任务3城轨车辆直流牵引传动系统
城市轨道交通车辆电气控制项目三 城轨车辆牵引与制动控制【拓展任务】
2）SIBAS32KLIP控制总线
图3-49 控制总线硬件连接图
AS318接口用来连接控制总线和KLIP子站的内部9V总线，同时提供给总线模块9V电源，KLIP站 的地址和总线传输率由DIP开关设置。
每个 KLIP站由以下硬件组成：1个AS318接口卡、总线模块BM700、输入/输出插卡、接线端子。 1个总线模块可插2个输入/输出插卡，接线端子接好线后直接插在输入/输出卡上。
输入输出模块的配置可以根据需要的输入输出信号的数量和种类任意选择。
表3-5 广州地铁一号线车辆中主要用到的输入/输出模块卡
DE16×110VDC输入 16通道110V直流输入模块，用于故障信息和各种二进
卡
制控制信号的输入
输出时钟数字信号到各个电子控制单元（B、C车），
DA8×110VDC输出卡 输出受电弓升、降状态、主断分合状态、电制动施加
SBS：通过轮询的方式与KLIP子站通讯，此类通讯方式成为“广播”通讯方 式，当KLIP子站被SBS询问时才可以发送数据，输入数据通过BM700总线通讯模 块传递到AS318板，通过AS318板内置的输入/输出缓冲器将数据传送给SBS，由 SBS进行处理，再传送给CPU控制板，实现外围设备与主机系统的信息传送。
“事件”是所有诊断机制的触发源，一个事件可以是如下的类型：子系统故障 的发生；子系统故障的消失；重要信息的出现；重要信息的消失。当一个触发 源出现时，CFSU通过总线获取、分类检测并处理环境参数及时间标准，然后 给出相应的代码传输到列车总线主控端的显示器中进行故障列表并显示存储。
城轨车辆牵引传动系统综合实践
城轨车辆牵引传动系统综合实践
城轨车辆牵引传动系统是城市轨道交通运行的核心组成部分，其主要作用是将电力能量转换为机械能，驱动城轨车辆行驶。
该系统主要由牵引变流器、牵引电机、齿轮减速器、轮对、车轮和轴承等组成。
牵引变流器是城轨车辆牵引传动系统的核心，其作用是将直流电能转换为交流电能，控制牵引电机的转速和转向。
牵引电机是由牵引变流器提供控制信号，使其能够实现不同的动力输出并根据需要调整牵引力大小。
齿轮减速器则是将牵引电机高速转动的输出轴减速，同时使输出能量转换为最大的扭矩输出。
轮对作为车辆轮胎，是牵引传动系统中非常重要的部件，承担着车辆行驶以及牵引力传递的重要任务。
为了保证城轨车辆在高速行驶过程中的稳定性和安全性，轮对应采用优质材料和合理的设计结构。
对于城轨车辆或高铁等大型轨道交通运输工具而言，牵引传动系统的可靠性和安全性是非常重要的考虑因素。
一旦出现故障，可能会导致车辆停止运行，造成严重的安全事故。
因此，牵引传动系统维护保养工作同样非常重要，需定期进行保养和检修，检查传动系统各部件的工作状况和运行状态，及时发现和解决问题。
电力牵引变流技术任务3城轨车辆直流牵引传动系统
名称 主极
部件组成 主极铁心 励磁绕组 换向极铁心
使用材料 热轧软钢板叠制 产生磁通，建立主磁场 漆包线或绝缘扁铜线 热轧软钢板叠制 改善换向 绝缘扁铜线 绝缘扁铜线 铸钢或热轧软钢板叠制 改善负载特性，改善换向 提供磁路 产生电磁转矩，实现机电能量转换
定 子
换向极 换向极绕组 补偿绕组 （磁）轭部 电枢铁心 电枢 电枢绕组 漆包线或绝缘扁铜线 含少量银的铜合金
2．主传动牵引 —制动电路
图2-24
削电 1R3/R4～R5—固定分路电阻
主传动牵引--制动电路
1K1～1K14—接触器 1U3～1U4—电流互感器 1M1～1M4—牵引电动机 1A2—预励磁装置 1L3—平波电抗器 1R3/R3、R6—磁 1R3/R7～R9—制动电阻 1A1—斩波器（V1～V2—GTO主晶闸管，V3～V4—制动晶闸管，
• 8．了解城轨车辆整流、斩波和逆变电路工作原理和应用。Leabharlann 项目导入：项目内容：
主要介绍城轨交通车辆各种牵引传动系统组成及控制原理。全 面介绍了主传动设备——直流牵引电动机、三相异步牵引电机和直 线牵引电机的结构、工作原理及其特性。 详细分析了主传动系统牵引、制动、保护电路。
知识拓展：
介绍城轨交通车辆使用的主要电力电子器件的类型、工作原理
式中：UD — 牵引电动机的端电压，V； E — 牵引电动机的反电势，V；
(2-6)
L — 牵引电动机的电感量，H。
牵引特性电气稳定性分析
牵引电动机稳态电压平
衡方程ƒ ‘（Ia）曲线斜率为正
值时，就具有电气稳定性。
图2-9 牵引特性电气稳定性分析
图2-10 串励、他励电动机的稳态电压平衡曲线f（Ia） （a）串励； （b）他励
城市轨道交通列车牵引传动系统
城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车的牵引⼒是由城市轨道交通列车的牵引系统产⽣的，因此要掌握城市轨道交通列车牵引⼒的知识，就必须先掌握列车牵引传动系统的基础知识。
⽬前城市轨道交通列车的牵引传动系统基本都是电⼒牵引传动系统，其基本的⼯作过程是：电能经过列车牵引供电系统传输和相应的转换，提供给列车的牵引电动机，电能转换成机械能，从⽽驱动列车运⾏。
城市轨道交通列车牵引供电的电源是城市电⽹，城市电⽹提供的电能经过牵引变电所的降压、整流变成DC 1 500 V（或DC 750 V），再通过馈电线传递给接触⽹，然后通过受流装置，由钢轨和回流线流回牵引变电所形成回流。
城市轨道交通列车牵引传动系统的基本特点是牵引功率⼤、传动效率⾼、能源利⽤率⾼、绿⾊环保、产⽣的污染很少、容易实现⾃动化控制。
城市轨道交通列车的牵引电动机为列车提供动⼒，牵引电动机按⼯作原理可分为直流电动机、交流异步电动机、交流同步牵引电动机三种。
由于交流电动机与直流电动机相⽐不需要换向器，结构简单，可靠性⾼，维护量少，重量⼩，并能获得较⼤的单位重量功率，具有良好的牵引性能，同时三相交流牵引电动机的调频、调压特性如果设计合理，可以实现⼤范围的平滑调速，还具有防空转的性能，使黏着利⽤率提⾼；三相交流牵引电动机对瞬时过电压和过电流很不敏感，在启动时能在更长的时间内产⽣较⼤的起动⼒矩。
因此，交流异步电动机有取代直流电动机的趋势。
⼀、牵引传动系统的⼯况城市轨道交通列车的牵引传动系统有两个⼯况：牵引⼯况和制动⼯况。
1、在牵引⼯况下，列车牵引传动系统为列车提供牵引动⼒，将供电接触⽹上的电能转换为列车在轨道上运⾏的机械能。
2、制动⼯况可以分为再⽣制动⼯况和电阻制动⼯况。
再⽣制动就是将列车的机械能转换成电能反馈到接触⽹再供给其他列车或车站设备使⽤，这种⽅式能最⼤限度地降低电能的损耗。
列车制动过程中牵引传动系统反馈的电能超过了接触⽹上的限值（达到DC 1 800 V）时，列车电制动产⽣的电能将会消耗在制动电阻上，通过制动电阻发热⽽消耗到⼤⽓中去，这种通过制动电阻消耗电能的电制动⼯况称为电阻制动⼯况。
《城市轨道交通概论》-教案-47-48课时项目五 任务三 认识牵引供电系统
时间
分配
回顾
新课
1
作业
关于上节课作业进行说明
提问：
1.供电系统主要组成
2.三级负荷比一级负荷重要，对么？
3.通信、信号属于几级负荷？站台照明属于几级负荷？空调制冷属于几级负荷？
一、牵引变电所
结合PPT，说明牵引变电所输入电压和输出电压，明确牵引变电所的作用
二、牵引网
在教材P109标准牵引网组成，并做逐一解释。
1.牵引电压
说明牵引电压直流和交流两种，明确目前大多数采用的是直流牵引供电，原因是启动、制动平稳，容易控制。对于电磁干扰等问题，将用其他方法克服
2.牵引网的供电方式
提问：你看到的大连的供电方式？
结合回答，给出架空接触网和第三轨方式。
结合PPT中图片，说明接触网和第三轨的区别
3.牵引网的回流方式
配合PPT图片，简要描述走行轨回流方式。
教 学 设 计
授课班级
授课日期
第45-46课时
课 型
新授
教具、资料
课 题
项目五 任务三 认识牵引供电系统
教学目标
能够独立说出牵引供电系统的组成
能够独立说出牵引供电系统各部分的电压等级
能够独立说出牵引网的组和各部分的功能
能够独立简单说出接触轨和受电弓的区别
能够说出大连地铁的牵引供电方式
通过对牵引电压的描述，理解轨道交通车辆检修和车站线路方面关于用电安全的重要性
三、受流器
先提出受流器的作用，就是将车辆上接受电流的设备
根据牵引网不同，受流器也不同。
结合PPT给出之间的对应，接触网-受电弓，第三轨-集电靴
1.受电弓
简要描述受电弓安装位置、功能、组成、作用
城市轨道交通车辆-第章-电力牵引传动系统课件 (一)
城市轨道交通车辆-第章-电力牵引传动系统课件 (一)城市轨道交通车辆是现代城市交通中非常重要的一部分，而他们的电力牵引传动系统就是其运行的核心和动力。
本文将详细介绍城市轨道交通车辆的电力牵引传动系统。
一、电力牵引传动系统的组成电力牵引传动系统由三个组成部分构成：牵引变流器、牵引电机和制动电阻。
1.牵引变流器：牵引变流器是电力牵引的核心和决定因素，它可以将直流电转化为交流电。
牵引变流器能够控制电机的转速和力矩，以达到牵引车辆的目的。
2.牵引电机：城市轨道交通车辆的牵引电机是三相异步电动机或同步电动机。
牵引电机可以将电能转化为机械能，从而提供动力以驱动轨道车辆。
3.制动电阻：制动电阻是在车辆紧急制动时提供制动力的电阻元件。
当电机接通制动电阻电路时，电机旋转速度要逐渐降低，从而达到制动效果。
二、电力牵引传动系统的分类根据使用条件和使用要求的不同，电力牵引传动系统可以分为直流电力牵引传动系统和交流电力牵引传动系统两种类型。
1.直流电力牵引传动系统：直流电力牵引传动系统具有简单、可靠、成熟的技术，对牵引电机的故障诊断和控制较为方便。
同时，直流电力牵引传动系统还具有调速范围大，可靠性高的特点。
2.交流电力牵引传动系统：交流电力牵引传动系统采用AC电机，可以在不同速度下提供更高的牵引力和效率。
此外，交流电力牵引传动系统可以通过能量回馈来降低整车的能耗。
三、电力牵引传动系统的优缺点1.优点电力牵引传动系统具有牵引力大、加速度快、稳定性高和运行平稳等特点。
同时，电力牵引传动系统能够提供更为舒适的乘坐环境，降低噪声和振动。
另外，电力牵引传动系统还能够节能环保，大大减少空气污染和噪声污染。
2.缺点电力牵引传动系统的成本较高，维护和保养也比较复杂。
同时，由于其本身的构造和性能，电力牵引传动系统的动力响应有些慢，无法满足部分应急情况下的需要。
总之，电力牵引传动系统是城市轨道交通车辆运行的核心，也是现代城市交通发展的重要标志之一。
城市轨道交通车辆--电力牵引传动系统 ppt课件
ppt课件
8
牵引工况 电能
机械能
牵
受
引
电
网
弓
逆 变 器
牵引 电动机
电能
城轨车辆：
制动工况
机械能
电气牵引时，DC750V或DC1500V直流电压，然后经三
相逆变器变为交流三相电压，给牵引电机供电，实现电能到
机械能的转换。
电气制动时，牵引电机机械能转换为电能，经三相逆变
器变为直流电压反馈到电网，实现机械能到电能的转换，也
• 从主(降压)变电站及其以后的部分统称为“牵引供电系 统”。
ppt课件
23
牵引变电所
• 牵引变电所的任务就是将电力系统提供的三相工频交流电 通过变压或变流转变为本线电动车辆可用的电源。
• 根据电流制的不同，牵引变电所又分为直流牵引变电所和 交流牵引变电所。
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• 城市轨道交通采用直流供电制式是因为城市轨道交通运输 的列车功率并不是很大，其供电半径（范围）也不大，因 此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损 失小（同样电压等级下）。
称为再生制动；或通过制动电阻，将机械能转化为热能。
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9
电能
牵
受
引
电
网
弓
牵引工况
牵引 变压器
变流器
整
逆
流
变
器
器
机械能
牵引 电动机
电能
制动工况
机械能
干线铁路车辆： 电气牵引时，25kV交流电经变压器降压后，经四象限变
流器变为直流电压，然后经三相逆变器变为交流三相电压， 给牵引电机供电，实现电能到机械能的转换。
➢ 根据牵引电机可分为：
城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计
城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计城轨车辆电力牵引交流传动控制系统是城市轨道交通中重要的部件之一，负责车辆的电力牵引和传动。
它通过对电机的控制来实现车辆的启动、停止、变速等功能。
本文将对城轨车辆电力牵引交流传动控制系统进行分析，并提出故障排除的设计。
城轨车辆电力牵引交流传动控制系统主要由电机、逆变器、牵引变压器、牵引变流器、车辆控制器等组成。
电机是系统的关键部件，通过传动装置将电能转化为力，推动车辆运动。
逆变器将直流电转换为交流电，为电机提供电能。
牵引变压器将高压电网的电能变成适合牵引电机使用的低压电能。
牵引变流器可以改变电机的转速，实现车辆的变速。
车辆控制器负责对整个系统进行控制和监测。
在进行故障排除设计之前，首先需要对城轨车辆电力牵引交流传动控制系统进行分析。
通过系统的故障诊断，可以确定故障出现的位置和原因。
常见的故障包括电机故障、逆变器故障、牵引变压器故障、牵引变流器故障、车辆控制器故障等。
通过对各个部件的故障诊断，可以准确定位故障源，为故障排除提供指导。
在进行故障排除设计时，首先需要确定故障的具体原因。
例如，如果是电机故障，可以通过检查电机的绝缘状况、转子的转动情况、电机的热保护等方式进行排查。
如果是逆变器故障，可以通过检查逆变器的输入电流、输出电压、控制信号等方式进行排查。
如果是牵引变压器故障，可以通过检查变压器的绝缘状况、温度状态等方式进行排查。
如果是牵引变流器故障，可以通过检查变流器的电流、电压、温度等方式进行排查。
如果是车辆控制器故障，可以通过检查控制器的输入信号、输出信号、控制逻辑等方式进行排查。
在故障排除设计中，需要精确地确定故障的原因，并采取相应的措施进行修复。
例如，如果是电机故障，可以进行绝缘处理、更换电机、调整电机的参数等方式进行修复。
如果是逆变器故障，可以更换逆变器、调整逆变器的参数等方式进行修复。
如果是牵引变压器故障，可以更换变压器、调整变压器的参数等方式进行修复。
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（磁）轭部
电枢
电枢铁心 电枢绕组
转 子
换向器 换向片
（整流子） 云母片
轴
铸钢或热轧软钢板叠制
硅钢片叠成 漆包线或绝缘扁铜线 含少量银的铜合金 云母层压板，绝缘 碳素钢
提供磁路 产生电磁转矩，实现机电能量转换 提供电流、整流、换向 传递转矩
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
直流串励牵引电机工作原理
情况一：两台特性有差异的牵引电机装在同一动车上并联运行，轮径完全相同。
图2-11 特性有差异的牵引电动机负载 （a）串励电动机特性曲线 （b）他励电动机特性曲线
结论： 串励电动机负载分配不均匀的程度远比他励电动机小。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
情况二： 两台电动机特性完全相同，而它们各自的动轮直径不同
（2-2）
式中：M — 牵引电动机转矩，N； ME — 电动机电磁转矩，N； ΔM — 电动机空载损耗引起的制动转矩，N； 一般为电机额定转矩的1％～3％。 CM — 牵引电动机常数。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
图2-6 直流电动机转矩特性
图2-7直流电动机机械特性
根据电动机的转矩特性与速率特性，可以得到电动机的机械特性。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
2．直流牵引电机的特性分析
(1)速率特性 直流电机的速率特性表示式
n U I a引电动机的端电压，V； Ia —牵引电动机的负载电流即电枢电流，A；
∑R — 牵引电动机电枢回路中的电阻， ；
Φ— 牵引电动机的主极磁通，Wb； Ce — 牵引电动机电动势常数。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
牵引特性电气稳定性分析
牵引电动机稳态电压平 衡方程ƒ ‘（Ia）曲线斜率为正 值时，就具有电气稳定性。
图2-9 牵引特性电气稳定性分析
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
图2-10 串励、他励电动机的稳态电压平衡曲线f（Ia） （a）串励； （b）他励
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统 （3）牵引电动机之间的负载分配：
图2-12动轮直径有差异时的牵引电动机负载分配
（a）串励电动机特性曲线 （b）他励电动机特性曲线
结论：串励电动机负载分配不均匀程度比他励电动机小。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
（4）电压波动对牵引电动机工作的影响
图2-13电压波动时牵引电动机电流和牵引力的变化
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
1.
学习目标
2.
项目导入
3.
学习任务
任务3 城轨车辆直流牵引传动系统
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统 学习目标
1．掌握牵引传动控制的类型； 2．掌握电气制动的类型； 3．掌握直流传动的控制原理； 4．能正确分析牵引和电制动电路； 5．能正确分析高压回路电路； 6．掌握主传动控制系统中的保护方式； 7．了解城轨车辆使用的电力电子器件类型、工作原理和应用； 8．了解城轨车辆整流、斩波和逆变电路工作原理和应用。
定义：动车正常运行时，由于偶然的原因引起电流发生微 量变化后，电动机本身能恢复到原有的电平衡状态.
直流牵引电动机的动态电压平衡方程式
UD E IaR L(dIa / dt) Cen IaR L(dIa / dt) (2-6)
式中：UD — 牵引电动机的端电压，V； E — 牵引电动机的反电势，V； L — 牵引电动机的电感量，H。
（1）机械稳定性
定义：列车正常运行时，由于偶 然的原因引起速度发生微量变 化后，动车本身能恢复到原有 的稳定运行状态
稳定条件：是牵引特性曲线的斜 率小于基本阻力曲线的斜率。
即: dF dW0 dv dv
（2-5）
图2-8 牵引特性机械稳定性分析
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
(2-6)
（2）电气稳定性：
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
项目导入：
项目内容：
主要介绍城轨交通车辆各种牵引传动系统组成及控制原理。全 面介绍了主传动设备——直流牵引电动机、三相异步牵引电机和直 线牵引电机的结构、工作原理及其特性。
详细分析了主传动系统牵引、制动、保护电路。
知识拓展：
介绍城轨交通车辆使用的主要电力电子器件的类型、工作原理 及应用场合，分析城轨车辆整流、斩波和逆变电路的工作原理。
图2-2 直流电动机结构（4极）
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
表2-1 串励牵引电动机的结构及部件作用
部
位
名称
主要组成部件
部件组成
使用材料
主极
主极铁心 励磁绕组
热轧软钢板叠制 漆包线或绝缘扁铜线
换向极铁心 热轧软钢板叠制
定 换向极
子
换向极绕组 绝缘扁铜线
补偿绕组
绝缘扁铜线
主要作用 产生磁通，建立主磁场 改善换向 改善负载特性，改善换向
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
． 3 直流牵引电机与动车牵引特性分析
动车牵引力与电动机转矩、动车速度与电动机 转速都是正比例关系，因而动车的牵引 特性曲 线F=ƒ（υ）与电动机的机械特性M=ƒ（n）趋势 一致，只是坐标比例尺不同。 动车运行时，必须具有机械和电气上的稳定性。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
主磁通Φ由电机的磁化曲线决定
图2-4 电机磁化曲线
图2-5 直流电动机速率特性
对于复励电机而言，他励绕组磁势比例越大，速率特 性越接近他励电动机，反之则接近串励电动机的特性。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
（2） 转矩特性
直流电机的转矩特性表示式
M M E M CM Ia M
电传动系统主电路
定义：一般是指一个车辆单元的牵引动力电路。 组成：受流器、牵引箱（PA）、牵引电机、制动电阻箱、电抗器、电气开关等。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
图2-1 主牵引逆变器外形结构
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
任务1 直流传动控制
一．直流牵引电机的原理 1．直流牵引电机的结构与原理
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
电力牵引控制
定义：在轨道交通车辆中，用电动机驱动实现车辆牵引的传动控制方式（电传 动系统）。
作用：它是以牵引电机作为控制对象，通过控制系统对电动机的速度和牵引力 进行调节，满足车辆牵引和制动特性的要求。
类型：直流传动系统：采用直流（脉流）牵引电动机。 交流传动系统：采用交流（同步、异步）牵引电动机。