电力牵引传动与控制概述

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1、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,主要参考书：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. 郭世明. 机车动车牵引交流传动技术.机械工业出版社，2012.03 连级三. 电力牵引控制系统. 中国铁道出版社，2004. 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. 黄济荣. 电力牵引交流传动与控制. 机械工业出版社，1999. 徐 安. 城市轨道交通电力牵引. 中国铁道出版社，2000. 李群湛. 高速铁路电气化工程.

2、 西南交通大学出版社，2006. 廖晓钟. 电力电子技术与电气传动. 北京理工大学出版社，2000. 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 其他机车车辆（CRH1-5,HXD1-3, DF4-DF11,SS4-SS9,）资料及专刊等,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,一、系统组成与功用机车电力传动与控制系统组成内燃机车：,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

3、动与控制系统,图 1-1a,5,电力机车（交流供电）：,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,内燃机车理想牵引特性曲线,机车轮轴功率： FV=3.6N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=3.6N=const.,图 1-2 机车理想牵引 特性曲线（牛马特性）,7,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

4、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,8,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,9,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：DF,DF2,DF3

5、,ND1,ND2等。,图1-4 内燃机车直-直电传动,10,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,11,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、-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（蓝箭），DJ4，CRH等,12,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）,13,第一章 电力牵引传动与控制系统概述,三、国内外机车（动车）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,14,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。

7、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。,15,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1

8、100-1600KW高性能恒功速比2.5，高粘着利用节 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,16,1920-1960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： T75 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1

9、958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,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，传动方式为直-直流电传动,东风4型内燃机车 （4A - 4E）,18,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

10、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,19,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,20,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64

11、00kW 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,21,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,22,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240kmh 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,23,SS-9高速机车,24,SS9G型客运电力机车,六

12、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99-160kmh 最高速度为170kmh,25,1965：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

13、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DJ4、HXD 、CRH1-3、CRH5动车组等,交流传动技术发展,26,AC4000型交-直-交电力机车,27,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

14、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),28,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： 16

15、4kN 最大电制动力： 150kN （5108km/h） 电制动功率： 4400kW (108230km/h),29,“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（052.5km/h，额定载荷）不小于0.4m/s2,30,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270kmh，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（05 km/h ） 持续

16、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！,31,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,32,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 至2011年12月底，全国铁路已有5023台和谐型机车投入应用，其中和谐型电力机车4262台，和谐型内燃机车761台,