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1、机车车辆传动与控制机车车辆传动与控制作业参考答案作业参考答案一、名词解释：一、名词解释： 1.转差率：旋转磁场的转速 n1与转子转速 n 的差值称为转差，用n 表示。转差n 与同步转速 n1的比值称为转差率，用 s 表示，即：%10011nnnS转差率是表征感应电动机运行状态的一个重要参量。一般情况下，异步电动机的转 差率变化不大，空载时约为 0.5，额定负载时约为 5，异步牵引电动机的转差率一 般小 2。 2.转差频率：转差频率就是转差对应的频率，即3.电流型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机 侧逆变器及控制装置组成。整流器的作用是把来自接触网的
2、单相交流电压变 换为直流。直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波， 获得平直的直流电。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的 控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机， 通过能量转换驱动列车。 根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型 两种。电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源， 向逆变器输出的是恒定的直流电流。 4.电压型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机 侧逆变器及控制装置组成。整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变 换为直流。直流中间环节由滤波
3、电容器或电感组成，其作用是储能和滤波， 获得平直的直流电。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的 控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机， 通过能量转换驱动列车。 根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型 两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是 恒定的直流电压，相当于电压源。5.两电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负 极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。6.三电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负 极电
4、位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上 去，即输出相电压为三种电平。 7 （异步牵引电动机）恒磁通调速：根据交流电动机定子绕组感应电势公式当电源电压一定时，如果降低频率，则主磁通要增大，基频（额定频率）以下主磁通增加势必使主磁路过饱和，励磁电流增加，铁心损耗也相应增加，这是不允许的。为此调频时一定 要调节电势，保持感应电势与频率的比值不变，即可保持主磁通不变。 8 （异步牵引电动机）恒功率调速： 在恒磁通控制中，随着频率和转速的上升，电压 U1也相应提高，牵引电动机的输出功率增 大，但电压的提高受到电动机功率或逆变器最大电压的限制。通常调节频率大于基准频率 f1f1N
5、 时，即当电压提高到一定数值后维持不变或将不再正比于 f1上升，此后电动机磁通开始减小，将 进入恒功率控制方式。由于由此可见，电动机按恒功率运行，电压与频率的调节可采用两种不同的方式，即 U1=C，s=C 的调节方式和 f2=C，U12/f 1=C 的调节方式。二、简答题：二、简答题： 1.简述异步牵引电动机的特点。 答：异步电动机传动系统与传统的串励直流电动机传动系统相比，在牵引性能（机械特性)、绝 缘、耐热、耐潮、黏着、维修、效率、重量、尺寸等方面，都有优越的表现。 (1)良好的牵引性能：调节控制交流传动系统的调频特性可显著提高机车启动转矩，合理地 利用传动系统的调压、调频特性，可以实现宽
6、范围的平滑调速，提高列车在高速区的功 率利用、恒功率调速比。 (2)异步牵引电动机构造简单，动力学性能好：交流异步牵引电动机是目前所有电动机中结 构最简单的电动机，除轴承外没有其他机械接触部分，电动机转速可达到 4000 r/min 以 上，试验转速甚至可达 7000 r/min，这是直流电动机望尘莫及的。由于异步牵引电动机 结构紧凑、重量轻，可采用特殊的悬挂装置，簧下质量小，对轨道的冲击力小，使其传 动系统具有良好的动力学性能。 (3)功率大、体小质轻：异步牵引电动机没有换向器，在相同的几何空间内，能够做到功率 大、质量轻。与直流（脉流）牵引电动机相比，其单位质量千瓦数（kW/kg）是直（脉
7、） 流电动机的 23 倍，异步电动机的功率可达到 12002000 kW。单位功率质量指标已从 3 kg/kW 降到 1.7 kg/kW，在高速动车组上采用的异步牵引电动机，最先进的指标已达到 了 1 kg/kW。 (4)动态性能和黏着利用好：由于交流异步牵引电动机有较硬的自然特性，当某台电动机发 生空转时，随着转速的上升（上升值不大） ，转矩很快降低，具有很强的恢复黏着（机车 黏着利用）的能力。 (5)可靠性高、维修简便：交流异步牵引电动机无换向器、无电刷装置，除轴承外无摩擦部 件，密封性好，防潮、防尘、防雪性能好，绝缘性能和耐热性好，因此故障率低，可靠 性高。控制装置采用模块化结构，故障率
8、很低。电路系统几乎全由无触点的电子元件组 成，所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、黏结、接触不良、机械卡滞等问题。 交流传动列车配有完备的微机网络监视系统和故障诊断系统，可随时监视系统的技术状 态，进行故障诊断。由此可知，交流传动 系统的可靠性是很高的，维修量很小，且维修简便，维修费用低。2.简述电力牵引交流传动技术组成。 答：电力牵引交流传动技术由核心层技术、辅助层技术和相关层技术三部分组成。 核心层技术主要包括牵引变流器技术、牵引控制及其网络控制技术、交流牵引电动机技术和牵引变压器技术； 辅助层技术主要包括冷却与通风技术、辅助变流器技术、控制电源技术、保护技术和电 磁兼容与布线技术；
9、相关层技术主要包括司机操纵技术、车体轻量化技术、转向架技术、空气制动技术和高 压侧检测技术。3.简述列车交流传动系统分类。 答：列车交流传动系统按照功率等级、供电方式和列车类型来分类如下。4.简述牵引变流器的类型及特点。 答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、 直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。 牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为电压型和电流型两种。电压型变 流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源； 电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直
10、 流电流。 现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。 根据逆变器输出交流侧相电压的可能取值情况，将电压型逆变器分为两电平式和三电平 式。两电平式逆变器，可以把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三电平 式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间 环节的中点电位送到电动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需要更多的 器件。 在交流传动领域，当中间电路直流电压 U2.72.8 KV 时，主电路中变流器通常采用两 电平式电路；当 U3KV 时，宜采用三电平式电路结构。5.简述电压型四象限脉冲整流器的基本工作原理。 答：图1为忽略变
11、压器牵引绕组电阻RN的脉冲整流器简化的等效电路。变压器牵引绕组的输出电压 为uN 、漏电感为LN uNLNuabiN图 1 脉冲整流器的简化等效电路脉冲整流器的电压矢量平衡方程为：NNNabUj L IU式中 UN为二次侧牵引绕组电压相量 IN为二次侧牵引绕组电流的基波相量 Uab为调制电压的基波相量。 当UN一定时，IN的幅值和相位仅由Uab的幅值及其与UN的相位差来决定。改变基波相量 Uab的幅值和相位，就可以使IN与UN同相位或反相位。在牵引工况下，IN与UN的相位差为 0，该工况下的相量图如图 2（a）所示，此时Uab滞后UN；而对于再生制动工况， IN与UN 的相位差为 180，该工
12、况下的相量图如图 2（b）所示，此时Uab超前UN，电机通过脉冲整 流器向接触网反馈能量。jLNINUabjLNINUNUabINUNIN（a）（b）图 2 脉冲整流器简化基波相量图 由四象限脉冲整流器等效电路及相量图,有：dabNNNNNNabUUMILkUILUU/2)(222式中 k变压器短路阻抗电压的标幺值，牵引变压器一般取 0.30.35 M整流器的调制度，一般取 M=0.80.9 Ud直流侧输出电压 由上式计算可得到MUkUNd/)1 (22由此可见，Ud与 UN成正比关系，与整流器的调制度 M 成反比关系。6.简述两电平脉冲整流器 PWM 控制原理。 答：两电平脉冲整流器采用 SPWM 调制。理想电子开关的状态选择，通过 PWM 过程中调制波与载波 间的相互关系产生，在调制波与载波交点时刻控制电路中开关元件的通断，按照 A、B 两端分别产生相应的开关状态值。A、B 两端的调制信号相位相反，而载波信号相位相同，也可共用 一个载波信号。调制方式如图所示。两电平 PWM 信号调制方式当 A 端调制波 urAuc，电子开关 SA=l，否则 SA=0。 当 B 端调制波 urBuc，电子开关 SB=1，否则 SB=0。
