电力传动系统基础
HXD2电力机车电传动系统和机车网络控制系统培训教材
HXD2型电力机车电传动系统培训教材1 交流电传动系统简介1.1系统概述HXD2型电力机车交流电传动系统主要是由网侧电路、主变压器、牵引变流器、牵引电机及网络控制系统等部分组成。
交流电传动系统主要器件及其所在位置如图1-1所示。
图1-1 电传动系统主要器件及其位置机车主电路均采用轴控方式，交-直-交变流技术对牵引电机进行牵引和制动特性控制。
每台机车由两节车组成，设有四台变流柜，每台变流柜装有独立的两台变流器，每台变流器由IGBT模块组成的四象限变流器和逆变器组成，对该轴进行控制。
每节车的轴二、轴三变流器中间回路给辅助变流器提供电源。
整个系统采用绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）的形式实现对外通讯。
图1-2 牵引系统电气原理图1.2 系统主要技术参数机车功率发挥基本要求：机车功率与网压关系如图1-3所示。
图1-3 八轴机车技术规范轮周功率发挥曲线图机车牵引力、制动力参数机车起动牵引力（0～5km/h速度范围内半磨耗的轮周平均牵引力）≥760kN 机车持续制牵引力≥532kN 最大再生制动力(车钩处) 461kN最大再生制动力开始线性下降的速度≤15km/h 再生制动力线性下降至0的速度≤5km/h恒功率速度范围：牵引65～120km/h再生制动75～120km/h图1-4 机车牵引制动特性曲线轮轴参数轨距 1435mm轴式 2(B0-B0)机车整备重量 2x100 t轴荷重 25t机车轮周牵引功率（持续制）≥9600kW机车轮周再生制动功率（持续制）≥9600kW额定牵引货物质量 1万吨车轮直径 1200（半磨耗）传动比 120/22．牵引系统介绍2.1网侧电路网侧电路如图1-5所示，由1 台受电弓AP，1 台高压隔离开关QS-HV，1 个高压电压互感器TF1-PP，1台主断路器QF(M)，1 台高压接地开关QS-GHV，1 台避雷器F1，1 个高压电流互感器TFI-QL(M)，主变压器原边绕组AX，1 个接地侧电流互感器TFI-CE 和4 个回流装置，以及1 台高压连接器QF-HV 组成。
电力传动与自动控制系统
被控对象是整个自动控制系统的目标，通过对其参数的控制 ，实现系统的稳定运行和优化控制。
常见类型
温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等。
05 电力传动与自动控制系统 的集成
系统集成的方法与技术
模块化设计
将系统划分为多个独立的功能模块，便于系 统的扩展和维护。
集成平台
构建统一的集成平台，整合各种资源，实现 信息的共享和协同工作。
电力电子变换器的分类
根据工作原理和应用领域，电力电子变换器可分为AC-DC、DCAC、DC-DC等类型。
控制系统的基本原理
控制系统的组成
控制系统由控制器、受控对象、执行器和传感器等组成。
控制系统的基本原理
通过传感器检测受控对象的输出，并将检测到的信号传输给控制器进行处理，控制器根据 处理结果输出控制信号，控制执行器对受控对象进行调节，实现受控对象的稳定和优化。
智能家居
在智能家居领域，自动控制系统 用于控制家电设备、照明、温度
等，实现智能化管理和节能。
自动控制系统的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，自动控制 系统将更加智能化，能够自适应地处 理复杂环境和任务。
网络化
随着物联网技术的发展，自动控制系 统将更加网络化，实现远程监控和数 据共享。
模块化Leabharlann 为了便于维护和升级，自动控制系统 将采用模块化设计，提高系统的可扩 展性和可维护性。
控制系统的性能指标
控制系统的性能指标包括稳定性、快速性、准确性和鲁棒性等。
03 自动控制系统概述
定义与特点
定义
自动控制系统是指通过自动调节、控 制、监视等手段，使被控对象自动地 按照预定的规律运行或变化。
特点
电力牵引传动系统
目录1. 概述 (1)1.1 电力牵引的特点 (1)2. 电力机车的传动方式 (2)2.1 直-直流传动 (2)2.2 交-直流传动 (3)2.3 直-交流传动 (3)2.4 交-直-交流传动 (4)3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4)3.1 交-直传动技术的发展 (4)3.2 交流传动技术的发展 (5)4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6)5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)1.概述1.1电力牵引的特点电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面：1、电力机车的功率大内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。
而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。
一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。
由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。
2、电力机车的效率高由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。
由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。
而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。
3、电力机车的过载能力强机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。
由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。
因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。
4、电力机车的运营费用较低（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。
一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。
电力传动实训报告
一、实训目的本次电力传动实训旨在通过实际操作，使学生掌握电力传动的基本原理、设备结构、工作原理和操作方法，提高学生对电力传动系统的理解和实际操作能力。
通过实训，使学生能够：1. 了解电力传动的基本概念、分类及其在工业生产中的应用；2. 掌握电力传动设备（如电动机、变压器、开关设备等）的结构、原理和操作方法；3. 熟悉电力传动系统的安装、调试和维护；4. 培养学生的团队协作精神和动手能力。
二、实训内容1. 电力传动基本概念及分类2. 电动机的结构、原理和操作方法3. 变压器的结构、原理和操作方法4. 开关设备的结构、原理和操作方法5. 电力传动系统的安装、调试和维护三、实训工具与设备1. 电动机2. 变压器3. 开关设备4. 电缆5. 电线6. 电工工具（如螺丝刀、剥线钳、万用表等）7. 电力传动实训装置四、实训过程1. 电力传动基本概念及分类（1）讲解电力传动的定义、分类及其在工业生产中的应用；（2）通过实物展示，使学生了解电力传动设备的基本结构。
2. 电动机的结构、原理和操作方法（1）讲解电动机的结构、原理及工作过程；（2）演示电动机的启动、停止、反转等操作方法；（3）学生分组进行电动机的安装、调试和操作。
3. 变压器的结构、原理和操作方法（1）讲解变压器的结构、原理及工作过程；（2）演示变压器的接线、调试和操作；（3）学生分组进行变压器的安装、调试和操作。
4. 开关设备的结构、原理和操作方法（1）讲解开关设备的结构、原理及工作过程；（2）演示开关设备的安装、调试和操作；（3）学生分组进行开关设备的安装、调试和操作。
5. 电力传动系统的安装、调试和维护（1）讲解电力传动系统的安装、调试和维护要点；（2）学生分组进行电力传动系统的安装、调试和维护；（3）对实训过程中发现的问题进行讨论和分析。
五、实训总结1. 通过本次实训，使学生掌握了电力传动的基本原理、设备结构、工作原理和操作方法；2. 学生在实训过程中，提高了动手能力、团队协作精神和解决问题的能力；3. 实训过程中，学生发现了自身存在的不足，为今后的学习和工作打下了基础。
电力拖动基础知识
电力拖动基础知识电力拖动基础知识引言电力拖动是指利用电动机将动力传递给装置或机械的一种技术。
它在现代工业中起着至关重要的作用，广泛应用于各个行业。
本文将介绍电力拖动的基础知识，包括电动机的工作原理、电力传动系统的组成以及一些常见的应用。
一、电动机的工作原理电动机是电力拖动的核心部件，它将电能转换为机械能，通过轴向动力输出。
电动机的工作原理主要基于电磁感应和洛伦兹力。
1. 电磁感应电磁感应是电动机实现转动的基本原理。
当电流通过电动机的线圈时，会在线圈周围产生磁场。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场改变时，会在线圈中产生感应电动势。
这个电动势会与电源电压产生差异，导致电流流经线圈。
差异越大，电流越大。
2. 洛伦兹力电动机实现转动的另一个原理是洛伦兹力。
当线圈中有电流通过时，它在磁场中受到力的作用。
根据右手定则，电流方向与磁场方向之间的关系将决定所受力的方向。
由于线圈的结构，导线受到力的方向相同，这将产生一个力矩，使电机开始旋转。
二、电力传动系统的组成电力传动系统是电力拖动的基础，它由电动机、传动装置和负载组成，各部分通过轴连接。
1. 电动机电动机是传动系统的动力源，它的类型有很多种。
常见的电动机包括直流电动机、交流异步电动机和交流同步电动机。
不同类型的电动机有不同的应用领域和工作原理。
2. 传动装置传动装置用于将电动机的转速和转矩传递给负载。
常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动和链传动。
通过不同的传动装置，可以实现不同的转速和转矩要求。
3. 负载负载是电力传动系统中的目标设备或机械。
它可以是任何需要动力传递的装置，如机床、输送带和风扇。
负载的特点和要求将决定电动机和传动装置的选择。
三、常见的电力拖动应用电力拖动在工业中的应用广泛，以下是一些常见的应用领域：1. 工业生产线工业生产线通常需要大量的电力来驱动各种设备和机械。
电力拖动被广泛应用于各个环节，如输送链、旋转装置和起重机。
2. 交通运输交通运输中的电力拖动主要应用于轨道交通和电动汽车。
电力传动技术
电力传动技术电力传动技术是指利用电力来实现机械设备运转的技术，也称为电动传动技术。
在现代工业生产中，电力传动技术已经成为最为常见的动力传动方式之一，其应用范围非常广泛，涵盖了工业、交通、军事、航空航天等领域。
本文将从电力传动技术的概念、原理、应用等方面进行探讨。
一、电力传动技术的概念电力传动技术是一种将电能转化为机械能的技术，通过电机、变频器、传动装置等组成的系统来驱动机械设备运转。
其主要作用是将电能转换为机械能，提供动力源，从而实现机械设备的运转。
电力传动技术的原理是将电能转换为机械能，通过电机产生的旋转力矩来驱动机械设备运转。
其主要组成部分包括电机、传动装置和控制系统。
其中，电机是电力传动技术的核心部分，它将电能转换为机械能，同时也是整个系统的动力源。
传动装置则是将电机产生的旋转力矩传递给机械设备的关键部件，其作用是保证传动的高效性和可靠性。
控制系统则是对电机的运转进行控制和调节，以使电机产生适当的功率和转速，从而实现机械设备的正常运转。
三、电力传动技术的应用电力传动技术广泛应用于工业、交通、军事、航空航天等领域。
在工业生产中，电力传动技术主要应用于各种机床、起重机械、输送机、风机、泵等设备的驱动。
在交通运输领域，电力传动技术主要应用于铁路机车、地铁、电动汽车等交通工具的动力系统中。
在军事领域，电力传动技术被广泛应用于战斗机械、导弹、雷达等设备中。
在航空航天领域，电力传动技术主要应用于航空发动机、制动系统、导航设备等方面。
四、电力传动技术的优势与传统的机械传动方式相比，电力传动技术具有以下优势：1. 功率密度高。
电机体积小、重量轻，可以实现更高的功率密度，从而在有限的空间内提供更大的动力输出。
2. 转速范围广。
电机可以通过调节电源电压、频率等来实现转速调节，转速范围广，能够适应不同的负载要求。
3. 能量利用率高。
电力传动技术可以实现能量的高效利用，避免了传统机械传动中的能量损耗。
4. 控制精度高。
电力传动控制系统——运动控制系统(习题解答)
运动控制系统的基本原理
运动控制系统的定义和组成 运动控制系统的基本功能 运动控制系统的基本原理 运动控制系统的分类和应用
04
电力传动控制系统 的应用
工业自动化领域的应用
电机驱动控制： 电力传动控制系 统可应用于工业 自动化领域的电 机驱动控制，实 现电机的高效、 精确控制，提高 生产效率和产品 质量。
• 运动控制系统的基本组成：如上所述，运动控制系统通常由控制器、驱动器、执行器、传感器等组成。
• 运动控制系统的基本原理：在运动控制系统中，控制器根据输入的指令和传感器的反馈信号，计算出控制指令并输 出给驱动器；驱动器则将控制指令转换为电信号，驱动执行器运动；执行器将电信号转换为机械运动；传感器则检 测执行器的位置、速度等运动参数，并将检测结果反馈给控制器。通过这样的循环过程，实现机械系统的精确运动 控制。
• 运动控制系统的基本概念
• 运动控制系统的作用：运动控制系统是实现各种运动控制任务的关键设备，如数控机床、机器人、自动化生产线等 都需要运动控制系统来驱动其运动。
• 运动控制系统的分类：根据不同的分类标准，运动控制系统可以分为不同的类型。如按照控制方式可以分为开环控 制和闭环控制；按照控制精度可以分为普通运动控制系统和精密运动控制系统等。
火箭发射和姿态控制：电力传动控制系统用于火箭发射和姿态控制，确保火箭在复杂环境中的 稳定性和可靠性。
太空探测器运动控制：电力传动控制系统用于太空探测器的精确运动控制，实现探测器在太空 中的精确导航和定位。
05
运动控制系统的应 用
数控机床领域的应用
数控机床概述 运动控制系统在数控机床中的应用 运动控制系统在数控机床中的优势 运动控制系统在数控机床中的发展趋势
自动化生产线领域的应用
《电力传动控制系统》课程教学大纲
《电力传动控制系统》教学大纲一、课程地位与课程目标（一）课程地位随着电子、信息等高新技术的发展与进步，传统机电技术获得了改造、创新的可能和手段，电气工程及其自动化专业的学生除了需深刻理解电器、机械的原理和系统外，更需要具备运用电子技术（（电力电子技术、微电子技术）、现代控制理论/技术实现传统机电系统高新技术改造的能力,为从事与电气工程专业有关的工作和科学研究打下一定的基础。
《电力传动控制系统》是电气工程及其自动化专业和自动化专业的核心课程，既有完整的理论体系，又有很强的实践性，是一门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范课程。
（二）课程目标1. 能够应用自动控制理论解决运动控制系统的设计问题（1.4）。
2. 能够应用自动控制理论分析运动控制系统的复杂工程问题（2.2）。
3. 具有电力拖动控制系统的工程开发和实验的基本能力（3.3）。
4. 能够基于自动控制理论对运动控制系统设计实验、仿真、分析与解释数据（4.3）。
5. 能够针对运动控制系统进行仿真与辅助设计（5.2）。
二、课程目标达成的途径与方法采用课堂教学的方法。
主要讲解转速开环控制的直流调速系统、转速闭环控制的直流调速系统、转速、电流双闭环控制的直流调速系统、直流调速系统的数字控制、基于稳态模型的异步电动机调速系统、基于动态模型的异步电动机调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统、同步电动机变压变频调速系统的概念、实现方法及具体的应用。
通过实例的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握运动控制系统设计的方法和步骤，提高学生对电力传动系统的学习兴趣、培养学生应用理论基础和工具解决实际问题的能力。
课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。
实验环节安排在专门的实验课程“电气控制专业实验”。
三、课程目标与相关毕业要求的对应关系2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。
四、课程主要内容与基本要求五、课程学时安排七、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材1．《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》(第5版).阮毅.机械工业出版社.2016年.(普通高等教育“十一五”国家级规划教材普通高等教育电气工程与自动化类“十三五”规划教材).（二）主要参考书：1. 《电力拖动自动控制系统》.李华德等.机械工业出版社.2009年2月.2. 《电力电子技术》(第五版).王兆安.机械工业出版社.2009年5月.3. 《电气传动实验指导书》. 中国计量大学.。
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Chp1，P15
电力拖动的发展概况
• 交、直流两大电力拖动系统。在电力拖动系统发展史上， 一直是二者互为补充、相辅相成、交替发展。(十九世纪 三十年代有了直流电，十九世纪末出现交流电)
• 直流电力拖动系统具有较好的技术性能，如起动性能和 调速性能很好。因此，直流拖动在对起动、制动、正反 转、调速等有较高要求的场合应用得很广泛。目前，直 流电力拖动系统已基本完善，处于繁盛的阶段。
– 单电动机拖动方式不便于各种运动的分别调节，而且 使传动机构复杂化。
电气传动自动控制系统
Chp1，P14
• 多机拖动：多电动机拖动
– 由多台电动机分别拖动一台生产机械的各个运动部分。 即每一个执行机构用单独的电动机拖动。
– 这样，生产机械的机械结构大为简化，克服了单机拖 动的缺点。
电气传动自动控制系统
– 由一台电动机通过一根长轴(俗称“天轴”)拖动全车 间的一组生产机械。
– 从电动机到各个生产机械的能量传递以及在各生产机 械之间的能量分配完全用机械方法，靠天轴及机械传 动系统来实现。
– 电动机远离生产机械，车间里有大量的天轴、长皮带 和皮带轮等。能量传递过程中的损耗大，效率低，灰 尘大，劳动条件与卫生条件很p1，P18
课程特点
• “电气传动自动控制系统”是历来学生感到难学、 怕学的课程，因为因其涉及到电、磁、机、控制 系统等多方面的理论和相关知识，也是电类学生 首次接触到的一门理论、实际紧密结合的课程。
• 在学习本课程时，一方面从态度上应从认识电机 的重要性出发，提高学习的兴趣，从而能知难而 进。另一方面，从方法上，应逐步和尽快适应和 掌握其特点和学习方法。
电气传动自动控制系统
Chp1，P13
• 单机拖动：单电动机拖动
– 由一台电动机单独拖动一台生产机械。这样，电动机 与生产机械在结构上配合密切，可以用电气方法调节 每台生产机械的转速，从而进一步简化机械结构，提 高生产效率，而且易于实现生产机械运转的全部自动 化。
– 但是，一台生产机械往往又具有几个不同的运动。例 如，车床，就有刀架的横向移动，纵向移动和主轴的 转动。
• 液体拖动
– 液缸、液压阀、液压管路、液压泵、液压马达； – 特点：力矩大，有油污 – 应用：轮船、大型压机
• 电力拖动
– 电机、电缆、电源、 – 特点：传送距离更远、调速性能更好 – 国民经济各行各业
电气传动自动控制系统
Chp1，P3
什么是电力拖动？
电气传动自动控制系统
Chp1，P4
电气传动自动控制系统
电气传动自动控制系统
Chp1，P16
为什么学习本课程？
• 电机的广泛应用；
– 见上面的例子
• 生产加工工艺指标要求对电机进行控制；
– 例如：轧钢、造纸、机床等
• 多门知识的综合运用
电气传动自动控制系统
Chp1，P17
本课程与其他课程的关系
• 本课程是自动化、电气工程专业的专业基础课
• 先修课程：物理学、电路、电机学、自动控制理 论、电力电子技术；
Chp1，P5
电气传动自动控制系统
Chp1，P6
电气传动自动控制系统
Chp1，P7
电气传动自动控制系统
Chp1，P8
电气传动自动控制系统
Chp1，P9
电气传动自动控制系统
Chp1，P10
电力拖动系统的组成
电
控制
动
传动
生产
设备
机
机构
机械
电源
电气传动自动控制系统
Chp1，P11
电机的分类
旋转电机 静止电机
本课程的主要内容
1.电力拖动基础 （20学时）
• 电机拖动系统动力学 • 直流电动机启动、调速 • 交流电动机原理、运行
2. 直流电机拖动控制系统（20学时）
• 单闭环调速系统 • 多环调速系统
3. 交流电机拖动控制系统（18学时）
• 交流电机闭环调速系统 • 串级调速、矢量控制
实验：12学时 课程设计
动力电机 微特电机
交流电机
感应电机 同步电机
感应电动机 感应发电机
同步电动机 同步发电机
直流电机
直流电动机 直流发电机
伺服电动机、步进电动机、测速发电机 回转变压器、自整角机、直线电动机
变压器
电力变压器：升压、降压 特种变压器：自耦、互感器
电气传动自动控制系统
Chp1，P12
电力拖动的类型
• 成组拖动
电气传动自动控制系统
Chp1，P1
本课程的主要参考书
• 邱阿瑞，电机与拖动基础，电子工业出版社， 2001年
• 顾绳谷，电机及拖动基础，机械工业出版社 • 陈伯时，电气传动自动控制系统，机械工业出版
社，2003年
电气传动自动控制系统
Chp1，P2
什么是拖动？
• 气体拖动
– 汽缸、气阀、气体管路、气源； – 特点：干净、力矩较小、噪音小 – 应用：食品、药品、包装行业
电源
PD
ZZ
电气
M
CL
控制装置
电气传动自动控制系统
DJ Chp1，P21
电力拖动系统基本分类
• 电动机通常是根据生产机械的工作要求来选用， 主要有
– 直流电动机 – 异步电动机 – 同步电动机
• 直流电动机为动力的拖动系统称为直流电力拖动 系统，简称直流拖动系统
• 交流电动机为动力的拖动系统称为交流电力拖动 系统，简称交流拖动系统。
电气传动自动控制系统
Chp1，P20
第一章 电力拖动系统基础
• 在工农业生产中，各种生产机械一般都以电动机为动力， 来完成对物体的加工、输送、压缩与分离等各项工作。 这种以电动机为动力来拖动各种生产机械的工作方式， 称为电力拖动(或电气传动)。
• 电力拖动系统一般由电动机、控制设备、传动机构、生 产机械和电源组成，如图所示。
• 直流电动机结构复杂、价格较贵、维护困难，安装环境 有一定限制(不能用于恶劣环境，如有爆炸气体及尘埃的 场合)。
• 由于以上直流电动机的缺点，使得直流拖动在很多场合 受到限制。而交流电动机在以上几方面都优于直流电动 机，并且考虑到电能的产生及输送多为交流电能，所以 交流电力拖动系统收到人们的重视。
电气传动自动控制系统
Chp1，P19
课程学习任务
• 掌握常用交直流电机的基本理论 • 掌握分析电动机机械特性及各种运转状态的基本理论 • 掌握电力拖动系统中电动机各种调速方法的基本原理 • 掌握直流电动机单闭环、多环调速系统的设计方法，电
机与电力拖动系统的基本实验方法与技能， 并具有熟练 的运算能力 • 掌握交流电动机的调速方法及双环调速系统的设计方法