動(dòng)車組傳動(dòng)與控制

1、動(dòng)車組傳動(dòng)與控制(1)電力牽引高速列車的供電、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，包括從變電站到列車受電弓在內(nèi)的 供電部分和動(dòng)車組本身的傳動(dòng)系統(tǒng)。 (2)動(dòng)車組的傳動(dòng)方式主要包括交直傳動(dòng) 方式和交直交、交交的傳動(dòng)方式交流傳動(dòng)系統(tǒng)是指由各種變流器供電的異步或同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)車 或動(dòng)車組傳動(dòng)系統(tǒng)目前變流器主要有直接式變流器(即交交變流器)和帶有中間直流環(huán)節(jié)的 間接式變流器(即交直交變流器)兩大類交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由受電弓(包括高壓電器設(shè)備)、牽引變壓 器、四象限變流器、中間環(huán)節(jié)、牽引逆變器、牽引電機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。交一直一交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成說(shuō)明：受電弓將接觸網(wǎng)的AC25KV單相工頻交 流電輸送給牽引變

2、壓器，經(jīng)變壓器降壓后的單相交流電供給脈沖整流器，脈沖整 流器將單相交流電變換成直流電經(jīng)中間直流電路將直流電輸出給牽引變流器，牽 引逆變器輸出電壓、電流、頻率可控的三相交流電供給三相異步牽引電動(dòng)機(jī)，牽 引電機(jī)軸端輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速通過(guò)齒輪傳動(dòng)傳遞給輪對(duì)，轉(zhuǎn)換成輪緣牽引力和線 速度。列車牽引運(yùn)行是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，能量變換與傳遞的途徑：接觸網(wǎng)一高 壓電器f牽引變壓器f脈沖整流器f中間直流環(huán)節(jié)f牽引逆變器f牽引電動(dòng)機(jī)f 齒輪傳動(dòng)一輪對(duì)再生制動(dòng)運(yùn)行是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，能量變換與傳遞的途徑: 輪對(duì)f齒輪傳動(dòng)f牽引電動(dòng)機(jī)f牽引逆變器f中間直流環(huán)節(jié)f脈沖整流器f牽引 變壓器f高壓電器f接觸網(wǎng)。高壓電器設(shè)備

3、完成從接觸網(wǎng)到牽引變壓器的接通與斷開(kāi)。主要包括：受電弓、 主斷路器、避雷器、電流互感器、接地保護(hù)開(kāi)關(guān)等；完成供電系統(tǒng)的接入與斷開(kāi) 控制、網(wǎng)測(cè)電流檢測(cè)、保護(hù)等功能，不參與能量的轉(zhuǎn)換。牽引變壓器用來(lái)把接觸網(wǎng)上取得的25KV高壓電變換為供給牽引變流器及電 動(dòng)機(jī)、電器工作所適應(yīng)的電壓，其工作原理與普通電力變壓器相同。脈沖整流器是牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的電源側(cè)變流器，列車牽引時(shí)作為整流器，再 生制動(dòng)時(shí)作為逆變器，可以實(shí)現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換。牽引逆變器是牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)變流器，列車牽引時(shí)作為逆變器，再生制動(dòng)時(shí)作為整流器，可以實(shí)現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換高速列車采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)

4、和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變 器的PWM控制。逆變器牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，是牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。高速電動(dòng)車組有兩種牽引方式：動(dòng)力分散方式和動(dòng)力集中方式。列車牽引動(dòng)力系統(tǒng)包括主變壓器、變流器、逆變器、空壓機(jī)、各種風(fēng)機(jī)、 蓄電池、輔助逆變器高速動(dòng)車組采用的就是交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其牽引電機(jī)采用的是三相交流異步 電機(jī)。交流傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1有良好的牽引性能 2電網(wǎng)功率因數(shù)高、諧波干擾 小 3單位質(zhì)量體積的牽引功率大 4動(dòng)態(tài)性能和粘著利用好高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)采用的新技術(shù)主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：1新型全控電 力電子器件的應(yīng)用2牽引變流器PWM控制技術(shù)3列車驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)圖15的牽引特性曲線具有一定的普

5、遍意義。當(dāng)速度低于92km/h時(shí)，機(jī) 車輸出準(zhǔn)恒力矩；當(dāng)速度高于92km/h后，進(jìn)入恒功區(qū)。由于在92km/h速度點(diǎn)， 變流器輸出滿電壓，因此機(jī)車的顛覆力矩設(shè)定在最高速度點(diǎn)，實(shí)際上屬于大牽引 電機(jī)小變流器方式。具有這種牽引性能的機(jī)車或動(dòng)車組在整個(gè)速度范圍內(nèi)其牽引 較大加速性能較好，不僅適合于客運(yùn)，同時(shí)也適合貨運(yùn)。圖16的牽引曲線分為 4段：(1)低速啟動(dòng)時(shí)有較大的牽引力(2) 23_115km/h之間輸出力矩隨速度的增 加而迅速下降(3) 115_200km/h之間保持較平的力矩特性(4) 200_300km/h之 間輸出恒功率。這種牽引特性具有的一些特點(diǎn)： (1)啟動(dòng)力矩大，但由于時(shí)間較 短

6、，牽引電機(jī)不容易過(guò)熱。(2)力矩隨速度迅速下降，牽引電機(jī)的電流也迅速下 降。由于該特性的牽引動(dòng)力車是為高速客運(yùn)設(shè)計(jì)，因此在中速區(qū)不需要太大的牽 引力。(3)雖然該牽引電機(jī)的功率較大，但由于恒功區(qū)較窄，電動(dòng)機(jī)的用鐵量較 少，因此有別于一般的大電機(jī)小變流器方案，牽引電機(jī)質(zhì)量反而大大減少。(4) 負(fù)載電流下降，導(dǎo)通損耗下降，總的損耗不會(huì)增加太大。(19)機(jī)電系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)、控制設(shè) 備和電源組成。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖：電源一控制設(shè)備一電動(dòng)機(jī)(電源一電動(dòng)機(jī))一傳 動(dòng)f工作機(jī)構(gòu)21變壓器每個(gè)2次繞組連接一臺(tái)主變流器。22變壓器是利用電磁感應(yīng)的基本原理，實(shí)現(xiàn)電壓、電流和阻抗

7、變換的重要設(shè)備。變壓器按交流電源的相數(shù)分可以分為單相和三相變壓器、按用途不同分 為：電力變壓器、電焊變壓器、自耦變壓器、儀用變壓器、控制變壓器、電源變 壓器、脈沖變壓器。 24.牽引變壓器也叫主變壓器，位于動(dòng)車組底架上。作用： 一將列車供電系統(tǒng)與接觸網(wǎng)相隔離、二將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷汗┝熊囯姎?系統(tǒng)使用、三是提供濾波，保護(hù)手段等，為列車提供安全、可靠、高質(zhì)量的電力。25.CRH2型動(dòng)車組牽引變壓器特點(diǎn)：為殼式結(jié)構(gòu)(線圈在鐵芯里面)、車體下吊 掛、油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。具有1個(gè)原邊繞組、2個(gè)牽引繞組、一個(gè)輔助繞組、具 有溫度繼電器、油流指示器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)了小型化，輕量化。 26.牽引電

8、動(dòng)機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)，反饋電能通過(guò)牽引變壓器。 27.電樞磁場(chǎng) 電樞磁動(dòng)勢(shì):當(dāng)電機(jī) 有負(fù)載、電樞繞組中有電流通過(guò)時(shí)，該電流也會(huì)在電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱為電樞磁 場(chǎng)。載流的電樞繞組也會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。 28.高速列車牽引特性：(1)低速區(qū)牽引力恒定或隨速度升高而略有下降，要與高速列車的黏著特性隨速 度的變化趨勢(shì)相適應(yīng)。(2)牽引力比大功率機(jī)車的牽引力明顯減少。(3)高速區(qū) 為恒功率曲線，牽引力隨速度升高而呈雙曲線關(guān)系下降。(4)正常軌面狀態(tài)下， 啟動(dòng)時(shí)及低速范圍的牽引力低于黏著限制曲線較多。(5)在正線運(yùn)行時(shí)(坡道12%。) 不會(huì)出現(xiàn)全功率低速持續(xù)運(yùn)行的工況。交交一直一交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成：主

9、要由受電弓(包括高壓電器設(shè)備)、 牽引變壓器、四象限變流器、中間環(huán)節(jié)、牽引逆變器、牽引電機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 等組成。以電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速都能得到充分利用為條件，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可分為 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速矢量控制技術(shù)，也稱磁場(chǎng)定向控制技術(shù)。它通過(guò)坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量。 32.交流電機(jī)主要分為異步電動(dòng)機(jī)（即感應(yīng) 電機(jī)）和同步電機(jī)兩大類。列車牽引功率主要與列車運(yùn)行最高速度、列車質(zhì)量、最高速度時(shí)的列車運(yùn)行 阻力和剩余加速度、齒輪傳動(dòng)效率、牽引電機(jī)效率有關(guān)動(dòng)力牽引的特性的特點(diǎn)：1啟動(dòng)力矩大，但由于時(shí)間較短，牽引電機(jī)不容易 過(guò)熱。2力矩隨速度迅速下降，牽引電機(jī)的電流也迅

10、速下降3電動(dòng)機(jī)的顛覆力矩按 最高速度設(shè)計(jì)，雖然牽引電機(jī)功率較大，但由于恒功區(qū)較窄，電動(dòng)機(jī)用鐵量較少， 因此有區(qū)別于一般大電機(jī)小變流方案，牽引電機(jī)質(zhì)量反而大大減小，4動(dòng)力牽引車 進(jìn)入恒功區(qū)前，需通過(guò)改變變流器輸出電壓才能達(dá)到控制電機(jī)輸出特性的目的33到目前為止，VVVF調(diào)速控制的發(fā)展，大體分為3個(gè)階段：（1）普通功能型 控制方式的通用變頻器。（2）高功能型的轉(zhuǎn)差頻率控制；（3）高性能矢量控制或直接力矩控制。34.鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法有兩種直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)38.動(dòng)力牽引車的牽引特性曲線通常被分為恒力矩區(qū)和恒功區(qū)。列車牽引功率主要與列車運(yùn)行最高速度、列車質(zhì)量、最高速度時(shí)的列車運(yùn)行 阻力和剩余

11、加速度、齒輪傳動(dòng)效率、牽引電機(jī)效率有關(guān)列車牽引網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及其作用。答：列車牽引網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)劃分為列車級(jí)、車輛級(jí)和傳動(dòng)級(jí)。列車級(jí)完成列車 的綜合信息管理和控制決策，給出與列車有關(guān)的給定目標(biāo)和控制策略。列車級(jí)控 制由列車網(wǎng)絡(luò)層主司機(jī)室的列車控制單元擔(dān)當(dāng)。車輛級(jí)的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)和管理車輛單元內(nèi)的設(shè)備，接收列車級(jí)發(fā)來(lái)的牽引指 令，決策車輛單元的控制策略、優(yōu)化控制目標(biāo)、協(xié)調(diào)控制行為、運(yùn)行監(jiān)控和性能 評(píng)估等，實(shí)施主體是車輛控制單元。傳動(dòng)級(jí)完成傳動(dòng)過(guò)程各種物理量和狀態(tài)開(kāi)關(guān)值的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯控 制、調(diào)節(jié)控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷、故障保護(hù)、數(shù)據(jù)通信等功能，具體控制網(wǎng)測(cè)高 壓回路、網(wǎng)測(cè)變流器、電機(jī)測(cè)逆變器和輔助電源。由牽引控制單元具體實(shí)施。 42.CRH2動(dòng)車組采用交一直一交傳動(dòng)系統(tǒng)牽引工況：受電弓將接觸網(wǎng)AC25KV單相 工頻交流電，經(jīng)過(guò)相關(guān)的高壓電氣設(shè)備傳輸給牽引變壓器，牽引