电力牵引交流传动控制4(暂态数学模型)

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交流牵引供电系统仿真模型及动态潮流计算

沟通牵引供电系统仿真模型及动态潮流计算概述沟通牵引供电系统是铁路运输中的重要组成部分，其安全稳定运行对于保障列车运行及旅客乘车安全具有重要意义。

为了探究沟通牵引供电系统的运行规律，在实际运行之前进行仿真模型及动态潮流计算是极其必要的。

本文将介绍沟通牵引供电系统仿真模型的构建方法及动态潮流计算的原理与步骤。

一、沟通牵引供电系统仿真模型的构建方法沟通牵引供电系统仿真模型的构建是通过建立线路电气模型、牵引变电所模型和牵引车模型等几部分来实现的。

1. 线路电气模型沟通牵引供电系统的线路电气模型是以传输线理论为基础建立起来的，该模型主要包括线路电阻、电感和电容等参数。

在模型的构建过程中需要思量线路上的支路、负荷和短路等复杂状况，并通过实测数据进行参数校准，以保证模型的准确性和可靠性。

2. 牵引变电所模型牵引变电所是沟通牵引供电系统的核心组成部分，其作用是将接入的电网沟通电转换为适合牵引车使用的沟通电。

其模型主要包括主变压器、整流器、升压变压器和滤波电容等部分，模型的构建需要思量变压器的参数、整流器的调制方式和滤波器的频率特性等因素。

3. 牵引车模型牵引车是沟通牵引供电系统的负载设备，其模型的构建需要思量车辆的电气参数和电阻负载等因素。

通过建立牵引车的仿真模型，可以将牵引车与供电系统相耦合，实现系统动态潮流计算。

二、动态潮流计算的原理与步骤动态潮流计算是通过对沟通牵引供电系统进行动态模拟，猜测系统在运行过程中的电流、电压和功率等参数变化状况。

其原理基于电力系统的潮流计算方法，通过迭代求解节点电流和电压，得到系统的动态响应。

动态潮流计算的步骤如下：1. 制定仿真计算的时间段及步长，选择恰当的仿真时间段和步长对系统进行仿真计算。

2. 初始化系统参数，包括节点电压、牵引车负载和电网输入等参数，为仿真计算做好筹办。

3. 进行节点电流和电压的迭代计算，依据电力系统的潮流计算方法，通过迭代计算求解节点电流和电压。

4. 分析节点电流和电压的变化趋势，得到系统在仿真时间段内的动态响应。

第3章电力牵引交流传动与控制ppt课件

定子铁心及冲片示意图
（a）铜排转子
（b）铸铝转子
笼形式转子绕组
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
定子三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每相绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，一般首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如图所示。三相绕组可接成星形或三角形。
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
三相笼型异步电动机结构图
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
功率场效应管（Power MOSFET） (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 压控器件，输入阻抗高，开关速度高，损耗小目前水平：200A/1000V
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
日本 1975 直流 80%，交流 20% 1985 直流 20%，交流 80%

电力系统暂态稳定性分析的数学模型及其求解方法

电力系统暂态稳定性分析的数学模型及其求解方法电力系统暂态稳定性是电力系统运行中一个重要的问题，它涉及到了电力系统的可靠性和安全性。

在电力系统中，由于各种原因（如电力故障、突发负荷变化等），系统会发生暂态扰动，这会对系统的稳定性产生影响。

因此，对电力系统的暂态稳定性进行分析和求解具有重要的实际意义。

一、电力系统暂态稳定性的数学模型电力系统暂态稳定性的数学模型是对电力系统进行描述和分析的基础。

其核心是用一组偏微分方程描述电力系统的动态行为。

通常，电力系统暂态稳定性的数学模型可以分为两个方面，即电力系统的动态方程和控制方程。

1. 电力系统的动态方程电力系统的动态方程描述了电力系统各个元件（包括发电机、负荷等）的动态行为。

其中，最重要的是发电机的动态方程，其模型可以采用不同的形式，如压敏调压器模型、电压控制器模型等。

此外，还需要考虑负荷、传输线和变压器的动态方程等。

2. 电力系统的控制方程电力系统的控制方程是为了描述系统中各种控制装置的动态行为。

常见的控制方程包括励磁控制方程、电压和功率控制方程等。

这些方程描述了控制装置对电力系统的调控作用，能够稳定系统的运行。

二、电力系统暂态稳定性的求解方法为了求解电力系统的暂态稳定性问题，需要采用一些数值计算方法。

以下介绍几种常用的求解方法。

1. 时域法时域法是一种基于系统动态方程的求解方法。

它通过数值积分的方式，迭代求解系统的动态响应。

这种方法适用于电力系统的小扰动和中等扰动情况，可以得到系统的暂态过程。

2. 频域法频域法是一种基于系统频域响应的求解方法。

它可以通过系统的频率响应特性来分析系统的暂态稳定性。

常见的频域法有等效系统法、阻抗法等。

这些方法适用于长时间尺度上的电力系统分析。

3. 优化算法优化算法是一种基于优化理论的求解方法。

它通过优化问题的数学模型，寻找系统的最优运行条件，以提高电力系统的暂态稳定性。

常见的优化算法有遗传算法、粒子群算法等。

4. 强化学习算法强化学习算法是一种基于智能系统的求解方法。

电力牵引交流传动与控制

第三章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
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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

列车电力传动与控制第4章牵引变流器电路

牵引变流器
中工作。作为电力牵引用的变流器，相应地能够实现牵引、
制动状态下前进、后退四种工况。
电力机车/EMU交-直-交流传动系统，网侧采用四象限脉冲整流器，构成交-直部分。负载侧采用三相逆变器，形成
直-交部分。中间环节为支撑电容和二次波滤波环节。
四象限脉冲整流器的突出优点是网侧功率因数高，可达到1，等效谐波干扰电流小。两点式脉冲整流器主电路元件可用两个理想开关 SA、SB 等效，其开关函数可表示为
波分量，改善转矩脉动状况并减少损耗。起动完成后，通过
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牵引变流器
接触器把它短接。
当列车进行再生制动时，整个系统的工作原理及方式没
有发生什么变化，主电路结构也不发生任何变化。为了使牵引电动机能够进入发电机状态，控制系统应使异步牵引电动
机工作在负的转差频率下。
在交流传动电力机车发展的初期，为保证电气制动的可靠性和安全性，还装有制动电阻和转换开关。如果电网不能接受再生能量或网侧整流器发生故障，应立即在无电流状态下接入制动电阻。
可以调节从电网输入的电流相位，使所取电流波形接近正弦
波形，并能在广泛的负载范围内，使列车的功率因数接近于或达到1，电网只提供有功电能，对减小通讯信号的谐波干
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C2
Cd
L2

A

B C

图4–1 两点式变流器电路原理图
牵引变流器
扰和充分利用电网的传输功率方面都具有很重要的意义。另外，四象限变流器能很方便地实现牵引和再生制动之间的能量转换，能取得显著的节能效果。四象限脉冲整流器将来自牵引绕组的单相交流电压变换

电力系统暂态分析

电力系统暂态分析概述电力系统暂态分析是电力系统工程中的重要环节，它主要研究电力系统在暂态过程中的运行状态和稳定性。

暂态过程是指系统发生突发故障后，从故障发生到系统恢复正常运行的过程。

电力系统暂态分析的目的是评估系统在故障情况下的电压、电流和功率等参数的变化，以便采取相应的措施来保障系统的安全运行。

暂态分析的方法暂态分析的方法主要有以下几种：1. 数值计算法数值计算法是一种较为常用的暂态分析方法。

它通过建立电力系统的数学模型，采用数值计算的技术来模拟系统在暂态过程中的行为。

数值计算法可以分为直接法和迭代法两种。

直接法是指直接求解系统方程组，得到系统在每个时刻的状态；迭代法是指通过多次迭代求解，逐步逼近真实解。

数值计算法的优点是适用范围广，可以模拟各种不同类型的暂态过程，但计算量大，耗时较长。

2. 等效方法等效方法是一种简化计算的暂态分析方法。

它通过将电力系统中的各个元件等效为简化的模型，来简化暂态分析的计算过程。

等效方法主要包括等值电路法和等值参数法。

等值电路法是指将电力系统中的元件用等效电路来代替，以简化计算；等值参数法是指将电力系统中的元件用等效参数来代替，以简化计算。

等效方法的优点是计算速度快，但往往精度较低。

3. 软件仿真法软件仿真法是一种基于计算机软件的暂态分析方法。

它利用计算机软件来构建电力系统的模型，并通过仿真计算得到系统在暂态过程中的行为。

常用的电力系统暂态分析软件有PSS/E、EMTP等。

软件仿真法的优点是模型灵活性高，能够模拟复杂的暂态过程，但需要具备一定的计算机编程和模拟仿真的技术。

暂态分析的应用暂态分析在电力系统工程中有广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 故障分析暂态分析可以用于故障分析，即在系统发生故障后，分析故障对系统的影响。

通过暂态分析，可以评估故障引起的电压暂降、电压暂升和电流过载等情况，以及评估故障后的系统稳定性和可靠性。

2. 保护设备设计暂态分析可以用于保护设备的设计。

电力牵引与传动控制课程设计报告

电力牵引与传动控制课程设计姓名：xxxxx学号：xxxxxx班级：xxxxxx电力牵引与传动控制课程设计摘要：本文介绍了CRH2和谐号动车组的主要电气参数，分析并讨论了CRH2和谐号动车组主电路原理图及其保护电路的设计原理、控制策略，并对主电路器件进行了简单的计算选型。

Abstract: This paper introduces the China Railways CRH2’s main electrical parameters, analyzed and discussed the main circuit schematic of CRH2 and its protection circuit design, control strategy, and the main circuit elements are simplely calculated for selection.目录一设计任务、指标内容及要求 (3)二CRH2型动车组主要技术参数 (4)2.1CRH2型动车组简介 (4)2.2CRH2系列主要参数（节选） (4)三主电路原理图分析及设计 (6)3.1电网电压制式 (6)3.2牵引传动系统主要参数 (6)3.3主电路分析与器件选型 (6)3.4控制策略 (8)四主电路保护电路设计 (9)一、设计任务、指标内容及要求(1)自行选取一种既有电力机车（如SS4、SS9）或电动车组（如CRH2系列），根据其主要指标和主电路原理图，设计主变流器；(2)器件可以选取SCR或IGBT，对所选器件进行计算验证；(3)当所选取的器件不能满足设计要求时，器件串并联应该进行均压均流设计；(4)完成器件阻容保护电路设计；(5)对整个系统进行过流、过压、欠压等保护电路设计；(6)对设计电路进行仿真。

二、CRH2型动车组主要技术参数2.1CRH2型动车组简介CRH2型是以日本新干线的E2系1000番台为基础，也是继台湾高铁的700T 型后，第二款自日本出口的新干线列车。

电力机车交流牵引电机—异步电动机的基本结构、工作原理

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定子 | 定子绕组
（a）Y形接法
（b）△形接法
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定子 | 机座
固定和支撑定子铁心。
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转子 | 转子铁心
由外周有槽的硅钢片叠成。
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转子 | 转子绕组
构成电路部分，有笼型和绕线型两种绕组型式。
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转子 | 转轴
支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。。
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结构 | 其他
气隙：异步电机的气隙很小，中小型电机一般为 0.2～2 mm。
端盖：安装在机座的两端，一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里正常运转。端盖除了起支撑作用外，还起着保
13 护定子、转子绕组的作用。
结构 | 其他
轴承：连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承以减少摩擦。
风扇：冷却电机。
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三相异步电动机结构
1
引言
2
引言
主断路器
受电弓
预充电单元
脉冲整流器
牵引逆变器
直流侧回路
牵
引变
M
压
牵引电机
器
齿轮
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变速箱车轮
车轮
电力牵引交流传动系统结构框图
3
结构
4
结构
5
定子 | 定子铁心
由内周有槽的硅钢片叠成。
6
定子 | 定子绕组
构成电路部分，用来感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。

电力系统暂态分析方法

电力系统暂态分析方法电力系统暂态分析方法1 引言电力系统暂态稳定性是指系统受到较大的扰动之后各发电机能否继续保持同步运行的能力。

由大扰动引起的电力系统暂态过程，是一个电磁暂态过程和发电机转子机械运动暂态过程交织的复杂过程，在稳定性分析时通常采用如下简化：①忽略发电机定子绕组和电力网中电磁暂态过程的影响，只考虑交流系统中基波分量和发电机转子绕组中非周期分量的变化。

这样，交流电力网中各元件的数学模型将可以简单地用它们的基波等值阻抗电路来描述。

②在不对称故障或非全相运行期间，略去发电机定子回路基波负序分量电压、电流对电磁转矩的影响。

③忽略发电机的附加损耗。

④不考虑频率变化对系统参数的影响。

转载于无忧论文网/doc/057442474.html,目前暂态稳定分析的基本方法可以分为两类：一类是数值解法，在列出描述系统暂态过程的微分方程和代数方程组后，应用各种数值积分方法进行求解，然后根据发电机转子间相对角度的变化情况来判断稳定性。

另一类是直接解法，其中有些方法是对李雅普诺夫直接法进行近似处理后发展而成的实用方法有的则是将简单系统中稳定判别方法推广应用与多机电力系统。

2 数值解法在忽略发电机定子绕组和电网中电磁暂态过程影响的情况下，列出描述全系统暂态过程的微分方程和代数方程组。

其一般形式为：px = f(x，y) (1)g(x，y)=0 (2)微分方程(1)包括：①描述各发电机暂态和次暂态电势变化的微分方程。

②各发电机的转子运动方程。

③描述各发电机励磁系统暂态过程的微分方程。

④描述各原动机及调速系统暂态过程的微分方程。

⑤负荷中感应电动机的暂态过程方程式。

代数方程(2)包括：①网络方程式，用以描述在同步旋转坐标参考轴下，各节点电压、电流之间的关系。

②各发电机定子绕组电压平衡方程式。

③对于静态模拟负荷，其功率与节点电压之间的关系；对综合负荷中的感应电动机，计算电磁转矩，机械转矩，等值阻抗或定子电流的方程式。

在列出上述微分方程和代数方程组后，应用各种数值积分方法进行求解。

《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

《电力机车控制》教学课件—04交流传动技术

异步牵引电动机的牵引性能主要取决于逆变器的控制。提高逆变器的开关频率，采用磁场定向控制和直接转矩控制等高动态性能控制技术，有利于提高异步电动机的牵引性能。牵引逆变器一般采用电压型，按照输出特性，分为六阶波形和PWM型。PWM型按输出电平数目的不同分为两电平(两点式）和三电平（三点式）两种。以目前普遍使用的两电平式电路为例进行分析。
2 牵引变流器组成 2．直流中间环节
中间环节（DC-Link）为支撑电容和二次滤波环节，根据直流中间环节的不同牵引变流器可分为电压型和电流型两种。电压型变流器储能元件采用电容，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。电流型变流器储能元件采用电感，向逆变器输出的是恒定的直流电流，相当于电流源。电压型变流器转矩脉动小，对电网的反作用力也小，适合于大功率的干线机车。电流型变流器可以为同步电动机供电或在一些城市轨道交通运输中使用。
3 三相逆变电路
3 三相逆变电路
三相逆变电路采用PWM控制技术，电路中VT1～VT6各元件每隔 60°轮换导通。其导通顺序为：VT1、VT2、VT3→VT2、VT3、 VT4→VT3、VT4、VT5→VT4、VT5、VT6→VT5、VT6、 VT1→VT6、VT1、VT2。在每一时刻都有三个开关元件同时导通。
交流机车控制策略
一、机车牵引控制特性牵引运行三个区域：
二、不同控制方式下的牵引特性 1. CRH5型动车组
二、不同控制方式下的牵引特性 2. CRH2、CRH3、CRH5型动车组
二、不同控制方式下的牵引特性 3. HXD1、HXD2型电力机车
二、不同控制方式下的牵引特性 4. HXD3型电力机车
上图为两电平电压型四象限脉冲整流器构成原理图，其中，RF为主变压牵引绕组电阻，LF为主变压器牵引绕组漏电抗，Cd为支撑电容，L2、C2为谐振电感和电容。

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。

电力系统各元件的特性和数学模型

E q
Ixd cos
P ，Q
Eq sin
Q
Ixd
Ixd cos
U
I
Ixd
sin
Eq
cos
U
I I
cos sin
Eq sin
xd
Eq cos
xd
U
P
UI
cos
由此，
Q UI sin
EqU sin
xd
EqU cos
xd
U 2
EqU cos
xd
U2
xd
(2-2)
(2-3)
按每相的绕组数目
双绕组：每相有两个绕组，联络两个电压等级
三绕组：每相有三个绕组，联络三个电压等级，三个绕组的容量可能不同，以最大的一个绕组的容量为变压器的额定容量。
类别普通变自耦变
高 100% 100% 100% 100%
中 100% 50% 100% 100%
低 100% 100% 50% 50%
1.3 凸极机的稳态相量图和数学模型
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第一节发电机组的运行特性和数学模型
12
第一节发电机组的运行特性和数学模型
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第一节发电机组的运行特性和数学模型
稳态分析中的发电机模型
发电机简化为一个节点节点的运行参数有：
U U G
节点电压：U U u 节点功率：S~ P jQ
S~ P jQ
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第二节变压器的参数和数学模型
2.1 变压器的分类：有多种分类方法
按用途：升压变、降压变按电压类型：交流变、换流变按三相的磁路系统：
单相变压器、三相变压器按每相绕组的个数：双绕组，三绕组按绕组的联结方式：

基于模型的牵引变流器四象限控制技术的设计

基于模型的牵引变流器四象限控制技术的设计基于模型的牵引变流器四象限控制技术的设计摘要：本文针对牵引变流器的四象限控制技术进行了设计与研究。

首先，介绍了牵引变流器工作原理及其在轨道交通中的应用。

然后，提出了基于模型的四象限控制技术的设计方案，并详细分析了控制策略、系统建模和参数优化等关键问题。

最后，通过实验验证了所设计的四象限控制技术的有效性。

一、引言牵引变流器是轨道交通中不可或缺的装置，用于将电力系统的交流电能转换为电动机所需的直流电能。

目前，基于模型的四象限控制技术已经成为牵引变流器控制的主流方法。

该技术通过建立电力系统和电动机的数学模型，并采用闭环控制策略，实现了牵引变流器在四个象限的精确控制，提高了系统的响应速度和控制精度，优化了系统性能。

二、牵引变流器的工作原理及应用牵引变流器是一种将电力系统的交流电能转换为电动机所需的直流电能的装置。

其工作原理可以简述为：在电力系统输入端，牵引变流器通过整流器将交流电能转换为直流电能；在电动机输出端，牵引变流器通过逆变器将直流电能转换为交流电能，实现电机的驱动。

牵引变流器广泛应用于城市轨道交通，在地铁、有轨电车等交通工具中起到了不可替代的作用。

三、基于模型的四象限控制技术的设计方案基于模型的四象限控制技术是基于电力系统和电动机的数学模型进行设计的。

具体的设计方案如下：1. 建立电力系统模型：根据电力系统的物理特性，建立电力系统的数学模型。

该模型以电力系统中的电流、电压、功率等为输入变量，以电力系统的拓扑结构、电气参数等为参数，描述了电力系统的动态响应和稳态特性。

2. 建立电动机模型：根据电动机的工作原理和控制方法，建立电动机的数学模型。

该模型以电动机的电磁转矩、速度、电流等为输入变量，以电动机的电气参数、机械参数等为参数，描述了电动机的动态响应和静态特性。

3. 设计控制策略：基于建立的电力系统和电动机模型，设计合理的控制策略。

该控制策略通过反馈控制和前馈控制相结合，实现了对牵引变流器输出电流和电压的精确控制。

第02章-电力拖动控制系统的模型

这种结构对于直轴和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轴来说都是对称的，而直轴和交轴又是相互垂直的，所以这两个电路之间没有互感。
交轴
iQ uQ
q轴
iQ uQ
q1
d2
m
iq uq d1
iD
直轴
uD
q2 id
ud
iq uq m
id ud
a)
b)
图2-1 d-q原型电机
iD
d轴
uD
如果采用图2-1b的形式，把转子的换向器绕组用两个等效线圈 d和q 来代替，这两个线圈不同于普通的线圈，
完全一样，转子上装有两个轴线相互正交的线圈α、β，它们通过集电环接到外部电源。由于转子电流是通过集电环引入的，所以当转子旋转时，α、β线圈电流所产生磁动势的轴线将随转子一起旋转。
q轴
iQ uQ
β轴
α轴
u i
m
θ
i u
iD
d轴
uD
图2-3 α-β原型电机
下面推导α-β原型电机的基本方程。
（1）电压平衡方程
成易于求解的形式，然后求解。
这样，分析各种电机时，不再需要从基本电磁定律出发，而可以通过统一的原型电机模型，经过一定的坐标变换，直接建立所研究电机的数学模型。
Kron所提出的原型电机有两种：一种是定、转子绕
组的轴线在空间均为固定不动的d-q原型电机，另一种是转子绕组轴线在空间旋转的α-β原型电机，下面分别
总之，任何电机都可以等效为一台原型电机，在其每个固定的轴上有适当数量的线圈。如果实际电机的线圈固定安放在轴上，则它们正好就是原型电机的相应线圈。如果线圈不固定在轴上，这就需要进行变换，把实际电机的变量变换成为相应的原型电机的等效的轴变量，反过来也是这样。描述电机的任何特定的系统，通称为参考模型，从一个参考模型变换到另一个参考模型，通称为变换。而这种变换实质上是不同坐标系之间的变

电力牵引传动与控制_西南交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

电力牵引传动与控制_西南交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.关于交流异步电机矢量控制描述错误的是参考答案:矢量控制系统实现比较简单2.下列关于两电平牵引逆变器说法错误的是参考答案:两电平逆变器共有7种非零开关状态组合3.异步电机直接转矩控制时，电磁转矩的调节一般选择调节参考答案:负载角4.异步电机控制过程中，当定子磁链矢量发生变化时，转子磁链矢量的变化总是定子磁链矢量的变化？参考答案:滞后5.关于电流滞环跟踪PWM描述错误的是参考答案:当参考电流与实际电流差值的绝对值大于设定环宽时，变流器保持当前状态6.关于CRH2型动车组牵引变流器矢量控制描述错误的是参考答案:动车组采用SPWM调制7.从控制的角度看，下述特点中不是交流异步电动机系统特点的是参考答案:易实现转矩和磁通的解耦控制8.关于空间电压矢量描述正确的是参考答案:空间电压矢量是将逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作9.关于圆形的旋转磁场描述错误的是参考答案:通过线性组合方式计算得到各电压矢量的作用时间后，工程上可以按照任意顺序形成作用序列10.在坐标变换中，下列（）项一般不是需要遵守的变换原则。

参考答案:幅值不变原则11.关于三电平逆变器方波控制说法不正确的是参考答案:当控制角α=30°时，输出电压谐波含量最小12.关于SVPWM描述错误的是参考答案:由于每个小区间作用时间T0越短，旋转磁场越接近圆形，因此T0越小越好13.关于转差频率矢量控制描述不正确的是参考答案:该方法属于磁通反馈控制14.关于三电平逆变器SVPWM调制说法不正确的是参考答案:同一电压矢量可以对应不同的开关状态，越往内层，对应的冗余开关状态越少15.实现交流异步电机磁通和转矩解耦控制的是在（）进行的。

参考答案:两相旋转坐标系16.下列关于三电平牵引逆变器说法错误的是参考答案:三电平牵引逆变器主要采用电容钳位型17.下列哪项不是电流模型计算定子磁链的缺点参考答案:低速时误差增大18.下列哪项不是电压模型计算定子磁链的缺点参考答案:易受电动机转子参数影响19.异步电机控制过程中，若要增大电磁转矩，则施加参考答案:正向工作电压矢量20.下列关于牵引逆变器说法正确的是参考答案:电压源型牵引逆变器一般可分为两电平和三电平两种21.基于定子电压电流和转速的磁链观测模型（u-i-n模型）说法正确的是参考答案:该模型在全速范围内得到较好的观测精度22.基于定子电流和转速的磁链观测模型（i-n模型）说法正确的是（）。

城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计

城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计毕业设计说明书课题名称: 城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计毕业设计任务书一、课题名称:电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除二、指导老师:首珩三、设计内容与要求:1、课题概述:随着电力电子技术的发展, 电力牵引交流传动系统逐步替代了早期的直流牵引传动系统, 在轨道交通领域得到了广泛应用, 成为铁路实现高速和重载运输的唯一选择和主要发展方向。

而交流传动控制系统是交传机车和电动车组的核心部件, 是列车运行的神经中枢系统。

分析该系统的工作原理, 掌握常见故障的处理方法有着非常重要的现实意义。

本课题主要分析电力牵引交流传动控制系统的组成结构及各组成部件的主要功能原理, 以及常见的交流传动控制技术; 分析系统常见的故障现象及应急处理方法。

2、设计内容与要求:( 1) 设计内容本课题下设3个子课题:①CRH动车组交流传动控制系统的分析及故障排除②HXD交传机车传动控制系统的分析及故障排除③城轨车辆交流传动控制系统的分析及故障排除每个子课题设计的主要内容可包括:a.电力牵引交流传动控制系统的发展历史及现状分析b.电力牵引交流传动控制系统的组成结构分析c.电力牵引交流传动控制系统主要组成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.电力牵引交流传动控制系统的常见故障排除f.结论( 2) 要求a.经过检索文献或其它方式, 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》、《CRH动车组》《HXD型电力机车》等基础和专业课程的知识来分析电力机车交流传动控制系统。

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、《电力牵引交流传动与控制》3、《CRH2动车组》、《CRH3动车组》4、《HXD1型电力机车》5、《HXD2型电力机车》6、《HXD3型电力机车》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。

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基于DSP的司机室显示终端
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电源接口 MVB网络 CAN网络预留接口USB从 USB主以太网接口
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Transformer （实验室）
基于FPGA的MVB网卡
Main rectifier 轴重25t时760kN
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（LCM）国际上异步交流牵引电机单台最大功率1840kW（德国12X型机车）,采用1200kW～1600kW 居多基于FPGA的MVB网卡基于单片机的LCU与基于SoC的LCM 电力牵引、供电实验平台
欢迎相互交流，谢谢！
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电气工程学院 505实验室
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交流电力牵引系统实验

实验二交流电力牵引系统实验一．实验目的1.了解交流传动系统的结构，调速特性及其对电网的影响；2.了解脉冲整流器的原理和控制方法；3.了解交流牵引系统牵引和制动原理和不同的控制方法；4.了解交流传动控制系统的设计方法和实验方法；5.了解交流传动和直流传动的优点。

二．实验内容1.脉冲整流器和逆变器牵引和制动原理验证；2.交流传动系统对电网的谐波和无功污染分析；三．实验原理及线路1．交直交牵引传动系统工作原理交直交牵引传动系统原理图如图2-1所示。

LC图2-1 交直交牵引传动系统原理图从图中可见，交直交牵引传动系统主要由整流器、逆变器和中间直流环节三大部分组成。

整流器为脉冲整流器（也称四象限整流器），作用是将输入的交流电转换为直流，同时通过控制脉冲整流器的输入侧电压，使输入脉冲整流器的电流与电网电压同相位，达到整个系统的功率因数为1的目的，从而使整个交直交牵引控制系统满足电网谐波和功率因数的要求。

中间储能环节为电容储能，为逆变器提供支撑直流电压，此类型的交直交牵引传动系统也叫做电压型交直交牵引传动系统。

逆变器为三相电压型逆变器，采用矢量控制方法，将直流电变换成电压和频率均可调的交流电，为感应电机供电，实现电机的各种工况的运转。

详细工作原理见教材相关章节。

2．实验线路交直交牵引传动系统电气系统原理图如图2-2所示。

包括：配电柜、控制台、交直交传动柜和电动机组。

配电柜为整个实验系统提供主电路、辅助电路电源及控制电源。

交直交传动柜和交流电动机共同完成交流传动的模拟控制，控制台完成对交直交传动柜的控制。

在控制台内设有中央控制单元CCU，在交直交传动柜内设有交流传动控制单元DCU2，这两个单元构成整个交直交实验系统的控制网络。

控制网络采用MODBUS 现场总线。

图2-2 交直交牵引传动系统电气系统原理图CCU-中央控制单元 DCU2-交流传动控制单元具体的实验线路主电路和交流辅助电路如图2-3所示。

主电路采用电压型交直交变频电路，包括脉冲整流器U1，牵引逆变器U2，中间储能环节——支撑电容C1～C4，三相感应电动机M以及连接电抗器UL1等。