电力牵引传动系统发展历程及分类
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， 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 电力牵引传动系统的发展历程 二
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
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： （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
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 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）
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??
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。
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？
电力电子技术的新型牵引供电系统
发展
目前，电力电子技术的新型牵引供电 系统正逐渐得到广泛应用，如基于 IGBT等新型器件的固态变压器、灵活 交流输电系统等。
牵引供电系统的分类与组成
分类
牵引供电系统可分为直接供电系统和交流供电系统两 大类，其中交流供电系统又包括单相交流供电系统和 三相交流供电系统。
滤波与补偿
为减小谐波和无功电流的影响，需 在牵引供电系统中设置滤波器和无 功补偿装置。
基于电力电子技术的牵引供电系统控制策略
最大功率跟踪控制
通过控制牵引变压器的输出电压和频率，实现最大功率跟踪控制 ，从而提高牵引供电系统的效率和可靠性。
谐波抑制与无功补偿
利用电力电子技术中的谐波抑制和无功补偿策略，减小谐波和无功 电流对电力系统的影响，提高供电质量。
障的影响。
传统牵引供电系统的技术瓶颈
由于机械开关设备的固有特性 ，传统牵引供电系统的开关速 度相对较慢，难以实现快速、
频繁的通断操作。
传统牵引供电系统的设备体 积较大，占用空间较多，不
利于小型化和集成化。
传统牵引供电系统的能耗较高 ，尤其是在长时间、大功率的 运行状态下，能源浪费较为严
重。
传统牵引供电系统的能耗问题
分析
通过对实验数据的分析，我们可以发现该系统的输出电压和 电流的调节范围较大，且系统具有较高的稳定性和效率。此 外，该系统的动态响应速度也较快，可以满足大多数应用场 景的需求。
基于电力电子技术的牵引供电系统的优化建议
01
建议1
针对实验过程中发现的问题，我们可以进一步优化系统的控制策略，提
电力牵引传动系统(2)
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第二章 高速动车组牵引传动系统概述 CRH2 编组结构图
32
第二章 高速动车组牵引传动系统概述 CRH2 定员、平面布置图
1辆一等车和7辆二等车（含1辆酒吧、二等合造车）。 全列车定员610人，定员布置如下表：
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第二章 高速动车组牵引传动系统概述
1．动车组主要结构及性能 （1）动车组总体组成
动车组采用 8 辆编组， 5 动 3 拖，由两个动力单元组成。 其中，一个动力单元由3个动车和1个拖车（M-M-T-M）组 成；另一个动力单元由2个动车和2个拖车（T-T-M-M）组 成。
36
第二章 高速动车组牵引传动系统概述
2．CRH2牵引传动系统
牵引传动系统以M 1 车、M 2 车的2 辆为1 个单元为基础。 电源由接触网通过受电弓从单相交流25kV、50Hz的接触网电 压来获得， 通过VCB（主断路器）与牵引变压器的1 次侧绕 组连接。牵引变压器2次绕组侧设有2个绕组，1次侧的电压为 25kV时，2次侧绕组电压则为1500 V 。 1个基本单元由1台牵引变压器、2台牵引变流装置、8台 牵引电机构成。由1台主变流装置控制4台牵引电机，在牵引 时向牵引电机提供电力、在制动时进行电力再生控制。此 外，还具有保护功能。
现代轨道车辆牵引传动与控制
第二篇 电力牵引传动系统
第二章 高速动车组牵引 传动系统简介
胡汉春 西南交通大学机械工程学院
第二章 高速动车组牵引传动系统概述 按照“全面引进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的原 则引进国外先进、成熟、经济、适用、可靠的时速200公里的 设计、制造技术，满足我国铁路客运专线和既有线提速旅客运 输要求，实现我国铁路动车组制造业的现代化。 时速 200 公里动车组项目——铁道部组织有关铁路局通过 招标采购，2004年10月先后与长春轨道客车股份有限公司、四 方·庞巴迪·鲍尔铁路运输设备有限公司（BSP）和南车四方机车 车辆股份有限公司签订了60列、20列和60列，共计140列动车 组的采购合同。
电动汽车的电力传动系统
目 录
• 电动汽车概述 • 电力传动系统简介 • 电动汽车的电池技术 • 电动汽车的电机与控制器 • 电动汽车的电力传动系统优化 • 电动汽车的未来展望
01 电动汽车概述
电动汽车的定义与分类
定义
电动汽车是一种使用电力驱动的汽车 ，通过电池存储能量，并使用电动机 产生动力。
直流电机
具有较好的调速性能和启动性 能，但维护复杂，逐渐被交流
电机取代。
交流感应电机
结构简单、维护方便、可靠性 高，是当前电动汽车的主流选 择。
永磁同步电机
具有高效率、高转矩密度和优 秀的调速性能，但成本较高。
开关磁阻电机
结构简单、成本低，但噪音较 大，启动转矩波动较大。
利用效率。
换向功能
通过变速器实现车辆的 换向操作，满足驾驶员
需求。
电力传动系统的类型
01
02
03
单电机驱动系统
只有一个电机用于驱动车 辆前进或后退。
双电机驱动系统
有两个电机分别驱动车辆 的前轮和后轮，实现四轮 驱动。
轮毂电机驱动系统
每个车轮都配备一个电机 ，实现每个车轮的独立驱 动和控制。
03 电动汽车的电池技术
功率密度。
先进的电机控制技术
02
通过采用先进的电机控制算法和技术，可以更精确地控制电机
的运行状态，从而提高电机的性能。
集成化设计
03
通过将电机、变速器和控制器集成在一起，可以减少系统的复
杂性和重量，从而提高电机的性能。
06 电动汽车的未来展望
新型电池技术的发展
固态电池
固态电池使用固体电解质替代了传统锂离子电池的液态电解 质，具有更高的能量密度和安全性，预计将大幅提高电动汽 车的续航里程。
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 。
牵引电机的发展及前景展望
牵引电机的发展及前景展望本文主要阐述了牵引电机的由来、特点，以及发展至今演变过程和不断变化的原因，以及将来的发展趋势。
同时讨论了将来发展演变的前景趋势以及可能遇到的主要技术问题！标签：牵引电机；构造；类别；发展；前景1、轨道交通牵引力的发展1.1机械化牵引的轨道交通1804年由英国人经过多年的研究、改进才发明了第一台单汽缸和大飞轮的蒸汽机车，能够牵引5辆车厢，这就是最早有蒸汽机牵引的机车。
世界上第一条地铁则于侣63年1月10日在伦敦建成，由蒸汽机车牵引。
但蒸汽机牵引的列车非常简陋，乘客饱受烟熏之苦，并且有煤气中毒的危险，但由于载客量大，充分显示了作为城市大容量交通工具的发展前景1.2电机牵引的轨道交通自1831英国物理学家、化学家迈克尔.法拉利发现电磁感应现象，并制出世界上第一台发电机，就把人类带到了点得世界。
继后相继出现了各种发电机。
于1877年发电机用于商业生产，至1879年德国西门子-哈尔斯克电报研究所制作出有轨电车，自此电力牵引时代真正到来，此时用得就是电机牵引。
2、牵引电机的演变过程牵引电机的基本结构和普通电动机是相似的，但由于其工作条件的特殊，一次它应具有以下特点：（1）牵引电机悬挂在轨道车辆转向架构架上或车轴上，并借助传动装置驱动车辆前进，因此牵引电机在结构上必须考虑传动和悬挂两方面的问题。
（2）牵引电机的安装尺寸受到很大的限制，径向尺寸受到轮径直径限制，轴向尺寸受到轨距的限制，故要求其结构必须紧凑。
（3）车辆运行时，钢轨对车辆的一切动力影响都会传给牵引电机，是牵引电机承受很大的冲击和振动。
（4）牵引电机的使用环境恶劣，它睦在车体下面容易受潮、受污，还经常受到湿度、温度的影响。
3、牵引电机至今的演变成果3.1牵引电机的种类及使用的地点目前，轨道交通的牵引电机主要有：直流牵引电机、交流牵引电机、直线牵引电机、永磁牵引同步电机等几类：1.直流牵引电机：目前还在北京，上海等地铁列车上使用。
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。
电力牵引交流传动与控制
主要内容： 电力牵引交流传动技术概述 电力牵引交流传动基础 交-直-交变流器与逆变器 电力牵引交流传动的控制技术
1
第三章 电力牵引交流传动与控制
一、电力牵引交流传动技术概述
1.
机车交流传动系统的基本结构 交流传动机车： （特指）采用各种变流器供电，交 流异步或同步电动机驱动的机车或 电动车组。 变流器类型： 交-交变流器（直接式） 交-直-交变流器（间接式）
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3.
交流传动的优点
由于鼠笼式异步电动机良好的经济性能和牵引运行性能，采 用“电压型交-直-交变流器+三相鼠笼式异步牵引电动机”系统 是目前发展的交流传动机车主要结构形式。主要优点： 异步电动机陡峭的自然外特性利于抑制机车空转和打滑， 可大幅度提高机车的粘着性能（最大粘着系数：交流机车可 达45%，交-直机车25%） 牵引电机结构简单、可靠，电机热利用率高，维护、维修 方便，运用维护费用低（无换向器和电刷或励磁整流器等滑 动接触部件） 单机容量大（不受换向限制），转速范围宽，重量轻体积 小（交流与交-直流传动比较：在相同重量和体积下，功率 可大幅度提高。单位重量功率：直流电动机0.33kw/kg，同 步电动机0.5kw/kg，异步 电动机0.68kw/kg或更高） 交流传动机车功率因数高，等效干扰电流小，节能，环保 三相鼠笼式异步牵引电动机造价低
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20世纪90年代：交流传动技术成为热点 美国异军突起（至1997达1400台） SD60MAC（GM公司 2834kw GTO 微机控制 1992） AC4000（GE公司 3281kw GTO 32位微机 1994） AC6000（GE公司 4474kw GTO 32位微机 1994） 欧洲 GEC-Alsthom公司 为叙利亚国铁开发 2370kw IGBT 1997 中国交流牵引传动技术发展 70-80 年代一直密切注意世界交流牵引技术发展动态 1992 研制成功1000kw地面变流器（试验）装置 1996 AC4000原型车（4000kw，异步牵引电动机 1025kw） 2000 DJJ1”蓝箭” 220km/h IPM器件 直接转矩控制 1225kw异步电动机 2001 DJ2”奥星”号竣工，田心厂等 动车组 4800KW， Vmax=160Km/h，自主知识产权 2002 “中华之星” 试验速度：312.5公里/小时 2006 CRH1、CRH2、CRH5，DJ4
牵引供电发展及方式
牵引供电发展及方式牵引供电是指为铁路、地铁、有轨电车等交通运输工具提供电力的供电系统。
随着交通运输工具的发展和运营规模的扩大，牵引供电系统也得到了极大的发展，并通过不同的方式来实现电力的供应。
首先，牵引供电可以通过接触网系统实现。
接触网系统是一种常见的牵引供电方式，通过在线路上架设接触网，将交流电输送至运输工具的牵引装置上。
这种方式具有供电可靠、能效高、电力传输距离长等优势，已广泛应用于铁路、地铁等牵引供电系统中。
例如，中国的高铁系统就大量采用了接触网供电方式，通过电力传输来提供列车的牵引力。
其次，牵引供电也可以通过第三轨供电方式来实现。
第三轨供电是一种将电力输送至运输工具的导电轨道上的方式。
这种方式主要用于有轨电车等短程交通运输工具中，较接触网系统供电方式成本更低，维护更方便。
但相对于接触网系统，第三轨供电方式限制了运输工具的线路选择，且安全隐患较高，需要更加严格的隔离措施来防止触电事故的发生。
此外，现代牵引供电系统还开始引入了新的技术和方式。
例如，无线牵引供电系统是一种近年来的创新型供电方式，通过在线路上布设电磁场，使运输工具在电磁场范围内实现无接触供电。
这种方式减少了设施的维护成本，提高了系统的可靠性，同时也解决了接触网和第三轨供电方式的一些问题。
尽管无线牵引供电技术仍处于发展阶段，但已经在一些轻轨等交通运输系统中得到试用。
在牵引供电发展过程中，还需要考虑可再生能源的利用。
随着全球对可持续发展的重视，电动交通工具也在不断推广和普及，这就为牵引供电系统提供了新的机遇。
通过将可再生能源如太阳能、风能等纳入牵引供电系统中，既可以降低能源消耗，减少对传统燃煤发电等非可再生能源的依赖，也可以减少对环境的负面影响。
已有国家和地区在一些交通运输线路上试点可再生能源供电，展示了可再生能源在牵引供电中的巨大潜力。
总之，牵引供电的发展路线多种多样，并在实际应用中不断创新。
借助接触网、第三轨、无线供电等方式，可以为交通运输工具提供可靠的电力供应。
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。
电力牵引传动与控制技术的现状与发展
电力牵引传动与控制技术的现状与发展电力牵引系统是指在铁路运输中通过电力传动和控制机械的运动。
电力牵引系统是铁路运输中的一种重要的机械传动系统。
近年来，随着铁路交通的高速化、绿色化和智能化的发展，电力牵引技术迎来了新的发展机遇。
本文将介绍电力牵引传动与控制技术的现状与发展。
一、电力牵引传动技术的现状电力牵引传动是铁路运输中必备的技术，其主要作用是将电能转换为机械能，实现列车运动。
目前，中国的电力牵引传动技术具有较高的水平，已经实现了直流电力牵引技术、交流电力牵引技术和混合动力牵引技术三种形式的电力牵引传动技术。
直流电力牵引技术是传统的电力牵引技术，在国内外均得到广泛应用。
直流电力牵引系统由车辆直流电源、逆变器、电机和磁控制器等组成，能够实现电能的高效转换和调节。
交流电力牵引技术是目前铁路运输中应用最为广泛的一种电力牵引技术，主要依靠交流电机的牵引效应实现列车的运动。
交流电力牵引系统由车辆交流电源、逆变器、电机和控制器等组成，其优点是能够实现无级变速调节和电能回馈。
混合动力牵引技术是近年来快速发展的一种牵引技术，其主要特点是将各种牵引系统进行组合，提高列车的牵引效率、降低能耗和减少污染排放。
二、电力牵引控制技术的现状电力牵引控制技术是电力牵引系统的重要组成部分。
现代电力牵引系统的控制技术主要分为两种方式，一种是非智能化的集中控制方式，另一种是智能化的分散控制方式。
非智能化的集中控制方式主要依靠人工控制集中控制室中的观察仪表和按钮进行车辆的控制。
这种控制方式功能较单一，且控制效率较低，但是由于成本低廉，仍然在一定范围内适用。
智能化的分散控制方式是近年来的一种新兴技术，通过集成智能芯片、传感器和计算机技术等实现集控与分控的平衡，使电力牵引控制系统可以实现更加精准、灵活的控制。
三、电力牵引传动与控制技术的未来发展随着铁路交通不断高速化、绿色化和智能化的发展，电力牵引传动与控制技术也不断向高效、可靠、节能、环保和智能化方向发展。