电力牵引传动系统发展历程及分类
第四章 电力机车总体
1978年研制成功的SS3型机车，不仅改善了牵 引性能，还把机车的小时功率从4200kW提高到 4800kW，成为中国第二种主型电力机车。 1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机 车，它是国产电力机车中功率最大的一种 （6400kW），已成为中国重载货运的主型机车。 以后又陆续研制成功了SS5、SS6和SS7型电力机 车。1994年研制成功了时速为160km的准高速四 轴电力机车SS8等。 至此，中国干线电力机车已基本形成了4、6、8 轴和3200kW、4800kW和6400kW功率系列的电 力机车型谱 。
二十世纪五十年代硅整流器机车阶段二十世纪五十年代末六十年代初晶闸管可控硅整流器机车阶段二十世纪六十年代末七十年代初大功率可控硅整流器和三相交流牵引电动机机车阶段二十世纪六十年代中期至今大规模运用应该在二十世纪九十年代以后我国电力机车发展简况我国电力牵引采用工频单相交流制式1958年1960年我国试制了第一台引燃管整流器电力机车6y型电力机车ss力机车采用大功率硅整流装置1982年通过铁道部鉴定
1999 年，中国株洲电力机车厂生产出第一 台时速超过200km的DDJ1型交流传动电力机 车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高 速列车的行列。 我国交流传动机车的发展也正在起步，计 划用10年的时间实现牵引动力从交－直流传动 到交流传动转换，使生产货运单轴功率 1000kW～1200kW、客运单轴功率1200kW ～ 1400kW的电力机车成为主流车。这对实现我国 铁路重载、高速运输的跨越式发展目标将进一 步起到积极的推动作用，将更显示电气化铁路 运输的优越性。
Nb=4800kW Vmax=100km/h C0—C0
SS7型机车
SS7型电力机车是大同机车工厂、株洲电力机 车研究所、成都机车工厂等共同设计研制的 交—直流传动6轴客货两用电力机车。机车吸 收消化了8K、6K、8G机车的先进技术，机车 持续功率4800kW，最高速度100km/h，通过 最小半径125m，计算质量138t。近几年又陆 续研制出SS7C、SS7D、SS7E客运机车。 其中： SS7 、SS7C、SS7D机车轴列式为3B0 （即B0—B0—B0）； SS7E机车： 轴列式为C0—C0, 最高速度160km/h 。
城市轨道交通车辆基础电子课件第六章电力牵引系统
城市轨道交通车辆电力牵引系统框图 14
城市轨道交通车辆电力牵引系统主电路
ห้องสมุดไป่ตู้15
五、 电力牵引系统的发展
随着电力电子器件和计算机技术的发展，城市轨道交通车辆的电力牵引传动 技术由最初的变阻调速发展到斩波器调速，并不断进一步发展，在采用三相异步 牵引电动机的动车中应用了变压变频技术。目前，逆变器技术已在城市轨道交通 动车组上得到了非常广泛的应用。
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转子结构如图所示， 由电气绝缘钢片叠装而成的铁芯组件被冷缩装配到由高强 度热处理钢制成的转子轴上，同时配以分别布置于其左右的转子止推环。转子配有 通风用的轴向风道。铜制转子线排位于铁芯组件的槽中。
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（2）牵引电动机的工作原理 受流装置从接触网上获得直流电流，经过列车牵引逆变器转换成三相交流电，输 送给交流牵引电动机（三相异步电动机）定子上空间位置相差120°的三相绕组，使 定子三相绕组中有对称的三相电流流过，从而在气隙中产生旋转磁场。转子绕组在这 个旋转磁场中感应出电动势，使转子绕组中产生电流。转子电流与旋转磁场相互作用， 产生电磁力，形成使转子旋转的电磁转矩，转轴通过联轴器和齿轮箱把转矩传送给车 辆转向架的车轴，带动车轮滚动，驱动列车运行。
因此，城市轨道交通车辆的电力牵引系统大致经历了20世纪80年代前的凸轮 变阻调压直流传动系统、20世纪80年代的斩波调压直流传动系统和20世纪90年代 的变压变频交流传动系统三个阶段。
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在城市轨道交通车辆电力牵引传动系统中，牵引变流器（包括斩波器、逆变器 等）广泛采用了门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块或智能 功率（IPM）模块作为主开关器件，尤其是IGBT模块或IPM模块对于较高频率工作具 有良好的适应能力。微电子技术在城市轨道交通车辆的牵引、制动、辅助控制、信 息显示与储存、防滑与防空转控制及行车安全等方面也得到了广泛应用。城市轨道 交通车辆除了采用摩擦制动外，还采用了电气制动技术，如再生制动、电阻制动及 磁轨制动等，提高了车辆运行过程中的节能效果与安全性。
电力牵引40年大事记
1959年 6月 5日 我国 电力机 车专业 研究所 —— 铁道部株 洲电 力机车研究所成立。
1961年8月15日 我国第一 个全长91 km 的电力牵 引区段 —— 宝鸡至凤州段交付运营。
1963年8月19日 国家大功率 牵引动力内燃化电 力化领导小组 成立。
19 98年第5 —6期 19 98年1 1月1 0日
机 车 电 传 动 EL ECT R IC DRIV E F OR LO COM OT IV E
№5—6, 1998 N ov . 10, 1998
电力牵引40年大事记
1958年12月18日 我国自行研 制的第一台电力机车 ( 6Y 1型 ) 试 制成功。
线电气化重载单元 现代化铁路。1992年大秦 铁路全线通车, 全长653 km 。 1988年 12月28日 郑州 至宝鸡 电气化铁 路通车。至 此, 郑 州西 至兰州全 长1 187 km 的 西陇海铁路 全部实 现电 气化, 成为 我国 铁路 网中第 一条 1 000 km 以上的干线电气化铁路。 1988年 铁道 部批准大 同机车 厂转产 电力机 车, 至 此, 我 国拥 有了第二家电力机车生产厂。 1989年9月26日 由我国 和欧洲50 Hz 集团合作生产的 8K 型电 力机车 试制成功。 1990年11月13日 设计速 度为140 km/ h 的 SS5 型客运电 力机 车试制 成功。该车采 用了多 项新技 术, 具有 80 年代相控机车的先进水平。 1991年 6月6日 我国 首台国 际中 标的 SS6 型电 力机 车竣 工剪 彩。 1991年 SS30123机 车完成 重大 技术 改进, 1992年进 行批 量生 产, 定名为 SS3B型电力机车。
轨道交通电力牵引传动及开关设备的发展概述
轨道交通电力牵引传动及开关设备的发展概述1. 引言轨道交通是现代城市中不可或缺的交通方式，其电力牵引传动系统是保证列车运行的重要组成部分。
随着科技的进步和社会的发展，轨道交通电力牵引传动及开关设备也在不断演进和改进。
本文将对这些方面的发展进行概述。
2. 传统电力牵引传动系统传统的轨道交通电力牵引传动系统由电动机、电力变换装置和控制系统组成。
电动机负责提供动力，电力变换装置将输入的交流电转换为列车所需的直流电，控制系统则对电力牵引系统进行控制。
3. 发展趋势3.1 高效能电力牵引传动系统为了提高列车的能效和运行效率，研究人员不断寻求高效能的电力牵引传动系统。
这些系统利用先进的电机技术、高效的电力变换装置以及智能化的控制系统，以实现更低的能耗和更短的运行时间。
3.2 新能源在轨道交通中的应用新能源技术在轨道交通领域的应用也是当前的一个研究热点。
太阳能、风能等可再生能源被广泛应用于轨道交通电力牵引传动系统中，以降低对传统能源的依赖，并减少对环境的影响。
3.3 智能化控制系统随着人工智能技术的迅速发展，智能化控制系统在轨道交通电力牵引传动中的应用也不断提升。
智能化控制系统可以通过收集各种传感器的数据，实时监测列车的运行状态，并根据需要进行智能调整，以提高系统的可靠性和安全性。
4. 开关设备的发展开关设备在轨道交通电力牵引传动系统中起着关键作用，其稳定性和可靠性对系统运行至关重要。
随着技术的发展，开关设备也在不断进化。
4.1 高压断路器高压断路器是电力系统中一个重要的开关设备，它具有快速断开和连锁控制的功能。
随着轨道交通电力牵引传动系统的发展，对高压断路器的要求也越来越高，需要其能够稳定地断开高电流，并可靠地控制整个系统的通断状态。
4.2 智能开关设备智能开关设备是近年来的一个新兴领域，它利用先进的传感器和控制技术，可以实现对开关设备的远程监测和智能控制。
这种智能开关设备能够及时检测到电力牵引传动系统中的故障，并自动切换至备用系统，以确保列车的正常运行。
牵引与传动
• 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。
• 城市内的地铁、轻轨网络多采用直流牵引制式， 只有少数延伸至远郊的城市铁路(如中国香港九广 铁路、日本东京常盘线等)为了与区域铁路共线运 营则会采用交流牵引制式。
产生能量损失(I2R)及电压损失(IR)。如果功 率不变，电压增加，电流就减小，所以，高 压传输能量损失小； • 但是，电压提高，也会提高电线绝缘和支柱 的费用，以及升压变电所和降压变电所的费 用。因此传送电压需要进行综合技术经济比 较。 • 我国国家电网的传送电压为110~220 kV。
3) 牵引变电所
3.5 广州地铁一号线车辆牵引系统
牵引/制动系统组成 • 广州地铁一号线车辆牵引和电制动系统由德
国ADtranz公司提供，是国内首家采用交流 传动和动力分散型控制技术的地铁车辆项目。 • 整个系统由受电弓、高速断路器HSCB、 VVVF牵引逆变器、DCU（牵引控制单元） /UNAS（逆变器保护监控单元）、牵引电机， 制动电阻等组成。
• 以上海和广州为代表的南方地区采用 DC 1500V供电电压制式，允许电压波动范围为 DC 1000V～DC 1800V，架空接触网受电 弓受流。
• 从减少电能损失和电压降，延长供电距离以降低 牵引变电站的数量及投资，以及从降低受流接触 网的悬挂重量、降低结构复杂性及投资而言，采 用 DC 1500V 的 牵 引 供 电 电 压 制 式 比 采 用 DC 750V的牵引供电电压制式要经济得多。
• 凸轮控制器原理：由手轮转轴、凸轮触点等部分组成。 通过手轮转动转轴时，固定在轴上的凸轮就转动．凸块 压在滚轮上，使杠杆绕其轴转动，压缩弹簧，而使动触 点离开静触点。若将凸轮的凹部对准滚子，则在弹簧力 的作用下而使动静触点闭合。这种触头有多对，每对触 头相应有一凸轮。由于凸轮的形状及其安装的角度不同， 所以当手轮转到不同的位置时，将有不同的触点闭合或 断开。
《电力牵引传动与控制》-2015-08-26(40学时)
➢ 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：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。
图1-4 内燃机车直-直电传动
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2. 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。
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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240km／h
➢ 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
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SS-9高速机车
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SS9G型客运电力机车
F·V=3.6η·N=const.
图 1-2 机车理想牵引 特性曲线（牛马特性）
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3. 内燃机车电传动装置的功用
电传动装置的功用：
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
➢ 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；
六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99-160km／h 最高速度为170km／h
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交流传动技术发展历程
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。
电力牵引传动控制系统
电力牵引传动控制系统：核心技术与应用优势一、电力牵引传动控制系统概述电力牵引传动控制系统，作为现代轨道交通领域的关键技术，以其高效、环保、低噪音等优势，逐渐成为我国铁路、城市轨道交通等领域的主流驱动方式。
该系统主要包括电力变换、电机控制、传动装置及监控系统等部分，通过先进的控制策略，实现列车牵引与制动的高效运行。
二、电力牵引传动控制系统的核心技术1. 电力变换技术电力变换技术是电力牵引传动控制系统的核心，主要包括整流、逆变和滤波等环节。
通过对输入的电能进行高效转换，为电机提供稳定、可靠的电源供应，确保列车在各种工况下都能实现优异的牵引性能。
2. 电机控制技术电机控制技术主要针对牵引电机进行精确控制，包括速度、转矩和位置控制等。
采用矢量控制、直接转矩控制等先进控制策略，实现电机的高效、稳定运行，降低能耗，提高列车运行品质。
3. 传动装置技术传动装置技术主要包括齿轮箱、联轴器等部件，将电机输出的动力传递到车轮，实现列车的牵引和制动。
通过优化传动装置的设计，降低噪音、提高传动效率，确保列车运行的安全性和舒适性。
4. 监控系统技术监控系统技术负责对整个电力牵引传动控制系统进行实时监控，包括故障诊断、保护、数据处理等功能。
通过集成化、智能化的监控手段，提高系统的可靠性和运行稳定性。
三、电力牵引传动控制系统的应用优势1. 节能环保电力牵引传动控制系统采用电能作为动力来源，相较于传统燃油驱动方式，具有显著的节能环保优势。
同时，系统的高效运行有助于降低能源消耗，减少污染物排放。
2. 运行速度快电力牵引传动控制系统具有较高的功率密度，能够实现列车的快速启动、加速和制动，提高运行速度，缩短运行时间。
3. 维护成本低相较于传统传动系统，电力牵引传动控制系统结构简单，故障率低，维护方便。
通过智能化监控手段，可实现故障预警和远程诊断，降低维护成本。
4. 噪音低、舒适性高电力牵引传动控制系统采用交流电机驱动，相较于直流电机，噪音更低，振动更小，提高了乘客的舒适度。
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（1）电机结构复杂，单位功率体积重量大
（2）功率利用率差，最大功率利用率为70% （3）功率因数低（85%），谐波大 （4）调速范围较小
交流传动系统的特点：
优点：
（1）电机结构简单,体积小重量轻，可靠性高
（2）功率大，功率利用率高，理论上可达100% （3）功率因数高，谐波小
（4）调速范围广，粘着利用好
缺点： （1）变流器主电路结构复杂 （2）控制系统复杂
比较交流与直流传动的特点可知：
交流传动系统更加符合列车牵引传动的要求
思考题：
1、为什么20世纪80年代以前直流传动在列车牵引 传动领域一直处于霸主地位？
2、为什么性能优越的交流传动从90年代开始才确 立在牵引传动系统中的地位？
新造的高速列车、重载机车及客货通用机车已
经全部被交流传动机车所占领。交流传动机车 已经成为新的霸主。
一
二
电力牵引传动系统的发展历程
电力传动系统的分类方法 电力牵引传动系统的分类 电力牵引传动系统的特点
按照电机类型分类： 执行机构由直流电动机驱动，则称为直流传动系统 执行机构由交流电动机驱动，则称为交流传动系统 根据负载对象的运行要求分类： 负载对象无调速要求的电气传动系统称为恒速系统
20 世纪 70 年代，电力电子技术的进步，为 交流传动在电力牵引中的应用奠定了基础。大
功率牵引变流器的研制成功，使交流电机驱动
装置的优越性得到完整体现，从而使以交流驱
动技术为核心的交流传动机车——交直交传动
机车得到了充分的发展。
20 世纪 80 年代，交流传动电力机车以法 国 TGV 及德国 B120 型的优越性能为起点，开 始在全球推广应用。 20世纪 90 年代以尤其是进入 21 世纪来，
一
二 电力牵引传动系统分类及其特点
电传动诞生于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。
自1879年世界上出现第1条电气化铁路以
来，经历了将近60年的交流传动的初期探索， 但由于调速技术无法突破，没有推广应用。 20世纪50年代初整流器电力机车的诞生， 从此直流传动和交直传动机车成为电力牵引无 可争辩的主体。
电力电子与交流传动技术的发展历程
1961 – SCR开始商业应用 1971 – 提出了电机矢量控制的概念 1978 – IR公司推出了MOSFET
1980 – 发明了GTO
1983 – IGBT出现 1986 – DTC应用于感应电机控制 1996 – ABB发明了IGCT 20xx – SiC材料电力电子器件??
负载对象有调速要求的电气传动系统称为调速系统
电力牵引传动系统属于调速系统
直流传动(直流牵引电机)
直流传动（直流供电+直流驱动） 交直传动（交流供电+直流驱动）
交流传动(交流牵引电机)
直交传动（直流供电+交流驱动） 交流传动（交流供电+交流驱动）
直流传动系统的特点：
优点： （1）调速方便 （2）主电路、控制电路简单易实现 缺点：