交直传动系统
交流传动与直流传动的比较
《电力牵引交流传动及其控制系统》报告——交流传动与直流传动优劣的比较1.电力传动的发展从十九世纪七十年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。
1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。
1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。
这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。
1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。
1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。
大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。
1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。
随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。
与直流传动机车相比，交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。
2．交流传动与直流传动的比较2.1 机车工作原理的比较2.1.1 直流传动电力机车工作原理直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电力机车。
直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压)方式进行调速和控制的机车。
电力牵引传动与控制
图1-5 内燃机车交-直电传动
3. 交-直-交电力传动系统
➢ 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
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！
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
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SS95400Kw
交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。
交-直-交电力机车传动系统
代表性车型：和谐型系列电力机车（HXD）
图1-6 b 电力机车 交-直-交电传动
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
1. 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
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。
crh5动车组电传动
高压电路
接地开关 38KS型接地开关与22CBNG 型真空电路断
路器（VCB）集成在一起，并且接地开关安装 在真空电路断路器之前。短路耐压能力 40 kA 可持续100ms，总高度 580 mm(VCB 陶瓷绝缘 体)，重量 15 kg，手柄半径长度 191 mm，辅 助触点 10A电流。
每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成：
1 高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压 器，安装在TTP和TTPB车上。1个主变压器，采 用强制油冷却。
2 第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第 二牵引动力单元具有2个牵引/辅助变流器，每台 牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变 流器获得可调节的直流电压，并驱动异步牵引电 机的牵引和再生制动。在过电分相时由于再生制 动短时停止工作，过渡的制动电阻器投入使用。 每辆动车配置2台异步牵引电动机，底架悬挂，单 台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的 直径差（在相同车轴上）接近3mm时也能够提供 500kW的负载。
车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和 网压在22.5KV AC-29KV AC范围内电压时， 列车的牵引性能如下：
1 平均启动加速度（0~40km/h） 0.50m/s
2 200km/h 时的剩余加速度 0.11m/s2
3 220km/h时的剩余加速度
0.09m/s2
4 250km/h时的剩余加速度
• 关闭时：电磁铁向第2 个作动杆提供机械力。第2 个作动杆使用传动杆推动第1 个作动杆（比率为 3）。作用在真空断路器触点水平位置的力确保 VCB 可以断开。施加的力约为260kg，对于 9.1mm 触点间隙的关闭速度为0.5 m/s。
HXD3电力机车题库-填空题
填空题第一章：机车总体第一节 HXD3机车的主要特性1.HX D3机车轴式为 C0-C0 。
2.HX D3机车电传动系统为交直交传动。
3.HX D3机车辅助电气系统采用 2 组辅助变流器，能分别提供 VVVF 和 CVCF 三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。
4.HX D3机车总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧。
5.HX D3机车采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。
6.HX D3机车转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧。
7.HX D3机车采用整体轴箱。
8.HX D3机车采用推挽式低位牵引杆技术。
9.HX D3机车采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。
10.HX D3机车牵引电机采用独立通风冷却方式。
11.HX D3机车主变流器采用水冷冷却方式。
12.HX D3机车主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却。
13.HX D3机车辅助变流器采用车外进风的冷却方式。
14.HX D3机车机械制动采用轮盘制动。
15.HX D3机车采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。
16.HX D3机车的牵引控制采用恒牵引力、准恒速特性控制方式。
17.HX D3机车的电制动控制采用制动力、准恒速特性控制方式。
18.HX D3机车的牵引、制动控制采用恒牵引力（制动力）、准恒速特性控制方式。
19.牵引控制司机控制器手柄为13级，级间能平滑调节。
20.制动控制司机控制器手柄为12级，级间能平滑调节。
21.根据HX D3机车牵引（制动）特性，每级速度变化△V=10 km/h。
第二节机车的技术参数22.HX D3机车电流制为单相交流50Hz，其额定电压为25kV 。
23.接触网电压在～31kV之间时，HX D3机车机车能发挥额定功率。
交流传动与直流传动优劣的比较
交流传动与直流传动优劣的比较一、交流传动背景介绍1、发展历程电力传动诞生于19世纪，20世纪初被广泛应用于工业、农业、交通运输和日常生活中。
执行机构由直流电动机驱动，则称为直流电气传动系统，执行机构由交流电动机驱动，则称为交流电气传动系统。
20世纪30年代，人们已经认识到变频调速是交流电动机一种最理想的调速方法；60年代，随着电力电子技术的发展和变频调速装置的研制成功，交流调速技术成为电动机调速的发展方向；70年代中期，在世界范围内出现能源危机，节约能源成为人们关注的问题；许多过去不调速的传动装置，如风机、水泵等，也都采用了调速传动；90年代以来，随着大功率电力电子器件和微电子技术的飞速发展，以及现代控制理论和控制技术的应用，交流传动调速技术取得了突破性的进展，逐步具备了调速范围宽、稳速精度高、动态响应快以及可作四象限运行等优良的技术性能。
目前，交流传动已经作为一种完全被肯定的系统，大举进入电气传动调速控制的各个领域。
2、交流传动电力机车发展综述随着科技的进步，电力机车的发展方向逐渐成为以安全性、实用性、可靠性、灵活性、舒适性越高越好；费用越低越好的发展目标。
但是，不可避免的，存在着地域规范、供电制式、空间、体积、重量、技术水平、工艺水平等限制。
随着电力电子技术、微电子技术、新材料、新工艺等的出现与发展，行业从业者们满足运输的需求，充分利用新技术，利用新材料，采用新工艺从而实现新一代电力机车的发展。
3、交流传动电力机车的组成辅助变频器主变频器及电机驱动模动力制动模通讯模块空气系统模块电子设备图1-1 机车内部构造4、我国交流传动机车的发展现状我国交流传动技术的研究始于70年代初，可以说起步不晚，但国际上80年代初交流传动机车就已经进入商用化，技术日趋成熟。
铁道部主管领导曾指出，我国发展交流传动不要跟在别人后面先KK，后GTO，再IGBT一步一步地走老路绕弯子，应跨过GTO阶段，直接发展IGBT技术，缩短我国与国际上当今先进技术的差距。
3、交直电力机车
成都机务段职教科
成都机务段职教科
第三章 电力机车概述
一、电力机车的基本组成：
主电路部分 电气 部分 电力机车
：高电压、大电流
压缩机
（升弓压缩机）外均
辅助电路部分：380V、220V交流、除辅助
为三相异步电动机
控制电路部分：110V直流 机械部分：车体、转向架、车体支撑装置、牵引缓冲装置。 空气管路部分：风源系统、辅助管路系统、控制管路系统、
交—直电力机车的传动控制
梁成鹰
成都机务段职教科
第一部分 交直电力机车传动
交流电气化线路 交直电力机车（直流车） 电力机车主电路系统
成都机务段职教科
交流电气化铁路
一、电气化铁路基本组成：
牵引网
牵引供电装置 变电所 电力机车
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
1、改变牵引电机端电压UD ： 可通过改变一次侧、二次侧电压的方式进行有 级调速（调压开关）或利用晶闸管整流元件，通 过改变晶闸管移相角（触发角）的方法改变整流 输出电压，从而进行平滑无级调速。
2、改变磁通量ф ： 即磁削弱调速，也称励磁调节。
成都机务段职教科
二、交直、交直型电力机车基本工作原理：
成都机务段职教科
1、中抽式全波整流（图a）
工作原理： 当变压器二次侧电压正半周a点高电位时： a→VD1→PK→M→O，此时VD2承受反向电压 而截止。 当变压器二次侧电压负半周b点高电位时: b点→Vd2→PK→M→0，此时VD1反向截止。
成都机务段职教科
轨电车采用。
成都机务段职教科
2、交—直传动：
浅谈高速动车组电力牵引传动控制系统
浅谈高速动车组电力牵引传动控制系统摘要：高速动车组的发展为我国铁路事业做出了巨大贡献。
人们的出行方式从最初的汽车到飞机，再到现在的高速动车组，也是铁路行业多年努力的结果。
随着经济、高效、安全型高速动车组越来越受到人们的青睐，人们也对高速动车提出了更高的需求,因此有必要对动车牵引系统加以优化,以更好地推进高速动车牵引体系的发展,并维护着我国高速动车交通运输业的平稳发展。
动车组传动系统,是指动车组的动力传动装置。
牵引电机所产生的驱动力经由轴承和变速箱直接传导给轮胎,最后形成牵引作用。
主要阐述了我国高速动车组牵引系统的基本构造,并对各元件的分布情况和工作原理进行了详细描述。
关键词：高速动车组；牵引系统；结构分布；工作原理引言：随着国内高速运输的全面发展，电力机车以其功率大、运量大、牵引力大、速度快等特点在我国得到广泛应用。
特别是近年来，高速动车组列车的速度等级不断提高，载重能力也在不断增加，对列车运行质量提出了更高的要求。
作为动车组列车的十大关键技术之一，牵引传动控制系统的可靠性一直是研究的重点和难点。
结合当前先进的控制理论和方法，深入研究动车组牵引传动控制系统，有效提高牵引系统的可靠性，是保证动车组列车安全稳定运行的一个重大突破点。
通过对动车组列车牵引传动控制系统现状的讨论，分析了列车牵引系统的可靠性。
一、我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状1.牵引动力配置方式以动力集中方式为主我国高速动车组主要是CRH3型动车组，有两种方式：牵引电源配置有集中电源和分散电源。
电力集中的第一种形式是常见的、常规的电力牵引，这种牵引已经使用多年，在上都地区无论是结构上还是技术上都比较成熟，应用广泛。
第二种是权力分散的方式，这种方式现阶段技术还不成熟，使用的范围较小，技术还不太成熟，所具有的缺点是技术不稳定，资金投入不足等缺点。
2.我国高速动车组以直流传动制式为主我国的高速铁路动车组大多采用CRH3系列动车组动车组,牵引传动系统一般分为两种形式:直流传动系统、交流传动系统。
交流传动的优越性及发展概况
一．交流传动的优越性交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机，其一系列的优点都是由此而表现出来的。
交流传动机车所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。
和传统的串激直流电动机驱动系统相比，交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、重量尺寸等诸多方面。
1．构造简单，转速高，可靠性高，维修简便三相异步电动机结构中无换向器、无电刷装置；所以相同功率的电机，异步电动机的重量轻，体积小，可使机车转向架簧下部分重量相应减少，在机车通过曲线时，轮轨之间侧向压力也就相应减少，这对高速行车尤为重要；同时，由于电动机体积减少，便能选择更为合适的悬挂方式，从而简化了转向架结构；除轴承外无磨擦部件，密封性好，防潮、防尘、防雪性能好；全部电气部件均是绝缘的，且所用绝缘材料均为H级或F级，绝缘性能好，耐热性能好。
因此故障率低，可靠性高。
控制装置是模块结构，故障率也很低，驱动系统的全部运行过程和控制过程均由无触点电子元件完成，所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、粘连、接触不良、机械卡滞等问题。
据美国伯灵顿北方铁路介绍，该公司直流电动机的大修期一般在4万公里至48万公里之间，而交流牵引电动机的大修期可高达120~160万公里。
另外，交流传动机车有完备的微机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，且检修简便，维修费用大大降低。
加拿大CP4744型交流传动机车的应用实践表明：不仅延长了计划修间隔，而且减少了计划外修理次数，每台机车每年可减少计划外修6次。
2，功率大，牵引力大，机车可以发挥较高的输出功率异步牵引电动机不存在换向的问题，所以高速行车时电的效率也就较高；同时，牵引电动机因无换向器，空间利用好，使机车功率得以进一步提高，再生制动时亦能输出较大的电功率。
第三章 电力机车交-直-交传动系统主电路
设逆变器直流输入电压为 U d，电阻性负载为‘Y’接，按表3u A0 、u B 0 、uC 0 如表3-2。 1的导通顺序，逆变器输出的相电压
表3-2 1800导通电压型逆变器输出相电压 0－π/3 π/3-2π/3 uAO uBO uCO +Ud/3 -2Ud/3 +Ud/3 +2Ud/3 -Ud/3 -Ud/3 2π/3-π +Ud/3 +Ud/3 -2Ud/3 π-4π/3 -Ud/3 +2Ud/3 -Ud/3 4π/3-5π/3 -2Ud/3 +Ud/3 +Ud/3 5π/3-2π -Ud/3 -Ud/3 +2Ud/3
1、整流器（也称电网侧变流器）：把来自接触网通过牵引变压 器接入的单相交流电转换为直流，通常采用四象限脉冲整流器； 2、中间直流环节：为整流滤波和平衡功率波动的储能电路； 3、逆变器：主电路结构如下图所示，是用 6个半导体开关器件 S1~S6组成的三相桥式逆变电件的通断，可以得到不路。按照 一定规律控制同频率的三相交流输出各半导体开关器件的通断， 可以得到不同频率的三相交流输出。 4、三相笼型异步牵引电动机：实现电能、机械能转变，牵引电 动机的转矩和转速，决定了机车（动车组）发挥的牵引力、电 制动力和运行速度，也是整个牵引系统综合的被控制对象。
3.3 交－直－交1800导通型逆变器
图3-4 所示为二电平电压源逆变器带三相电阻性负载。其中， S1 ~ S6是6个单向导电的功率半导体开关，每个功率开关反并联一 只续流二极管。
S1
C
S3
S5
RA
A B
C
RC
O
RB
S4
S2
图 3-4 三相电压型逆变器电阻负载原理电路
HXD3C电气系统
原边网侧电路
■网侧电路由2台受电弓AP1、AP2、2台高压隔离开 关QS1、QS2、1个高压电流互感器TA1、1个高压电 压互感器TV1、1台主断路器QF1、1台高压接地开 关QS10、1台避雷器F1、主变压器原边绕组AX、1 个低压电流互感器TA2和回流装置EB1～6等组成。
■接触网电流通过受电弓AP1或AP2引入机车，经高 压隔离开关QS1或QS2和主断路器QF1，经25kV高压 电缆由车内至车下，通过大A端子，穿过TA1与主 变压器原边1U端子相连，经过主变压器原边，从 1V端子流出，穿过TA2与车体地相连，最后通过6 个并联的回流装置EB1～EB6，从轮对回流至钢轨
2.机车布线
HXD3C机车布线的设计理念是尽量做到设备与设备之间的 直接对接，减少中间环节，因此整车控制电缆、端子柜连 接器及端子排的用量减少（与按SS4G机车布线思路比）， 线缆通过对设备间的两个横梁线槽及左右两侧墙上进行控 制线路布线，机车中间走廊最下层为机车主电路，其上方 为到各风机控制线。
■ 高压电压互感器其次边输出除为网压表和电度表提供原边 网压信号，还为主变流器的控制单元提供原边网压信号， 作为主变流器控制的同步信号使用。 网侧过电流保护 通过高压电流互感器的检测，当电流超过整定值时，过流 继电器动作，主断路器分断保护。 网侧过电压保护 网侧装有避雷器，用以抑制操作过电压及雷击过电压。 网压检测保护 当原边网压高于32kV且持续10ms或者是高于35kV且持续 1ms时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输 入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出原 边过电压信息。 当原边网压低于16kV且持续10ms时，四象限脉冲整流器和 逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开， 同时向微机控制系统发出原边欠压信息。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
交直传动系统
1948年普通晶体管（transistor）的发明引起了电子工业革命，1957年第一只晶闸管(thyristor)的问世，为电力电子技术的诞生奠定了基础。
从此，交直传动系统为人们所接受并广泛应用。
大功率的工业用电由工频（50HZ）交流发电机提供，其中大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解) 、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等) 和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。
大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。
由于我们所学专业，在本周我主要了解了交直传动系统在牵引领域方面的应用与发展。
电力电子技术（交直传动技术）在轨道交通牵引传动系统中的应用主要分为三个方面，他们是主传动系统，辅助传动系统，控制和辅助系统中的稳压电源。
交流感应电机要满足车辆牵引特性要求的调速手段非常复杂，而直流电机很容易满足要求。
1900年开始，机械整流装置开始用于纽约的地铁供电，直流传动系统开始受到青睐。
1949年，第一辆引燃管（ignitron）整流的电传动机车诞生，交直流传动系统开始发展。
到了1950年代，硅整流器电传动系统动车问世，标志着交直流牵引传动时代的到来。
1960年代初期，大功率硅整流器迅速取代了引燃管，具有调压开关的硅整流器交-直流系统电力机车得到了广泛应用。
电传动车在牵引工况，牵引电机大多采用了串励方式，也有采用它励和复励的情况；在制动工况，牵引电机大多采用它励方式。
通过调压开关改变硅整流桥交流侧电压来改变牵引电机的端电压，实现机车的控制。
晶闸管（俗称可控硅）发明并获得应用以后，于1970年除，提出了“经济多桥段”可控硅相控机车。
这样电机端电压可以获得无级调节，从而实现了电力机车的无级调速。
对于直流供电的地铁电动车组，为了调速，直流电传动系统的电机端电压调节也随着电力电子技术的发展经历了三个阶段：机械开调节电阻调压；可控硅调节电阻调压；可控硅等调节导通时间比（占空比）来斩波调压。
我国1958年诞生了第一台引燃管整流的6Y1型电力机车，1966年在6Y1型电力机车上用硅二极管取代引燃管获得成功，并于1968年定型为韶山1（SS1）型电力机车，第一台韶山1型电力机车整流机组采用ZP-300A/600V二极管，每个整流臂用14个期间串联和16个支路并联组成，全车两组整流机组共用448个二极管，随着硅二极管反向耐压的提高和导通电流的增大，从0131台SS1机车开始，全车只用108只二极管。
1978年研制成功的韶山3型电力机车采用了级间晶闸管相控调压技术。
1985年研制成功的以PK管为开关器件的韶山4型电力机车标志着无极调速国产相控机车的诞生。
在本次毕设中，邱老师要求的是使用同步信号为锯齿波的移相触发电路，对3000w直流电机进行单相全桥调压调速。
为此，本星期我大致了解了同步信号为锯齿波的触发电路。
co
同步信号为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲，其有三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。
此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。