项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统共151页
城轨车辆牵引传动系统的组成和原理—交流主电路的案例分析
牵引电机供电。在再生制动时以的相时间反常的数路及径放使电电电网阻吸值收。电机反馈的
能量。各环节电路及作用为： 由TIEZ接是S是触晶隔器闸离C管／C，K接F与地CZ电开是阻关过，C电C在压Z需构保要护成主电。电路
（1）充电限流环节 （2）VVVF逆变器
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④ 脉冲模式发生器
脉冲模式发生器根据电机控制的三个输入变量：相控因数、定子频率和 校正角，实时计算牵引逆变器中的GTO触发脉冲。
图2-48 脉冲模式区域分布图
⑤ 能量反馈
在电机的能量反馈中，能量反馈到电网中，如果在电 制动的情况下，能量不能被电网完全吸收，多余的能量必 须转换为热能消耗在制动电阻上，否则电网电压将抬高到 不能承受的水平。
制动斩波器的存在确保大部分的能量能反馈回电网， 同时又保护了电网上的其他设备。
（4）牵引控制单元DCU及逆变器保护监控单元UNAS
① 牵引控制单元结构 ② 牵引控制单元基本功能 ③ DCU基本工作原理 ④ UNAS基本功能 ⑤ DCU的PCB板功能描述
a．牵引系统的控制与调整；
牵 单引 元A发bcdD．．．U控3生C0NV对脉3制AUV板是列冲SV从单设；F车模中与列元A计状式央牵3车态的D成控0引C4的产线制是U一电监生和和机板中上测与逆的外的央下与优控变处[部保化l两1制器理护；]控层与脉板保制保的冲的护护系模控；统式制 机箱／e．，调再共整生装／制有监动与测25电板块阻3电0制5动子，的A板控3。0制6是各与速调度节 电 使 元(子 用 件A／负 信是fghT．．．板 多 采制号PO责压电防逆D为 层 用动)处制制接V滑变A标 板 表参理动W动数／器收的与准 技 面和考防据线F司实气牵空路中存的术封值机现制转滤引断储印，装转；动指保波控逆板换刷电的护电令（制；变自器及电子容及S[A动器载l器）M路板23R转]D荷0的的V的板上）板8换调充是C保；指，的或及整放（测护A列令；电牵量3车，控0参值引7保制 插 的 过考AH装号 各与 制 调换理ijkl3a．．．值．（2rD、 个整板板动D列列提停9tC为，DmU和拖 模C板；；车车供车控其I8的接ULA车 拟接速牵串距AA；它制）3A一33收度引行离A的 信插33控11系。01起103的控接；本制一号件板4，是0统获 制 口9和组系车A是P个测（的取 系 与。统WA成3的温转量41前与 统P3提M2T81车3度处 的是U轴值供面针5个指连板辆理 故测列输速，板）令电接及 障、的量车入度根上与参，自 诊机状及U牵信信据考动 断通外N态速U号A引计 与值号参信／S度调／算 存处号I、考信转整储
地铁列车牵引系统 PPT
高速断路器HSCB
➢ 低压控制高压的开关设 备。 其作用就是将电网与车 辆高压设备分开,利用 HSCB过电流(如短路) 后的快速响应特性来保 护直流侧设备。
VVVF逆变器
➢ 组成: 电源电流传感器 滤波电抗器 直流电压传感器 过电压释放晶闸管 过电压放电电阻 放电电阻, 滤波电容器 IGBT 模块 相电流传感器
主电路功能与说明
➢ 功能
•
主电路通过HB、线路接触器连至接触网,从电网获得电能。
• 逆变器将1500V直流电压转换为三相交流电压,从而驱动三相感应电机。逆变器 由IPM 模块组成。该逆变器能够实现变压变频控制,它能够控制感应电机的转速, 也就使得列车速度能在一个特别宽的范围内调节。它还能够实现牵引/再生制动 和向前/向后操作,不需切换主电路,而是通过对滑差频率及输出相序的控制来实 现的,也就是说只需控制门极信号。
➢ 为了保证正常制动,制动力必须不超过粘着力
第二部分
列车牵引系统设备 组成
牵引系统设备组成
➢ 受电弓 ➢ 高速断路器HSCB ➢ VVVF牵引逆变器 ➢ 牵引控制单元DCU ➢ 牵引电机 ➢ 制动电阻 ➢ 司控器
受电弓
➢ 组成: 1. 底座 2. 下臂 3. 下导杆 4. 上臂 5. 上导杆 6. 弓头 7. 张紧弹簧 8. 气压升弓装置 9. 导电桥线机构 10. 阻尼器 11. 托 12. 最低点位置指示器 13. 高位阻挡 ➢ 用途:
• 轮关于钢轨的横向及纵向滑动; • 心销及中心销座因转向架的回转而发生的摩擦。
曲线阻力与许多因素有关,如:曲线半径、运行速度、 外轨超高、车重、轴距、踏面的磨耗程度等。经 验公式:
城轨交通车辆牵引和驱动装置课件
项目 城轨交通车辆牵引和驱动装置车体和转向架之间纵向（驱动方向）作用力的传递是通过牵引装置来实现的，牵引装置由连杆组装、牵引座、中心销等组成。
车体与转向架间的悬挂系统，包括旁承、弹性侧挡、各种减振器等。
1 牵引装置1.牵引装置的结构、作用及形式 （1）牵引装置的结构。
1—中心销； 2—牵引梁；3—防尘罩； 4—衬套； 5—中心销套；6—横向液压减振器；7—空气异常上升止挡； 8—安装板； 9—牵引叠层橡胶； 图3-40 牵引装置的结构1 牵引装置1.牵引装置的结构、作用及形式（2）牵引装置的作用。
⑤容许相互回转④运行横动（横向弹性）③保持转向架安定②轴重均匀分配①传力1 牵引装置1.牵引装置的结构、作用及形式 （3）牵引装置的形式。
图3-41 牵引装置的形式1—牵引杆； 2—中心销； 3—牵引座； 4—减振器； 5—轴； 6—起吊保护螺栓；1 牵引装置2.有牵引销（或心盘）和旁承的牵引装置有牵引销（或心盘）和旁承的牵引装置在传统车辆上采用比较广泛。
上海地铁车辆转向架采用空气弹簧传递车体与转向架间的垂向力，采用中央牵引销装置（见图3-42）传递纵向力，采用弹性侧挡传递横向力。
1—中心架； 2—定位螺母； 3—牵引杆； 4—复合弹簧； 5—橡图3-43 Z形中央牵引装置的结构1 牵引装置2.有牵引销（或心盘）和旁承的牵引装置Z形中央牵引装置的特点如下：（1）相对于中心销呈中心对称布置（Z形布置）的两个牵引杆，其一端与中心架（浮动梁）相连，另一端与构架相连。
该牵引杆传递纵向力（牵引力或制动力）。
（2）为了限制车体与转向架之间的横向位移，在中心销导架与构架之间装有橡胶横向止挡，且每侧自由间隙为10 mm。
该橡胶横向止挡可传递横向力。
橡胶空气弹簧传递垂向载荷（左右各一个）。
1 牵引装置2.有牵引销（或心盘）和旁承的牵引装置（3）采用自由膜式橡胶空气弹簧，下部有层叠式橡胶块（在空气弹簧失效时起应急支承作用，以满足维持最低限度运行的要求）。
城市轨道交通车辆构造课件 单元7.2 牵引系统的结构和工作原理
单元七 牵引系统装置
• ②制动斩波部分。逆变器配有两个或一个制动斩波器。外部制动电阻 器与这两个制动斩波器相连。制动斩波器与制动电阻器一起构成制动 电路。制动电路的功能是：施加电制动时，牵引电机是作为发电机运 行，它将列车动能转换为电能。如果线路能够吸收这部分能量（即未 达到电压限制的上限），这部分能量就会通过逆变器重新生成电能进 入供电网络；如果线路不能吸收这部分能量（已达到电压限制的上限 ），制动斩波器在控制单元的控制下接通。此时，制动能量在制动电 阻器中被转换为热能，以阻止电压升高到上限以上。续流二极管还能 保证在接触器分断及直流高速开关分断时不致于造成电流突然中断而 引起直流回路过压。
置。
熔断器
绝缘 框架
伸缩杆 受电靴臂
电缆
滑
块
活动
弹簧
铰链
单元七 牵引系统装置
二）、高速断路器
• 1、功能
•
高速断路器主要是对牵引逆变器与高压电路进行
隔离，同时对牵引系统进行保护。在列车牵引系统的
电路出现异常的情况下（如过电流、逆变器故障或线
路短路），高速断路器( HSCB)能够将各牵引设备从
受电弓线路上安全断开。VVVF逆变器通过高速断路器
的频率。根据异步电动机的原理，电机转矩与电机电
压和电源频率之比的平方成正比、与转差频率成正比
。同时，当转差频率为负值时，转矩为负值，产生制
动力。因此，在采用VVVF逆变器的电动车中，只要控
制压频比和转差频率即可自由地控制牵引力和再生制
城轨交通牵引系统PPT课件
③隔离开关：一种没有熄弧装置的高压电器开关。不能切断负载电流和 短路电流，但可在无负荷电流时接通和断开电路。在断开状态，能起到 隔离电压作用。为运行、操作和检修提供方便和安全条件，电路停电时 应断开断路器，后拉开隔离开关；送电时则先合上隔离开关，再闭合断 路器。
概述
1. 城市轨道供电系统的构成
外部电源
城
市
轨
主变电所
道
交
牵引供电系统
通
供
电
动力照明供电系统
系
统
电力监控系统
牵引变电所 牵引网系统
降压变电所 动力照明
城市轨道交通系统概论
牵引供电系统 电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电 动列车经钢轨、回流线流回牵引变电所。牵引负荷为一级负荷， 规定有两路独立的电源双边供电，当任何一路电源发生故障中 断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电。
城市轨道交通系统概论
2. 牵引供电计算需用的参数
牵引供电计算需用的参数：
（1）电牵引年用电量（应分别计算年总用电量和电力系统所需增加的功 率）；
（2）列车电流的平均值和有效值； （3）供电臂电流的平均值和有效值（与线路的供电方式有关）； （4）供电臂瞬时最大电流和短路电流（与主变压器接线方式有关）； （5）牵引网阻抗； （6）电牵引供电系统能耗（应包括牵引变电站内主变压器和牵引网的电
（3）混合式供电：将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主， 个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完 善和可靠。北京地铁一线和环线
城市轨道交通系统概论
项目二 2认知城市轨道电力牵引设备
牵引控制系统
牵引控制系统用于列车的电动机工作，为列车提供动力或阻力。
高速开关
变流设备 主电路 牵引控制单元 制动电阻
主控制器
用于控制主电路。
主控制手柄
方式/方向手柄 组合开关 凸轮 转动轴 电位器电阻
直流电动机调速的基本形式
变阻控制； 凸轮开关调阻：通过转动凸轮，使有关接触器接入或者切除启动电阻来改
变电阻值，以达到调节牵引电动机端电压的目的。
无触点斩波调阻：讲（CH）斩波器作为电子开关，与启动电阻R并联，通
过CH定频调宽或定宽调频控制方式，调节来回电阻来改变牵引发动机电压， 实现调速。
下部框架： 由下部撑杆和下部导向杆组成。主要用来调节受电弓的最高和
最低位置。
受电弓主要部件的作用
上部框架：
由上部撑杆和上部导向杆组成。安装集电头。
集电头： 受电弓和接触网的接触部分 主张力弹簧： 可以改变弹簧连杆的有效长度，使得受电弓在工作范围内有恒
定的接触力。
传动气缸
直流电动机
直流电机由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。
直流电动机的各部分作用
定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作为电机的机械支撑。
定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座、端盖和轴承组成。
转子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从而实现机电能量转换的
主要部件。
转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者之间有一个空气隙。
构成短路绕组，工艺简单。
1. 鼠笼式转子：
铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体，或铸铝形成转子绕组。
2. 绕线式转子：
同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
城市轨道交通列车牵引传动系统
城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车的牵引力是由城市轨道交通列车的牵引系统产生的，因此要掌握城市轨道交通列车牵引力的知识，就必须先掌握列车牵引传动系统的基础知识。
目前城市轨道交通列车的牵引传动系统基本都是电力牵引传动系统，其基本的工作过程是：电能经过列车牵引供电系统传输和相应的转换，提供给列车的牵引电动机，电能转换成机械能，从而驱动列车运行。
城市轨道交通列车牵引供电的电源是城市电网，城市电网提供的电能经过牵引变电所的降压、整流变成DC 1 500 V（或DC 750 V），再通过馈电线传递给接触网，然后通过受流装置，由钢轨和回流线流回牵引变电所形成回流。
城市轨道交通列车牵引传动系统的基本特点是牵引功率大、传动效率高、能源利用率高、绿色环保、产生的污染很少、容易实现自动化控制。
城市轨道交通列车的牵引电动机为列车提供动力，牵引电动机按工作原理可分为直流电动机、交流异步电动机、交流同步牵引电动机三种。
由于交流电动机与直流电动机相比不需要换向器，结构简单，可靠性高，维护量少，重量小，并能获得较大的单位重量功率，具有良好的牵引性能，同时三相交流牵引电动机的调频、调压特性如果设计合理，可以实现大范围的平滑调速，还具有防空转的性能，使黏着利用率提高；三相交流牵引电动机对瞬时过电压和过电流很不敏感，在启动时能在更长的时间内产生较大的起动力矩。
因此，交流异步电动机有取代直流电动机的趋势。
一、牵引传动系统的工况城市轨道交通列车的牵引传动系统有两个工况：牵引工况和制动工况。
1、在牵引工况下，列车牵引传动系统为列车提供牵引动力，将供电接触网上的电能转换为列车在轨道上运行的机械能。
2、制动工况可以分为再生制动工况和电阻制动工况。
再生制动就是将列车的机械能转换成电能反馈到接触网再供给其他列车或车站设备使用，这种方式能最大限度地降低电能的损耗。
列车制动过程中牵引传动系统反馈的电能超过了接触网上的限值（达到DC 1 800 V）时，列车电制动产生的电能将会消耗在制动电阻上，通过制动电阻发热而消耗到大气中去，这种通过制动电阻消耗电能的电制动工况称为电阻制动工况。
城市轨道交通牵引传动系统
牵引传动系统
2 直流牵引传动系统
①直流电动机
图6-1 直流电动机的工作原理模型
牵引传动系统
2 直流牵引传动系统
②直流发电机。直流发电机的结构分为可旋转部分和静止部 分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，定子和转子之间 存在气隙。定子的作用：在电磁方面产生磁场和构成磁路，在机 械方面作为整个电机的支撑。定子由磁极、机座、换向极、电刷 装置、端盖、轴承等组成。转子又称电枢，是电机的转动部分， 是用来产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换的关 键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承 、风扇等。
牵引传动系统
3 交流牵引传动系统
交流异步牵引电机的转速控制方法是在保持电源频率恒定的 情况下改变定子电压的大小，从而实现控制目的的。目前，我国 的城轨交通车辆多采用闭环控制系统，基本采用：转差-电流控 制，如上海地铁2号线车辆；矢量控制，如西安地铁2号线DKZ27 型车辆、广州地铁1号线车辆、北京地铁1号线SMF04型车辆等； 直接转矩控制，如深圳地铁1号线车辆。
（1）交流牵引电机的类型。交流牵引电机有同步和异步之 分，目前城轨交通车辆普遍采用的是交流异步牵引电机， 异步 牵引电机在空间利用和重量上都优于同步牵引电机，因此被广泛 应用。异步牵引电机采用VVVF控制，即直流电通过逆变器变为 三相交流电，用电压和频率的变化来控制异步牵引电机的转速变 化，获得最佳的调速性能，并实现再生制动。
牵引传动系统
1 牵引传动系统概述
1.牵引传动系统的工况
牵引传动系统有两个工况：牵引工况和制动工 况。
（1）牵引工况。在牵引工况下，列车牵引传 动系统为列车提供牵引动力，将供电接触网上的 电能转换为列车在轨道上运行的动能。
城市轨道交通地铁牵引传动系统
地铁牵引传动系统进入21世纪以来，随着我国现代化建设和社会经济的飞速发展，现代城市人口大量增加、地域不断扩大，城市交通堵塞问题日益突出，交通事故、噪音和空气污染等影响着人们的工作和生活。
轨道交通在优化城市空间结构、缓解城市交通拥挤、保护环境等方面均显示出积极促进作用，已日益成为中国走新型城镇化道路的重要战略举措。
伴随着中国城市化进程的加快，城市交通需求剧增，城市轨道交通也进入高速发展时期。
地铁作为城市快速轨道交通的一种工具，因其具有运量大、快捷、安全、舒适、乘坐方便、对环境污染少、占地面积小等诸多优点而受到越来越多城市的青睐。
车辆是地铁运输的主要载体，由于科技的高速发展，高性能的交流传动系统(牵引系统)己广泛应用于地铁车辆。
据统计，欧美、日本等城市轨道交通技术强国，自20世纪90年代以来设计的地铁车辆全部采用IGBT或IPM的VVVF交流传动装置，极大地提升了地铁车辆在牵引、制动方面的动力性能。
地铁车辆对牵引传动系统的安全性、可靠性、稳定性要求很高，由于各种历史原因，国内对地铁车辆交流传动系统的研究起步较晚，我国最早期的交流传动地铁列车都是整车进口的，但是，大量采用国外的变流器产品，不仅对我国轨道交通行业的发展极为不利，还会导致将来地铁车辆(一般地铁电气设备的使用寿命为30年)运营维护及维修成本提高。
随着科技的发展和研究的不断深入，我们国家在装备制造方面已具备了一定的生产能力和技术基础，已经可以实现车体、空调、转向架、车钩、车门、乘客信息系统、ATO等列车重要部件的国产化，但是像牵引传动系统这样的关键部件，虽然取得一定进展，可是与国际先进水平相比，仍存在差距，国内已建或在建的地铁项目中，鲜有应用国产牵引变流设备的先例。
地铁车辆的运行条件与干线铁路/高速动车有很大差异。
地铁车辆以动、拖车固定编组方式运行，站间距短，停靠站数多，区间运行时分少，要求列车动力性能优越，有较强的短时过载、断续工作能力;而大铁路的动力配置则关注城际间长距离的恒速/恒功率稳定运行，因此地铁不能像大铁路那样来进行牵引动力性能配置，这对地铁建设投资、列车服役寿命以及降低运营成本等方面均有重要影响。
情境二 城市轨道交通车辆、牵引供电系统及信号通信设备
五、牵引供电系统的组成
牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网两大局部 组成。牵引变电所的主要设备是变压器和整流器， 牵引网主要是由接触网、馈电线、轨道和回流线组 成。牵引供电系统如图２－23所示。 区域变电所或主变电所将供电部门送来的三相高压 交流电降压为所需电压等级〔如35kv〕，通过三相 线路送到牵引变电所，再降压并整流为适应于电动 车组工作的1500v或750v直流电，通过电动车组受 流装置与接触网或接触轨滑动接触，将直流电引入 电动车组，工作后的电流经车体、轮对、轨道经由 回流线流回到牵引变电所。
3．车钩缓冲装置
车辆借助于车钩编组成列车。为了改善列车的纵向平稳性， 在车钩的后部装设缓冲装置，以缓和列车的冲击。另外还 必须连接车辆之间的电气和空气的管路。
4．制动装置
制动装置是使车辆减速、停车，保证列车平安运行必不可 少的装置。在动车和拖车上均要设置制动装置，才能使运 行中的车辆按需要减速或在规定的距离内停车。
❖ 为了防止造成断线事故，保证对电动车组 良好的供电，对接触网提出以下根本要求：
〔1〕接触网敷设应弹性均匀、高度一致，在 高速行车和恶劣的气候条件下，能保证正 常取流。
〔2〕接触网结构应力求简单，并保证在施工 和检修方面具有充分的可靠性和灵活性。
〔3〕接触网的寿命应尽量长，具有足够的耐 磨性和抗腐蚀能力。
3
150~170
适用线路条件
线路
半径（ｍ ）
线路 坡度（‰ ）
≥300
≤35
≥250
≤35
≥100
≤60
客运能力 （万人次 /h）
4.0~7.5
3.0~5.0
2.5~4.0
运营速度 （km/h）
≥35
≥35
城市轨道交通列车牵引传动系统
城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车的牵引⼒是由城市轨道交通列车的牵引系统产⽣的，因此要掌握城市轨道交通列车牵引⼒的知识，就必须先掌握列车牵引传动系统的基础知识。
⽬前城市轨道交通列车的牵引传动系统基本都是电⼒牵引传动系统，其基本的⼯作过程是：电能经过列车牵引供电系统传输和相应的转换，提供给列车的牵引电动机，电能转换成机械能，从⽽驱动列车运⾏。
城市轨道交通列车牵引供电的电源是城市电⽹，城市电⽹提供的电能经过牵引变电所的降压、整流变成DC 1 500 V（或DC 750 V），再通过馈电线传递给接触⽹，然后通过受流装置，由钢轨和回流线流回牵引变电所形成回流。
城市轨道交通列车牵引传动系统的基本特点是牵引功率⼤、传动效率⾼、能源利⽤率⾼、绿⾊环保、产⽣的污染很少、容易实现⾃动化控制。
城市轨道交通列车的牵引电动机为列车提供动⼒，牵引电动机按⼯作原理可分为直流电动机、交流异步电动机、交流同步牵引电动机三种。
由于交流电动机与直流电动机相⽐不需要换向器，结构简单，可靠性⾼，维护量少，重量⼩，并能获得较⼤的单位重量功率，具有良好的牵引性能，同时三相交流牵引电动机的调频、调压特性如果设计合理，可以实现⼤范围的平滑调速，还具有防空转的性能，使黏着利⽤率提⾼；三相交流牵引电动机对瞬时过电压和过电流很不敏感，在启动时能在更长的时间内产⽣较⼤的起动⼒矩。
因此，交流异步电动机有取代直流电动机的趋势。
⼀、牵引传动系统的⼯况城市轨道交通列车的牵引传动系统有两个⼯况：牵引⼯况和制动⼯况。
1、在牵引⼯况下，列车牵引传动系统为列车提供牵引动⼒，将供电接触⽹上的电能转换为列车在轨道上运⾏的机械能。
2、制动⼯况可以分为再⽣制动⼯况和电阻制动⼯况。
再⽣制动就是将列车的机械能转换成电能反馈到接触⽹再供给其他列车或车站设备使⽤，这种⽅式能最⼤限度地降低电能的损耗。
列车制动过程中牵引传动系统反馈的电能超过了接触⽹上的限值（达到DC 1 800 V）时，列车电制动产⽣的电能将会消耗在制动电阻上，通过制动电阻发热⽽消耗到⼤⽓中去，这种通过制动电阻消耗电能的电制动⼯况称为电阻制动⼯况。
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36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
谢谢！
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系 统
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯