交流传动与直流传动的比较

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电力机车和电动车组传动方式的分类及特点

电力机车和电动车组传动方式的分类及特点

电力机车和电动车组传动方式的分类及特点电力机车和电动车组的传动方式按照供电电源的性质及所采用的牵引电动机的不同,理论上可以分为直-直流传动、交-直流传动、交-直-交流传动、交-交流传动和直-交流传动等。

1.直-直流传动方式

直-直流传动方式就是使用直流电源供电、直流牵引电动机驱动的传动方式,结构示意图如图1。受电器从接触网或者第三轨上获取电能,通过直流电压调节装置对直流电压进行调节,从而达到调节直流(脉流)牵引电动机转速和转矩的目的。

图 1 直-直流传动方式示意图

调压装置可以是:

(1)电阻器:特点是简单、可靠。维修方便,对使用和维护工人技术要求低。但是电阻调速是有级的,调速过程中电阻器有能耗,能量损失大,调速性能差,在大功率场合长期调速运行,不仅损失的能量很大,还可能引起地铁隧道或周围环境温度升高。

(2)斩波器:用大功率电力电子器件构成,特点是效率高,调速性能好。

直-直流传动方式的主要特点是调速简单方便,但是直流供电电压低限制了其应用场合,并且直流牵引电动机体积大、维护工作量大、经济性能指标差。早期的工矿电机车、城市有轨电车、无轨电车和地铁动车大多采用直-直流传动方式。此外直流电流的回流会对线路周围的金属结构产生电蚀。

2. 交-直流传动方式

交-直流传动方式就是使用交流电源供电、直流牵引电动机驱动的传动方式,结构示意图如图2。受电器从接触网获取交流电能,通过整流调压装置对输出直流电压进行调节,从而达到调节直流牵引电动机转速和转矩的目的。

图2 交-直流传动方式示意图

交-直流传动方式是我国电力机车长期使用的一种电力机车传动方式,国产韶山(SS)系列和进口的6K、8K电力机车等均采用这一传动方式,这些机车的主要差别在于调压整流方式和控制方式的不同。

直流调速与交流调速

直流调速与交流调速

导通时功率因数也只能达到 93%左 换 向 需 要 四 象 限 运 行 , 采 用 MV7000 的 AFE 与
右。
INVERTER 公用直流母线的方式,很好地解决了四象
功率因 数及对 电网影

限运行问题。多台电机的逆变器共用一个直流母线, 制动、减速时,能量反馈到直流母线上,可以供其他 用电设备使用。由于共用一个有源前端和直线母线, 装置简化,占地面积更小,总投资减少。
量 态响应性能。
机应用中,能够实现更高的动态性能。
低速大 扭矩
适用于低速大转矩的场合,起动性能 通过对矢量控制或直接转矩控制策略的改进,可以
优良,转矩脉动小。
大大降低转矩脉动,降低噪声,使电机可以运行于极
低速下。
由于直流电机的转动惯量比交流电 交流电机总体效率较高(可达到 97%以上)。采用
节能
机大的多,直流电机的总体效率低(通 交流调速系统,运行性能优异、节能效果显著、降低
会比较困难)
直流电动机控制简单,能在宽广的范 交流调速方法中矢量控制和直接转矩控制可以控制
围内平滑而经济的调节速度,所以它在 动态电磁转矩,它们的控制性能可以抗衡甚至超过了
轧机、精密机床和以蓄电池为电源的小 直流调速系统,因为交流调速不存在直流电机的机械
调速性 型起重运输机械等设备中应用较多控 电流换相过程和交轴反应。

轧钢生产线电气传动系统方案选择及发展趋势

轧钢生产线电气传动系统方案选择及发展趋势

不同生产线及方案
回收周期(年)
棒材生产线进口主传动
4.94
高线生产线进口主传动
3.56
棒材生产线国产主传动
2.43
高线生产线国产主传动
1.66
二、轧钢生产线交流传动系统的技术优势
1. 交流传动电机的维护量小(无刷),可以提高生产率。 2. 交流传动可实现及时保护(可及时关断),避免故障扩大。 3. 交流传动效率高(含电机)比直流传动系统节能2~3%。 4. 交流电机(1000KW以下容量)可采用强迫通风冷却方式,节电节水。 5. 交流传动系统功率因数高,谐波含量少,可节省无功补偿和滤波设备的投资。 6. 交流传动电机容量及转速,不象直流电机受容量和转速的乘积换向条件约束。 7. 交流电机能在静止条件下输出额定力矩,不存在直流电机整流子过热问题。 8. 交流传动转矩和速度的响应指标超过直流传动,更适合冶金行业高性能应用。
CI800-11变频器模块 400V:500 - 800kW 690V:630 - 1000kW
并联模块功率范围
六、国产高性能变频器产品介绍(5) ——独特优势1
1.高速数据采集功能
传动监控工具软件内置功能 支持16个变量1ms间隔连续采集 通过以太网方便访问任意传动 历史记录回访和分析
一、轧钢生产线交直流传动方案综合比较
直流传动方案
交流传动方案
一次性工程建设投资比较:交流高于直流

浅谈交流传动 - 副本

浅谈交流传动 - 副本

交流传动
• 近年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动 控制技术的迅速发展,交流传动与控制技术成为 目前发展最为迅速的技术之一。 • 电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速 取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控 制技术已成为发展趋势。 • 电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流 程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的 一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制 动性能,高效率、高功率因数和节电效果,广泛 的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最 有发展前途的调速方式。
• 中、小功率的变频调速装置(1—பைடு நூலகம்00kw)主要是采 用IGBT , 中、大功率的变频调速装置(1000 — 10000kw) 采用GTO 器件
• 20 世纪90 年代至今,电力电子器件的发展进入了 第四代。电力电子器件模块化更为成熟。模块化 功率器件将是21 世纪主要器件。 • 目前同步电动机变频调速系统中仍采用晶闸管。 一代电力电子器件带来一代变频调速装置,性价比 一代高过一代。在人类社会进入信息化时代后,电 力电子技术连同电力传动控制与计算机技术一起 仍是21 世纪最重要的两大技术。
电机技术发展方向:一是集成化,包括机电耦合集成、电 力电子控制器集成; 二是高效率化,不管通过什么技术途径,我们永远追求高 效率和低成本; 三是数字化和智能化,这和电机控制器的发展关联度最高。

交流传动与直流传动的比较

交流传动与直流传动的比较

《电力牵引交流传动及其控制系统》报告——交流传动与直流传动优劣的比较

1.电力传动的发展

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。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。

1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现,使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机),很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展,20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机),即所谓的交流传动,又很自然地取代了交-直传动。

与直流传动机车相比,交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点,是目前我国铁路发展的必然趋势。

交流传动取代直流传动是现代工业发展的趋势

交流传动取代直流传动是现代工业发展的趋势

交流传动取代直流传动是现代工业发展的趋势

[摘要]随着现代工业发展的步伐不断的前行和电力电子器件的更新换代,人们更加趋向于对效率的追求。交流传动比较直流传动的优越性明显,同时在使用的范围上也是有着得天独厚的优势,比之直流传动有着结构坚固、成本低、使用工作环境多、重量轻等诸多优点,因此在现代工业应用中交流传动相比直流传动在使用上势必会取而代之。

[关键词]交流传动现代工业直流传动取而代之

中图分类号:f426.31 文献标识码:a 文章编号:1009-914x (2013)17-527-01

1引言

随着科技的不断发展,交流传动与控制技术已经成为了发展最快的技术之一,同时也代表着电气传动技术新时代的来临。交流传动的广泛使用也代表着改善工艺流程和增加提高产品质量新技术全面应用的标的。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(gto)的出现和微机控制技术等的发展,20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机),也就人们俗称的交流传动,其出现以后又十分自然的取代了交-直传动成为了工业应用当中的主要动力提供源头。截止到今天为止,交流传动在工业生产当中的使用已经占据了动力输出的70%以上,只有老式的工业作业企业始终没有更换。从而我们也总结出了交流传动与直流传动相比而言有着得天独厚的优势,也是印

证了现代工业发展的趋势,因此深入了解交流传动的走向,在现实来看具有十分积极的意义。

2交直流传动发展现状分析

直流传动和交流传动均是在19世纪先后真正的和世人见面诞生,自成功面世以来直流传动一直以来凭借着优越的可控性能收人们

带传动的分类

带传动的分类

带传动的分类

带传动是一种技术设备,主要用于传递动力、转移外形和加工物件,是工业自动化实现的重要手段和运转件。它主要就是把一段距离上的动力、形状和荷重传递到另一段距离,有广泛的用途。

带传动主要分为三类:

1.实心带传动:主要由实心带和滑触齿轮组成,由实心带传递动力,滑触齿轮直接接触,可以传动大负荷,装置精度高,且容易拆卸;

2.皮带传动:主要由皮带扣带、皮带和皮带轮组成,由皮带传动动力,皮带扣带可以调整带距,有滑动和静态接触两种情况,具有较大的传动比;

3.链传动:主要由链条、链轮和链节组成,由链条传动动力,主要用于传递大负荷物体,具有较高的精度;

根据传动特性和用途,带传动可以分为多种,如直流传动、交流传动、键带传动、底座传动等。直流传动是指传动动力通过直流电机来实现,传动精度高,适用于高精度的装置;交流传动是指传动动力通过交流电机来实现,传动精度较高,适用于普通装置;键带传动是指传动动力通过键带来实现,传动精度低,适用于低速,大负荷装置;底座传动是指传动动力通过底座传送带来实现,传动精度低,适用于低速,大负荷装置。

带传动有多种使用场合,如在风机、冷暖气机的冷热空调设备中,传动动力常用皮带传动;在各类织编机上,由于转速较快,常用实心带传动;在汽车上,由于需要传递大负荷,常用链传动,其优点是动

力传递率高、使用寿命长、体积小、故障低。

带传动的发展,极大的改善了制造行业的生产效率,为我们日常生活工作带来很多便利。在今后的日子里,带传动一定会发挥更大的作用,为人们带来更多更大的便利。

直流电动钻机与交流变频电动钻机技术对比

直流电动钻机与交流变频电动钻机技术对比

- 99 -

第4期

直流电动钻机与交流变频电动钻机技术对比

国伟

(胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司, 山东 东营 257200)

[摘 要] 文章对直流SCR传动系统与交流变频电动钻机系统的性能特点进行了分析比较,并以ZJ70DB型交流变频电动钻机及配置完全相同的ZJ70D型直流钻机为例,进行了两种系统的经济性的对比,结果表明,交流变频电动钻机技术无论在技术性能方面还是在采购成本和运行维护方面都具有更大的优势。[关键词] 直流电动钻机电机;交流变频电动钻机;技术对比

作者简介:国伟(1986—),男,山东泰安人,本科,工程师。

研究方向为电气工程及其自动化。

1 直流电机与交流变频电机的技术特性1.1

直流电机的理论特性

因此,直流电动机机械特性为: (5)式中:n -电动机转速,r/min ;E -反电动势,V/(rad/s);C e -正常电势,V/(rad/s);ф -磁通,mWb ;M -电机转矩,N•m ;Cm -电机转矩常数,N•m ;I -电枢电流,mA ;U -电枢电压,mV ;R -电枢电阻,Ω;n 0 -空载转速理想值,r/min ;△n -转速降落,r/min 。

变电压调速过程中励磁电流保持不变,即电流额定值下I e 为常数,所以电机输出转矩T=Cm ΦI e 为常数,在这种恒转矩调速模式下,电机输出功率与输出转速正向变动,低转速时电机功率无法正常发挥。可见,直流电机机械性能良好,调速范围广泛且精度高,制动性能优越,在交流变频电机广泛应用之前,直流调速系统具有显著优势。

1.2 交流变频电机的机械特性

电力传动技术的类型及应用

电力传动技术的类型及应用

电力传动技术的类型及应用

电力传动技术主要可以分为三类:电磁滑动式、直流电动机式和交流电动机式。

1. 电磁滑动式:这种技术是在异步电动机中安装一电磁滑差离合器,通过改变其励磁电流来调速。这种技术属于一种较为落后的调速方式,其特点在于结构简单、成本低、操作维护方便。然而,它的滑动最大,效率低,发热严重,不适合长期负载运转,因此一般只用于小功率传动。

2. 直流电动机式:这种技术通过改变磁通或改变电枢电压实现调速。其特点是调速范围大,精度也较高。然而,这种技术的设备复杂,成本高,维护困难,一般用于中等功率范围(几十至几百千瓦),现已逐步被交流电动机式替代。

3. 交流电动机式:这种技术通过变极、调压和变频进行调速。实际应用最多者为变频调速,即采用一变幅器获得变幅电源,然后驱动电动机变速。其特点是调速性能好、范围大、效率较高,可自动控制,体积小,适用功率范围宽。机械特性在降速段位恒转矩,低速时效率低且运转不够平稳,价格较高,维修需专业人员。

此外,还有一些特殊电机,与常见的交直流电机结构不同。采用直流电机进行转矩、转速的调节和控制的传动称为直流传动;采用交流电机进行转矩、

转速的调节和控制的传动称为交流传动;采用特殊电机的传动,称之为特殊电机的电力传动。

以上内容仅供参考,建议查阅电力传动技术相关书籍或咨询专业人士了解更多有关电力传动技术的类型及应用的信息。

交直流调速系统比较

交直流调速系统比较

论交流调速与直流调速

丁山传(s2*******)

研电子1班

本文主要阐述了当今正在使用和不断发展的直流调速系统和交流调速系统,并具体分析了调速系统发展和现状,并对他们的调速方式进行了简单说明,最后对直流调速系统与交流调速系统的一些性能进行了对比。

关键词直流调速交流调速

直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生与19世纪,距今已有100多年的历史,并已成为动力机械的主要驱动装置。但是,由于技术上的原因,在很长一段时期内,占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机(包括异步电动机和同步电动机),而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的直流电动机。这一格局应用至今并将持续一段时间。

第一章直流调速系统

第一节直流调速系统的现状和发展

直流电动机是最早出现的电动机,也是最早能实现调速的电动机。长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高的效率,优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战,但到目前为止,它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。

五十多年来,直流电气传动经历了重大的变革。首先,实现了整流器件的更新换代,从50年代的使用已久的直流发电机—电动机组(简称G.M系统)及水银整流装置,到60年代的晶闸管—电动机调速系统(简称V-M系统),使得变流技术产生了根本的变革。再到脉宽调制(PWM)变换器的产生,不仅在经济性和可靠性上有所提高,而且在技术性能上也显示了很大的优越性,使电气传动完成了一次大的飞跃。另外,集成运算放大器和众多的电子模块的出现,不断促进了控制系统结构的变化。随着计算机技术和通信技术的发展,数字信号处理器DSP应用于控制系统,控制电路已实现高集成化,小型化,高可靠性及低成本。以上技术的应用,使系统的性能指标大幅度提高,应用范围不断扩大。由于系统的调速精度高,调速范围广,所以,在对调速性能要求较高的场合,一般都采用直流电气传动。技术迅速发展,走向成熟化、完善化、系统化、标准化,在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一

传动技术发展及应用

传动技术发展及应用
除变频调速外,调速和控 制性能均不好,起初仅应 用于控 制要求较低的场合,系统工作量不大,交流电机
价格低廉,变频控制装置价格 昂贵。2 0世纪 8 0年代初 开始使用,因其控制性能不好,在许多领域未能得到广
收 稿 日 :2 0 — 1 2 期 0 6 1 —2
( )中小功率 ( 0 k 1 3 0 W)以下的传动系统:如采用 I T功率 元器件的脉冲宽度变频 装置,其成本 比直流 GB 装置稍贵,但交流电机 比直流电机便宜。 ( )中功率 ( 0  ̄ 0 0 W)传动系统:交流装置 2 2020k 比直 流装置贵很多,在这个功率范围内,采用直流系统 的较多。但是 由于变频 的节电功能,2 0 1 0 k 的新 0 ~ 0 0W 建 的传动系统 中,也可考虑采用交流传动系统 。
1 0 97 97 -1 5 1 8 -1 90 1 9 2 00 95 9 93 0 2 6 00
图 2 交直流传动系统应用 比较
使用以来,体现了优 良的调速性能 、较高的动态特性满
足 现 场工 艺 要 求 。
2装置成本比较
具体表现在如下 3个方面:
12交流系统特点及应用 .
图 1 过程控制计算机
较广、维护工作量大,直流 电机造价高 。由该系统的特
点决定,其在机床 、轧钢 、电机车牵 引、造纸和纺织等
行 业均 得 到广 泛应 用 。 应用 实例 :安钢 第 一轧 钢 厂 2 0 组轧 机 主传 动系 6 机

直流电机与交流电机的区别

直流电机与交流电机的区别

直流电机与交流电机的区别

直流电机(DC电机)和交流电机(AC电机)是两种不同类型的电动机,它们在工作原理、结构和应用方面存在一些显著的区别。

1. 电源类型:

-直流电机:直流电机需要直流电源,这意味着电流的方向在时间上是恒定的。

-交流电机:交流电机需要交流电源,电流的方向会随着时间而变化。

2. 结构和工作原理:

-直流电机:直流电机包括永磁直流电机和电刷直流电机。它们的基本工作原理是基于洛伦兹力的作用,通过电流在磁场中的作用来产生转矩。

-交流电机:交流电机包括异步电机(感应电机)和同步电机。异步电机的转子和定子之间通过电磁感应的原理工作,而同步电机的转子与旋转磁场同步运动。

3. 转矩特性:

-直流电机:直流电机的转矩与电流成正比,即通过调节电流可以调节电机的转矩。

-交流电机:交流电机的转矩与电流和功率因数之间的关系更为复杂,通常需要考虑电机的功率因数。

4. 控制和调速性能:

-直流电机:直流电机的转速可以通过调节电压或电流来实现精确的调速。

-交流电机:交流电机的调速通常需要使用特殊的控制器,如变频器,来改变供电频率或电压。

5. 维护要求:

-直流电机:相对而言,直流电机通常维护较为简单,因为它们的结构相对简单。

-交流电机:交流电机的维护可能更为复杂,尤其是对于需要定期检查和维护的部分,如异步电机的刷子。

6. 应用领域:

-直流电机:常用于需要精密控制和可调速性能的应用,例如电动工具、小型家用电器等。

-交流电机:广泛用于工业和商业应用,例如空调、泵、风扇、电动汽车等。

总体而言,选择直流电机还是交流电机取决于具体的应用需求、性能要求以及经济考虑。

交流传动与直流传动优劣的比较

交流传动与直流传动优劣的比较

交流传动与直流传动优劣的比较

一、交流传动背景介绍

1、发展历程

电力传动诞生于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。

执行机构由直流电动机驱动,则称为直流电气传动系统,执行机构由交流电动机驱动,则称为交流电气传动系统。

20世纪30年代,人们已经认识到变频调速是交流电动机一种最理想的调速方法;60年代,随着电力电子技术的发展和变频调速装置的研制成功,交流调速技术成为电动机调速的发展方向;70年代中期,在世界范围内出现能源危机,节约能源成为人们关注的问题;许多过去不调速的传动装置,如风机、水泵等,也都采用了调速传动;90年代以来,随着大功率电力电子器件和微电子技术的飞速发展,以及现代控制理论和控制技术的应用,交流传动调速技术取得了突破性的进展,逐步具备了调速范围宽、稳速精度高、动态响应快以及可作四象限运行等优良的技术性能。目前,交流传动已经作为一种完全被肯定的系统,大举进入电气传动调速控制的各个领域。

2、交流传动电力机车发展综述

随着科技的进步,电力机车的发展方向逐渐成为以安全性、实用性、可靠性、灵活性、舒适性越高越好;费用越低越好的发展目标。但是,不可避免的,存在着地域规范、供电制式、空间、体积、重量、技术水平、工艺水平等限制。随着电力电子技术、微电子技术、新材料、新工艺等的出现与发展,行业从业者们满足运输的需求,充分利用新技术,利用新材料,采用新工艺从而实现新一代电力机车的发展。

3、交流传动电力机车的组成

辅助变频器

主变频器及电机驱动模

动力制动模

通讯模块

空气系统模块

交流传动与交直传动电力机车的技术经济性对比

交流传动与交直传动电力机车的技术经济性对比
收稿日期: 5;;;K88K86
58 世纪初铁路科技发展的主攻方向之一。本文就 E9 型
交流传动机车和交直传动机车的技术和经济性做一定量 对比分析, 以为铁路用户在选择新技术、 新产品时提供技 术和经济依据。 为便于分析, 需从韶山系列电力机车中选取一种最新 提速客运机型作为比较对象。目前, 承担干线 86; B0 D $ 以上客运提速的机型仅有 5 种, 一种是 GG< 型四轴机车, 另一种是其派生型 GG= 型六轴机车。除 GG= 型机车采用 两车的其余总 H; 转向架和持续功率增大为 6 <;; BC 外, 体参数基本相同。 由于 E9 型交流传动机车持续功率也为 与 GG= 型机车性能有相似性, 故本 文 选 择 GG= 6 <;; BC, 型机车作为对比机型。
巡航定速控制
5 3"" "13! "13# !3$ #$* ** **9#$"
5 3""6 轮周 7 "13$ "1*** !$5 !"$ 35 359!#"
6 单机 #$" %& ’ (7
速度控制方式 稳速精度 ’
纯空气紧急制动距离 ’ &
%&・ (.#
.#92
D#
注: ( 表中牵引计算数据分别对应于 #3 ’ !" 节编组; #) 牵引计算依据来自各自的环行线型式试验数据: ( !)

电力传动技术

电力传动技术

电力传动技术

电力传动技术是一种将电能转化为机械能的技术,广泛应用于各种机

械设备中。它的主要优点是高效率、可靠性高、使用寿命长等,因此

被广泛应用于工业生产和家庭生活中。

电力传动技术可以分为直流电传动和交流电传动两种类型。直流电传

动具有简单可靠、速度调节范围大等优点,但是其成本较高;而交流

电传动则具有成本低廉、维护简单等优点,但速度调节范围相对较小。

在实际应用中,还存在着许多不同类型的电力传动技术。例如:液压

传动、气压传动、步进电机驱动等。其中液压传动具有输出力矩大、

速度调节范围广等特点;气压传动则具有响应速度快、噪音小等特点;步进电机驱动则可以实现精确位置控制。

除了以上提到的几种类型外,还存在着其他一些新型的电力传动技术。例如:无刷直流电机驱动技术、磁悬浮轴承驱动技术等。这些新型技

术具有更高的效率、更低的噪音、更长的使用寿命等优点,因此在未

来将会得到更广泛的应用。

总之,电力传动技术是现代工业生产和家庭生活中不可或缺的一部分。

随着科技的发展和创新,电力传动技术也将不断地进步和完善,为人们带来更加便捷、高效、环保的生活方式。

现代轨道交通牵引传动与控制技术

现代轨道交通牵引传动与控制技术

一、优越性
3.粘着性能好
(3)可实现各轴单独控制。当某台电机发生空转时,可调节该台电机,这样能充分利用机 车的粘着性能。在交直传动系统中,当某轴空转时,需要使其他所有轴的电机卸载,这样就大 大降低了机车的牵引能力。
由于上述特性和良好的控制功能,交流传动系统的粘着系数可以利用得很高。1992年,美 国铁路协会(AAR)在向四家机车制造厂提出的26台交流传动机车投标建议书中提出的粘着指 标是:起动粘着系数为45%,全天候牵引粘着系数为32%。如此高的粘着系数,正是得益于交 流机传动机车良好的粘着控制性能,这对于交直流传动系统是不可能达到的。
1
牵引/制动特性
轨道运输装备的牵引/制动特性是其最基本、最重要的性能,是运 输装备设计首要考虑的重要因素之一。它包括运输装备的持续运行速 度、最高运行速度、牵引/制动力特性以及装备的加速性能。
在轨道运输装备减速制动时通常优先采用再生制动,将电机产生 的电能通过变流装置回馈给电网达到绿色环保、节能的目的。
在各种千差万别的轮轨粘着条件下,怎样使运输装备输出的牵引力尽量 逼近当前轮轨粘着条件所容许的最大牵引力是粘着利用控制的主要任务。 在理论研究与工程应用中,我国采取了独创的、先进的自适应粘着控制策略, 采用线性系统理论,通过对牵引力的测量与计算,间接地获取粘着特性曲线 斜率,实现了最佳粘者利用。
1
弓网关系
图4-2 交流传动系统的主电路原理图
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《电力牵引交流传动及其控制系统》报告——交流传动与直流传动优劣的比较

1.电力传动的发展

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。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。

1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现,使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机),很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展,20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机),即所谓的交流传动,又很自然地取代了交-直传动。

与直流传动机车相比,交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点,是目前我国铁路发展的必然趋势。

2.交流传动与直流传动的比较

2.1 机车工作原理的比较

2.1.1 直流传动电力机车工作原理

直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电力机车。

直直型电力机车是由直流电源供电,直流串励牵引电机驱动,通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻(调压)方式进行调速和控制的机车。一般工矿用4轴电力机车串并联切换加凸轮变阻的电传动装置工作过程为:机车由受电弓从接触网取得直流电,经断路器QF,启动电阻R,向4台直流牵引电动机M1-M4供电,牵引电流经钢轨流回变电所。随着4台牵引电动机接通电源即行旋转,电能转变为机械能,分别通过各自的齿轮传动装置,驱动机车动轮实现牵引运行。

交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的单相工频交流电,经机车内部的牵引变压器降压,再经整流装置将交流转换为直流,然后向直流(脉流)牵引电动机供电,从而产生牵引力牵引列车运行。如图所示。

2.1.2 交流传动电力机车工作原理

交(直)交型电力机车是指由各种变流器供电的交流异步或同步电动机作为传动电机的电力机车或电动车组。

根据变流器是否带中间回路,分为交直交变流器和交交变流器两类。根据中间回路选择元件的不同,又分为电压型系统、电流型系统两种基本结构。因此电力牵引领域的交流传动机车基本上有两类:电流型变流器供电的同步或笼型异步电动机机车和电压型变流器供电的笼型异步电动机机车。电压型变流器供电的笼型异步电动机系统原理。来自接触网的单相交流电经受电弓引入机车变压器,在牵引变压器中变换成所需的合适电压后送人电源侧变流器,将单相交流电转换为直流电,提供给中间回路经平滑功率脉动,送入电动机侧的变流器,将直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电供给三相异步牵引电动机,实现牵引运行。在这个系统中,机车先将电网的交流能量转换为直流能量,然后进一步转换成电压和频率可调的交流能量。

由于电压型变流器供电的笼型异步电动机机车的转矩脉动以及对电网的反作用小,适合于较大功率的机车,因此干线交流传动电力机车绝大部分都采用这种系统。

直流传动机车,无论是直直型还是交直型,共同点是采用直(脉)流牵引电动机,都可通过控制励磁电流使牵引电机具有所要求的软特性和良好的防空转性能,脉流牵引电动机虽然在结构上与直流电机有所不同,但其工作原理基本上与直流电机相同,直流电动机结构上的缺点是存在电刷和换向器,无法改变电机存在的火花和环火的致命缺

陷,从而限制了直流电动机的功率和容量,不能很好地满足铁路高速重载的发展要求,继而限制了直流传动机车的发展,因此在机车上采用无整流子的交流电动机成为趋势。

2.2 交流传动与交直流传动机车主电路的比较

交流传动机车与交直流传动机车都是将接触网供给的单相工频交流电,经受电弓进入机车内部的牵引变压器降压,再经整流装置将单相交流电转换为直流电。所不同的是,交直传动机车会将转换来的直流电通过滤波电抗器、电磁绕组进行滤波,然后向直流(脉流)牵引电动机供电,从而产生牵引力牵引列车运行。而交流传动机车会将转换来的直流电通过逆变器再逆变成三相交流电,向三相异步牵引电动机供电。

交流传动与直流传动机车主电路的区别在于两者变流装置的不同,从而造成的能量传递形式的不同。而交流传动机车与直流传动机车本质上的不同是,这两者所采用的牵引电机不同。交直与交流传动机车主电

路比较如

图所示。

3. 电力电子在交流传动机车上的应用

在交流传动技术的发展过程中,电力电子器件的发展是这一技术进步的物质基础。第一代机车采用快速晶闸管,变流机组复杂、效率较低、可靠性和可维修性等均不理想。随着大功率GTO器件的诞生, 上世纪80 年代中后期被迅速应用于大功率交流传动机车动车, 技术性能又有新的提高。进入上世纪90年代,中高压IGBT相继问世,器件品质进一步提高,变流机组又开始更新换代。

与此同时, 控制策略的发展是交流传动技术进步的理论基础。先后研究、应用了晶闸管移相整流控制、PWM控制、四象限脉冲整流控制、磁场定向控制、直接转矩控制等方法。

微电子、信息技术等为交流传动技术进步提供了现代控制手段。从过去复杂的模拟--数字电路实现简单的控制功能,进人现代网络化控制、小型化及模块化结构。微计算机和微处理器品质不断提升,由8位进步到32位、64位,由定点运算进步到浮点运算,处理能力大幅提升,构筑了以高速数字信号处理器为核心的实时控制器。

由此可见,电力电子技术这门综合学科对牵引动力交流传动系统的发展产生了强大的推动力。

4.总结

通过机车交流传动与直流传动的分析比较,我们不难看出交流传动机车明显的发展优势。交流传动机车所以成为现代机车发展的方向,正是由异步电动机的特点和优点所决定的。和传统的串激直流电动机驱动系统相比,交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝

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