城市轨道电力牵引与控制概述

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1.3 城市轨道交通电力牵引发展概述

直线电机牵引是目前最先进的牵引方式之一，技术成熟。用于 地面运输车辆的直线电机，给人们印象最深的莫过于用它来驱 动高速磁悬浮列车，事实上，直线电机另一个较大的应用领域 是将直线感应电机用作为轨道车辆的动力。 在这种驱动方式中，车辆的支撑和导向与传统的用旋转式电机 驱动的铁道车辆一样是依靠车轮和轨道来完成的。 其中北京市轨道交通首都国际机场线，广州市轨道交通四、五 号线根据沿线的环境要求，经采用低噪音的新型交通制式直线 电机系统。
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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
（2）交流传动系统主回路
1 受电弓 2 主断路器 3 电压检测环节 4 接地开关 5 线路滤波器的负载接触器 6 滤波电抗器 7滤波电容器 8 逆变器 9 交流牵引电动机 10 触发脉冲发生器 11 电子控制装置 12 司机控制器
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第一章 绪 论
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1.1 城市轨道交通电力牵引系统重要性
（1）城市轨道交通在现代城市交通中的重要性

科学技术的发展


我国城市快速发展和城市规模的日益扩大： 经济发达的国家城市交通的发展历史和经验：日本 轨道交通在现代大城市和中等城市交通运输中的作用
结论：发展城市轨道交通是解决我国城市交通拥挤的
接触网（第三轨） 受流器 变流装置
牵引电机
列车运行
齿轮传动箱
轮对
（5）组成
城市轨道交通电力传动系统主要包括：传动控制装 置、牵引电机、牵引电器以及由它们组成的主电路和控 制电路。
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1.3 城市轨道交通电力牵引发展概述

以直流电动机作为驱动电机是最早应用于城市轨道车辆的传动 方式 ，直流牵引电动机主要采用串激形式，通过改变电机端电 压或激磁电流调节电机转速，具有良好的牵引性能，且技术可 靠； 德国的AEG公司于1983年研制成功180KW GTO斩波器，已用 于城市无轨电车； 八十年代末期，香港地铁车辆、伦敦本部Docklands轻轨车、 伦敦地铁动车、南非的电力机车等相继都成功地运用了GTO斩 波器实现直流牵引电机的电枢电流控制或磁场控制；


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1.3 城市轨道交通电力牵引发展概述

异步牵引电机消除了由于换向器和电刷所引起的一系列实际问 题，并且有结构简单、维护方便、体积小、重量轻、转速高、 功率大、能防滑、粘着利用好等一系列优点； 随着大功率电力电子器件制造技术的不断提高和交流电机控制 理论的发展，可变频变压的逆变器（亦称VVVF逆变器—— Variable Voltage Variable frequency Inverter）解决了交流电动 机的调速控制问题； 采用异步牵引电机驱动的交流传动系统正在迅速崛起，并使轨 道车辆的电力传动技术跨越了一个很高的台阶。
电能
电机
机械能
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1.2 城市轨道交通电力牵引系统简介
（2）电气传动过程
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1.2 城市轨道交通电力牵引系统简介
（3）机械传动过程
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1.2 城市轨道交通电力牵引系统简介
（3）机械传动过程
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1.2 城市轨道交通电力牵引系统简介
（4）总结一般传动过程
（2）本课程的主要特点

涉及学科和领域较广，包括电力电子技术、电机、
电磁、自动控制理论、计算机技术等；

理论联系实际，注重工程应用。
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东京交通线路图


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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
根据应用于牵引领域的电机主要有：

直流电机 感应电机 同步电机


开关磁阻电机
直线电机
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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
城市轨道供电形式： 轨道交通供电方式主要有接触网供电和第三轨供电两种



我国国家标准《地铁直流供电系统》规定为750 V和直流1500V 两种，一般DC1500V电压采用架空接触网馈电方式 单相工频25kV交流制一般适用于运量大、负荷重、速度高、运 输距离长的干线电气化铁路，具有更好技术经济效益 随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通逐步向市郊扩展， 如果与市郊铁路、城际铁路连接，也可能出现多流制供电方案， 这对车辆电气传动系统特别是车辆受电装置及变流设备提出了 更高要求。
结论：研究城市轨道交通电力牵引系统对我国城市轨道 交通车辆的应用和国产化必不可少。
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1.2 城市轨道交通电力牵引系统简介
（1）城市轨道交通电力牵引系统基本功能
城市轨道交通车辆的电力牵引系统是指车辆经电网吸取 电能转变为驱动车辆所需的机械能。 并且在必要时通过车辆电气制动系统对车辆实施制动。
1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
总结

直流传动系统： 来自接触网的直流电源通过牵引斩波器控制输出电压 幅值可变的直流电，并驱动直流牵引电机实现能量变换，驱 动车辆运行。 交流传动系统： 来自接触网的直流电源通过牵引逆变器控制输出电压

幅值和频率可调的交流电，并驱动交流牵引电机实现能量变 换，驱动车辆运行。
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1.5 城市轨道电力牵引系统研究重点
（1）本课程的课程框架
电网 受流装置
功率器件 调阻调压调速 直流电机
牵引 变流器
变流器拓扑
斩波调速
调制方式
转差频率控制
结构与类型
矢量控制 交流电机 直接转矩控制
牵引电机
电磁理论 等效电路与 数学模型
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1.5 城市轨道电力牵引系统研究重点
（7）对城市轨道电传动系统的要求
1）要求驱动功率大、效率高、装置体积小和重量轻； 2）要能适应负载大的变化，特别应具有较大的过载能力； 3）自动化程度高，要能适应在ATC信号系统中运行； 4）作为城市客运交通工具，应具有较高的运行速度和较低的 噪声等级； 5）具有较高的起动加速度和制动减速度，较短的制动距离； 6）车辆控制系统能使用列车的灵活编组，具有驱动控制能力； 7）能耗低，温升小； 8）安全可靠。
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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
（6）城市轨道交通车辆工况
1）线路条件 线路曲线半径小，坡道大，站距短；
2）客流量
客流量大而集中，乘客上下频繁，高峰时间会超载； 3）运行状况 车辆要在地面和地下运行，运行速度高，车辆起动加速度和 制动减速度都比较大。
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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
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1.4 城市轨道电力牵引系统分类及特点
（1）直流传动系统主回路
1 受电弓 2 主断路器（牵引断路器） 3 电压检测环节 4 接地开关 5 线路滤波器的负载接触器 6 线路滤波电抗器 7 线路滤波电容器 8 斩波器或凸轮调速变器阻器 9 直流牵引电机 10 触发脉冲信号发生器 11 电子控制装置 12 司机控制器
根本途径。
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1.1 城市轨道交通电力牵引系统重要性
（2）研究城市轨道电力牵引的必要性

我国城市轨道交通的基础理论和应用技术还处于起步阶段，国 产化率低，工程造价高；


提高我国城市轨道交通行业的技术力量，发挥自主建设能力， 降低建设成本，是我国进一步发展轨道交通的关键； 车辆是城市轨道交通最重要，也是最关键的设备； 电力传动系统是车辆的关键部件，电力传动系统的技术先进水 平体现了车辆设备的高新技术含量。