中南大学《机车车辆传动与控制》纸质作业答案(0-2章)

《机车车辆传动与控制》作业参考答案一、名词解释：1.加馈电阻制动: 为了改善电阻制动在低速时的制动特性，须维持制动电流不随机车速度降低而下降。

要维持制动电流不变，必须要有外部电源对制动回路补充供电，以使制动电流（电枢电流）不变，实现低速恒制动力特性，这种方法称为“加馈电阻制动”。

在电力机车电阻制动中，加馈电源由主变压器和主整流桥相控输出整流电压U d提供，对制动回路实施电流加馈，以维持制动电流不变，即达到恒制动力特性。

Z ad Z R EU I +=，要维持制动电流不变，加馈电压必须要与发电机感应电势同步反向变化，即发电机输出电压减小多少就由U d补偿多少，直至加馈整流桥输出电压达到最大值为止，加馈制动功率达到最大值，加馈制动过程结束。

此后，电力机车将按照最大励磁电流特性进行制动。

2.电阻制动：电阻制动属动力制动，是利用电机的可逆原理，将牵引电动机改为他励发动机运行，将列车的惯性能量转化为电能的一种非摩擦制动方式，在动力轴上产生与列车运行方向相反的阻力性转矩，阻碍列车运行，对列车实施制动。

电阻制动将发电机输出的电能消耗在制动电阻上，以热能的形式散失掉。

3.牵引特性：机车牵引特性是指机车轮周牵引力F与机车速度v之间的关系，即F=f(v)，它是表征机车性能的重要指标，是列车运行牵引计算的依据。

4.（相控电力机车）特性控制: 特性控制是目前广泛用于国产机车上的一种控制方式。

它是恒流控制和准恒速控制的结合，即机车牵引特性具有恒流启动和准恒速运行的双重性能。

二、简答题：1.简述列车电力传动系统的基本组成及其功能。

答：列车电力传动系统一般由能源供给单元、变换单元、动力输出单元和控制单元等部分组成。

列车电力传动系统的基本组成如下图所示。

能源供给单元：系统提供适当的工作能源，一般有一次能源石油和二次能源电能。

一次能源主要为柴油，二次能源电能通过接触网线提供；变换单元是将工作能源通过相应的装备变换成动力输出单元（负载）所需要的电能，提供给动力输出单元。

柴油机将一次能源柴油转换为机械能，拖动牵引发电机组工作产生电能。

接触网线上的二次能源电能通过车载受电装置引入车内，经变流环节变换为合适的电能，供给动力输出单元；动力输出单元主要由牵引电动机、传动装置和转向架轮对组成，牵引电动机接受电能并将其转换为机械能从转轴上输出，通过传动机构带动车轮旋转，在轮轨之间产生牵引力，牵引列车运行；控制单元是电力传动系统的中枢神经部分，承担着整个系统各单元内部及相互间的控制和通信任务。

列车电力传动系统基本组成框图2.简述列车电力传动系统的基本类型。

答：列车电力传动系统的基本类型如下图所示。

3.分析相控电力机车传动系统电气线路的类型及作用。

答：相控电力机车传动系统电气线路按其功能作用可分为主电路、辅助电路和控制电路三大部分。

电力机车主电路是高电压、大电流的大功率动力回路，是产生牵引力和制动力的主体电路，具有功率大、控制复杂、工作条件恶劣及空间受限制等特点。

主电路的结构、性能在很大程度上决定着电力机车的性能、成本等技术经济指标。

主电路由受电弓、主断路器、避雷器、高压电流互感器、牵引变压器、牵引变流装置、牵引电动机、平波电抗器、制动电阻及其相连接的电气开关元件等组成，它应满足机车启动、调速及制动三个基本工作状态的要求。

辅助电路主要由提供三相交流电的劈相装置和各种辅助机械拖动电动机等组成。

劈相装置就是一个单-三相交流电源变换装置，一般有旋转机组劈相机和静止变流劈相机两种形式，国产SS系列电力机车主要采用旋转机组劈相机。

辅助电路依靠劈相机将单相交流电变换为三相交流电，供给各辅助机械拖动电动机，驱动通风机、油泵、空压机等装置工作，为保障主电路的正常工作提供冷却条件以及控制动力。

它是保证主电路发挥功率和实现牵引性能所必需的电路。

控制电路就是执行司机的控制命令或意图，完成对主电路、辅助电路间接控制的低压电路，它由各种主令电器及控制模块组成，承担着列车传动系统的控制以及与外部行车指挥系统的信息传输、储存任务。

4.电力机车的相控调压方式选择原则是什么？答：在交-直流传动电力机车中，相控调压方式不同，将使变压器二次绕组结构和整流电路方式都有很大的差别，这些直接影响机车性能和机车制造成本。

采用何种调压方式，要将机车的用途、使用范围、使用条件等因素综合考虑，力求机车具有较高的性价比。

桥式整流电路对变压器的利用率要比中抽式高，一般都采用桥式整流电路。

若需要进行再生制动，整流电路必须要采用全控桥式，能够在四象限运行。

α≤90°时工作在整流状态，α>90°时工作在逆变（再生）状态。

若需要电阻制动，整流电路可选用半控桥式，电路结构简单，功率因数较高，控制角范围为0°<α≤180°。

绝大多数相控电力机车整流电路采用多段半控桥顺序控制电路，既能够提高功率因数，又能够实施电阻制动。

5.简述动力制动的基本要求。

答：动力制动的基本要求如下：(1)制动系统具有较高的稳定性，制动过程要平稳，冲击力要小；(2)制动调节范围要尽可能大一些；(3)牵引电动机在工况转换时转换电路要简单，操作要方便。

6.简述动力制动稳定性概念及稳定判据。

制动系统稳定性的概念：由于偶然因素（电网电压波动、线路纵断面变化等）引起机车速度变化，破坏了原有的运行状态，制动力要能够适应速度的变化，此时制动系统若建立起新的平衡状态，或当偶然因素消失后能恢复到原来的平衡状态，这种系统称为稳定系统，否则称为不稳定系统。

稳定的判定条件：dvdB，即制动力具有向上的特性。

7.试述相控电力机车转速、电流闭环控制系统的组成及控制原理。

答：列车电力牵引系统是以牵引电动机为控制对象，对其转矩和转速进行调节控制，以达到对列车速度和牵引力的控制。

牵引电动机的电流、电压值都很大，目前在相控调压系统中，主要采用晶闸管元件构成的整流器，通过对整流器可控元件的导通角相位进行控制，改变输出电压，实现对牵引电动机的控制。

相控电力机车转速和电流的双闭环控制系统的组成如下图所示，电流控制为内环，转速控制为外环。

采用此控制系统，可以实现牵引电动机的恒电流和恒转速运转，有助于提高列车的牵引性能。

转速、电流双闭环控制系统基本组成控制系统主要由给定单元、检测单元、比较环节、调节控制器、可控变流器和被控对象等几部分组成。

闭环控制系统的工作原理都是基于“检测偏差，纠正偏差”模式。

给定单元提供司机控制命令的给定信号；检测单元输出与被调节对象的实际值成正比例关系的检测信号；比较环节将司控器给定信号与检测到的被调量信号进行比较，得到一个偏差信号，作为调节控制器的输入信号，由调节控制器产生对晶闸管整流器的控制信号，控制晶闸管的导通角，进而控制整流器的输出电压，即牵引电动机的输入电压，最终实现对被调量的控制。

速度控制器、电流控制器一般由比例（P）调节器、比例积分（PI）调节器和晶闸管触发器等组成。

触发器一般包括移相器和脉冲放大器。

三、综合分析题：1.试分析SS8型电力机车整流调压电路工作方式和调压过程。

SS8型电力机车整流调压电路的工作方式：不等分三段半控桥顺序控制。

SS8型电力机车主电路原理图如下：根据牵引需求，顺序导通V10和V11、V3和V4、V5和V6可以使牵引电机获得0.5Ud0、0.75Ud0和Ud0。

而在各个电压等级内，可以通过调节晶闸管的导通时间来实现无级调压。

调压过程(1)第一段桥绕组a2x2工作，逐渐开放V10，V11正半周：a2、V7、V2、V1、牵引电机、V12、V11、x2；负半周： x2 、V10、V2、V1、牵引电机、V9、V8、 a2 ；Ud=（0~0.5）Ud0(2)第二段桥 V10、V11满开放后，投入绕组a1-b1段，逐渐开放V3、V4。

正半周：电流通过a1、V1、牵引电机、 V12、V11、x2、a2、V7、V4、b1、a1形成回路；负半周：电流通过b1、V3、牵引电机、V9、V8、a2、x2、V10、V2、a1、b1形成回路。

Ud=（0.5~0.75）Ud0(3)第三段桥 V3、V4满开放后，投入绕组b1-x1段，逐渐开放V5、V6。

正半周：电流通过a1、V1、牵引电机、V12、V11、x2、a2、V7、V6、x1、a1形成回路；负半周：电流通过x1、V5、牵引电机、V9、V8、a2、x2、V10、V2、a1、x1形成回路。

Ud=0.75Ud0 ~Ud02．试分析SS8型电力机车磁场削弱电路的工作过程。

SS8型电力机车采用晶闸管分路无级磁场削弱电路，最深削弱磁场βmin＝43％。

其的工作过程如下：整流电路输出Ud0时，整流电路中的晶闸管都已满开放，当分路晶闸管V13、V14没有导通之前，流过电枢的电流全部流经励磁绕组，此时磁场最强（如图中(a)、(b)工况）；在某一时刻（正半周）触发V13，由于励磁绕组和续流二极管V12的压降，V13承受正压导通，V12承受反压截止，此时流经励磁绕组的电流被分流，电枢电流由V13进入整流桥，原励磁绕组中的电流经固定分路电阻续流，按指数曲线下降，磁场被削弱（如图中(c)工况）。

当电源电压过零时，由于V8、V10的导通，V11受反压截止，V13电流通路被截断而截止，此时电枢电流又全部流经励磁绕组。

电源负半周的工作情况如图(d)所示，过程同正半周类似，只是此时是由V14进行分流。

V13、V14导通时间越长，则励磁绕组被分流时间越长，磁场削弱程度越深。

1L1R(c)1L(b)1R(d)1LSS8型电力机车磁场削弱电路原理图。