交流传动机车变流器与电动机容量匹配方式研究
交流传动电力机车辅助变流器的原理及作用
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交直传动相控电力机车过电压保护参数的合理匹配
文 献标 志 码 ：Ａ 中 图分 类 号 ：Ｕ ６ ． ２４７
电力机 车过 电压有 大气 过 电 压 、操 作 过 电压 及整
流器换 流过程 产生 的换 流 过 电压 ，为 防止 过 电压 对 电
图 ２画出 整 流 器 工作 时元 件 的 电压 与 电流 波形 。 由波形 图可见 ，各 整 流元 件 电流 按 图 ２ （）与 ２ （ ） ｃ ｄ
表示的顺序开通和关断。开通和关断过程中有两种形
式 的换 流 ：第 一 种 换 流 是 晶 闸 管触 发 导 通 后 的换 流 ，
车牵引绕组阻容器件大面积过流损坏、 ；之二是整流 ３
交直传动相控 电力机车过 电压保护参数的合理匹配
２ １
ｄ／ ｔ ｉｄ ，二极 管 电流 以最 快 的速率 下降 。
． Ｌ ｒ
Ｒ：
［ ７
在换 流期 间 ，元 件 电流下 降到 零 以后 ，它并 不立
＝ ｝ ＝
Ａ 凡【 】
刻停止导通 ，在反 向电压作用下 ，载流子进入复合过
各种过 电压保 护有 其 防护 范 围 与 限压 门 限。放 电
间隙 、氧化 锌 避 雷 器及 压 敏 电阻 器 动 作 于 阈 值 电 压 ，
过电压被限制在所保护设备的绝缘强度之下 ，正常运 行时它们 呈现高 阻抗 ，不 影 响机 车 正 常工作 。 阻容 吸
收 电路在 过 电压 发 生过 程 中 ，吸 收 消 耗 其 电 磁 能 量 ，
交直传 动相控 电力机 车过 电压 保 护参数 的合 理 匹配
蒋 家久 （ 中国南车集 团公 司 株 洲 电力机车研 究所 ，湖南株 洲 ４２０ ） １０１
机车车辆传动与控制作业参考答案(3-4章)
一、名词解释：1. 转差率旋转磁场的转速n1与转子转速n 的差值称为转差，用△n 表示。
转差△n 与同步转速n1的比值称为转差率，用s 表示，即：()%100n n -n S 11⨯=转差率是表征感应电动机运行状态的一个重要参量。
一般情况下，异步电动机的转差率变化不大，空载时约为0.5％，额定负载时约为5％，异步牵引电动机的转差率一般小2％。
2. 转差频率 转差频率就是转差对应的频率，即⎥⎥⎥⎦⎤====12121111sf f f f f f -f n n -n s3. 电流型牵引变流器 交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。
根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。
电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。
4. 电压型牵引变流器交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。
根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。
电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。
5. 两电平式逆变器逆变器将直流转换为交流。
两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。
动车组交流传动--学习概要
“动车组交流传动与控制”学习概要1. 牵引变流器组成及功能牵引变流器是交流传动系统的核心部件，能够实现四象限运行，满足列车牵引、制动需要。
牵引变流器的基本功能是，把来自接触网或其它交流电源的交流电压，最终变换为频率、幅值可调的三相交流电压，供给交流牵引电动机，将电能转换为机械能，输出转矩驱动动轮旋转，在轮轨间产生牵引力或制动力，使列车运行。
在列车电力传动系统中，由于受调速范围的限制，只能采用交-直-交流传动控制技术。
交-直-交流传动控制由两部分组成，即网(电源)侧整流器控制和电动机(负载)侧逆变器控制。
交-直-交流传动系统变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压或同步发电机产生的三相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，进行能量转换驱动列车。
牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为电压型和电流型两种。
电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压；电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，向逆变器输出的是恒定的直流电流。
现代机车和动车组，牵引电动机一般为异步电动机，主要采用电压型变流器。
电流型变流器只为同步电动机供电或在一些城市、市郊运输装备中使用。
交流传动内燃机车等自备能源的列车，变流器由不可控整流器和PWM逆变器组成，动力制动一般采用电阻制动。
电力机车/EMU牵引变流器由网侧整流器和电动机侧逆变器两部分组成，无论是网侧的整流器还是电动机侧的逆变器都属于开关电路，电路中开关器件的周期性通断，从根本上破坏了交流电压、电流的正弦波形和连续性，在电压、电流中产生了高次谐波，不仅给污染了电网，而且使电动机运行性能恶化，谐波电流产生的脉动转矩将使电动机产生振动、噪音，影响稳定运行。
交流传动机车系统分析
交流传动机车系统分析毕业设计任务书一、课题名称：电力机车交流传动系统分析二、指导老师：三、设计内容与要求：1、课题概述:早期电力机车常采用直流电机来实现牵引系统，随着电力电子技术的进步，VVVF逆变器控制的异步电机牵引系统得到了广泛的应用，替代了直流电机牵引系统。
采用交流传动技术的电力机车具有性能好、可靠性高、驱动功率大、维护工作量小等直流传动无法比拟的优越性。
因此，电力牵引交流传动已经取代了直流电机牵引系统，成为轨道交通实现高速和重载的唯一选择和发展方向。
本课题主要分析电力机车交流传动系统的组成结构和常见的主电路拓扑结构，交流传动系统各主要部件的功能和原理，以及各种交流传动控制技术的对比分析。
2、设计内容与要求：1)设计内容a)电力机车交流传动系统的发展现状分析b)电力机车交流传动系统组成和各种主电路拓扑结构分析c)电力机车交流传动系统各主要部件功能和原理分析d)各种交流传动控制技术的对比和分析e)结论2)要求a)通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；b)能够灵活运用《电力电子技术》、《交流调速技术》、《电力机车总体》等基础和专业课程的知识来分析电力机车交流传动系统。
c)要求学生有一定的电力电子，轨道交通专业基础。
四、设计参考书1、《现代变流技术与电气传动》2、《HXD1型电力机车》3、《HXD2型电力机车》4、《HXD3型电力机车》5、《电力牵引交流传动与控制》五、设计说明书内容1、封面2、目录3、内容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、设计进程安排第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。
第2-3周: 设计要求说明及课题内容辅导。
第4－7周：进行毕业设计，完成初稿。
第7-10周：第一次检查，了解设计完成情况。
第11周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。
交流传动电力机车网侧变流器控制方法的研究
极可关断晶闸管） 取代快速晶闸管， 将交流传动机车的发展又向前推进了一步。进
入２ ０ 世纪９ ０ 年代， 一种性能 更佳的电 力电 子器件工 Ｇ Ｂ Ｔ （ 绝 缘栅双极晶 体管） 发展
迅速，与Ｇ Ｔ Ｏ 相比具有触发功率小、开关频率高、安装简便、易于保护、体积小、 重Ａ轻等优点。 而且在此基础上又开发出Ｉ Ｐ Ｍ （ 智能功率模块） ， 它是将触发、 检测、 保护等功能与 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ集成在一个模块中，使器件具有很强的自 保护能力，不易在工 作中发生烧损故障， 提高了 变流机组的可靠性． 此外，Ａ Ｂ Ｂ 公司近年在综合 Ｇ Ｔ Ｏ 和
的３ ２ 位微机和数字信号处理器等。 我国在电力牵引交流传动方面的研究工作始于上世纪 ７ ０年代，但是相当长一
段时间里只是处于实验室研究阶段， 没有生产出实用的交流传动机车。 １ ９ ９ ６ 年６ 月，
我国自 行研制的第一台 Ａ Ｃ ４ ０ ０ ０型交流传动电力机车原型车试制成功，实现了我国
试验结果与仿真结果具有很好的一致性，表明该控制方法具有良好的动、静态性能，
完全能够达到四象限变流器的设计要求，是一种比较理想的控制方法。
关键词：四象限变流器：控制方法；计算机仿真
大功率交流传动电力机车研发及应用方案(一)
大功率交流传动电力机车研发及应用方案一、实施背景随着中国铁路运输需求的不断增长，对牵引动力的需求也在不断上升。
为满足这一需求，提高铁路运输的效率和安全性，有必要研发一种大功率交流传动电力机车。
这种机车将采用先进的交流传动技术，具备更高的牵引力和运载能力，同时能够减少能源消耗和环境污染。
二、工作原理大功率交流传动电力机车将采用交-直-交电传动技术，具备以下主要工作原理：1.受电弓接收来自接触网的直流电。
2.整流器将直流电转换为三相交流电，供给牵引逆变器。
3.牵引逆变器将三相交流电转换为频率可调的交流电，供给异步牵引电动机。
4.异步牵引电动机驱动车轮转动，实现电力牵引。
同时，机车将配备先进的控制系统和安全保护装置，确保机车的安全运行和稳定性。
三、实施计划步骤1.研发团队组建：组建涵盖电气、机械、控制等专业的研发团队。
2.技术调研与方案设计：搜集国内外相关技术资料，进行需求分析和方案设计。
3.关键技术研究：研究交-直-交电传动技术、异步牵引电动机控制技术、列车控制与安全保护技术等关键技术。
4.硬件开发与试验：开发机车核心硬件设备，如整流器、牵引逆变器、异步牵引电动机等，并进行相关试验验证。
5.系统集成与调试：将各硬件设备集成到电力机车上，进行系统调试和优化。
6.现场试验与评估：在试验场进行现场试验，评估机车的性能、安全性和可靠性。
7.小批量生产与示范应用：进行小批量生产，并在示范线路上进行应用验证。
8.后续优化与推广：根据现场试验和应用情况，对机车进行后续优化，并推广至其他线路。
四、适用范围大功率交流传动电力机车适用于以下场景：1.长途干线铁路：用于高速列车和货运列车，提高运输效率和安全性。
2.城市轨道交通：用于地铁和轻轨列车，提高运输能力和舒适度。
3.矿山、港口等特殊场合：用于大型货物搬运和短途运输。
五、创新要点1.采用先进的交-直-交电传动技术，提高牵引力和运载能力。
2.研发高效的异步牵引电动机和控制技术，降低能耗和噪音。
大功率交流传动电力机车研发及应用方案(二)
大功率交流传动电力机车研发及应用方案一、实施背景随着中国铁路运输需求的持续增长，特别是重载货运、城市轨道交通等领域的快速发展，对于更高效、更环保、更经济的电力机车需求迫切。
同时，为了适应全球气候变化的严峻挑战，发展低碳、节能的交通工具也是当务之急。
在此背景下，开展大功率交流传动电力机车的研发与应用显得至关重要。
二、工作原理大功率交流传动电力机车采用先进的交流传动技术，将电网的交流电转化为机车牵引电机所需的三相交流电。
通过采用高性能的矢量控制算法，实现对电机的精确控制，从而提供强大的牵引力。
同时，该机车配备了先进的能源管理系统，可以有效地回收和再利用机车制动时的能量，提高能源利用效率。
三、实施计划步骤1.研发团队组建：组织一支由电力电子、电机控制、机车设计等领域专家组成的研发团队。
2.关键技术攻关：针对交流传动的核心问题，进行技术攻关，包括三相交流电整流、逆变、电机控制策略等。
3.样机制作与试验：制作样机，并在各种工况下进行试验，以验证理论分析和设计的正确性。
4.工业化生产：根据试验结果，对设计进行优化，并开始工业化生产。
5.现场应用与调试：将新机车应用于铁路现场，根据实际运营情况进行调试和优化。
6.产品定型与推广：经过一系列的试验和现场验证后，产品定型并推广至市场。
四、适用范围此款大功率交流传动电力机车适用于各种类型的铁路运输场景，包括重载货运、城市轨道交通、高速列车等。
同时，其节能环保的特点也使其成为城市环保出行的理想选择。
五、创新要点1.采用先进的交流传动技术，实现了高性能的矢量控制，提供了强大的牵引力。
2.配备先进的能源管理系统，实现能量的高效利用和回收再利用。
3.结合现代电力电子技术和数字信号处理技术，实现了机车的智能化、远程化控制。
4.采用了模块化设计理念，使机车在维护和升级时更加便利和经济。
六、预期效果1.提高运输效率：强大的牵引力使得机车能够适应各种复杂的运输需求，提高了运输效率。
交流传动电力机车动力性能控制
交流传动电力机车动力性能控制作者：王芳兰来源：《环球市场信息导报》2016年第15期文章通过对机车动力控制方式，交流电机的特性，及电机工作参数控制的方法，对机车牵引变流器的原理、结构、控制进行了细致的分析和论述。
机车的控制是通过动态调整交流牵引电机实际工作点，以适应机车牵引特性的要求，四象限整流器调节的是输入电压与电网电压的相位关系，牵引逆变器调节的是输出电压与交流牵引电机转速的匹配关系，调节的主线是保持能量传输的动态平衡。
使机车性能控制满足重载牵引运输的需要，并最大限度地利用了电网的牵引供电能力。
和谐系列大功率交流传动电力机车现在已经成为我国重载牵引的主力机型，到现在我段配属机车中，和谐1型、和谐2型大功率交流传动电力机车占到配属机车的80%以上。
而现有技术资料有限，且由于知识产权和技术保密等原因，至今还没有一种技术资料对其控制方式进行系统解释和说明。
为了方便广大职工学习和掌握和谐型重载机车的理论知识，结合和谐1型、和谐2型、和谐3型大功率交流传动电力机车的控制方式不同和本人的理解，现对和谐系列大功率交流传动机车性能控制理论进行进一步的探讨。
机车动力控制概况分析机车性能参数的控制主要是由机车司机通过司机控制器来控制机车的工作状态和参数，以达到控制机车动力输出的工作状态。
从内燃机车、交直流传动电力机车到交直交传动机车，其控制方式和控制原理是有较大的区别的。
内燃机车由于机车自带全部动力系统，其动力控制是通过控制发动机的转速和输出功率以及机车的牵引制动工况，实现完全控制机车的动力性能。
交直流传动电力机车，由于其馈电电源来自交流电网，无法对线路上的每台机车单独控制，在电源动力转换时，主变压器采用有级控制的方式。
通过控制主变压器工作时的变比，控制传动装置输出的电压和功率。
对于以上两种类型的机车，由于传动装置输出能在较大速率范围内符合牵引动力的牛马特性，利用传动装置的自然特性，不需要对传动装置进行专门控制，只需要把司机控制器手柄信号转换为发动机转速控制信号或主变级数控制信号，就完全可以实现机车牵引动力和状态的控制。
电力机车四象限变流器的研究
电力机车四象限变流器的研究
电力机车四象限变流器（Power Rail-Quadrant Converter，PQC）是在机车新能源换
流装置中最关键的驱动模块。
它用相移分压技术将外部功率（直流电源或交流电源）换流
到可驱动的机车电机或换流器中，并将机车电机或换流器产生的功率返回原有功率源。
随
着电力机车在新能源领域中的不断发展，对电力机车四象限变流器的研究也变得越来越重要。
首先，为了满足容量和重量要求，电力机车四象限变流器必须采用矢量控制技术，以
最大限度地实现多个控制变量的调节。
此外，矢量控制还可以有效减少结构和组件的成本，从而提高变流器的系统性能及其可靠性。
其次，在变流器输出功率满足机车电机要求的情
况下，必须设计出合理、高效的变流电路，而这一设计依赖于电路的形式和可驱动的电源
类型。
最后，由于机车新能源变流器在复杂环境中运行，特别是由于振荡和噪声等外界干
扰对电路来说时常影响，因此必须对整个系统进行稳健性分析，并确定有效的抗干扰设计。
由于目前电力机车四象限变流器研究仍局限于电力机车新能源换流装置中的功率部分，因此未来的研究可以将关注重点放在电力机车四象限变流器的整合和改进等方面，以及如
何更好地利用外部功率的便捷性和可靠性。
此外，可以加大对外部噪声抗扰影响的研究，
并利用专业的仿真软件尽可能模拟出较高效率的设计。
TBT3315-2013《交流传动机车异步牵引电动机》(第1号修改单)
附件1
TB/T 3315—2013《交流传动机车异步牵引电动机》
第1号修改单
修改内容
一、第2章
增加TB/T 3017.2—2016 机车车辆轴承台架试验方法第2部分：牵引电机滚动轴承二、5.4.6条
原条款：
5.4.6 电动机轴承应完成总模拟走行里程至少为60×104km的台架耐久试验。
修改为：
5.4.6最高运行速度大于100km/h的机车，电动机轴承应完成总模拟走行里程至少为6 ×105km的台架耐久试验；最高运行速度不大于100km/h的机车，电动机轴承应完成总模拟走行里程至少为4×105km的台架耐久试验。
三、删除5.6.2条、6.25条。
四、表4
表4 电动机的检验项目
表4 电动机的检验项目。
GTO主变流器设计中的主要问题分析
1997年第1期机 车 电 传 动№1,19971997年1月10日EL ECTR I C DR I V E FOR LOCOM O T I V EJan .10,1997吴茂杉 1937年生,1961年毕业于上海交通大学电力机车专业,研究员,长期从事变流技术研究,现正进行大功率GTO 变流器研制工作。
GTO 主变流器设计中的主要问题分析3铁道部科学研究院(北京100081) 吴茂杉摘 要:对交流传动机车GTO 主变流器的主要技术问题提出建议,包括中间直流回路电压应低于2.6kV ,门极控制及其电源设计要求,采用∃型吸收电路,严密的控制逻辑,不再使用分流方法的短路保护,水冷是发展方向等。
关键词:GTO 变流器 门极控制 吸收电路 短路保护 冷却系统Key problem s ana lysis i n GT O traction converter designCh ina A cadem y of R ail w ay Science (B eijing 100081) W u M aoshanAbstract :T he au tho r has raised h is p ropo sals regarding key techn ical p rob lem s fo r GTO tracti on converter of A C 2DC 2A C loco 2mo tive .T hey are :DC link vo ltage low er than 2.6kV ;design dem and fo r gate con tro l un it and its supp ly ;adop ti on of ∃type snubber circu it ;p recise con tro l logic ,sho rt circu it p ro tecti on w ithou t shun ting ;w ater coo ling being the trend .Key words :GTO converter ,con tro l of gate ,snubber circu it ,sho rt circu it p ro tecti on ,coo ling system .收稿日期:19962072263“八五”国家重点科技攻关项目。
交流传动电力机车主变流器原理及功能介绍
交流传动电力机车主变流器原理及功能介绍发表时间：2017-08-31T10:20:15.647Z 来源：《电力设备》2017年第12期作者：马连凤田鹏刚丁巧娅孙湘漪[导读] 摘要：本文详细介绍大功率交流传动电力机车主变流器的电路原理、结构特点、工作方式、理论基础、安全保护方法与实施情况。
(中车永济电机有限公司技术中心西安 710018) 摘要：本文详细介绍大功率交流传动电力机车主变流器的电路原理、结构特点、工作方式、理论基础、安全保护方法与实施情况。
关键词：交流传动；机车主变流器；四象限整流器、PWM逆变器。
一、引子大功率交流传动电力机车主变流器是机车交流传动系统的核心构成。
在正常的牵引/制动工况下，主变流器内的牵引控制单元接收司机控制指令，控制各变流器单元实现电源从工频、高压不可控单相交流电源到三相可控变压、变频的交流电源的转化，拖动异步牵引电动机，实现对牵引电机的控制。
二、主变流器的电路原理大功率交流传动电力机车采用交—直—交电传动方式，主变压器的次边牵引绕组向主变流器中的四象限脉冲整流器供电，实现电源从交流到直流的转换；四象限脉冲整流器输出形成一个中间直流电路，变流器直流环节实现二次谐波吸收、直流储能、各种保护；中间直流电路向电压型牵引逆变器供电，实现直流到3相交流的VVVF变换，拖动一台异步牵引电动机，实现机车牵引电机轴控方式。
牵引时能量从电网流向电机，电能转化为机械能；制动时过程相反，机械能转化为电能回馈电网。
主变流器内部设置有向加热装置提供交流电源的接口，使机车电传动系统可以根据需求进行合理配置。
主变流器电路原理如上图1所示，按照功能可分为：四象限变流电路（输入电路）、中间直流电路、VVVF逆变电路（输出电路）。
2.1四象限变流器 2.1.1 四象限变流器电路构成如图1所示，四象限变流器通过主变压器的牵引绕组得电，每组四象限变流电路由1个充电电阻、1个预充电接触器、一个主接触器及1个四象限变流器构成，四象限脉冲整流器由一个功率模块单元构成，其每一臂IGBT模块组成。
交流传动电力机车变流器与车载电气设备相互影响的研究的开题报告
交流传动电力机车变流器与车载电气设备相互影响的研究的开题报告一、题目交流传动电力机车变流器与车载电气设备相互影响的研究二、研究背景随着电气化铁路的推进，交流传动电力机车成为主要的机车类型之一。
交流传动电力机车的变流器是车辆控制系统的核心部件，用于将直流电源转换为可控交流电源，为车载电动机提供供电。
而在车载电气设备方面，安装有如照明、空调、传动系统等多种设备。
这些设备不仅需要与交流传动电力机车的变流器进行电气连接，而且需要在运行过程中与其相互作用、互相影响。
因此，研究交流传动电力机车变流器与车载电气设备相互影响的机理和特性，对于提高电力机车的运行效率、稳定性和安全性具有重要意义。
三、研究内容1. 分析交流传动电力机车变流器的工作原理和电路特点。
2. 探究变流器输出电流对车载电气设备的影响，尤其是对于灯光的影响。
3. 研究电气设备对变流器输出电流的影响，尤其是对于变流器输出电流的谐波畸变和温度的影响。
4. 在实际运行条件下，对交流传动电力机车变流器与车载电气设备的相互影响进行测试和分析，并对结果进行评价和验证。
四、研究方法1. 文献资料法：查阅相关文献，了解交流传动电力机车变流器和车载电气设备的工作原理和电路特点，为后续研究提供基础。
2. 仿真方法：运用物理仿真软件进行变流器输出电流的模拟计算，并基于负载效应来预测车载电气设备的电气参数变化。
3. 实验方法：通过设备测试和模拟，模拟实际工作条件下变流器和车载电气设备的相互影响。
四、研究意义本研究的主要意义在于深入研究交流传动电力机车变流器和车载电气设备的工作原理与相互作用，提高电力机车的运行效率、稳定性和安全性，为交流传动电力机车的应用和推广提供理论依据和技术支撑。
同时，本研究也可为相关企业提供技术支持和解决方案，促进了我国铁路行业的发展。
机车交流传动与直流传动的分析比较
班级机车车辆0932班学生姓名指导教师设计（论文）题目机车交流传动与直流传动的分析比较主要研究内容（1）从机车的传动形式了解交流传动的发展优势；（2）以HXD3型机车为例，深入分析交流传动的特点及电路结构，与SS4改机车做出对比分析。
（3）从传动主电路及相关保护、辅助电路等不同角度，探讨新技术在交流传动机车上的应用。
主要技术指标或研究目标（1）比较分析交流电机与直流电机的区别及优缺点。
（2）针对机车变流器存在的区别，深入分析交流传动的优势及发展前景。
（3）围绕主电路的传动形式，对交流传动与直流传动进行深入分析并比较优缺点。
（4）初步掌握交流传动机车上新技术、新装备的使用。
基本要求深入了解交流传动的使用为铁路机车带来的优势，初步掌握交流传动机车新技术的应用，进一步熟悉交流传动机车的基本原理及组成结构。
主要参考资料及文献电力机车控制华平主编机车新技术张中央，刘敏军 HXD3型电力机车张曙光目录1 电力传动形式的发展 (1)2 交流传动与直流传动的比较 (1)2.1 机车工作原理的比较 (1)2.1.1 直流传动电力机车工作原理 (1)2.1.2 交流传动电力机车工作原理 (3)2.2 交流传动与交直流传动机车主电路的比较 (4)2.2.1 HXD3型机车和SS4改机车主电路特点比较 (5)2.2.2 HXD3型机车和SS4改机车变流装置比较 (7)2.2.3 HXD3型机车和SS4改机车牵引电机比较 (8)3 新技术在交流传动机车上的应用 (10)4 总结 (11)致谢 (15)参考文献 (16)1 电力传动形式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。
HXD3电力机车交流传动系统设计研究的开题报告
HXD3电力机车交流传动系统设计研究的开题报告
一、选题背景
HXD3型电力机车作为一种重要的铁路牵引机车，在我国的铁路运输中承担着重要的作用。
本文拟针对HXD3电力机车的交流传动系统进行设计研究。
二、研究内容
1.交流传动系统的基本原理和构成
2.交流传动系统的设计和优化
3.交流传动系统的性能测试和验证
三、技术路线
1.首先对机车的所需功率和扭矩进行分析和计算，确定主电机的参数；
2.设计变频器的输入和输出滤波电路，保证变频器输出的电流和电压符合要求；
3.设计机车控制系统：包括转速及转向控制，启动、制动及行车模式控制等；
4.进行系统的性能测试及信号分析，验证传动系统设计的可行性；
5.将设计方案与已有的机车进行比较，对其优化改进。
四、研究意义
交流传动系统是电力机车的核心部件之一，其性能和品质直接影响机车的运行效率和牵引能力。
因此，研究交流传动系统的设计和优化具有重要的意义和价值。
本文旨在探究交流传动系统的设计和优化方法，为提高HXD3型电力机车的牵引能力和运行效率提供技术支持和依据。
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中国科技信息 ２ ０ 年第 １ 期 ０７ ８
Ｃ Ｉ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｉ Ｏ Ｙ Ｉ Ｏ Ｍ ＴＯ ｅ ．０ ７ ＨＮ Ｓ Ｉ Ｅ Ａ Ｄ ＴＣ ￣ Ｇ Ｎ Ｒ Ａ Ｉ Ｓ ｐ２ ０ Ａ Ｎ ＇ Ｆ Ｎ
处 于 所 希 望 的恒 功 率 曲线 之 下 。 图 ２— １ ａ 中阴影 区表示按 ｖ ｂ确定 电动机尺寸时其转
第二种 匹配 ：如果牵引电动机 不是对 速度点 ｖ 而是对 ｖ 确定尺寸 ，即所设计 … 的电动机 在速度为 ｖ 时发 出的转矩恰好 … 等于 颠 覆转矩 ，机车 提 供所需 要的牵 引 力。因此从 ｖ 到 ｖ 的速度 区内，在频
率 增加 时 ， 流 器 的输 出电压 保 持恒 定 ， 变 那
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交流传 动 电 力机 车 ；异 步 电动机 ；运 行 性
能 ； 系 统 优 化
二 、变流器与电动机容量的匹配
考虑容量 匹配问题 的出发点在于 ，电 力机车或电动车组从启动时的速度 ｖ 到基
包 括 变 流 器 的交 流 电 力机 车 传 动 系统 的容量 ，是通过能够在其中安全 工作的转
本速 度 ｖ 或额 定速度都 能发出恒定 牵引 力，而从基本速度到最大速度 ｖ … ，牵 引 力跟 随一 个恒 功率 曲线变化 。 虽 然 变 流 器 的 容量 和 电 动机 的容 量 有 许 多不同 的组 合 ，但 比较典型 的有三种 。 第一种 匹配 ：如果 异步 电动机在基速 ｖ、 ． 上发出的转矩恰好等于它的最大转矩或 颠 覆转 矩 （ 假设 运 行转 差率 为 Ｓ ） ，与 之 相 应 ，机 车提 供 所需 要的 牵 引力 。那 么 ，若从 ｖ 到 ｖ 的速度区内 ，逆变器 … 输 出电压保持 不变 ，而仅频率增加 ，电动 机 处 于磁场 削弱状 态 ， 电动 机颠 覆转 矩
在考虑交流 电动机的容量时 ，忽略电 动机小 同电压对绕组绝 缘的不问要求情况 下 ，在 最 大 转 速 相 同 时 ，电 动 机 容量 主要 决 定于 电磁方面的最大允许转矩和热方面 的 最大 允许 损 耗 。 在 不 考 虑 运 行 方式 、冷 却 以及 绝 缘 材 料 的 寿 命 要 求 的影 响下 ， 电
Ｍ
…
矩～ ～转速范围和有关热容许 负载的数据 加 以表述的 。转矩—— 转速范围的界 限则 由持续功率 ：最大转矩 和最高转速三 个量 来 表示 。
传 动 系 统 的容 量 ，可 以 由变 流 器 和 电 动机 的不同组合来得到。一台较小功率 的 电 动机 要 求 有 一 台 较 大功 率 的 变流 器 ， 反 之 ，一 台较大功率的电动机 仅需较小功率 的 变流 器 。 因此 ，确 定 传 动 系 统 的 参数 和 尺 寸时 ，有 一 个 优 化 系 统 的 任 务 。 根 据应 用要求 ，选择变流器和电动机合理 的容量 匹 配 ， 使 系统 费 用 最 低 ，是 优 化 的 基 本 目 标 。
电动机容量匹配方式研究
张琳 ’ 刘琪
１ 湖 南铁道 职 业 技 术 学 院 ． ４ ０ １ １ ０ ２ ２ 广 州 铁路 集 团公 司株 洲 职 工 学校 ４２ ０ ． １０ ５
矩一一 转速特性 小于恒功率要求 的部 分 。 电动 机 电流 自 ｖ 开始 也 逐 渐减 少 。 对于 变 流 器来说 ，仅在 ｖ 这个速度点上处于最佳
一
么颠覆转矩 从 ｖ … 开始按 Ｍ。（ ！ ｃ ）的规律 增加 ，其数值偏离并远在恒功 率所要求的
Ｍ Ｃ Ｏ
，
曲线上。两者之差为图 ２ ２的阴
影区。在 ｖ、 ． ． 以下的各个速度点 ，电动机 能够发出比恒功 率要求大得多的转矩 。 由图 ２ ２可知 ，电动机 的转矩在这样 个宽 度的 速度 范 围内没 有得到 充分 利
利用状态 。 为了获得恒 功率 曲线 ，变流器的输 出 电压 不能保 持恒 定不 变 ，而应 当继 续提
高。图 ２ ｂ 一ｌ 表示该电压按 “ｏ ｖ 的规 √ ｃ
律 变化 ，并在 Ｖ Ｖ 时 ，Ｕ＝ ， ＝… ｓｕ 恒功率 区愈宽 ， 电压提高愈多。 在这种情况下 ， 变 流器必须按 启动时的最大 电流 Ｉ 和相应 … 于最高速度的电压 Ｕ… 进行设计。虽然所 希望的恒功率得到 了，但变流器的费用也 相应提高 ， 而且变流器的利用率很差。 但对 于电动机来说 ， 在整个速度范围内， 都能最 好地利 用转矩方面的设计能力。 按 照这种方式确定的变流器的尺寸最
的最 大 值 。
同组 合 来 得 到 。 本 文 具体 分 析 了三 种 不 同 的
匹配方式 ，指 出三种 方式各 自的优 缺点 ；并
根 据 实 际 运 用 的 需 要 ， 指 出 了我 国 高 速 铁 路 以及 提 速 线路 交 流 传 动 机 车 用 变流 器 与 电 动 机 容量 匹配的 最佳 方 式。
大 ， 而 电 动 机 的 尺 寸 最 小 。 所 以 ，这 是 大 变 流 器 和 小 电动 机 的 匹 配 。
交 流 传 动 机 车 异 步 电 动 机 的 传 动 系 统 的 容
量 ，可 以 由不 同 容 量 的 斐流 器和 电动 机 的 不
动机的容量、结构及体积主要取决于 传递 的 最 大转 矩 。 电动机的最大转矩 Ｍ… 正比于最大气 隙磁通密度Ｂ ： 定子有功电流线负载最大 Ｌｆ ￣ 值 Ａ… 之积 。需指 出的是 ，进 一步 提高 电流线负载会 引起传动系统 颠覆 ，或降低 系统 防 止 颠 覆 的 最 低 安 全性 。 定 子 电 流 线 负荷与气隙磁通密度之比不允许超过规定
一
用 。
随速度的平方下降 （ 图 ２ １ 。 见 ａ）
所以 ，电动机 的转矩——转速特性偏离并
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、
变流 器和 电动 机 的容 量
一Ｍ Biblioteka 台变流器的容量 ，主要受半导体器
件允许的最大温度和电场强度所限制 ，其 容量及 费用的大小 由电流和电压的最大值
的 乘 积 决定 。