单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电力牵引传动与控制,电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制,课程主要内容：,电力牵引传动控制概述,电力牵引交直传动与控制,电力牵引交流传动与控制2,电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵,1,电力牵引传动与控制,课程主要内容：,电力牵引传动控制概述,电力牵引交直传动与控制,电力牵引交流传动与控制,2,电力牵引传动与控制2,主要参考书：,胡汉春,.,机车电传动与控制,.,中国铁道出版社，,2012.05,张喜全,.,电力牵引传动及控制,.,中国铁道出版社，,2012.08,郭世明,.,机车动车牵引交流传动技术,.,机械工业出版社，,2012.03,王俭朴,.,城市轨道交通电力牵引与控制,.,国防工业出版社，,2011.12,黄 彧,.,电传动控制系统,.,北京交通大学出版社，,2012.10,冯晓云,.,电力牵引交流传动及其控制系统,.,高等教育出版社，,2009.12,王书林,.,电力牵引控制系统,.,中国电力出版社，,2005.,宋雷鸣,.,动车组传动与控制,.,中国铁道出版社，,2009.,连级三,.,电力牵引控制系统,.,中国铁道出版社，,2004.,胡崇岳,.,交流电动机直接转矩控制,.,机械工业出版社，,2010.01.,主要参考资料：,机车电传动,J.,株洲电力机车研究所,内燃机车,J.,大连内燃机车研究所,机车车辆（,CRH1-6,HXD1-3, HXN3,HXN5,DF4-DF11,SS4-SS9,等）资料及专刊等,3,主要参考书：3,第一章 电力牵引传动与控制 系统概述,系统组成与功用,系统分类,发展历史与现状,4,第一章 电力牵引传动与控制 系统概述4,第一章 电力牵引传动与控制系统概述,一、系统组成与功用,电力牵引传动与控制系统组成,内燃机车、内燃动车组：,柴油机,控制系统,牵引发电机,变流器,牵引电动机,传动齿轮箱,与动轮,电力传动与控制系统,图,1-1a,5,第一章 电力牵引传动与控制系统概述 一、系统组成与功用,电力机车、动车组（交流,AC,供电）,：,AC,电网,受电弓,控制系统,牵引变压器,变流器,牵引电动机,传动齿轮箱,与动轮,电力传动与控制系统,图,1-1b,6,AC电网控制系统牵引变压器变流器牵引电动机传动齿轮箱电力传,地铁、城轨车辆（直流,DC,供电）：,DC,电网,受流装置,控制系统,变流器,牵引电动机,传动齿轮箱,与动轮,电力传动与控制系统,图,1-1c,DC电网控制系统变流器牵引电动机传动齿轮箱电力传动与控制系,7,内燃机车理想牵引特性曲线,机车轮轴功率：,F,V=3.6,N,式中：,F,机车牵引力（,KN,）,V,机车速度（,Km/h,）,N,原动机功率（,KW,）,传动效率,理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率,.,即：,FV=3.6,N=const.,图,1-2,机车理想牵引 特性曲线（牛马特性）,8,内燃机车理想牵引特性曲线机车轮轴功率：图 1-2 机,内燃机车电传动装置的功用,电传动装置的功用：,充分利用和发挥机车动力装置的功率；,扩大机车牵引力,F,与速度,V,的调节范围；,提高机车过载能力，解决列车起动问题；,改善机车牵引控制性能。,图,1-3,柴油机功率和扭矩特性,-,柴油机通过机械直接传动不能适应,机车起动、过载、恒功等要求,9,内燃机车电传动装置的功用电传动装置的功用：图 1-3 柴油,第一章 电力牵引传动与控制系统概述,二、系统分类,按电流制式不同分为三大类：,直,-,直电力传动系统,交,-,直电力传动系统,交,-,直,-,交电力传动系统,直流传动系统,交流传动系统,10,第一章 电力牵引传动与控制系统概述 二、系统分类直,直,-,直电力传动系统,内燃或电力机车采用,直流,牵引发电机或直流电网直接向数台,直流,牵引电动机供电的传动方式。,调速性能优良，系统简洁。,直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。,受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。一般在,2200KW,以下。,车型：早期,DF,DF2,DF3,ND1,ND2,等。,图,1-4,内燃机车直,-,直电传动,11,直-直电力传动系统内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电,交,-,直电力传动系统,内燃或电力机车采用,交流,牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台,直流,牵引电动机供电的传动方式。,采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。,适用于大功率机车。,车型：,DF4,，,DF5,，,DF7,，,DF11,，,ND4,，,ND5,，,SS3-SS9,等。,图,1-5,内燃机车交,-,直电传动,12,交-直电力传动系统内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交,交,-,直,-,交电力传动系统,内燃或电力机车采用,交流,牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成,直流,，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的,交流电,，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。,图,1-6 a,内燃机车交,-,直,-,交电传动,采用交流牵引电机，彻底克服了直,-,直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好,良好的粘着性能,适用于大功率,控制系统复杂,车型：,DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4;,HX,、,CRH,系列,等,13,交-直-交电力传动系统内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单,电力牵引传动与控制ppt课件,14,交,-,直,-,交电力机车传动系统,图,1-6 b,电力机车 交,-,直,-,交电传动,代表性车型：和谐型系列电力机车（,HXD,）,15,交-直-交电力机车传动系统 图1-6 b 电力机车 交-直-,第一章 电力牵引传动与控制系统概述,三、国内外机车（动车组）传动控制技术 发展历史与现状,大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展,主要趋势：电力传动,16,第一章 电力牵引传动与控制系统概述三、国内外机车（动,德国：,液力传动机车创始国，但从上世纪,60,年代起,转向研制交流传动。,1971,年成功推出,DE2500,交,-,直,-,交内燃机车。,日本：,液力传动机车主要生产和使用国（主要由于,轴重限制原因）。但随着电气化和交流传动,技术的发展，普及了电力传动。客运以动力,分散型电力牵引动车为主。,英国：,内燃化初期两种传动方式并存发展，,1962,年,为配合铁路全盘电气化，英国铁路总局宣布,不再生产液力机车。,美国：,1925,年制造出第一台直流电传内燃机车，之,后几乎全部生产电传机车。,中国：,80,年代末基本停止了大功率液传机车的生产， 资阳，二七，四方转产电传机车），确定了,主要发展电力传动的方针。,17,德国：液力传动机车创始国，但从上世纪60年代起17,电力传动形式的发展：,直,-,直,交,-,直,交,-,直,-,交,发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动,大功率,单轴功率,1100-1600KW,高性能,高,恒功速比，高粘着利用等,节 能,低损耗，高效率，功率因数,1.0,可靠性高，维护性好，谐波干扰小,18,电力传动形式的发展：直-直 交-直,1920-1960,年代初：世界各国，直,-,直形式，功率,2200KW,。 （,30,多年！）,1964,：法国首创交,-,直内燃机车,BB67036,。开创了交,-,直传动和大功率机车的时代。（巨大进步！）美国：,C36-7 3600,马力法国,：,CC72000 4000,马力,CC78000 5000,马力 前苏联：,T,75 6000,马力中国：,DF4A-4B 3300,马力,DF4C 3600,马力,DF4D 4000,马力,DF5 4500,马力韶山系列电力机车单轴功率,800-900KW,我国,1958,年大连厂试制成功,2000,马力直,-,直机车，同年田心厂试制成功,SS1,型电力机车，,64,年,DF,型批量生产，,69,年试制成功,4000,马力,DF4,和,SS2,，,78,年,SS3,，,85,年,SS4,，,94,年,SS8,，,98,年,SS9-5400Kw,19,1920-1960年代初：世界各国，直-直形式，功率22,东风,4B,型内燃机车,1984,年由大连、,资阳,、大同机车厂生产的干线客货运内燃机车。机车标称功率增加到,1985kW,。最大速度，货运,100km/h,，客运,120km/h,，车长,20500mm,，轴式,C0-C0,，传动方式为交,-,直流电传动,东风,4,型内燃机车,（,4A - 4E,）,东风4B型内燃机车1984年由大连、资阳、大同机车厂生产的干,20,东风,11,型内燃机车,南车戚墅堰机车公司研制,最高试验速度,186KM/H,。,装车功率为,3860KW,。,16280ZJA,型柴油机。,JF204C,型同步主发电机。,ZD106,型牵引电动机。,机车走行步采用高圆簧旁承,电动机架悬式悬挂,轮对空心轴六连杆驱动的转向架,机车装有微机控制系统,速度监控系统,具有自负荷功能的电阻制动装置,电控制动系统及轴温检测显示装置,21,东风11型内燃机车南车戚墅堰机车公司研制 最高试验速,SS3B,型电力机车,SS3B,型电力机车为,2002,年株电厂开发的新型重载货运,6,轴电力机车，通过内重联环节连接组成的,12,轴重载货运电力机车，每节车为一完整系统,持续制功率,8700 kW,持续速度,48 km/h,最高速度,100 km/h,22,SS3B型电力机车SS3B型电力机车为2002年株电厂开发的,SS4,型货运电力机车,韶山,4,（,SS4,）型电力机车是由各自独立且又互相联系的两节车组成，每节车均为一个完整的系统。,额定功率,6400kW,持续牵引力,436.5kN,最大牵引力,627.8kN,持续速度,51.5km/h,最大速度,100km/h,23,SS4型货运电力机车韶山4（SS4）型电力机车是由各自独立且,SS6B,型货运电力机车,1994,年研制成功，交直型,6,轴货运电力机车,持续制功率,4800 kW,持续速度,50 km/h,最高速度,100 km/h,起动牵引力,485kN,持续牵引力,337.5kN,24,SS6B型货运电力机车1994年研制成功，交直型6轴货运电力,韶山,8,型电力机车,1994,年研制的快速客运电力机车，曾创造了中国铁路机车的最高速度,240km,h,轴式,Bo-Bo,额定功率,3600kW,持续牵引力,126kN,最大牵引力,208kN,持续速度,100km/h,最大速度,170km/h,25,韶山8型电力机车1994年研制的快速客运电力机车，曾创造了中,SS-9,高速机车,26,SS-9高速机车 26,SS9G,型客运电力机车,六轴干线大功率准高速客运交直传动电力机车。采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车,机车持续功率,4800kW,最大功率,5400kW,轴式,C0-C0,牵引工况恒功速度范围为,99-160km,h,最高速度为,170km,h,27,SS9G型客运电力机车六轴干线大功率准高速客运交直传动电力机,1965,：英国研制成功,Hawk,型内燃机车（,BRUSH,公司），采用静止式半导体变频器，,Vmax=120Km/h,，,1030KW,，异步牵引电动机，但变频器欠可靠。,1971,：德国,BBC,和,Henschel,，,DE2500,：交,-,直,-,交，,1840Kw,，,Vmax=140Km/h,，异步牵引电动机，试验和干线运行证明机车牵引性能良好，运行经济性好，可靠性高，维护方便，取得了巨大成功，开创了交流牵引的时代。,1980,年首台,BR120,交流传动干线电力机车在德国投入试运行。,70,年代之后：世界各铁路发达国，争相研制交流传动机车，交流传动技术特别在电力机车应用方面取得了极大完善。,1996,：中国,AC4000,交,-,直,-,交原型车，标志着我国机车交流传动技术进入实质性研究和应用阶段。,2000,年 “蓝箭” ，,2001,年,DJ2”,奥星” 号，,2006,年以后,DJ4,、,HXD,、,HXN,、,CRH1-3,、,CRH5,动车组等,交流传动技术发展历程,28,1965：英国研制成功Hawk型内燃机车（BRUSH公司），,AC4000,型交,-,直,-,交电力机车,29,AC4000型交-直-交电力机车29,DJ2,型号交流传动电力机车,我国第一台具有自主知识产品的商用型交流传动电力机车。,主要用于既有干线客运牵引和高速专线牵引通用型客运电力机车,轴式,Bo-Bo,电传动方式交,-,直,-,交,持续制功率,4800kW,持续速度,74km/h,最高运营速度,200km/h,最大起动牵引力,264kN,持续牵引力,233kN,再生制动功率,4400kw(108-210km/h),最大制动力,150kN(10-108km/h),30,DJ2型号交流传动电力机车我国第一台具有自主知识产品的商用型,DJJ1 (,蓝箭,),电动旅客列车,株电、株所、长客和广铁集团于,2000,年共同为广深线研制的新一代交传高速电动旅客列车组,基本编组,M+5T+TC,两列连挂编组：,M+10T+M,持续制功率：,4800kW,持续制速度：,105km/h,最高速度：,210km/h,起动牵引力：,211kN,持续牵引力：,164kN,最大电制动力：,150kN,（,5,108km/h,）,电制动功率：,4400kW (108,230km/h),31,DJJ1 (蓝箭) 电动旅客列车株电、株所、长客和广铁集团于,“,中原之星,”,动车组,2001,年,10,月生产，动力分散型交流传动电动车组。由株电、四方、株所联合研制生产。,电传动方式： 交直交,持续制牵引功率,6400 kW,最高运营速度：,160km/h,平均启动加速度（,0,52.5km/h,，额定载荷）不小于,0.4m/s2,32,“中原之星”动车组2001年10月生产，动力分散型交流传动电,中华之星电动车组,为我国京一沈快速客运通道研制的动车组。列车最高运营速度可达,270km,h,，是目前我国运行时速最快的电动车组,电传动方式交直交传动,最大运行速度,270km/h,起动牵引力,200 kN,（,0,5 km/h,）,持续制功率,2*4800kW,2002,年,11,月,27,日， 中华之星在秦,(,皇岛,),沈,(,阳,),客运专线上创造了中国铁路试验速度的最高记录：,312.5,公里,/,小时！,33,中华之星电动车组2002年11月27日， 中华之星在秦(皇岛,出口乌兹别克斯坦电力机车,轴式,B0-B0-B0,电传动方式：交直交,用途：铁路干线客货通用,持续制功率,6000kW,持续速度,53 km/h,最高运行速度,120 km/h,起动牵引力,450kN,持续牵引力,410kN (,半磨耗轮,),电制动方式： 再生制动,最大电制动力：,285 kN,轮周制动功率：,5400kW,34,出口乌兹别克斯坦电力机车34,和谐型大功率交流传动机车,电力机车,株洲电力机车有限公司：,HXD1,型八轴,9600kw,大同电力机车有限公司：,HXD2,型八轴,9600kw,大连机车车辆有限公司：,HXD3,型六轴,7200kw,内燃机车,大连机车车辆有限公司：,HXN3,型六轴,4413kw,戚墅堰机车车辆厂 ：,HXN5,型六轴,4413kw,截至,2013,年，全国铁路机车拥有量为,2.08,万台，其中和谐型大功率机车,7017,台，比,2012,年增加,972,台。电力机车占,52.1%,，,内燃机车占,47.8%,。,截至,2014,年，全国铁路机车拥有量为,2.11,万台，其中和谐型大功率机车,8423,台，比,2013,年增加,1406,台。电力机车占,55.0%,；内燃机车占,45.0%,。,35,和谐型大功率交流传动机车电力机车截至2013年，全国铁路机车,和谐号大功率机车一览表,型号,主要性能参数,研发制造,运用,初期订购情况,和谐,1,型电力机车,HXD1,(DJ4),交流传动，双机重联，单机轴式,Bo-Bo,，,8,轴,9600kW,，最高时速,120KM/h,德国西门子公司与南车株电公司在,EuroSprinter,机车技术平台联合开发,大秦线牵引运煤列车。至,2007,年底，株厂共造出,120,多台,2004,年,12,月铁道部订购,180,辆，,2008,年,11,月取消其中,40,辆订单,HXD1B,交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴,9600kW,，最高时速,120KM/h,南车株电公司,德国西门子公司,单机牵引,7000,吨重载列车,2007,年,8,月铁道部订购,500,辆,HXD1C,交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴,7200kW,，最高时速,120KM/h,南车株电公司,单机牵引,5000,吨,2008,年铁道部订购,300,辆,和谐,2,型电力机车,HXD2,交流传动，双机重联，单机轴式,Bo-Bo,，,8,轴,9600kW,，最高时速,120KM/h,阿尔斯通交通股份公司与北车大同电力机车公司在,PRIMA,机车技术平台联合开发,单机牵引,7000,吨重载列车，三机重联满足,20000,吨以上重载列车,2005,年铁道部订购,180,台,HXD2B,交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴,9600kW,，最高时速,120KM/h,北车大同电力机车公司,阿尔斯通交通股份公司,单机牵引,7000,吨重载列车,2007,年铁道部订购,500,台,和谐,3,型电力机车,HXD3,(DJ3),交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴,7200kW,，最高时速,120KM/h,日本东芝公司与北车大连机车公司联合研发,单机牵引,5000,吨,2004,年铁道部订购,60,辆，后增订,180,辆；,2008,年再增购,400,台,HXD3B,交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴,9600kW,，最高时速,120KM/h,加拿大庞巴迪公司,北车集团大连机车公司,单机牵引,7000,吨重载列车,2007,年,2,月铁道部订购,500,辆,和谐,3,型内燃机车,HXN3,交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴,EMD16V265H,柴油机，装车功率,4400 kW,，最高时速,120KM/h,北车大连机车公司与美国,EMD,内燃机车公司联合设计制造,双机牵引,5000,吨，时速,120km/h,2005,年铁道部订购,300,台,和谐,5,型内燃机车,HXN5,交流传动，轴式,Co-Co,，,6,轴，额定功率,4460 kW,，最高时速,120KM/h,南车戚墅堰机车公司与美国通用电气（,GE,）公司合作研发生产,双机牵引,5000,吨，时速,120km/h,2005,年铁道部订购,300,台,36,和谐号大功率机车一览表型号主要性能参数研发制造运用初期订购情,我国和谐型大功率机车发展,和谐型电力机车（,HXD,）,型号：,HXD1/1B/1C/1D,，,HXD2/2B/2C,，,HXD3/3B/3C/3D,其中：,HXD1D/3D,为新型交流传动,160km,客运机车轴式：,HXD1,与,HXD2,为,2,（,B0-B0,），其余均为,C0-C0,功率：,HXD1/1B,，,HXD2/2B,，,HXD3B,为,9600KW,，其余,HXD,为,7200KW,和谐型内燃机车（,HXN,）,型号：,HXN3,，,HXN5,轴式：均为,C0-C0,功率：均为,4000KW,左右,我国和谐型大功率机车发展和谐型电力机车（HXD）,37,HXD1,型,( ),38,HXD1型( )38,HXD1(DJ4),型大功率交流传动电力机车,主要技术特点,DJ4,型大功率交传电力机车是由两节完全相同的,4,轴电力机车通过内重联环节连接组成的,8,轴重载货运电力机车，每节车设有一个司机室，为一完整系统，机车总功率为,9600 kW,，单轴功率为,1200 kW,，单节轴式为,BO-BO,轴重为,23 T/25T,（可调） 。,主电路形式：机车采用交,-,直,-,交电传动技术，每节车配装一台水冷,IGBT,变流器，给四台三相异步动机供电，辅助逆变器集成在主变流器中；,控制系统采用西门子,SIBAS32,系列的微机控制，,TCN,网络通讯技术；采用分布式控制；,代表世界重载快速货运领域的先进水平，可满足,2,万吨重载列车的牵引，将主要用于长达,630 km,的大秦铁路晋煤外运。,车体采用中央梁承载方式，转向架，采用低位牵引杆，基础制动采用轮盘制动；,空气制动系统采用,CCBII,制动系统,电制动采用再生制动；,39,HXD1(DJ4)型大功率交流传动电力机车主要技术特点39,HXD1B,大功率交流传动电力机车,（南车株电总装现场,-,HXD1B,0001,号车）,40,HXD1B大功率交流传动电力机车（南车株电总装现场- H,HXD1B,大功率交流传动电力机车,（南车资电总装现场）,41,HXD1B大功率交流传动电力机车（南车资电总装现场）41,HXD1C,大功率交流传动电力机车,（南车资电总装现场）,42,HXD1C大功率交流传动电力机车（南车资电总装现场）42,和谐,5,型（,HXN5,）大功率交流传动内燃机车,南车戚墅堰机车有限公司与美国,GE,公司联合设计制造（,2008,年）,轴式：,C0-C0,轨距：,1435 mm,轴重：,25 t,总重量：,150 t,传动方式：交,-,直,-,交,额定功率：,4460 kW,最高速度：,120 km/h,和谐5型（ HXN5 ）大功率交流传动内燃机车轴式： C0-,43,和谐,3,型大功率交流传动内燃机车,大连机车车辆公司与美国,EMD,内燃机车公司联合设计制造,2008,年,7,月,2,日,44,和谐3型大功率交流传动内燃机车44,引进交流电传动高速动车组,200-250,公里,/,时 动车组,CRH1,：,庞巴迪,-,四方,-,鲍尔（,BSP,）生产，原型是庞巴迪为瑞典,AB,提供的,Regina,。编组形式,2(2M+1T)+(1M+1T),，,8,节编组：,Mc+Tp+M+M+T+M+Tp+Mc,。总功率,5300kW,，轴功率,265kW,，共,20,个轴，每个动车,4,个动轴。,CRH2,：,南车四方（联合日本财团）生产，原型日本川崎新干线,E2-1000,。编组形式为,4M+4T,，,8,节编组：,Mc+T+M+Tp+M+Tp+M+Tc,。总功率,4800kW,，轴功率,300kW,CRH5,：,北车长春客车厂（联合阿尔斯通）生产，原型阿尔斯通为芬兰国铁提供的,SM3,型。总功率,5500kW,，轴功率,550kW,，编组形式,(3M+1T)+(2M+2T),，,8,节编组：,Mc+M+Tp+M+T+Tp+M+Mc,。,300-350,公里,/,时 动车组,CRH3,：,北车唐山机车厂（联合西门子）生产，原型,ICE3,。编组形式为，,4M4T,。轴功率,550kW,，全车共,16,根动轴，总功率,8800kW,，轴重：,17t,。第一列国产化,CRH3C,（,CRH3-001C,）于,2008,年,6,月,24,日,上午,9,时,13,分在,京津城际铁路,的试验中创下了,394.3,公里的最高时速,我国,交流电传动高速动车组,发展,45,引进交流电传动高速动车组200-250公里/时 动车组我国交,CRH1,动车组,46,CRH1动车组46,CRH2,动车组,47,CRH2动车组47,CRH3,动车组,48,CRH3动车组48,CRH5,动车组,49,CRH5动车组49,CRH5,动车组,50,CRH5动车组50,我国高速动车组新发展,至,2014,年底，全国运营“和谐号”动车组,1411,组、,13696,辆，增加,103,组、,3232,辆,。,CRH,动车组谱系化。已形成系列：,CRH1,6,；,CRH2,有,CRH2A,CRH2E,以及,CRH380A,D,等,.,新一代高速列车,CRH380,最高运营时速可达,380,公里。已用于建成后的武广、沪杭、京沪高铁等。,CRH380A,高速动车组，在沪杭高铁从杭州到上海虹桥试运行途中，最高时速达到,416.6,公里，再次刷新世界铁路运营试验最高速。,动车组统型化,51,我国高速动车组新发展至2014年底，全国运营“和谐号”动车组,2010,年,12,月,5,日，,CRH380B,型动车组在京沪高铁先导段的最高试验速度达,457,公里,/,小时。,2011,年,1,月,9,日，,CRH380B,采用特殊试验编组（,8M4T,）的,CRH380B -6402L,动车组再次进行京沪高速铁路徐州至蚌埠先导段的运行试验。当天下午,5,点，列车由,徐州东站,出发，在启动后,6,分钟之内就达到了,380,公里,/,小时，并于,5,时,15,分创造了每小时,487.3,公里的最高试验速度。,52,2010年12月5日，CRH380B型动车组在京沪高铁先导,2010,年,12,月,5,日，,CRH380B,型动车组在京 沪高铁先导段的最高试验速度达,457,公里,/,小时。,2011,年,1,月,9,日，,CRH380B,采用特殊试验编组（,8M4T,）的,CRH380B -6402L,动车组再次进行京沪高速铁路徐州至蚌埠先导段的运行试验。当天下午,5,点，列车由,徐州东站,出发，在启动后,6,分钟之内就达到了,380,公里,/,小时，并于,5,时,15,分创造了每小时,487.3,公里的最高试验速度。,53,2010年12月5日，CRH380B型动车组在京 沪高铁,我国研究开发的部分动车组技术参数,车型,编组,设计运营速度（,km/h,）,列车总功率（,kW,）,牵引电机,传动方式,备注,CRH2C,第一阶段,6M2T,：,2,（,3M+1T,）,300,7200,MB-5120-A,300 kW,交,-,直,-,交,沪宁,、,京沪,、,武广高铁,；,郑西客运专线,等运用,CRH2C,第二阶段,350,8760,YQ-365,365 kW,CRH380A,6M2T,持续,350,最高,380,试验 ,400,9600,YQ-365,365 kW,CRH2C,第二阶段基础上研发；,京沪,、,武广高铁,等运用,CRH380AL,14M2T,20440,CRH380B,4M4T,持续,350,最高,380,试验 ,400,9200,575 kW,CRH3C,基础上研发；,京沪,、,沪杭高铁,等运用,CRH380BL,8M8T,18400,54,我国研究开发的部分动车组技术参数车型编组设计运营速度（km/,CRH380A,型动车组新技术特性,采用了新一代高速列车低阻力流线头型方案，实际运行时新头型的阻力系数小于,0.13,，尾车,升力系数,小于,0.08,。,振动模态系统匹配：优化了转向架设计参数并改善车厢内部结构，以配合动车组车体的自然震动频率，有效抑制列车在高速运行时的车体结构性,共振,，同时提高了乘坐舒适度。,采用了高强度气密性设计，车厢内压力从,4000,帕,下降到,1000,帕实际大于,180,秒，气压变化值小于,200,帕,/,秒。,高速转向架技术，使用,SWMB-400/SWTB-400,型无摇枕,转向架,，由,CRH2C,第二阶段使用的,SWMB-350/SWTB-350,改良而来。实验结果表示，当,CRH380A,型动车组运行速度为,386.3,公里,/,小时，其最大脱轨系数为,0.34,，而,CRH2A,型动车组以,250,公里,/,小时运行时最大脱轨系数为,0.72,。,55,CRH380A型动车组新技术特性采用了新一代高速列车低阻力流,噪声控制技术：列车采用各种新型噪音吸收和阻隔技术材料，,CRH380A,型动车组在时速,350,公里,/,小时的情况下车厢内噪声保持,67,至,69,分贝，与,CRH2A,型动车组以,250,公里,/,小时运行时的情况相若。而低阻力新头型的使用亦减少超过,5%,的气动噪音。,高性能牵引系统：采用,南车株洲电机有限公司,的,YQ-365,型,牵引电动机,，和,株洲南车时代电气股份有限公司,的,CI11,型,IGBT,牵引逆变器，并降低了,传动比,和加大制动盘热容,4,。,车辆减重：轴重仍维持在,15,吨的水平。当,CRH380A,动车组维持,380,公里,/,小时的旅行速度时，平均每位旅客的每百公里能量消耗小于,5.2,千瓦小时,。,高效率,再生制动,：再生能量回馈电网效率达瓦到,90%,56,噪声控制技术：列车采用各种新型噪音吸收和阻隔技术材料，CRH,我国研制成功时速,500,公里高速试验列车,2011,年,12,月,25,日在中国南车四方股份公司诞生,2014,年,01,月南车青岛四方机车车辆股份有限公司：该试验列车台架试验时速达,605,公里（持续,10,分钟 ）。探索,500,公里以上超高速列车的技术 。,我国研制成功时速500公里高速试验列车2011年12月25,57,我国研制成功时速,500,公里高速试验列车,2011,年,12,月,25,日在中国南车四方股份公司诞生,2014,年,01,月南车青岛四方机车车辆股份有限公司：该试验列车台架试验时速达,605,公里（持续,10,分钟 ）。探索,500,公里以上超高速列车的技术 。,我国研制成功时速500公里高速试验列车2011年12月25,58,我国成功研发高速列车永磁同步牵引系统,2014,年,11,月，中国南车集团株洲所研制的新一代高速列车永磁同步牵引系统成功通过国家铁道检测试验中心的地面试验考核。自主研发的,JD188,型大功率永磁同步牵引电动机额定功率达到了,690,千瓦。牵引系统技术是高铁的核心技术，永磁技术在国内高铁动力应用上的突破，将使中国高铁在世界舞台上更具核心竞争力。,特点：节能高效、体积小、重量轻、转速稳、噪声低、可靠性高等,我国成功研发高速列车永磁同步牵引系统 2014年11月，中国,59,电力牵引传动控制系统技术的发展,集成模块化控制系统,分布式计算机网络控制,多参数综合优化控制和智能化,60,电力牵引传动控制系统技术的发展60,Group work (2-4,人,/,组,),：,课程小论文,主题：电力牵引传动与控制技术现与发展,要求：,1.,学术论文格式；,2.,参考文献资料,10-15,篇以上；,3.,课程结束前交。,61,Group work (2-4人/组)：课程小论文61,62,第二章 电力牵引交,-,直传动与控制,主要内容：,直流牵引电动机,交流牵引发电机,内燃机车恒功调速系统,传动装置参数,电力机车传动与控制系统,黏着控制与主电路保护,电阻制动,62第二章 电力牵引交-直传动与控制,62,63,第二章 电力牵引交,-,直传动与控制,一、直流牵引电动机,电机工作原理与结构,基本方程,工作特性与牵引性能分析,速度调节,绕组结构,*,电枢反应与换向,*,63第二章 电力牵引交-直传动与控制,63,64,一、直流牵引电动机,直流电机工作原理,与结构,单线圈电机模型：磁极，导体，换向片（器），电刷，转轴等,图,2-1a,直流电机工作原理,64一、直流牵引电动机直流电机工作原理与结构图2-1a 直,64,65,直流电动机的工作原理,图,2-1b,直流电机工作原理,65直流电动机的工作原理图2-1b 直流电机工作原理,65,66,导体所受电磁力,大小：,f,x,=B,x,LI,s,方向：左手定则判定,旋转导体感应电势,大小：,e,s,=B,x,LV,方向：右手定则判定,（式中：,B,x,为导体所处位置的磁通密度；,L,为导体有效长度；,V,为导体线速度；,I,s,为导体电流）,换向片的作用：,对转动导体中的电流进行换向，使导体所受电磁力矩方向恒定；换接转动导体中的感应电势，使电刷两端电势方向保持恒定。,*,电机可逆原理：,在一定的外部条件下，（直流或交流）电机能量转换的方向可以改变。,66 导体所受电磁力 大小：fx=BxLIs,66,直流电机工作原理,67,直流电机工作原理67,直流电机可逆工作原理,68,直流电机可逆工作原理68,多线圈直流电机,线圈数目增加,换向片数目相应增加。,电磁转矩和电刷两端电势脉动减小，趋向平稳。,图,2-2,八线圈直流电机示意图,实际直流电机：可以有数对磁极，由励磁绕组通以励磁电流形成磁场。转动导体有多个线圈，线圈两有效边相距约一个极距，嵌放在转子铁芯槽内，并通过换向片和电刷的连接作用，构成数条并联支路。,69,多线圈直流电机线圈数目增加图2-2 八线圈直流电机示意图,直流电机的分类,励磁方式,按励磁方式分类：,他励，并励，串励，复励。,70, 直流电机的分类励磁方式按励磁方式分类：他励，并励，串,直流电机的结构示意图,71,直流电机的结构示意图71,直流电机的结构,定子,：主磁极和主极线圈，换向极和换向极线圈，机座，电刷装 置，端盖及轴承等（静止部分）,转子,：转子铁芯，电枢绕组（线圈），换向器，转轴等（旋转部分）,72, 直流电机的结构定子：主磁极和主极线圈，换向极和换向,电机结构图,73,电机结构图73,转子的结构,转轴、电枢铁心、电枢绕组,换向器,74,转子的结构转轴、电枢铁心、电枢绕组换向器74,75,75,直流电机的结构,76,直流电机的结构76,直流电机基本方程,电枢感应电势：,E,s,=C,e,s,n,（,v,）,（,2-1,）,电枢电磁力矩：,M=C,m,s,I,s,（,N,m,）,（,2-2,）,式中：,n,电机转速（,r/m,）,s,每极下磁通量（,wb),I,s,电机电枢电流（,A,）,C,e,=pN/60a,（电机电势常数）,C,m,=pN/2,a,（电机扭矩常数）,p,极对数；,a,电枢绕组并联支路对数；,N,电枢绕组有效导体总数。,感应电势和电磁力矩,77,直流电机基本方程电枢感应电势：感应电势和电磁力矩77,电势平衡方程,以串励电动机为例：,U,s,=E,s,+,I,s,R,s,+L,s,（,2-3,）,稳态时有：,U,s,=E,s,+,I,s,R,s,（,2-4,）,式中：,U,s,电机端电压；,R,s,电枢回路总电阻；,L,s,电枢回路总电感。,78,电势平衡方程以串励电动机为例：78,转矩平衡方程式,转矩方程：,M=M,z,+M,o,+,J,（,2-5,）,稳态时有：,M=M,z,+M,o,（,2-6,）,式中：,M,电磁转矩；,M,z,负载阻力矩；,M,o,电机空载阻力矩；,电机角速度；,J,电机与负载等效转动 惯量。,79,转矩平衡方程式转矩方程：79,电机转矩,电机扭矩,常数,C,m,能量（功率）平衡方程,电磁功率,=,机械功率,由（,2-4,）式可得：,U,s,I,s,=E,s,I,s,+,I,s,R,s,（,2-7a,）,输入电功率,=,电磁功率,+,电机内铜,(,电阻,),损耗,E,s,I,s,=,（,C,e,s,n,）,*,I,s,=,（,p,N,/60a,）,*,（,60,/2,）,*,s,I,s,=,（,p,N,/,2,a,）,*,s,I,s,=,（,C,m,s,I,s,）,=M,（,2-7 b,）,M,=M,z,+M,o,（,2-8,）,机械功率,=,负载功率,+,电机空载损耗,80,电机转矩电机扭矩能量（功率）平衡方程电磁功率=机械功率由（2,U,s,I,s,E,s,I,s,=M,铜损,铁损,空载机械摩擦损耗,M,Z,M,o,输出机械功率,输入电功率,图,2-8,直流电动机功率流图,I,s,R,s,直流电动机功率流图,（第,2,讲）,81,UsIsEsIs=M铜损铁损空载机械摩擦损耗MZMo输,直流电动机的工作特性,转速特性：,n =f,（,Is,）,转矩特性：,M=f,（,Is,）,机械特性：,n =f,（,M,）,条件：不对电源电压和励磁电流进行人为 调节。,82,直流电动机的工作特性82,转速特性,n =f,（,Is,）,由（,2-1,）和（,2-4,）式可得：,n=(U,s,-,I,s,R,s,)/(C,e,s,),=,U,s,/(C,e,s,)-,I,s,R,s,/(C,e,s,),（,2-,9,）,他励电机：,sconst.,n=n,o,-,k,I,s -,（硬特性）,串励电机：,s,k,I,s,（磁路未饱和时）,n=a/,I,s,-b,-,（软特性）,其中,n,o =,Us /(Ce,s,),；,k,，,k,，,a,，,b,为常数。,83,转速特性n =f（Is）由（2-1）和（2-4）式可得：8,转矩特性,M=f,（,Is,）,他励电机：,M=C,m,s,I,s,=k,I,s,（,2-,10,）,串励电机（磁路未饱和时,s,与,I,s,成正比 ）故有：,M=C,m,s,I,s,=k,I,s,（,2-,11,）,84,转矩特性M=f（Is）84,机械特性,n =f,（,M,）,n=(U,s,-,I,s,R,s,)/(C,e,s,),=,U,s,/(C,e,s,)- M,R,s,/(C,e,C,m,s,),（,2-12,）,85,机械特性 n =f（M）n=(Us-IsRs)/(Ces),直流电动机特性,86,直流电动机特性86,直流电动机的稳态工作点,稳态时：,M=Mz+Mo,Mz,87,直流电动机的稳态工作点稳态时：87,牵引电动机,负载系统稳定运行条件？,哪一种直流电动机更适合 于作机车牵引？,思考,：,88,牵引电动机负载系统稳定运行条件？思考：88,牵引特性机械稳定性分析,稳定性条件：,式中：,Wo,和,F,分别为负载阻力和电机牵引力,直流牵引电动机（除差复励外）的特性曲线都具有负斜率，均满足列车牵引时的机械稳定性条件。,直流电动机牵引特性分析与比较,特性,F1,：稳定,特性,F2,：不稳定,89,牵引特性机械稳定性分析直流电动机牵引特性分析与比较特性F1：,牵引特性电气稳定性分析,由（,2-3,）电机电势平衡方程式有：,L,s,(d,I,s,/dt) = U,s,(E,s,+,I,s,R,s,),式中：,E,s,=Ce,s,n,电机电枢反电势；,I,s,电机电枢电流；,U,s,电机输入端电压；,R,s,电枢回路总电阻；,L,s,电枢回路总电感。,设,U,s,为恒定，当负载扰动引起,I,s,时，电机系统中,L,s,(d,I,s,/dt),的符号应与,I,s,相反，从而使电机恢复到原来的平,衡状态。,-,电气稳定性条件,特性,1,：稳定,特性,2,：不稳定,90,牵引特性电气稳定性分析由（2-3）电机电势平衡方程式有：特性,串励和他励电动机牵引特性电气稳定性,一般情况下，串励和他励电动机具有电气稳定性。但他励电机稳定余量较小，,对于无补偿绕组的电机，由于电枢反应的去磁作用，在大电枢电流时，有可能进,入不稳定状态（,B,点）。,91,串励和他励电动机牵引特性电气稳定性 一般情况下，串励,多台牵引电动机并联工作时，负载分配性能分析比较,当多台牵引电动机并联工作、电机特性有差异时，串励电机比他励电机负载分配不均匀程度要小得多。,92,多台牵引电动机并联工作时，负载分配性能分析比较,同一台机车动轮直径有差异时，采用串励牵引电动机比他励电机负载分配均匀,。,93,同一台机车动轮直径有差异时，采用串励牵引电动机比他励,输入电压波动对电机电流和牵引力的影响分析,当外加电压突变时，由于他励电动机励磁不变，电枢反电势不能及时,增加，将使过渡过程开始阶段电枢电流冲击过大，串励电机电流冲击要,小得多。,94,输入电压波动对电机电流和牵引力的影响分析 当外加电压突变,牵引电动机功率利用分析比较,串励牵引电动机具有软特性，转速随转矩的增大而自动降低，,故串励电动机的功率变化比他励牵引电动机要小，接近恒功率曲,线，可以更合理地利用与牵引功率有关的电器设备容量。,95,牵引电动机功率利用分析比较 串励牵引电动机具有软特性，,粘着性能分析比较,-,空转发生与空转速度,96,粘着性能分析比较 -空转发生与空转速度96,由上图所示的,牵引电动机特性与空转的关系可知，串励电动机由于特性较软，空转发生后的稳定滑动速度,V,4,高于他励电动机的稳定滑动速度,V,3,。从粘着重量的利用观点出发，他励牵引电动机优于串励牵引电动机,（第,3,讲）,97,由上图所示的牵引电动机特性与空转的关系可知，串,直流电动机速度调节,由（,2-9,）式：,n=(U,s,-,I,s,R,s,)/(C,e,s,),改变,R,s,，,U,s,，,s,均可调速，但后两者才是经济的调速方法。,可分别通过改变,U,s,或,s,调速，两者独立。,改变,U,s,调速,n,2,/n,1,U,s,2,/U,s,1,（,2-13,）,（ 假定,I,s,R,s,0,时）,98,直流电动机速度调节由（2-9）式：98,99,99,改变,s,调速（磁场削弱调速,）,根据电机转速公式，可得调速前后转速比为：,近似有：,n,2,/,n,1,s,1,/,s,2,（,2-15,）,100,改变s调速（磁场削弱调速）根据电机转速公式，可得调速前后转,101,101,思考：,恒功率控制条件下，牵引电动机磁场削弱前后的工作状态如何变化？,102,思考： 恒功率控制条件下，牵引电动机磁场削弱前后的,恒功率（,P,F,=const.,）条件下的磁场削弱调速,由于磁场削弱瞬间，,n,不变，故,M,亦不变，电流和磁通满足：,M=C,m,s,1,I,s,1,=C,m,s,2,I,s,2,I,s,1,/,I,s,2,=,s,2,/,s,1,结果：,a.,磁场削弱后瞬间电机电枢电流增大,电压减小（恒功控制系统作用）；,b.,根据扭矩平衡方程可知，若外界阻力,Mz,不变且电磁力矩,M,与,Mz,已处于平衡状态，则电机转速将保持不变。但若在,Mz M,时进行磁场削弱，则电机转速可增大，机车速度增加。,103,恒功率（PF=const.）条件下的磁场削弱调速由于磁场削弱,恒功磁场削弱调速过程及优缺点分析,经济调速，可重复使用主发电机的恒功曲线，扩大机车恒功调速比。,使牵引电动机换向条件恶化，运行可靠性降低。,104,恒功磁场削弱调速过程及优缺点分析经济调速，可重复使用主发电机,直流电机绕组结构,*,单迭绕组为例：,绕组元件：,一匝或多匝的线圈,。,极 距,：,在电枢表面上相邻异性磁极中心线之间的距离。可用总槽数,Z,和极对数,p,表示为：,=,Z/2p (2-16),105,直流电机绕组结构*单迭绕组为例：105,单迭绕组结构,绕组元件数,S,与换向器的换向片数,H,因每个元件的两端分别接到两个换向片上，而每一个换向片和两个元件相连接，故有：,S=H (2-17),第一节距,Y,1,元件两有效边在电枢表面的距离，用所跨的槽数表示。,Y,1,=Z/2p,=,整数（,0,1,）,(2-18),根据直流电机原理，应使：,Y,1,换向片节距,Y,H,元件首尾两端所连接的两个换向片在换向器表面的距离，用所跨过的换向片数表示。,单迭绕组：,Y,H=,1 (2-19),并联支路数,2a,及电刷位置,单迭绕组,并联支路数,：,2a=2p (2-20),电刷位置：应使两电刷之间能得到最大电动势,-,磁极 中心线上,106,单迭绕组结构绕组元件数S与换向器的换向片数H 因每个元件,直流电机的绕组结构,（第,4,讲）,107,直流电机的绕组结构（第4讲）107,注：图中所示方向为感应电势方向,例：,四极直流电机绕组,2p=4,Z=S=H=16,= Z/2p= 16/4=4,Y,H,=+1,Y,1,=Z/2p,=16/40=4,108,注：图中所示方向为感应电势方向例：108,绕组,16,个元件通过换向器连接成闭合环路：,109,绕组16个元件通过换向器连接成闭合环路：109,通过电刷与换向器接触将,16,个元件对称分割成四条并联支路：,110,通过电刷与换向器接触将16个元件对称分割成四条并联支路：11,111,111,ZQDR-410,直流牵引电动机,总槽数（实槽数）,Z=50,S=H=200,2p=4,Y,1,=Z/2p-,=50/4-2/4=12,Y,H,=1,每个槽内嵌放,4,个元件,(4,对元件边,),（第,5,讲）,112,ZQDR-410直流牵引电动机总槽数（实槽数）Z=50（第5,直流电机电枢反应与换向问题,*,电枢反应,电枢电流磁场对主极磁场的影响。,电枢反应的结果：,电机气隙合成磁场发生畸变，主极极面下有一半磁通密度增加，另一半减少，物理中性线与几何中心线不再重合。,-,换向器片间电压升高，换向元件中不平衡电势增加，电机换向条件恶化。,电机气隙合成磁场被削弱，因磁路饱和引起的去磁作用影响转速和转矩。,113,直流电机电枢反应与换向问题*电枢反应113,两极电机中电枢电流磁场对主极磁场的影响,114,两极电机中电枢电流磁场对主极磁场的影响114,电枢反应,主磁场的磁通密度分布曲线,电枢磁场磁通密度分布曲线,两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线,115,电枢反应主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条,直流电机换向问题,换向及换向过程,旋转的电枢元件从一条并联支路,经过电