电力牵引传动系统

目录

1. 概述 (1)

1.1 电力牵引的特点 (1)

2. 电力机车的传动方式 (2)

2.1 直-直流传动 (2)

2.2 交-直流传动 (3)

2.3 直-交流传动 (3)

2.4 交-直-交流传动 (4)

3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4)

3.1 交-直传动技术的发展 (4)

3.2 交流传动技术的发展 (5)

4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6)

5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)

1.概述

1.1电力牵引的特点

电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面：

1、电力机车的功率大

内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。

2、电力机车的效率高

由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。

3、电力机车的过载能力强

机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。

4、电力机车的运营费用较低

（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；

（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；

（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。

一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。

此外，由于电力机车运行过程中不污染环境，对于大型铁路枢纽站及隧道长

而多的线路而言，其意义重大。

缺点：

（1）对通讯方面所带来的谐波干扰问题；

（2）相控调压所引起的功率因数较低的问题；

（3）离不开牵引变电所和接触网等沿线的供电设备，使其机动性较差，且线路电气化投资较大。

一般在客货运输特别繁忙的主要铁干线，线路坡道陡、隧道多又长的山区铁路干线，大运量的集中运煤专线，适宜采用电力牵引。

2.电力机车的传动方式

电力牵引传动系统基本原理如图2-1所示，电力机车通过受电弓与接触网相接触来获取电能，直接从接触网获取的电能是电压为25KV，频率50Hz的工频单相交流电，此电压等级和频率等还不能满足电力机车牵引传动的需要。电力机车上还安装有主变压器将高压电变换为中压电再传送给牵引传动调速系统（动车组牵引传动调速设备主要为牵引变流器），牵引传动调速系统通过改变电压大小（直流传动时）或者交流电频率（交流传动时）来改变牵引电机的转速。

图2-1

轨道交通车辆电力传动方式按接触网和牵引电动机所采用的电流制进行分类，分为：（1）直-直流传动；（2）交-直流传动；（3）直-交流传动；（4）交-直-交流传动。

2.1直-直流传动

由直流接触网供电，机车采用直流牵引电机。直流电经直流变换器（DC-DC）向直（脉）流牵引电机供电。

2.2交-直流传动

由交流接触网供电，机车采用直流牵引电机。交流电经整流器整流为直流电，向直（脉）流牵引电机供电。

2.3直-交流传动

由直流接触网供电，机车采用交流牵引电机。直流电经晶闸管或其他新型电力电子器件构成的逆变器将直流电转换为可调压、变频的三相交流电，再向交流牵引电机供电。

2.4交-直-交流传动

由交流接触网供电，车辆采用交流牵引电机。交流电经整流器整流为直流电（中间直流环节），再经逆变器将直流电转换为可调压、变频的三相交流电，向交流牵引电机供电。

3.我国机车电传动技术的发展与现状

3.1交-直传动技术的发展

1958年底，我国试制出第1台干线电力机车，即6Y1型电力机车。6Y1型电力机车是以前苏联H60型干线交直流传动电力机车为样板，按照中国铁路规范进行研制的。由于当时大功率电力电子器件尚未成熟，可用的整流器件是引燃管。6Y1型电力机车经铁科院环形铁道运行试验后，于1962年前后共试制了5

台样车投入宝凤线试运行。但是，由于一些重要设备(调压开关、牵引电机等)一直存在技术和质量问题，尤其是引燃管整流器难以达到实际运用要求，因此6Y1型电力机车未能投人批量生产。随着我国电力电子工业的发展，大功率整流二极管开始进入到工程实用阶段，为机车电传动技术的发展提供了必要条件。正是在这样的技术背景下，在6Y1型电力机车基础上，我国第1代有级调压、交-直传动电力机车——SSl型电力机车于1968年试制成功，1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台，使我国机车电传动技术进入到交-直传动时期。

可控型器件——晶闸管的出现，使机车电传动技术跨上了一个新台阶。SS3型电力机车正是作为我国机车电传动技术由二极管整流有级调压到相控无级调压的第2代交-直传动客货用电力机车。1978年底，由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所共同研制成功。SS3型电力机车主电路采用牵引变压器低压侧调压开关分级与晶闸管级间相控调压相结合的平滑调压调速技术，使机车获得良好的调速性能。

随着大功率晶闸管性能的提高，相控技术成熟应用到机车电传动领域，其代表车型为SS4型电力机车。SS4型机车是1985年开发的相控无级调压、交-直传动8轴重载货运电力机车，是我国相控机车的“代表作”，与后续开发的SS5、SS6、SS7、SS8及SS9型电力机车一起，构成我国晶闸管相控调压、交-直传动的系列产品。该型机车由2节完全相同的4轴电力机车通过内重联环节连接组成，每节车为一个完整系统，经过实际应用和吸收消化国外8K、6K、8G型等机车的先进技术，做过几次重大改进，使机车性能和质量得到显著提高，成为我国干线货运主型机车。

3.2交流传动技术的发展

为追踪世界新型“交-直-交”电力机车新技术，更为了满足社会经济发展的要求, 推动轨道交通装备技术进步, 我国研究、应用交流传动技术, 经历了技术探索( 理论认识与基础开发)、引进应用( X2000动车组)、合作研制(“蓝箭”动车组和NJ1内燃调车等)、自主开发几个阶段。上世纪70年代,我国开始研究交流电传动系统的基础技术；80年代完成了中等功率交流电传动系统的试验研究；90年代初研制了1Mw大功率变流系统并促进A C4000原型机车的研制与组装；90年代中期相继启动高性能交流传动控制技术、大功率GTO牵引变流器工程化、