原理示意圖城市軌道交通車輛控制原理示意圖主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成圖圖1-4 城市軌道交通車輛單元車的總體控制城市軌道交通車輛單元車的總體控制在列車頂部安裝受電弓，用于將電流從電網(wǎng)引入列車。在列車頂部安裝受電弓，用于將電流從電網(wǎng)引入列車。在受電弓的旁邊安裝避雷器，主要用于防止雷擊過電在受電弓的旁邊安裝避雷器，主要用于防止雷擊過電壓和操作過電壓，保護(hù)主電系統(tǒng)。壓和操作過電壓

12、，保護(hù)主電系統(tǒng)。電流由受電弓引入到高壓隔離開關(guān)，隔離開關(guān)用于車間電電流由受電弓引入到高壓隔離開關(guān)，隔離開關(guān)用于車間電源轉(zhuǎn)換和作為高速斷路器前的隔離接地。源轉(zhuǎn)換和作為高速斷路器前的隔離接地。熔斷器：由兩個熔斷器：由兩個100A、一個、一個160A和一個和一個250A的熔斷器組成。的熔斷器組成。100A給給B車和車和C車輔助逆變器提供保護(hù)；車輔助逆變器提供保護(hù)；160A給給A車充電機(jī)提供電流保護(hù)；車充電機(jī)提供電流保護(hù)；250A給給C車的車端連接器電路提供電流保護(hù)。車的車端連接器電路提供電流保護(hù)。B車底部安裝有高壓箱，每臺高壓箱中安裝兩臺高速斷路車底部安裝有高壓箱，每臺高壓箱中安裝兩臺高速斷路器，分

13、別給器，分別給B車和車和C車牽引逆變器供電。車牽引逆變器供電。牽引逆變器分別給兩臺轉(zhuǎn)向架上的四臺牽引電機(jī)供電，牽引逆變器分別給兩臺轉(zhuǎn)向架上的四臺牽引電機(jī)供電，電流最終通過接地碳刷，經(jīng)由車體、轉(zhuǎn)向架軸端接地裝電流最終通過接地碳刷，經(jīng)由車體、轉(zhuǎn)向架軸端接地裝置到軌道形成電流回路。置到軌道形成電流回路。機(jī)場線（機(jī)場線（QKZ5）采用龐巴迪的牽引系統(tǒng)，其牽引逆變器稱為）采用龐巴迪的牽引系統(tǒng)，其牽引逆變器稱為PCU；昌平線（昌平線（SFM13型）采用日本三菱的牽引系統(tǒng)；型）采用日本三菱的牽引系統(tǒng)；15號線（號線（DKZ31型）采用發(fā)過阿爾斯通的牽引系統(tǒng)。型）采用發(fā)過阿爾斯通的牽引系統(tǒng)。雖然各條線路采取牽

14、引系統(tǒng)的廠家不同，但牽引系統(tǒng)都是通過調(diào)頻雖然各條線路采取牽引系統(tǒng)的廠家不同，但牽引系統(tǒng)都是通過調(diào)頻調(diào)壓的方法來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對車輛的牽引控制。調(diào)壓的方法來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對車輛的牽引控制。 車輛通過受流器接觸第三軌，采集車輛通過受流器接觸第三軌，采集DC750V電壓；電壓； 經(jīng)過受流器熔斷器、高速斷路器等將經(jīng)過受流器熔斷器、高速斷路器等將DC750V電輸入給牽引逆變器；電輸入給牽引逆變器； 牽引逆變器牽引逆變器VVVF經(jīng)濾波、整流、逆變，經(jīng)濾波、整流、逆變，DC750V變換為滿足牽變換為滿足牽引電機(jī)正常工作的電壓和頻率。引電機(jī)正常工作的電壓和頻率。主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成

15、 車輛通過母線將車輛通過母線將TC車和車和M1車的高壓聯(lián)在一起；車的高壓聯(lián)在一起； 通過貫穿全列車的母線為通過貫穿全列車的母線為2個個CVS（輔助變流器）供電，確保（輔助變流器）供電，確保CVS順利順利通過斷電區(qū)。通過斷電區(qū)。 車輛接地時通過接地匯流排經(jīng)由轉(zhuǎn)向架軸端接地裝置形成接地回路；車輛接地時通過接地匯流排經(jīng)由轉(zhuǎn)向架軸端接地裝置形成接地回路； TC車設(shè)置有車設(shè)置有2個接地裝置，個接地裝置，M車設(shè)置有車設(shè)置有4個接地裝置。個接地裝置。主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成IES箱箱每輛拖車每輛拖車1個個HSCB箱箱每輛動車每輛動車1個個 輔助變流器輔助變流器 每輛拖車每輛拖車1個個 制動電阻器制動電阻

16、器 每輛動車每輛動車1個個 電機(jī)（異步）電機(jī)（異步）每輛動車每輛動車4個個牽引箱牽引箱每輛動車每輛動車1個個 適用接地牽引、輔助設(shè)備等。適用接地牽引、輔助設(shè)備等。 IES的鎖緊手柄和主手柄，均有低壓開關(guān)，可指示其電流的鎖緊手柄和主手柄，均有低壓開關(guān)，可指示其電流 。 位置（高壓電源、接地、車間）兩個位置（高壓電源、接地、車間）兩個IES聯(lián)鎖，如果其中一個聯(lián)鎖，如果其中一個接地，則牽引無法啟動（安全性）。接地，則牽引無法啟動（安全性）。 輔助變流器電源通過輔助變流器電源通過IES獲得。獲得。 用于流向輔助設(shè)備的電流。用于流向輔助設(shè)備的電流。由兩個二極管完成此功能，它們均借助外部散熱器進(jìn)行冷卻。由

17、兩個二極管完成此功能，它們均借助外部散熱器進(jìn)行冷卻。 F-AUX 線路輸入熔斷器，可保護(hù)輔助變流器；線路輸入熔斷器，可保護(hù)輔助變流器； F-AUXBUS 線路輸入熔斷器，可保護(hù)兩輛拖車之間的電源總線。線路輸入熔斷器，可保護(hù)兩輛拖車之間的電源總線。 具有很大的電阻值具有很大的電阻值(Mohm)。 當(dāng)電路上出現(xiàn)沖擊電壓時，此部件會發(fā)生短路，然后直接將該當(dāng)電路上出現(xiàn)沖擊電壓時，此部件會發(fā)生短路，然后直接將該沖擊引至地面。沖擊引至地面。 HSCB為主斷路器為主斷路器 ，可在出現(xiàn)故障的情況下斷開牽引鏈與電源，可在出現(xiàn)故障的情況下斷開牽引鏈與電源的連接。的連接。 主要防止?fàn)恳溌访馐軆?nèi)部或外部故障的影響。

18、主要防止?fàn)恳溌访馐軆?nèi)部或外部故障的影響。 存在一個與斷路器相關(guān)的控制板。存在一個與斷路器相關(guān)的控制板。 用于測量用于測量HSCB前線路電壓的部件，用于獲知動車是否在供電前線路電壓的部件，用于獲知動車是否在供電線路或中性區(qū)段上等返回牽引箱內(nèi)信息。線路或中性區(qū)段上等返回牽引箱內(nèi)信息。 為保護(hù)線路電壓監(jiān)控裝置的熔絲，在為保護(hù)線路電壓監(jiān)控裝置的熔絲，在HSCB前安裝電壓裝置的前安裝電壓裝置的必備之品。必備之品。 輔助變流器可為列車負(fù)載（輔助變流器可為列車負(fù)載（380V 3相，相，110V直流）供電，且可用于直流）供電，且可用于為電源電池充電。為電源電池充電。 用作車輛空調(diào)、電熱采暖、照明、蓄電池充電

19、、各系統(tǒng)控制電路及列用作車輛空調(diào)、電熱采暖、照明、蓄電池充電、各系統(tǒng)控制電路及列車監(jiān)視系統(tǒng)、車載信號和通信設(shè)備的電源。車監(jiān)視系統(tǒng)、車載信號和通信設(shè)備的電源。3相逆變器模塊輸入級：預(yù)充電路和濾波器電感器集成3相三線圈變壓器可逆蓄電池充電器模塊逆變器和蓄電池充電器模塊冷卻風(fēng)扇3 相 ，400V交流，50Hz輸出輸出VMD和CMD3相隔離接觸器蓄電池電流蓄電池電壓 R-BZ（或（或BR）為）為0.377歐姆的制動電阻，具有兩個功能：歐姆的制動電阻，具有兩個功能：用于切斷可能發(fā)生在牽引箱直流總線上的過壓（消弧電路）；用于切斷可能發(fā)生在牽引箱直流總線上的過壓（消弧電路）；1)用于在電機(jī)制動且該線路不再易

20、于接收時消耗電機(jī)功率。用于在電機(jī)制動且該線路不再易于接收時消耗電機(jī)功率。 3秒鐘時秒鐘時間，機(jī)械制動完全用于減少電氣制動。間，機(jī)械制動完全用于減少電氣制動。 電機(jī)為異步電機(jī)為異步 - 開式轉(zhuǎn)子自通風(fēng)。開式轉(zhuǎn)子自通風(fēng)。 每輛動車一個牽引逆變器，在車體底架下安裝。每輛動車一個牽引逆變器，在車體底架下安裝。 每臺牽引逆變器有一臺每臺牽引逆變器有一臺TCU控制單元控制并驅(qū)動控制單元控制并驅(qū)動4臺三相交流牽引電臺三相交流牽引電機(jī)，這些電機(jī)分別驅(qū)動兩個轉(zhuǎn)向架的四個軸。機(jī)，這些電機(jī)分別驅(qū)動兩個轉(zhuǎn)向架的四個軸。 牽引逆變器是來自于牽引逆變器是來自于ALSTOM的的OptONIX系列，逆變器驅(qū)動并聯(lián)聯(lián)接系列，逆

21、變器驅(qū)動并聯(lián)聯(lián)接的四個牽引電機(jī)。的四個牽引電機(jī)。 牽引電機(jī)可以以功率消耗牽引電機(jī)可以以功率消耗(牽引牽引)或功率產(chǎn)生或功率產(chǎn)生(制動制動)方式運(yùn)行。這兩個工方式運(yùn)行。這兩個工作模式可以由牽引逆變器來管理。作模式可以由牽引逆變器來管理。 列車運(yùn)行時，逆變器把從第三軌供電獲得的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻調(diào)壓的列車運(yùn)行時，逆變器把從第三軌供電獲得的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻調(diào)壓的三相交流電。三相交流電。 當(dāng)制動時，逆變器把電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電。產(chǎn)生的能當(dāng)制動時，逆變器把電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電。產(chǎn)生的能量回饋電網(wǎng)供其他車輛使用。當(dāng)網(wǎng)壓太高，就不能吸收該能源時，機(jī)械量回饋電網(wǎng)供其他車輛使用。當(dāng)網(wǎng)壓太高

22、，就不能吸收該能源時，機(jī)械制動就必須代替電制動。制動就必須代替電制動。 為了實(shí)現(xiàn)電制動和機(jī)械制動之間的平滑過渡，在氣制動引入期間，制為了實(shí)現(xiàn)電制動和機(jī)械制動之間的平滑過渡，在氣制動引入期間，制動斬波器控制了再生電源的降低動斬波器控制了再生電源的降低(流進(jìn)了制動過渡電阻流進(jìn)了制動過渡電阻)。列車牽引主電路列車牽引主電路IGBT模塊模塊絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管RE制動過渡電阻制動過渡電阻電動列車主回路電動列車主回路 A-LCMD1和和A-LCMD2 線路電流監(jiān)控裝置線路電流監(jiān)控裝置 A-LCMD1為線路電流監(jiān)控裝置，可測量輸入電流，位于預(yù)充為線路電流監(jiān)控裝置，可測量輸入電流，位于預(yù)充電

23、電LRU上；上；A-LCMD2可測量返回電流，位于電纜入口附件的高壓棒周圍，可測量返回電流，位于電纜入口附件的高壓棒周圍，通過軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。通過軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。 K-IC 電源輸入接觸器電源輸入接觸器 K-CCC 預(yù)充電接觸器預(yù)充電接觸器 R-CCZ 預(yù)充電電阻器預(yù)充電電阻器 L-FL 線路濾波電感器線路濾波電感器2.5mH 適用于過濾電壓（低通濾波器）還可用于限制適用于過濾電壓（低通濾波器）還可用于限制浪涌電流上升時間。浪涌電流上升時間。 C-FL 直流電容器直流電容器用于保持電壓穩(wěn)定，以供給逆變器，帶用于保持電壓穩(wěn)定，以供給逆變器，帶L-FL； 可形成低通濾波器，在逆變器切換過程

24、中可形成低通濾波器，在逆變器切換過程中作為電源使用。作為電源使用。 A-FVMD 濾波器電壓監(jiān)控裝置濾波器電壓監(jiān)控裝置 可測量直流總線上的電壓電動列車主回路電動列車主回路R-FL 直流電容器放電電阻器直流電容器放電電阻器C-HF 為為EMC電容器電容器R-HF為為EMC電阻器電阻器電動列車主回路電動列車主回路 EMC電容器電容器 EMC電阻器電阻器 A-CMDU和和A-CMDV U相和相和V相電流監(jiān)控裝置相電流監(jiān)控裝置 可測量供給可測量供給4個電機(jī)的電流；個電機(jī)的電流； 根據(jù)兩次測量計(jì)算根據(jù)兩次測量計(jì)算W相電流。相電流。 TM1、TM2、TM3、TM4 牽引電機(jī)牽引電機(jī)電動列車主回路電動列車主

25、回路 風(fēng)扇風(fēng)扇用于吹出590l/s的額定氣流，最壞情況下為530l/s； 可冷卻電源模塊和線路感應(yīng)器。 空氣輸入格柵位于TCU和預(yù)充電部件的下面，空氣輸出位于線路濾波器電感器部件的下面。 TCU牽引控制單元為牽引箱電子控制單元，它可以從列車系統(tǒng)接收信號，包括所有功能順序，可以監(jiān)控電機(jī)等。直流直流牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)1交流交流牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)2直線電動機(jī)直線電動機(jī)牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)3項(xiàng)目二 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)單軌單軌牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)4直流直流牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)一直流牽引電動機(jī)一

26、直流牽引電動機(jī)1直流牽引電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理直流牽引電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理圖圖2-2 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)（直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)（4極）極）任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)表表2-1 串勵牽引電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及部件作用串勵牽引電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及部件作用部位部位主要組成部件主要組成部件主要作用主要作用名稱名稱部件組成部件組成使用材料使用材料定子定子主極主極主極鐵心主極鐵心熱軋軟鋼板疊制熱軋軟鋼板疊制產(chǎn)生磁通，建立主磁場產(chǎn)生磁通，建立主磁場勵磁繞組勵磁繞組漆包線或絕緣扁銅線漆包線或絕緣扁銅線換向極換向極換向極鐵心換向極鐵心 熱軋軟鋼板疊制熱軋軟鋼板疊制改善換向改善換向換向極繞組換向極繞組 絕緣扁銅線絕

27、緣扁銅線補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組絕緣扁銅線絕緣扁銅線改善負(fù)載特性，改善換向改善負(fù)載特性，改善換向（磁）軛部（磁）軛部鑄鋼或熱軋軟鋼板疊制鑄鋼或熱軋軟鋼板疊制提供磁路提供磁路轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞電樞電樞鐵心電樞鐵心硅鋼片疊成硅鋼片疊成產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電樞繞組電樞繞組漆包線或絕緣扁銅線漆包線或絕緣扁銅線換向器換向器（整流子）（整流子）換向片換向片含少量銀的銅合金含少量銀的銅合金提供電流、整流、換向提供電流、整流、換向云母片云母片云母層壓板，絕緣云母層壓板，絕緣軸軸碳素鋼碳素鋼傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律電磁力定律電磁力定律任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽

28、引傳動系統(tǒng)圖圖2-3 直流串勵牽引電動機(jī)工作原理直流串勵牽引電動機(jī)工作原理電能電能機(jī)械能機(jī)械能任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)一直流牽引電動機(jī)一直流牽引電動機(jī)2直流牽引電動機(jī)的特性分析直流牽引電動機(jī)的特性分析 （1）速率特性）速率特性 直流電機(jī)的速率特性表示式直流電機(jī)的速率特性表示式 CIeaRUn式中：U 牽引電動機(jī)的端電壓，V； Ia 牽引電動機(jī)的負(fù)載電流即電樞電流，A； R 牽引電動機(jī)電樞回路中的電阻， ； 牽引電動機(jī)的主極磁通，Wb； Ce 牽引電動機(jī)電動勢常數(shù)。圖圖2-4 電機(jī)磁化曲線電機(jī)磁化曲線主磁通主磁通由電機(jī)的磁化曲線決定由電機(jī)的磁化曲線決定 對于復(fù)勵電機(jī)而言，他

29、勵繞組磁勢比例越大，速率特性越接近他勵對于復(fù)勵電機(jī)而言，他勵繞組磁勢比例越大，速率特性越接近他勵電動機(jī)，反之則接近串勵電動機(jī)的特性。電動機(jī)，反之則接近串勵電動機(jī)的特性。圖圖2-5 直流電動機(jī)速率特性直流電動機(jī)速率特性任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)一直流牽引電動機(jī)一直流牽引電動機(jī)2直流牽引電動機(jī)的特性分析直流牽引電動機(jī)的特性分析 （2）轉(zhuǎn)矩特性）轉(zhuǎn)矩特性 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性表示式直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性表示式 MIaCMMMME式中：式中：M 牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，N； ME 電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，N； M 電動機(jī)空載損

30、耗引起的制動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)空載損耗引起的制動轉(zhuǎn)矩，N； 一般為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的一般為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的13。 CM 牽引電動機(jī)常數(shù)。牽引電動機(jī)常數(shù)。根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性與速率特性，可以得到電動機(jī)的機(jī)械特性根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性與速率特性，可以得到電動機(jī)的機(jī)械特性。圖圖2-6 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性圖圖2-7 直流電動機(jī)機(jī)械特性直流電動機(jī)機(jī)械特性任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)一直流牽引電動機(jī)一直流牽引電動機(jī)任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)一直流牽引電動機(jī)一直流牽引電動機(jī)3直流牽引電動機(jī)與電動列車牽引特性分析直流牽引電動機(jī)與電動列車牽引特性分析動車牽引力與電動機(jī)轉(zhuǎn)

31、矩、動車速度與電動機(jī)轉(zhuǎn)速動車牽引力與電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、動車速度與電動機(jī)轉(zhuǎn)速都是正比例關(guān)系都是正比例關(guān)系，因而動車的牽引因而動車的牽引 特性曲線特性曲線F=（）與電動機(jī)的機(jī)械特性）與電動機(jī)的機(jī)械特性M=（n）趨）趨勢一致，勢一致，只是坐標(biāo)比例尺不同只是坐標(biāo)比例尺不同。 動車運(yùn)行時，必須具有機(jī)械和電氣上的穩(wěn)定性。動車運(yùn)行時，必須具有機(jī)械和電氣上的穩(wěn)定性。（1）機(jī)械穩(wěn)定性機(jī)械穩(wěn)定性定義定義：列車正常運(yùn)行時，由于偶然列車正常運(yùn)行時，由于偶然原因引起速度發(fā)生微量變化后，原因引起速度發(fā)生微量變化后，動車本身能恢復(fù)到原有的穩(wěn)定運(yùn)動車本身能恢復(fù)到原有的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)行狀態(tài)。dvdWdvdF0 圖圖2-8 牽引特性機(jī)械

32、穩(wěn)定性分牽引特性機(jī)械穩(wěn)定性分析析 即即: 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件：牽引特性曲線的斜率小于牽引特性曲線的斜率小于 基本阻力曲線的斜率基本阻力曲線的斜率。（2）電氣穩(wěn)定性）電氣穩(wěn)定性定義：定義：電動列車電動列車正常運(yùn)行時，由于偶然的原因引起電流發(fā)生微量變化后，正常運(yùn)行時，由于偶然的原因引起電流發(fā)生微量變化后， 電動機(jī)本身能恢復(fù)到原有的電平衡狀態(tài)電動機(jī)本身能恢復(fù)到原有的電平衡狀態(tài)。 直流牽引電動機(jī)的動態(tài)電壓平衡方程式：直流牽引電動機(jī)的動態(tài)電壓平衡方程式：(/)(/)DaaeaaUEIRL dIdtC nIRL dIdt (2-6)式中：式中：UD 牽引電動機(jī)的端電壓，牽引電動機(jī)的端電壓，V； E 牽引電動

33、機(jī)的反電勢，牽引電動機(jī)的反電勢，V； L 牽引電動機(jī)的電感量，牽引電動機(jī)的電感量，H。牽引特性電氣穩(wěn)定性分析牽引特性電氣穩(wěn)定性分析 牽引電動機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓平牽引電動機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓平衡方程衡方程 （Ia）曲線斜率）曲線斜率為正值時，就具有電氣穩(wěn)為正值時，就具有電氣穩(wěn)定性定性。 圖圖2-9 牽引特性電氣穩(wěn)定性分析牽引特性電氣穩(wěn)定性分析（a）串勵）串勵 （b）他勵）他勵圖圖2-10 串勵、他勵電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓平衡曲線串勵、他勵電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓平衡曲線f（Ia）（3）牽引電動機(jī)之間的負(fù)載分配）牽引電動機(jī)之間的負(fù)載分配 情況一：情況一：兩臺牽引電機(jī)特性有差異兩臺牽引電機(jī)特性有差異，輪徑完全相同輪徑完全相同，裝在

34、同一車上并聯(lián)運(yùn)行裝在同一車上并聯(lián)運(yùn)行。 結(jié)論：結(jié)論： 串勵電動機(jī)負(fù)載分配不均勻的程度遠(yuǎn)比他勵電動機(jī)小。串勵電動機(jī)負(fù)載分配不均勻的程度遠(yuǎn)比他勵電動機(jī)小。 圖圖2-11 特性有差異的牽引電動機(jī)負(fù)載特性有差異的牽引電動機(jī)負(fù)載 （a）串勵電動機(jī)特性曲線）串勵電動機(jī)特性曲線 （b）他勵電動機(jī)特性曲線）他勵電動機(jī)特性曲線 情況二：情況二： 兩臺電動機(jī)特性完全相同，各自的動輪直徑不同兩臺電動機(jī)特性完全相同，各自的動輪直徑不同。 結(jié)論：結(jié)論：串勵電動機(jī)負(fù)載分配不均勻程度比他勵電動機(jī)小。串勵電動機(jī)負(fù)載分配不均勻程度比他勵電動機(jī)小。圖圖2-12 動輪直徑有差異時的牽引電動機(jī)負(fù)載分配動輪直徑有差異時的牽引電動機(jī)負(fù)載

35、分配（a）串勵電動機(jī)特性曲線）串勵電動機(jī)特性曲線 （b）他勵電動機(jī)特性曲線）他勵電動機(jī)特性曲線（4）電壓波動對牽引電動機(jī)工作的影響）電壓波動對牽引電動機(jī)工作的影響 當(dāng)網(wǎng)壓波動時，他勵電機(jī)具有硬特性，其電流和牽引力沖比串勵電機(jī)大得多當(dāng)網(wǎng)壓波動時，他勵電機(jī)具有硬特性，其電流和牽引力沖比串勵電機(jī)大得多。 結(jié)論：結(jié)論：電壓波動對牽引電動機(jī)的影響，串勵電機(jī)要優(yōu)于他勵電機(jī)。電壓波動對牽引電動機(jī)的影響，串勵電機(jī)要優(yōu)于他勵電機(jī)。圖圖2-13 電壓波動時牽引電動機(jī)電流和牽引力的變化電壓波動時牽引電動機(jī)電流和牽引力的變化 （a）串勵電動機(jī)特性曲線）串勵電動機(jī)特性曲線 （b）他勵電動機(jī)特性曲線）他勵電動機(jī)特性曲線（

36、5）功率利用功率利用 由于串勵電動機(jī)具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增大而自動降低，所以串勵電動由于串勵電動機(jī)具有軟特性，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增大而自動降低，所以串勵電動機(jī)的功率變化比他勵電動機(jī)要小，接近恒功率曲線，可以合理地利用與牽引功率有機(jī)的功率變化比他勵電動機(jī)要小，接近恒功率曲線，可以合理地利用與牽引功率有關(guān)的各種電器設(shè)備的容量。關(guān)的各種電器設(shè)備的容量。（a）串勵）串勵 （b）他勵）他勵圖圖2-14 牽引電動機(jī)牽引電動機(jī)機(jī)械特性和功率利用的關(guān)系機(jī)械特性和功率利用的關(guān)系（6）粘著重量利用粘著重量利用 （a）他勵）他勵 (b)串勵串勵圖圖2-15 電機(jī)特性與空轉(zhuǎn)的關(guān)系電機(jī)特性與空轉(zhuǎn)的關(guān)系圖中：圖中：1-

37、最大粘著力特性最大粘著力特性 2-滑動摩擦力特性滑動摩擦力特性 3、4、5-電動機(jī)機(jī)械特性電動機(jī)機(jī)械特性 從粘著重量利用觀點(diǎn)出發(fā)，他勵電動機(jī)優(yōu)于串勵電動機(jī)。從粘著重量利用觀點(diǎn)出發(fā)，他勵電動機(jī)優(yōu)于串勵電動機(jī)。 串勵電動機(jī)的防空轉(zhuǎn)能力較差。串勵電動機(jī)的防空轉(zhuǎn)能力較差。任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)一直流牽引電動機(jī)一直流牽引電動機(jī)4直流串勵牽引電動機(jī)的調(diào)速直流串勵牽引電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速常見方法：調(diào)速常見方法： 調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速改變牽引電動機(jī)的端電壓改變牽引電動機(jī)的端電壓UD 磁削調(diào)速磁削調(diào)速改變牽引電動機(jī)的主極磁通改變牽引電動機(jī)的主極磁通 （1）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速 改變牽引電動機(jī)的聯(lián)接

38、法，例如串并聯(lián)的方式。改變牽引電動機(jī)的聯(lián)接法，例如串并聯(lián)的方式。 在電動機(jī)回路串接電阻在電動機(jī)回路串接電阻。 在電動機(jī)與電源之間串接斬波器在電動機(jī)與電源之間串接斬波器。（2 2）磁削調(diào)速磁削調(diào)速定義：定義：通過減少流過牽引電動機(jī)的勵磁電流減小牽引電動機(jī)主極磁通進(jìn)行通過減少流過牽引電動機(jī)的勵磁電流減小牽引電動機(jī)主極磁通進(jìn)行調(diào)速的方法。調(diào)速的方法。 磁場削弱系數(shù)（用磁場削弱系數(shù)（用表示）表示）定義：定義：在同一牽引電動機(jī)電樞電流下，磁場削弱后（削弱磁場）牽引電動在同一牽引電動機(jī)電樞電流下，磁場削弱后（削弱磁場）牽引電動機(jī)主極機(jī)主極 磁勢與磁場削弱前（滿磁場）牽引電動機(jī)主極磁勢之比。磁勢與磁場削弱前

39、（滿磁場）牽引電動機(jī)主極磁勢之比。表達(dá)式：表達(dá)式： 式中：（式中：（IW） 磁場削弱后主極磁勢；磁場削弱后主極磁勢； （IW） 磁場削弱前（滿磁場）主極磁勢。磁場削弱前（滿磁場）主極磁勢。表示意義：表示意義：牽引電動機(jī)主極磁勢削弱的程度。牽引電動機(jī)主極磁勢削弱的程度。 愈小表明磁場削弱愈深。愈小表明磁場削弱愈深。(%)()IWIWm 常用磁削方法常用磁削方法結(jié)論：結(jié)論：要改變磁場削弱系數(shù)，只須改變分路電阻的大小即可。要改變磁場削弱系數(shù)，只須改變分路電阻的大小即可。電阻分路法的特點(diǎn)：電阻分路法的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，磁削調(diào)節(jié)方便，附加電能損耗很小結(jié)構(gòu)簡單，磁削調(diào)節(jié)方便，附加電能損耗很小。RRIIIII

40、IIIWIWRWWRLLaLaLm11 磁場削弱系數(shù)磁場削弱系數(shù)的表達(dá)式：的表達(dá)式： 圖圖2-16 電阻分路法弱電阻分路法弱磁磁場原理場原理城軌車輛上普遍采用電阻分路法城軌車輛上普遍采用電阻分路法 圖圖2-17 城市軌道交通車輛直流主傳動結(jié)構(gòu)組成城市軌道交通車輛直流主傳動結(jié)構(gòu)組成任務(wù)一任務(wù)一 直流牽引傳動系統(tǒng)直流牽引傳動系統(tǒng)二直流傳動控制系統(tǒng)組成與控制原理二直流傳動控制系統(tǒng)組成與控制原理直流傳動調(diào)速控制基本形式：直流傳動調(diào)速控制基本形式： 變阻控制變阻控制 斬波調(diào)壓控?cái)夭ㄕ{(diào)壓控制制1變阻控制變阻控制 變阻控制：變阻控制：是通過調(diào)節(jié)串入電機(jī)回路的電阻，改變直是通過調(diào)節(jié)串入電機(jī)回路的電阻，改變直

41、流牽引電動機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。流牽引電動機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。 調(diào)阻方法：調(diào)阻方法：凸輪調(diào)阻、斬波調(diào)阻。凸輪調(diào)阻、斬波調(diào)阻。圖圖2-18 凸輪調(diào)阻控制凸輪調(diào)阻控制（1） 凸輪調(diào)阻控制的原理凸輪調(diào)阻控制的原理（2） 斬波調(diào)阻控制斬波調(diào)阻控制圖圖2-19 斬波調(diào)阻控制斬波調(diào)阻控制2.2.斬波調(diào)壓控制斬波調(diào)壓控制（電樞斬波控制電樞斬波控制） 利用接在電網(wǎng)與牽引電動機(jī)之間的斬波器，通過控制斬波器的導(dǎo)通利用接在電網(wǎng)與牽引電動機(jī)之間的斬波器，通過控制斬波器的導(dǎo)通與關(guān)斷時間來改變牽引電動機(jī)的端電壓。與關(guān)斷時間來改變牽引電動機(jī)的端電壓。 圖圖2-20 斬波調(diào)壓控制斬波調(diào)壓控制 結(jié)論：結(jié)論：斬波調(diào)速是一種

42、經(jīng)濟(jì)的調(diào)速手段斬波調(diào)速是一種經(jīng)濟(jì)的調(diào)速手段。3直流傳動系統(tǒng)的電氣制動直流傳動系統(tǒng)的電氣制動原理原理： 電氣制動是利用電機(jī)的可逆性原理，即一臺電機(jī)既可以電氣制動是利用電機(jī)的可逆性原理，即一臺電機(jī)既可以作發(fā)電機(jī)也可以做電動機(jī)，只是運(yùn)行條件不同。作發(fā)電機(jī)也可以做電動機(jī)，只是運(yùn)行條件不同。 分類：分類： 1.電阻制動電阻制動（能耗制動）：電氣制動時牽引電機(jī)所產(chǎn)生的電能（能耗制動）：電氣制動時牽引電機(jī)所產(chǎn)生的電能，利用電阻使之轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。，利用電阻使之轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。2.再生制動再生制動（反饋制動）：（反饋制動）：電氣制動時牽引電機(jī)所產(chǎn)生的電能電氣制動時牽引電機(jī)所產(chǎn)生的電能重新反饋回電網(wǎng)中去加以

43、利用。重新反饋回電網(wǎng)中去加以利用。（1）電阻制動）電阻制動（能耗制動能耗制動）（a）他勵）他勵 (b)串勵串勵圖圖2-21 電阻制動原理電阻制動原理 圖圖2-22 再生制動原理再生制動原理 直流串勵牽引電動機(jī)的電阻制動，按其接線方式不同分：直流串勵牽引電動機(jī)的電阻制動，按其接線方式不同分： 他勵式電阻制動、他勵式電阻制動、 串勵式電阻制動串勵式電阻制動 （2）再生制動）再生制動（反饋制動）（反饋制動） 采用采用GTO斬波裝置，可以比較方便地實(shí)現(xiàn)再生制動。斬波裝置，可以比較方便地實(shí)現(xiàn)再生制動。（四）直流斬波控制方式主電路實(shí)例分析（四）直流斬波控制方式主電路實(shí)例分析以某地鐵車輛主電路為例分析其工作

44、原理。以某地鐵車輛主電路為例分析其工作原理。該主電路的原理接線圖包括該主電路的原理接線圖包括兩部分兩部分:主傳動輸入濾波電路、主傳動輸入濾波電路、 牽引牽引/制動電路。制動電路。1主傳動輸入濾波電路主傳動輸入濾波電路（見圖（見圖2-23） 組成：組成：網(wǎng)側(cè)電路網(wǎng)側(cè)電路濾波電路濾波電路啟動限流環(huán)節(jié)啟動限流環(huán)節(jié)保護(hù)電路保護(hù)電路圖圖2-23 主傳動輸入濾波電路主傳動輸入濾波電路1Q1受電弓受電弓 1Q3高速斷路器高速斷路器 1F1避雷器避雷器 1L1濾波電感濾波電感 1C1/R1濾波電容濾波電容 1R1啟動限流電阻啟動限流電阻 1R2二次放電電阻二次放電電阻 1K17二次放電接觸器二次放電接觸器 1

45、U1差動電流繼電器差動電流繼電器 1U2電壓互感器電壓互感器 1Q2接地端子接地端子 1F2快速熔斷器快速熔斷器 1V1防迂回二極管防迂回二極管 1R4接地電阻接地電阻 1Q41Q11接地裝置接地裝置圖圖2-24 2-24 主傳動牽引主傳動牽引-制動電路制動電路1K11K14接觸器接觸器 1U31U4電流互感器電流互感器 1M11M4牽引電動機(jī)牽引電動機(jī) 1A2預(yù)勵磁裝置預(yù)勵磁裝置 1L3平波電抗器平波電抗器 1R3/R3、R6磁削電磁削電 1R3/R4R5固定分路電阻固定分路電阻 1R3/R7R9制動電阻制動電阻 1A1斬波器（斬波器（V1V2GTO主晶閘管，主晶閘管，V3V4制動晶閘管，制

46、動晶閘管，V7V8制動電阻調(diào)節(jié)晶閘管，制動電阻調(diào)節(jié)晶閘管，V9串串聯(lián)制動二極管，聯(lián)制動二極管，V5續(xù)流二極管，續(xù)流二極管，V11短路保護(hù)晶閘管）短路保護(hù)晶閘管） 2 2主傳動牽引主傳動牽引 制動電路制動電路牽引電路牽引電路 地鐵車輛動車調(diào)速以調(diào)壓調(diào)速為主、磁削調(diào)速為輔，即地鐵車輛動車調(diào)速以調(diào)壓調(diào)速為主、磁削調(diào)速為輔，即采用直流斬波調(diào)壓調(diào)速，通過主極磁通削磁擴(kuò)展調(diào)速范圍。采用直流斬波調(diào)壓調(diào)速，通過主極磁通削磁擴(kuò)展調(diào)速范圍。 牽引時四臺牽引電機(jī)兩串兩并，電流路徑（向前時）為：牽引時四臺牽引電機(jī)兩串兩并，電流路徑（向前時）為： 第一、二電機(jī)支路 第三、四電機(jī)支路 磁場削弱電路（2）電制動電路）電制動

47、電路 路制動時電流路徑為路制動時電流路徑為:負(fù)端負(fù)端接地裝置接地裝置V5V5受電弓受電弓其他車輛其他車輛1L31K111L31K111M3勵磁勵磁1M4勵磁勵磁1K21M2電樞電樞A1B21M1電樞電樞B2A11K1 V7 1R3-R9V3V7 1R3-R9V3、V4V4 V8 V8 1R3-R71R3-R8V9 V1/V21R3-R71R3-R8V9 V1/V21R3-R51R3-R5、R6R61U441K61M4電樞電樞A1B21M3電樞電樞B2A11K51M1勵磁勵磁1M2勵磁勵磁1U3 1R3-R31R3-R3、R4R43主要設(shè)備主要設(shè)備（1 1）牽引電機(jī)）牽引電機(jī) （2 2）斬波）斬

48、波器器牽引電機(jī)牽引電機(jī)： 地鐵車輛選用地鐵車輛選用 直流串勵牽引電機(jī)直流串勵牽引電機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：起動力矩大，起動力矩大， 過載能力強(qiáng)，過載能力強(qiáng)， 調(diào)速平滑且范圍廣，調(diào)速平滑且范圍廣， 控制簡單控制簡單。型號型號CUCS 5668h工作制工作制持續(xù)制持續(xù)制額定功率額定功率207kW額定電壓額定電壓750V額定電流額定電流305A額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速1470rmin最大轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速3140rmin絕緣等級絕緣等級H級級通風(fēng)量通風(fēng)量自通風(fēng)量自通風(fēng)量0.28m3s磁場削弱系數(shù)磁場削弱系數(shù)0min：9350齒輪傳動比齒輪傳動比5.95：1 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 斬波器斬波器 斬波器原理：斬波器原理：（

49、圖（圖2-24中點(diǎn)劃線框內(nèi)部分）中點(diǎn)劃線框內(nèi)部分） 地鐵車輛斬波器控制方法：地鐵車輛斬波器控制方法： 啟動牽引前期采用頻率調(diào)制，設(shè)定很小的脈寬（即定啟動牽引前期采用頻率調(diào)制，設(shè)定很小的脈寬（即定ton），），頻率從頻率從60Hz起調(diào)至起調(diào)至400Hz，之后轉(zhuǎn)入脈寬調(diào)制（即調(diào)，之后轉(zhuǎn)入脈寬調(diào)制（即調(diào)ton），對導(dǎo)），對導(dǎo)通比通比在在0.05 0.95之間進(jìn)行控制。之間進(jìn)行控制。 電制動時，電制動時，V V1 1、V V2 2可關(guān)斷晶閘管調(diào)節(jié)再生制動電流，可關(guān)斷晶閘管調(diào)節(jié)再生制動電流，V V3 3、V V4 4電電阻制動晶閘管調(diào)節(jié)電阻制動電流，阻制動晶閘管調(diào)節(jié)電阻制動電流，V V7 7、V V8

50、8配上電阻（配上電阻（1R1R3 3-R-R7 7、-R-R8 8、-R-R9 9）構(gòu)成分級電阻制動調(diào)節(jié)電路。）構(gòu)成分級電阻制動調(diào)節(jié)電路。 兩相一重相位差兩相一重相位差180工作頻率工作頻率500HzGTO導(dǎo)通角導(dǎo)通角0.05 0.95型號型號CSG2003-45A01最大可控制關(guān)斷電流最大可控制關(guān)斷電流2000A最大截止電壓最大截止電壓4500VGTO正向正壓降正向正壓降3.5V(2000A,125)最大不重復(fù)沖擊電流最大不重復(fù)沖擊電流(10ms)：13kA觸發(fā)電流觸發(fā)電流(25?)：2.5可重復(fù)最大反向電壓可重復(fù)最大反向電壓4500V電流增長率電流增長率400As環(huán)境溫度范圍環(huán)境溫度范圍

51、40125?斬波器主要技術(shù)參數(shù)：斬波器主要技術(shù)參數(shù)： GTO主要技術(shù)參數(shù)：主要技術(shù)參數(shù)：斬波器冷卻采用內(nèi)外隔離方式斬波器冷卻采用內(nèi)外隔離方式圖圖2-25 斬波器箱通風(fēng)冷卻示意圖斬波器箱通風(fēng)冷卻示意圖 斬波器箱內(nèi)的熱量一部分通過箱體表面散熱，一部分通過熱交換器排大氣。由于斬波器箱內(nèi)的熱量一部分通過箱體表面散熱，一部分通過熱交換器排大氣。由于箱內(nèi)空氣只在箱內(nèi)循環(huán)，不與外部空氣接觸，因此能保持很高的清潔度。箱內(nèi)空氣只在箱內(nèi)循環(huán)，不與外部空氣接觸，因此能保持很高的清潔度。直流直流牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)1交流交流牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)2直線電動機(jī)直線電動機(jī)牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)

52、任務(wù)3項(xiàng)目二 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)單軌單軌牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)任務(wù)任務(wù)4交流交流牽引傳動系統(tǒng)牽引傳動系統(tǒng)一、交流牽引電動機(jī)的原理分析一、交流牽引電動機(jī)的原理分析任務(wù)二任務(wù)二 交流牽引傳動系統(tǒng)交流牽引傳動系統(tǒng) 交流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：交流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 沒有換向器沒有換向器、結(jié)構(gòu)簡單、成本低結(jié)構(gòu)簡單、成本低、 工作可靠、壽命長工作可靠、壽命長、維修維修與與運(yùn)行費(fèi)用低運(yùn)行費(fèi)用低、 防防空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)性能好性能好。 目前城軌交通車輛普遍用交流異步牽引電動機(jī)。目前城軌交通車輛普遍用交流異步牽引電動機(jī)。 直流電動機(jī)：直流電動機(jī)： 具有良好的牽引和制動性能；具有良好的牽引和制動性能； 通過調(diào)節(jié)端電壓和勵磁

53、，可方便調(diào)速。通過調(diào)節(jié)端電壓和勵磁，可方便調(diào)速。 防空轉(zhuǎn)性能較差；防空轉(zhuǎn)性能較差； 換向器與電刷結(jié)構(gòu)存在一系列缺點(diǎn)。換向器與電刷結(jié)構(gòu)存在一系列缺點(diǎn)。 1三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速 三相異步電動機(jī)最基本的工作原理之一是在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)和正弦三相異步電動機(jī)最基本的工作原理之一是在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)和正弦分布的磁場。分布的磁場。 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速ns與電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率速之比稱為轉(zhuǎn)差率s： %10000nnns)1)(/60()1 (1spfsnns 式中：式中：1 定子頻率，定子

54、頻率，Hz； p 電動機(jī)極對數(shù)；電動機(jī)極對數(shù)； s 轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率。 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為2等效電路等效電路 2222222222222/()(XrsrrEsXrEsI）異步電動機(jī)本質(zhì)異步電動機(jī)本質(zhì): 可看成一個可看成一個具有旋轉(zhuǎn)和短路具有旋轉(zhuǎn)和短路的次級繞組的三的次級繞組的三相變壓器相變壓器。 二次電流二次電流I2為：為：圖圖2-26 2-26 交流異步電動機(jī)等效回路交流異步電動機(jī)等效回路3特性特性 根據(jù)每相等效電路，可求感應(yīng)電機(jī)的各項(xiàng)特性根據(jù)每相等效電路，可求感應(yīng)電機(jī)的各項(xiàng)特性。（1）電流）電流 一次負(fù)載電流一次負(fù)載電流：22122111)()/(XXsrrVI 一次電流一

55、次電流I1：011III式中：式中：I0 勵磁電流，勵磁電流，A。（2）功率）功率 由定子向轉(zhuǎn)子輸入的電磁功率由定子向轉(zhuǎn)子輸入的電磁功率P2，消耗在負(fù)載（，消耗在負(fù)載（rsr2）上的）上的功率功率為為 2212212212212)()/(/XXsrrsrVsrIP轉(zhuǎn)子銅損轉(zhuǎn)子銅損PCu2：22 12urIPC轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率P0：221221221221220)()/(/)1 (1XXsrrsrsVssrIPPPCu（3 3）轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)的輸出機(jī)械功率：電動機(jī)的輸出機(jī)械功率： 當(dāng)頻率和電源電壓恒定時，式當(dāng)頻率和電源電壓恒定時，式T是轉(zhuǎn)差率是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)。的函數(shù)。TP

56、0轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)差率為s的異步電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的異步電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T： 22122122100)()/(/260260XXsrrsrVnPnPTs4 4轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩- -轉(zhuǎn)速曲線：轉(zhuǎn)速曲線：轉(zhuǎn)差率由轉(zhuǎn)差率由1到到0時，異步電動機(jī)的力矩、負(fù)載電流和一次電流的變化。時，異步電動機(jī)的力矩、負(fù)載電流和一次電流的變化。圖圖2-27 異步電動機(jī)的力矩、電流和轉(zhuǎn)差率關(guān)系曲線異步電動機(jī)的力矩、電流和轉(zhuǎn)差率關(guān)系曲線電源的頻率、電壓變化時，電動機(jī)的電流和力矩相應(yīng)變化曲線電源的頻率、電壓變化時，電動機(jī)的電流和力矩相應(yīng)變化曲線:（c）：不同定子電壓下的轉(zhuǎn)矩）：不同定子電壓下的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速曲線。（b）：若增加定子頻率而電

57、壓保持恒定，轉(zhuǎn)矩）：若增加定子頻率而電壓保持恒定，轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速曲線。（d）：電壓）：電壓/頻率頻率=常數(shù)時轉(zhuǎn)矩常數(shù)時轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速曲線。 轉(zhuǎn)矩對定子電流的靈敏度很高，控制定子電流可具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)矩對定子電流的靈敏度很高，控制定子電流可具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)。圖圖2-28 2-28 異步電動機(jī)基本特性曲線的變化異步電動機(jī)基本特性曲線的變化 電源電壓與頻率之比保持恒定時改變頻率，電動機(jī)的電流和力電源電壓與頻率之比保持恒定時改變頻率，電動機(jī)的電流和力矩矩相應(yīng)相應(yīng)變化曲線變化曲線: 結(jié)論：結(jié)論：穩(wěn)定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速要比最大力矩轉(zhuǎn)速稍大。穩(wěn)定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速要比最大力矩轉(zhuǎn)速稍大。 異步電動機(jī)的力

58、矩近似表示式：異步電動機(jī)的力矩近似表示式：fsfVkT2)/(圖2-29 V/f恒定時異步電動機(jī)基本特性曲線的變化（二）交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制（二）交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制 交流調(diào)速理論的重大突破交流調(diào)速理論的重大突破：矢量控制理論矢量控制理論的提出。的提出。 矢量控制定義：矢量控制定義： 交流電機(jī)模擬成直流電機(jī)來控制，通過坐標(biāo)變換來實(shí)現(xiàn)電機(jī)交流電機(jī)模擬成直流電機(jī)來控制，通過坐標(biāo)變換來實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解藕定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解藕 ，然后分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，從，然后分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性。而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性。 矢量控制方式：矢量

59、控制方式：磁場定向矢量控制磁場定向矢量控制 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制轉(zhuǎn)差頻率矢量控制 矢量控制關(guān)鍵矢量控制關(guān)鍵：轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確檢測。 一般地，轉(zhuǎn)子磁鏈檢測可以采用直接法或間接法來實(shí)現(xiàn)。一般地，轉(zhuǎn)子磁鏈檢測可以采用直接法或間接法來實(shí)現(xiàn)。1異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法V恒定控制恒定控制 恒功率控制恒功率控制恒電壓控制恒電壓控制恒轉(zhuǎn)差頻率控制恒轉(zhuǎn)差頻率控制 V恒定而增加，則使S與的平方成正比地增加。 轉(zhuǎn)差率(S)為恒定。電源電壓恒定、轉(zhuǎn)差率與電源頻率成正比、輸入電流基本恒定。 這種方式等效于直流電動機(jī)的削弱磁場控制。 這是逆變電路的輸出電壓達(dá)到最大值后，僅僅改變逆變電路

60、輸出頻率的控制方法。相當(dāng)于直流串勵電動機(jī)的自然特性。 可以在較大的速度范圍內(nèi)輸出恒定力矩。特性與直流串勵電動機(jī)保持電樞和勵磁電流恒定，調(diào)節(jié)電壓改變速度的控制方法相同。 在低頻時要適當(dāng)加大電壓，以保持氣隙磁通不變。以上的方法只是用于開環(huán)控制系統(tǒng)。以上的方法只是用于開環(huán)控制系統(tǒng)。如果采用閉環(huán)系統(tǒng)，則可達(dá)到如果采用閉環(huán)系統(tǒng)，則可達(dá)到E為常數(shù)，這樣在包括低頻為常數(shù)，這樣在包括低頻在內(nèi)的整個頻率范圍內(nèi)都可得到恒磁通運(yùn)行。在內(nèi)的整個頻率范圍內(nèi)都可得到恒磁通運(yùn)行。2 2矢量控制調(diào)速矢量控制調(diào)速 為改善異步電機(jī)的動態(tài)性能，產(chǎn)生了矢量控制理論。為改善異步電機(jī)的動態(tài)性能，產(chǎn)生了矢量控制理論。 矢量控制即接偶控制或