城市轨道交通供电与牵引系统
城市轨道交通供电与牵引系统
控制方法既可采用较为简单的转差频率控制，亦可采用高 级的动态控制方法，如矢量控制、直接转矩控制等。
但车辆用直线电机的控制还必须考虑当电机气隙变化时的 频率问题和反应板材料变化的相应控制。
6.2.1 概述
1. 城市轨道供电系统的构成
外部电源
城
市
轨
主变电所
道
交
牵引供电系统
通
供
动力照明供电系
电
统
系
统
电力监控系统
牵引变电所 牵引网系统
降压变电所 动力照明
牵引供电系统
电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电 动列车经钢轨、回流线流回牵引变电所。牵引负荷为一级负荷 ，规定有两路独立的电源双边供电，当任何一路电源发生故障 中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电。
ห้องสมุดไป่ตู้
1 轴承 2 前端盖 3 转轴 4 接线盒 5 吊环 6 定子铁心 7 转子 8 定子绕组 9 机座 10 后端盖 11 风罩 12 风扇
定子 铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。 A ----X 三相绕组 B ----Y C---- Z
机座：铸钢或铸铁
鼠笼转子
转子 铁心：由外周有槽的
硅钢片叠成。
(1) 鼠笼式转子
6.1.3 交流电力牵引系统
1. 交流牵引系统特点及发展概况 2. 三相异步电机 3. 交流电机调速系统 4. 交流传动的脉宽调制技术
1. 交流牵引系统特点及发展概况
直流电力传动优点：具有良好的调速性能
直流电力传动缺点：防空转性能较差；换向器与电 刷，因而带来了较大的体积与重量，容易产生环火 以及繁杂的维护问题
城市轨道交通牵引供电系统
城市轨道交通牵引供电系统简介城市轨道交通牵引供电系统是城市轨道交通运行的重要组成局部，负责向轨道交通车辆提供电力供给。
它不仅直接影响着轨道交通的运营效率和电力消耗情况，还与乘客的乘坐舒适度和平安性息息相关。
本文将介绍城市轨道交通牵引供电系统的根本原理、组成结构以及未来开展趋势。
根本原理城市轨道交通牵引供电系统的根本原理是将电源通过接触网供给给轨道交通车辆。
具体来说，电源会通过接触网上的触网集电装置传送给牵引系统。
牵引系统由主变压器、牵引变流器和牵引电动机组成，负责将电能转换为机械能，驱动轨道交通车辆运行。
组成结构城市轨道交通牵引供电系统由多个组成局部构成，包括接触网、辅助设备和车辆终端设备。
接触网接触网是城市轨道交通牵引供电系统的核心局部，通常安装在轨道上方。
它由导线、吊杆、挂装件等组成，用于提供电力给牵引系统。
接触网一般采用带电架空式供电，即以高架的方式悬挂在轨道上方，通过接触网上的触网集电装置与车辆终端设备连接。
辅助设备城市轨道交通牵引供电系统还包括一系列辅助设备，用于确保供电系统的正常运行。
辅助设备主要包括配电变压器、开关设备、保护和监控装置等。
配电变压器用于将高压电源转换为适合牵引系统使用的低压电源；开关设备用于控制电能的分配和传输；保护和监控装置那么用于监测供电系统的运行状态，及时处理故障和异常情况。
车辆终端设备车辆终端设备是城市轨道交通车辆上的设备，用于接收来自接触网的电能，并将其转换为机械能，驱动车辆行驶。
未来开展趋势随着城市轨道交通的不断开展，牵引供电系统也在不断创新和改良。
以下是一些未来开展趋势：高效能源利用未来的城市轨道交通牵引供电系统将更加注重能源的高效利用。
通过采用先进的能量回收技术，如再生制动系统、能量储存装置等，将能源回收再利用，减少能源的浪费。
无线供电技术无线供电技术有望成为未来城市轨道交通牵引供电系统的重要开展方向。
通过利用无线传输技术，可以不再依赖接触网，实现轨道交通车辆的无线供电，提高供电系统的稳定性和可靠性。
城市轨道交通牵引供电系统电能损耗分析
城市轨道交通牵引供电系统电能损耗分析城市轨道交通牵引供电系统是确保城市轨道交通车辆正常运行的关键部分，其电能损耗分析对于提高能源利用效率、降低运营成本具有重要意义。
本文将从城市轨道交通牵引供电系统的组成、电能损耗的主要因素、电能损耗的计算方法以及降低电能损耗的策略等方面进行探讨。
一、城市轨道交通牵引供电系统的组成城市轨道交通牵引供电系统主要由变电所、接触网（或第三轨）、牵引变流器、牵引电动机等组成。
变电所负责将高压交流电转换为适合轨道交通车辆使用的低压直流电或交流电。
接触网或第三轨则是将电能传输到车辆的媒介。
牵引变流器将变电所提供的电能转换为适合牵引电动机使用的电能形式，而牵引电动机则是将电能转换为机械能，驱动车辆运行。
二、电能损耗的主要因素在城市轨道交通牵引供电系统中，电能损耗主要发生在以下几个方面：1. 变电所的转换损耗：在高压交流电转换为低压直流电或交流电的过程中，由于变压器、整流器等设备的损耗，会产生一定的电能损失。
2. 接触网或第三轨的传输损耗：电能在通过接触网或第三轨传输到车辆的过程中，由于电阻、电感等因素的影响，也会产生电能损失。
3. 牵引变流器的转换损耗：牵引变流器在将电能转换为适合牵引电动机使用的电能形式时，由于器件的损耗，同样会产生电能损失。
4. 牵引电动机的损耗：牵引电动机在将电能转换为机械能的过程中，由于铜损、铁损等因素的影响，也会产生电能损失。
5. 车辆运行中的损耗：车辆在运行过程中，由于空气阻力、摩擦力等因素的影响，也会消耗一部分电能。
三、电能损耗的计算方法电能损耗的计算方法通常包括理论计算和实测两种方式。
理论计算主要是根据牵引供电系统的组成和各部分的损耗特性，通过数学模型进行计算。
实测则是通过在实际运行中测量各部分的电能损耗，然后进行分析。
具体计算方法如下：1. 变电所损耗计算：可以通过测量变压器的输入功率和输出功率，计算出变压器的损耗功率。
2. 接触网或第三轨损耗计算：可以通过测量接触网或第三轨的电流和电压，计算出线路的损耗功率。
城市轨道供电系统的组成
二类负荷：自动扶梯、普通风机、工作 照明
三类负荷：空调、冷冻机、广告照明
城市轨道交通的供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力 系统和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电流形成（直 流或交流电）和电压等级供给用电设备。
城市电网一 次电力系统
轨道交通供 电系统
城市轨道交通牵引供电系统构成示意图
主变电所
牵引变电 所
回流 线
馈线 轨道
城市电网 高压供电系统
三相交流
牵引供电系统
接触
直流
网
2、牵引供电系统
1、牵引供配电系统组成： 直流牵引变电所、馈电线、接触网(接触轨
/第三轨)、行走轨、回流线。 2、示意图
3、动力照明供配电系统
1）组成：动力照明供电系统由降压变电 所及动力照明组成。每个车站应设降压 变电所，若地下车站负荷较大，一般设 于站台两端，其中一端可以和牵引变电 所合建成混合变电所；若地面车站负荷 较小，可设一个降压变电所。
第3节 城轨供电系统组成
城市 轨道 交通 组成 如图：
一、供电系统组成
城市轨道交通供电系统：外部供
电系统、牵引供变电系统、动力照 明系统
1、外部供电系统
1）注： 1、城市轨道交通牵引用电可从区域变电所高压线路得电 2、从下一级电压的城市地方电网得电 3、牵引牵引变电所：35KV/1500V
2）城市电网外部供电系统和牵引供电系统示意图
2）照明系统示意图
区域变电所（或地铁 主变电所）
区域变电所（或地铁 主变电所）
降压变 电所
降压变 电所
区间配电所
车站配电 所
区间 配电所
绘制城市轨道交通牵引供电系统示意图
牵引供电系统的组成
牵引变电所
城
牵引供电系统
市
轨
牵引网
道
交压变电所
统
动力照明系统
动力照明配电系统
供电系统组成
电动车辆
车站内的动力、照明。 通信、信号、防灾装 置等用电负荷及区间 内的用电负荷
操作过程
第一步，画出钢轨、接触轨及列车；（列车运行在钢轨上，通 过受电弓从接触网受电） 第二部，牵引变电所、馈电所的绘制。城市轨道交通正线采用 双边供电，在列车的前方和后方面两个牵引变电所，牵引变电 所通过馈电将电流引入接触网。 第三部，绘制回流线。电流要形成封闭的回路方能使电流流通， 在钢轨上引一条线至牵引变电所，将轨道及牵引变电所连接起 来，以供牵引电流返回牵引变电所。
绘制轨道交通系统 供电系统示意图
牵引供电系统
牵引供电系统工作原理 牵引供电系统组成
1.牵引供电系统工作原理
牵引供电，顾名思义，就是将电能直接或者经过输送、变换后提 供给车组的牵引电动机，由牵引电动机将电能转换成机械能，从而驱 动车辆运行。
2.牵引供电系统的组成
城市轨道交通供电系统大体可分为牵引供电系统和动力照明供电 系统两部分。牵引供电系统和照明供电系统又有各自的主要设备，牵 引供电系统的组成。
相关设备
城市轨道交通牵引供电系统分析
城市轨道交通牵引供电系统分析摘要：近年来，轨道交通的运输规模不断增加，给人们的出行带来更加便捷体验的同时，也引起了很多人的担忧。
因为交通运输规模的增加必然会导致车辆流动量的增加，这也给城市轨道交通牵引供电系统带来了全新的挑战。
这需要不断引进新的技术，不断消化吸收，努力进行创新和再创新，同时对轨道交通建设的标准与质量的认识也不断提高，所以对于其关键技术进行研究是有必要的。
关键词：城市；轨道交通；牵引供电系统1地铁车辆供电系统构成为了保证地铁的顺利运营，我们必须做好地铁供电系统的运行工作。
其关键作用是为地铁及其电气设备供电。
在地铁供电系统中，关键可分为高压电源供电和地铁内部结构供电。
高压电源可以立即应用于市政工程的用电。
在供电的情况下，一般采用混合供电方式、分散供电方式和集中供电方式。
地铁内部结构的供电分为照明供电和牵引供电。
牵引供电的目的是将高压交流电源转换为地铁运营所需的直流稳压电源。
然后根据同轴电缆将其发送到地铁-轨道交通接触网，地铁在用电过程中会立即从轨道交通接触网获得必要的用电。
在地铁照明灯具供电系统中，不仅需要给照明灯具供电，还需要给离心泵和离心风机供电。
该供电系统主要由电源线及其降压配电设备组成。
2牵引供电系统的关键技术2.1 双向变流装置双向变流装置通常由交流开关柜、变压器柜、双向变流器柜、直流开关柜和负极柜组成，整体接线方案与现有二极管整流机组的相一致。
其交流侧通过35kV开关柜被接于牵引变电所内的35 kV母线段；直流侧正极通过1500V直流开关柜被接于牵引变电所内的直流母线段正极，负极仍保留直流控制柜内的隔离开关，且被接于牵引变电所内的直流母线段负极。
传统二极管整流机组牵引供电方式中直流侧短路保护主要依赖直流进线柜和直流馈线柜的保护设施。
直流进线柜保护包含大电流脱扣保护和逆流保护；直流馈线柜保护包含大电流脱扣保护、ΔI保护、di/dt保护、过电流保护和双边联跳保护，各种保护相互配合，从而实现牵引网近、中、远端短路的全范围保护。
城市轨道交通供电与牵引系统
城市轨道交通供电与牵引系统简介城市轨道交通供电与牵引系统是城市轨道交通运营的核心局部，为城市轨道交通车辆提供稳定可靠的电力供给，并通过牵引系统将电力转化为动力，驱动车辆运行。
本文将对城市轨道交通供电与牵引系统的关键组成局部进行详细介绍。
供电系统城市轨道交通的供电系统主要由供电设备、接触网和供电馈线组成。
供电设备供电设备是城市轨道交通供电系统的核心局部，它主要包括变电站、配电装置和电力传输线路等。
变电站负责将输入的电能进行变压、变流等处理，输出适合城市轨道交通使用的高电压电能。
配电装置用于将变电站输出的电能分配到不同的供电馈线上。
电力传输线路那么将电能从变电站输送到供电馈线。
接触网接触网是城市轨道交通供电系统的另一个重要组成局部，它负责将电能从供电设备传输到行车区域。
接触网通常采用悬挂在轨道上方的导线或导轨，通过接触网与车辆上的供电装置接触，将电能传输给车辆。
供电馈线供电馈线是连接接触网和供电设备的局部，它通过分布在轨道两侧或中央的电缆将电能传输给接触网。
供电馈线主要负责将变电站输出的高电压电能传输到接触网，以供行车区域的车辆使用。
城市轨道交通的牵引系统是将电能转化为动力，驱动车辆运行的关键局部，它主要包括牵引变流器、牵引电机和传动装置等。
牵引变流器牵引变流器是将供电系统提供的直流电转化为交流电，并根据车辆的运行需求控制输出功率和频率的设备。
牵引变流器通常由多个晶闸管或功率模块组成，通过调整晶闸管的导通和封锁，实现对电流和电压的控制，从而实现对车辆的驱动力和制动力的控制。
牵引电机牵引电机是城市轨道交通车辆中的动力装置，它根据牵引变流器输出的交流电能，将电能转化为机械能，驱动车辆运行。
常用的牵引电机包括直流电机和交流电机，其中交流电机又包括异步电机和同时电机等。
传动装置是将牵引电机输出的动力传递给车轮的局部，它主要通过减速器和传动轴等组件实现。
传动装置的设计对车辆的运行稳定性、效率和能耗等方面有着重要影响。
城市轨道交通牵引供电系统
1牵引供电系统：从主降压变电站（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称“牵引供电系统”2杂散电流：绝大多数电力牵引轨道交通线路是以走行轨为其回路的，由于钢轨大地之间不是绝缘的，因此回流电流必有部分经大地回牵引所，这部分电流因土壤的导电性质，地下管道位置不同，可以分布很广，故称杂散电流。
3.GIS：六氟化硫全封闭组合电器，它是在六氟化硫断路器的基础上把各种控制保护电器全部封装的组合电器设备。
4远动控制：又称遥控即在远离变电所（执行端）的电气设备进行控制。
5距离控制:即在主控制室内对变电所的一次设备集中进行控制监测，开关位置信号-中央信号以及继电保护装置等都配置在主控制室的屏台上，便于监视和管理运行。
6安装接线图：为二次设备的制造安装或调试检修而专门绘制的安装图7二次原理图：也称归总式原理图，用来表示二次设备中的监视仪表，控制与信号，保护和自动装置等的工作原理图。
一．简述断路器的主要功能？答：断路器又叫高压开关，断路器不仅可以切断和闭合高压电路的空载电流和负载电流，而且，当系统发生故障时，它与保护装置相配合，可以迅速地切断故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。
二．简述地铁动力照明结构及功能？答：三．简述直流牵引所的保护？答：四．接触网设计过程中应满足什么要求？答：1.接触网悬挂应弹性均匀高度一致，在高速行车和恶习的气象条件下，能保证正常取。
2.接触网结构应力求简单，并保证在施工和运营检修方面具有充分的可靠性和灵活性。
3.接触网寿命应尽量长，具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力。
4.接触网的建设应注意节约有色金属及其他贵重材料，以降低成本。
五．简述地面架空接触网组成及功能？答：架空式接触网由接触悬挂，支撑装置，支柱与基础设施几大部分组成。
接触悬挂是将电能传导给电动车组的供电设备。
支持装置用来支持悬挂，并将悬挂的负荷传递给支柱和固定装置。
支柱与基础用以承受接触悬挂和支撑装置所传递的负荷（包括自身重量），并将接触线悬挂固定在一定高度。
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2. 直流牵引调速系统
直流电机的基本调速方法 直流牵引电动机调速的基本形式
城市轨道交通系统概论
直流牵引调速系统-基本调速方法：
U Id R n CE
这里，CE是常数 Id是由负载决定的 方法：调节电枢供电电压U 改变励磁磁通Φ 改变电枢回路电阻R。
城市轨道交通系统概论
直流牵引调速系统-基本形式（调节端电压）
（1）变阻控制
调节电阻的方 法又可分为两 类，即采用有 触点组合式凸 轮开关调阻和 无触点斩波调 阻。
R0
CH
图 5.12 斩波调阻原理图
有触点开关调阻 图 5.11 有触点式开关调阻原理图
斩波调阻
城市轨道交通系统概论
直流牵引调速系统-基本形式（调压法）
（2）斩波调压
U RL
t on U U T
特点比较： （1）定频调宽控制：频率固定，易于设计消除 高次谐波的滤波器 （2）定宽调频控制：控制方便，易发生共振及 干扰通信信号 （3）调频调宽混合控制：常用在需要大幅度改 变输入电压，同样带来滤波器设计困难等问题
城市轨道交通系统概论
直流牵引调速系统-基本形式（调节主极磁通）
M M
M M
图 5.15 串励电动机磁场削弱法 图 5.15 串励电动机磁场削弱法 （ a）短路匝数法 （ b）分路电流法 （ a）短路匝数法 （ b）分路电流法
牵引力 制动力
0
A
牵引
B
C
D
E 制动
F
G
距离
城市轨道交通系统概论
6.1.2 直流电力牵引系统
1. 直流电动机
2. 直流牵引调速系统 3. 牵引电动机的电气制动 4. 牵引主回路及其控制
城市轨道交通系统概论
1. 直流电动机
直流电动机由定子转子两部分构成。
极心 极掌 S N· · · · · · S N 机座 励磁绕组
牵引 整流器 直流
牵引电机
电能
转向架
机械能
机车车辆
城市轨道交通系统概论
齿轮传动箱
接触网（第三轨） 受流器 变流装置 牵引电机
牵引电机
齿轮传动箱
轮对
车轮
车轴
列车运行
图 5.1 牵引传动装置
牵引传动装置
城市轨道交通系统概论
2. 轨道交通电力牵引系统主要类型
根据供电电压制式可分为：
直流：600，750，1500，3000V (标称值) 交流：6250，15000，25000V(标称值)
（a） （a）
（b） （b）
城市轨道交通系统概论
3. 电动机的电气制动
电阻制动
他励式电阻制动 串励式电阻制动
再生制动
城市轨道交通系统概论
电动机的电气制动（电阻制动）
n
பைடு நூலகம்Ud
E
M
Id IL RZ
Id
E
n M
+
IL
R
电机牵引工况
( a)
( b)
-
他励电阻制动工况 5.16 直流电机的电阻制动接线原理图
城市轨道交通系统概论
第六章 城市轨道交通供电与牵引系统
要点:
1. 城市轨道交通电力牵引系统； 2. 城市轨道交通供电系统； 3. 城市轨道交通牵引供电行业标准； 4. 城市轨道交通牵引供电产业发展概况。
城市轨道交通系统概论
第六章 城市轨道交通供电与牵引系统
课程基础:
1. 工厂供电原理； 2. 电机与电力拖动； 3. 电力拖动自动控制系统； 4. 电力电子技术。
uR L
直流斩波电路原理 图 5.13 直流斩波电路原理
U
Ton T
UR L
0
Ton
Toff
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T
直流斩波电压波形 图 5.14 直流斩波电压波形
城市轨道交通系统概论
（1）定频调宽控制（脉宽调制）：
保持斩波周期T 不变，改变斩波器导通时间， 从而改变负载平均电压。
ton1 ton2
U T T
ULD
根据牵引电机可分为：
直流电力牵引系统 交流电力牵引系统
城市轨道交通系统概论
直流传动框图
~ ~ ~
交流传动框图
城市轨道交通系统概论
3. 轨道交通车辆的结构与特性
有轨电车
电动车组
特种电动车
独轨电动车 轻轨车
磁浮列车
城市轨道交通系统概论
4. 电动车组牵引特性
速度与牵引力 牵引加速区 自然 恒力矩 恒功 特性 速度 惰行区 制动减速区 自然 特性 恒功 恒力矩
（a）电动机牵引工况 （b）他励式电阻制动 （c）串励式电
城市轨道交通系统概论
电动机的电气制动（再生制动）
US
D
iZ
LP
+ M
id
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图 5.17 再生制动原理图
城市轨道交通系统概论
4. 牵引主回路及其控制
主电路 机车电路
辅助电路 控制电路
城市轨道交通系统概论
主电路 功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换； 特点：大功率、高电压、大电流； 主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机
转子
直流电动机的磁极和磁路
城市轨道交通系统概论
直流电动机各部分的作用：
定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作
为电机的机械支撑
转子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从
而实现机电能量转换的主要部件
之间有一个空气隙
转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者
城市轨道交通系统概论
直流电动机工作原理：
N
A
换向片
城市轨道交通系统概论
6.1 城市轨道交通电力牵引系统 6.1.1 概述
6.1.2 直流电力牵引系统
6.1.3 交流电力牵引系统
6.1.4 城市轨道车辆用直流感应电机
城市轨道交通系统概论
6.1.1 概述
1. 电力牵引系统工作原理及能量传递过程
27.5KV单 相接触网
车上 受电弓 交流
牵引 变压器
城市轨道交通系统概论
第六章 城市轨道交通供电与牵引系统
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＋
B —
城市轨道交通系统概论
直流电动机分类：
根据励磁绕组与电枢绕组的联接方式主要分为他励 、并励、串励和复励四种。
城市轨道交通系统概论
直流电动机机械特性：
电动机是用来拖动车辆运行的，而车辆运行对电动 机提出的主要要求是转速和转矩。
n
n
O
T
0
T
他励电动机机械特性
串励电动机机械特性
城市轨道交通系统概论
城市轨道交通系统概论
（2）定频调宽控制（频率调制） 保持斩波周期T 不变，改变斩波器导通时间， 从而改变负载平均电压。
ton1 ton1
U T1 T2
ULD
城市轨道交通系统概论
（3）调频调宽混合控制：
不但改变斩波器的工作频率，而且改变斩波器 的导通时间。
ton1 ton2
U T1 T2
ULD
城市轨道交通系统概论