城市轨道交通电力牵引系统
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第二十 Nhomakorabea，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
在车辆牵引的开始阶段，保持气隙磁通为 常数，改变供电频率可以使电动机的最大扭 矩基本不变，达到加速运行的目的。
第二十一页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
而在随后的牵引阶段，保持电压不变而改 变频率，则最大扭矩随着频率的上升而下降， 实现恒功率控制。
第十九页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
在变频调速的交流传动系统中，按供电制 式的不同，可分为：
直流—交流 交流—直流—交流 城市轨道交通多采用直流—交流方式，干 线铁路则采用交流—直流—交流的方式。 由此可见，将直流电转变成频率可变的交 流电就是交流传动的关键所在。 将直流电转变成频率可变的交流电的设备 称为逆变器。
第四页，共32页。
第一节 概述
三、轨道交通车辆的电力牵引结构与特性 （一）、有轨电车 （二）、电动车组
1、铁路干线电动车组 2、城市轨道交通电动车组 （三）、特种电动车 1、独轨 2、采用橡胶车轮的轻轨 3、磁浮列车
第五页，共32页。
第一节 概述
四、电动车组牵引特性 电动车组在每个站间区间内，从启动加速
第八章 城市轨道交通电力牵引系统
第一节 概述 第二节 直流电力牵引系统 第三节 交流电力牵引系统 第四节 城市轨道车辆用直流感应电机
第一页，共32页。
第一节 概述
一、轨道车辆电力牵引发展简介 电力牵引是一种以电能为动力牵引车辆前
进的牵引方式。 轨道车辆通过受流器从架空接触网或第三
轨（输电轨）接收电能，通过车载的变流装 置给安装在转向架上的牵引电机供电，牵引 电机将电能转变成机械能，机械能通过齿轮 传给轮对，驱动轮对在轨道上运动带动车辆 前进。
第三十页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第三十一页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第三十二页，共32页。
5、直线电机与旋转电机相比较，效率和功率因 数要差一些，它需要全部车辆都设计成动车。 另外由于直线电机初级与次级间的气隙对电机 性能影响较大，所以对轨道、反应板尺寸精度 和安装精度要求高。
第二十八页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第二十九页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第二十二页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
三、交流传动的脉宽调制控制技术 用在交流变频调速传动中的逆变器实际上是变压
变频器，变压（Variable Voltage）,简称VV，变 频（Variable Frequency）,简称VF，故变压变频 器简称为VVVF装置。
VVVF技术又分为两种： 一种是脉冲幅值调制，称为PAM（Pulse Amplitude Modulation),变压变频分开完成。
第二节 直流电力牵引系统
（一）、直流牵引电动机的基本调速方法 直流电动机的转速表达式
nUId R
CE
第十二页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
（一）、直流牵引电动机调速的基本形式： 1、调节牵引电机的端电压
（1）、变阻调压 通过调节串入电机回路的电阻的大小来改变
电动机的端电压以实现电动机的调速。 调节电阻的方法又分两类： 有触点式开关调阻 无触点斩波调阻 这种调压方式在电阻中消耗了大量的电能。
第十三页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
（2）、斩波调压 在电路中接入能有规则地导通和关断的斩波器，
则可以减低直流电动机两端的平均电压。电动机两 端电压的平均值为：
URL
Uton U
T
第十四页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
只要调节导通比，即可调节平均电压。 随着半导体技术的发展，斩波器中的斩 波元件经历了以下的发展过程：
请按右图纠 正教材P185
图8-8 中的 错误
第九页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
第十页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
二、直流牵引调速系统 直流牵引调速系统按电源性质分为： 直-直流牵引系统（教材P183图8-2） 交-直流牵引系统（教材P187图8-11）
改错：
第十一页，共32页。
晶闸管 可关断晶闸管（GTO） 绝缘门极晶闸管（IGBT） 斩波元件的发展，推动了斩波器向电路 简洁、控制简单、轻型化方向发展。
第十五页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
2、调节励磁磁通 采取匝数短路法和分路电流法可以减小牵
引电动机励磁电流从而减小主极磁通，以实 现对转速的调节。
第十六页，共32页。
第二十三页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
VVVF技术又分为两种： 一种是脉冲幅值调制，称为PAM（Pulse Amplitude Modulation),变压变频分开完成。 另一种是脉冲宽度调制，称为PWM （Pulse Width Modulation),变压变频集中在逆变器中一 起完成，这是随着快速半导体开关元件GTO、 IGBT等的发展的结果。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
二、采用直线电机车辆的运行原理 用于轨道交通的直线电机一般都是短定子
直线电机。将定子（初级）安装在转向架底 部中央，而在轨道中央设置长长的称之为反 应板的次级，初级和次级之间保持一定的气 隙，在初级中通入交流电后就能带动车辆沿 轨道作直线运动。
第二十六页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
三、采用直线电机的车辆的特点：
1、直线电机是扁平形状，没有旋转部件，不需要 齿轮传动，因而可以采用小直径车轮，以降低地 板高度。这样就有利于车辆小型化，因而使隧道 断面面积大大减小，从而降低建设成本。
2、车辆不依靠轮轨的粘着来产生牵引力和制动力， 故爬坡能力很大，可以达到80‰。
第三页，共32页。
第一节 概述
二、轨道交通电力牵引系统的主要类型 轨道交通电力牵引供电制式： 直流：600、750、1500、3000 V 交流：6250、15000、25000 V 轨道交通电力牵引系统分为： 1、直流电力牵引系统 直流—直流 2、交流电力牵引系统 （1）、直流—交流 （2）、交流—直流—交流
第三节 交流电力牵引系统
一、交流电机 （一）、三相异步电动机基本结构 （二）、三相异步电动机基本工作原理 （三）、三相异步电动机的机械特性
第十七页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
第十八页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
二、交流电动机调速系统 三相交流电机调速方法可以分为： 改变磁极对数 调节转差率 调节供电频率 其中只有调节供电频率的方法是理想的方法。
第二十四页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
一、直线感应电机的基本原理 将三相感应电动机的定子和转子沿径向剖
开后摊开成直线，原来转子的旋转运动就转 变称为直线运动。
但要长时间地维持这一运动，就必须有足 够长的转子或定子，因而出现了两种基本类 型：短定子电机和长定子电机。
第二十五页，共32页。
3、车轮只起支撑及导向的作用，故可以做成车轮 独立旋转的径向转向架，使车辆能够行走在更小 的弯道上。采用小弯道和大坡道可使选线的自由 度大大提高，便于节省建设费用。
第二十七页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
4、车辆没有齿轮减速装置，所以噪音小，保养 维修工作量减少。同时由于采用独立旋转车轮， 通过弯道时磨耗和噪音都能减小。
运行到制动减速最后停车其速度和牵引力的 变化曲线见下图。
第六页，共32页。
第一节 概述
第七页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
一、直流电机 （一）、直流电机的组成 （二）、直流电机的工作原理 （三）、直流电机的励磁方式 （四）、直流串励电动机的机械特性
第八页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
第二页，共32页。
第一节 概述
早期的电力牵引的轨道车辆采用直流电动 机，电机调速是采用改变串联在电机上的电阻 的大小来改变电机的端电压的控制的方式，这 种方式对电能的浪费大。以后由于半导体技术 的发展，电力电子变流技术得到了广泛应用， 直流牵引普遍采用斩波调压的方式。
直流电动机存在体积大、结构复杂、工作 可靠性差、制造成本高、维修麻烦的缺点，故 随着交流电机控制理论和大功率电力电子元器 件制造技术的发展，采用交流电机牵引的交流 传动技术迅速崛起，使轨道车辆电力牵引技术 上了一个新台阶。
第三节 交流电力牵引系统
在车辆牵引的开始阶段，保持气隙磁通为 常数，改变供电频率可以使电动机的最大扭 矩基本不变，达到加速运行的目的。
第二十一页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
而在随后的牵引阶段，保持电压不变而改 变频率，则最大扭矩随着频率的上升而下降， 实现恒功率控制。
第十九页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
在变频调速的交流传动系统中，按供电制 式的不同，可分为：
直流—交流 交流—直流—交流 城市轨道交通多采用直流—交流方式，干 线铁路则采用交流—直流—交流的方式。 由此可见，将直流电转变成频率可变的交 流电就是交流传动的关键所在。 将直流电转变成频率可变的交流电的设备 称为逆变器。
第四页，共32页。
第一节 概述
三、轨道交通车辆的电力牵引结构与特性 （一）、有轨电车 （二）、电动车组
1、铁路干线电动车组 2、城市轨道交通电动车组 （三）、特种电动车 1、独轨 2、采用橡胶车轮的轻轨 3、磁浮列车
第五页，共32页。
第一节 概述
四、电动车组牵引特性 电动车组在每个站间区间内，从启动加速
第八章 城市轨道交通电力牵引系统
第一节 概述 第二节 直流电力牵引系统 第三节 交流电力牵引系统 第四节 城市轨道车辆用直流感应电机
第一页，共32页。
第一节 概述
一、轨道车辆电力牵引发展简介 电力牵引是一种以电能为动力牵引车辆前
进的牵引方式。 轨道车辆通过受流器从架空接触网或第三
轨（输电轨）接收电能，通过车载的变流装 置给安装在转向架上的牵引电机供电，牵引 电机将电能转变成机械能，机械能通过齿轮 传给轮对，驱动轮对在轨道上运动带动车辆 前进。
第三十页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第三十一页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第三十二页，共32页。
5、直线电机与旋转电机相比较，效率和功率因 数要差一些，它需要全部车辆都设计成动车。 另外由于直线电机初级与次级间的气隙对电机 性能影响较大，所以对轨道、反应板尺寸精度 和安装精度要求高。
第二十八页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第二十九页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
第二十二页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
三、交流传动的脉宽调制控制技术 用在交流变频调速传动中的逆变器实际上是变压
变频器，变压（Variable Voltage）,简称VV，变 频（Variable Frequency）,简称VF，故变压变频 器简称为VVVF装置。
VVVF技术又分为两种： 一种是脉冲幅值调制，称为PAM（Pulse Amplitude Modulation),变压变频分开完成。
第二节 直流电力牵引系统
（一）、直流牵引电动机的基本调速方法 直流电动机的转速表达式
nUId R
CE
第十二页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
（一）、直流牵引电动机调速的基本形式： 1、调节牵引电机的端电压
（1）、变阻调压 通过调节串入电机回路的电阻的大小来改变
电动机的端电压以实现电动机的调速。 调节电阻的方法又分两类： 有触点式开关调阻 无触点斩波调阻 这种调压方式在电阻中消耗了大量的电能。
第十三页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
（2）、斩波调压 在电路中接入能有规则地导通和关断的斩波器，
则可以减低直流电动机两端的平均电压。电动机两 端电压的平均值为：
URL
Uton U
T
第十四页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
只要调节导通比，即可调节平均电压。 随着半导体技术的发展，斩波器中的斩 波元件经历了以下的发展过程：
请按右图纠 正教材P185
图8-8 中的 错误
第九页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
第十页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
二、直流牵引调速系统 直流牵引调速系统按电源性质分为： 直-直流牵引系统（教材P183图8-2） 交-直流牵引系统（教材P187图8-11）
改错：
第十一页，共32页。
晶闸管 可关断晶闸管（GTO） 绝缘门极晶闸管（IGBT） 斩波元件的发展，推动了斩波器向电路 简洁、控制简单、轻型化方向发展。
第十五页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
2、调节励磁磁通 采取匝数短路法和分路电流法可以减小牵
引电动机励磁电流从而减小主极磁通，以实 现对转速的调节。
第十六页，共32页。
第二十三页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
VVVF技术又分为两种： 一种是脉冲幅值调制，称为PAM（Pulse Amplitude Modulation),变压变频分开完成。 另一种是脉冲宽度调制，称为PWM （Pulse Width Modulation),变压变频集中在逆变器中一 起完成，这是随着快速半导体开关元件GTO、 IGBT等的发展的结果。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
二、采用直线电机车辆的运行原理 用于轨道交通的直线电机一般都是短定子
直线电机。将定子（初级）安装在转向架底 部中央，而在轨道中央设置长长的称之为反 应板的次级，初级和次级之间保持一定的气 隙，在初级中通入交流电后就能带动车辆沿 轨道作直线运动。
第二十六页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
三、采用直线电机的车辆的特点：
1、直线电机是扁平形状，没有旋转部件，不需要 齿轮传动，因而可以采用小直径车轮，以降低地 板高度。这样就有利于车辆小型化，因而使隧道 断面面积大大减小，从而降低建设成本。
2、车辆不依靠轮轨的粘着来产生牵引力和制动力， 故爬坡能力很大，可以达到80‰。
第三页，共32页。
第一节 概述
二、轨道交通电力牵引系统的主要类型 轨道交通电力牵引供电制式： 直流：600、750、1500、3000 V 交流：6250、15000、25000 V 轨道交通电力牵引系统分为： 1、直流电力牵引系统 直流—直流 2、交流电力牵引系统 （1）、直流—交流 （2）、交流—直流—交流
第三节 交流电力牵引系统
一、交流电机 （一）、三相异步电动机基本结构 （二）、三相异步电动机基本工作原理 （三）、三相异步电动机的机械特性
第十七页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
第十八页，共32页。
第三节 交流电力牵引系统
二、交流电动机调速系统 三相交流电机调速方法可以分为： 改变磁极对数 调节转差率 调节供电频率 其中只有调节供电频率的方法是理想的方法。
第二十四页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
一、直线感应电机的基本原理 将三相感应电动机的定子和转子沿径向剖
开后摊开成直线，原来转子的旋转运动就转 变称为直线运动。
但要长时间地维持这一运动，就必须有足 够长的转子或定子，因而出现了两种基本类 型：短定子电机和长定子电机。
第二十五页，共32页。
3、车轮只起支撑及导向的作用，故可以做成车轮 独立旋转的径向转向架，使车辆能够行走在更小 的弯道上。采用小弯道和大坡道可使选线的自由 度大大提高，便于节省建设费用。
第二十七页，共32页。
第四节 城市轨道交通用直线感应电机
4、车辆没有齿轮减速装置，所以噪音小，保养 维修工作量减少。同时由于采用独立旋转车轮， 通过弯道时磨耗和噪音都能减小。
运行到制动减速最后停车其速度和牵引力的 变化曲线见下图。
第六页，共32页。
第一节 概述
第七页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
一、直流电机 （一）、直流电机的组成 （二）、直流电机的工作原理 （三）、直流电机的励磁方式 （四）、直流串励电动机的机械特性
第八页，共32页。
第二节 直流电力牵引系统
第二页，共32页。
第一节 概述
早期的电力牵引的轨道车辆采用直流电动 机，电机调速是采用改变串联在电机上的电阻 的大小来改变电机的端电压的控制的方式，这 种方式对电能的浪费大。以后由于半导体技术 的发展，电力电子变流技术得到了广泛应用， 直流牵引普遍采用斩波调压的方式。
直流电动机存在体积大、结构复杂、工作 可靠性差、制造成本高、维修麻烦的缺点，故 随着交流电机控制理论和大功率电力电子元器 件制造技术的发展，采用交流电机牵引的交流 传动技术迅速崛起，使轨道车辆电力牵引技术 上了一个新台阶。