铁道机车车辆牵引传动系统结构
铁道机车车辆牵引传动系统结构
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五． 牵引电机纵向布置——单电机架悬式驱动机构
1. 结构原理图（见 右图）
牵引电动机与齿轮
减速箱连成一体完 全弹性地悬挂在转 向架构架的横梁 上，电机驱动轴经 减速齿轮（锥齿轮） 驱动空心轴，再经 橡胶连杆机构（即 联轴器）将扭矩传 递给轮对。
悬挂在构架上
橡胶弹 性关节
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2. 特点
① 可较大地缩短轴距； ② 两轮对由同一电机驱动——成组驱动，可有效避免轮
连接部位增加2片短直角形膜片， 以增强局部强度。
TD挠性联轴器特点：
优点：无需润滑， 减振好 ， 噪声低， 免 维护。
缺点：T D挠性联轴器工作时金属膜片受力 比较复杂。
驱动力矩使膜片产生拉压应力， 三向变位 补偿产生弯曲应力和高频循环疲劳应力。
膜片材料的力学性能要求非同一般， 需采 用抗高频循环疲劳、 耐锈蚀 、 高弹性的特 殊金属薄片材料。
③ 适用于：运用速度较低的轻轨车辆（有轨电车）， 120km/h以下
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2. 弹性轴悬式驱动机构（160km/h以下）
弹性橡胶关节
六连杆机构 抱轴承 空心车轴
弹性轴悬式驱动机构原理图
①结构
与刚性轴悬式驱动机构相
比，只是在车轴和电动机
牵引电动机 弹性吊挂
抱轴承间加了一根空心 轴，而该空心轴两端通过 弹性元件（六连杆机构及
动车组牵引传动系统
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第四章 动车组牵引传动系统
牵引系统的组成：
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第四章 动车组牵引传动系统
牵引主电路：
由4号车或者6号车的受电弓受电，通过车顶上的特高 压导线，经由VCB后被送到2号车或者6号车的主变压器。 车顶上安装有保护接地装置（EGS），运行中，需要紧急 让变电所区间内的所有车辆停车时，让其动作，使架线接 地短路。EGS的操作必须按照铁道部的规定执行。
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第四章 动车组牵引传动系统
牵引主电路：
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第四章 动车组牵引传动系统
CRH2牵引传动系统基本组成
高压电器设备 高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电。主要包括： 受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。 DSA250 型 受 电 弓 —— 该 受 电 弓 为 单 臂 型 结 构 ， 额 定 电 压 / 电 流 为 25kV/1000A，接触压力70±5N,弓头宽度约1950mm，具有自动降弓功能， 适应接触网高度为5300～6500mm，列车运行速度250km/h。 CB201C-G3 型 主 断 路 器 —— 主 断 路 器 为 真 空 型 ， 额 定 开 断 容 量 为 100MVA ， 额 定 电 流 AC200A ， 额 定 断 路 电 流 3400A ， 额 定 开 断 时 间 小 于 0.06s，采用电磁控制空气操作。 LA204 或 LA205 型 避 雷 器 —— 额 定 电 压 为 AC42kV ， 动 作 电 压 为 AC57kV以下，限制电压为107kV。 TH-2型高压电流互感器——变流比为200/5A，用于检测牵引变压器原 边电流值。 SH2052C型接地保护开关——额定瞬时电流为6000A（15周），电磁控 制空气操作，具有安全连锁。
牵引传动
第7章牵引传动7.1.1受电弓结构组成接触网提供AC 25 kV 电压，该电压通过受电弓收集。
由于高压线路（称为“车顶线”）连接CRH3 列车的两个牵引单元，正常操作中只需要提升一个受电弓收集AC 25 kV 用于整个8 节车厢装置即可。
受电弓由压缩空气驱动。
此外，气动滑板监测系统（自动高速降落装置）可确保在滑板磨损或断裂时通过断开EMERGENCY OFF（紧急停车）回路来使受电弓降落。
受电弓构成如图7-3-2。
1 集电器头8 支持绝缘子2 碳条9 底座3电流连接器装置，集电器10 系统阻尼器4 导杆11下拉臂5 气源12联接杆6 提升装置13电流连接器装置，拐点7 电流连接器装置，基底14上拉臂图7-3-2 受电弓结构受电弓设计为单臂受电弓。
气动系统阻尼器(10) 位于底座(9) 上，阻尼器使下拉臂(11) 段提升和降落，底座固定在支持绝缘子(8) 上。
拉离上拉臂(14) 段会带离集电器头(1) 和它的两个碳条(2)。
受电弓配有气动自动降落装置。
它在滑板断裂时使受电弓降落（还将断开EMERGENCY OFF（紧急停车）回路）。
驱动器的压缩空气供应给滑板防磨损板中的管道。
若滑板断裂时压缩空气逸散，受电弓的风箱驱动器将通过高速降落阀通风。
同时主断路器将被触发，防止因电弧而损坏。
同一地，弓角也受到气动监测，以防损坏。
如果压力线断裂，自动降落装置可通过切断阀被禁用。
受电弓的所有功能都由各自相关的阀控制模块执行和监测。
升弓通过起动按钮连接至阀控制模块的气动管中的电磁阀实现。
升弓时间使用气动供给管中的扼流圈设置。
受电弓的降弓时间和静接触力及自动降落装置的压力开关在阀控制面板上设置。
阀控制模块的压缩空气由MR 管道供应，此外，辅助压缩机还用于在低MR 压力时供列车使用。
7．3．2．2技术参数该受电弓主要的技术参数见表7-3-2。
表7-3-2 受电弓主要技术参数7.2牵引电机7.2.1牵引电机概述CRH3动车组配有16 台牵引电动机，为四极三相异步牵引电机。
CRH2C型动车组牵引传动系统
第四章牵引传动系统第一节动车组牵引传动方式CRH2C型动车组采用交流传动系统，动车组由受电弓从接触网获得AC25kV/50Hz电源，通过牵引变压器、牵引变流器向牵引电机提供电压频率均可调节的三相交流电源（如图4-1所示）。
图4-1 牵引传动系统简图一、牵引工况：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600~3000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源（电压：0~2300V；频率：0～220Hz）驱动牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行（如图4-2所示）。
图4-2 牵引工况传动简图二、再生制动：一方面，通过控制牵引逆变器使牵引电机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电机发出的三相交流电被整定为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升；另一方面，脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电源被逆变为单相交流电，该交流电通过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现能量再生（如图4-3所示）。
图4-3 再生制动工况传动简图三、牵引电机采用三相鼠笼式牵引电机，其轴端设置速度传感器，实时检测电机转速（转子频率），对牵引和制动进行实时控制。
M1车和M2车传动系统独立控制，某动车故障时，故障动车将被隔离，无故障动车可以继续为列车提供动力；当某个基本单元故障时，可通过VCB 切除故障单元，而不会影响其它单元工作。
图4-4 为牵引系统主电路原理图。
第二节牵引系统构成及工作原理CRH2C型动车组牵引传动系统主要由特高压电器设备和主牵引电气系统组成，特高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电，主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等；主牵引电气系统主要作用是完成交流变频、直流调压、调整牵引电流的大小及相序、输出牵引力等，主要由牵引变压器、四象限变流器、牵引逆变器和牵引电机组成。
1.牵引系统整体介绍
CRH3动车组牵引系统CRH3动车组设计能够在中国既有线路上运行也能够在新修的的客运专线上运行。
列车能够以在新修的客运专线上及其他经确认的区间以300 km/h速度运行，最高实验速度350 km/h。
牵引系统的是基于25 kV AC供电条件下运行设计的。
列车能够在按规定25 kV AC 50Hz 供电的电压、频率的公差范围内运行，当网压超过规定上公差达到31 kV时，列车还能够许诺运行5分钟，可是只能维持动车组有限的性能。
CRH3动车组由8节车组成，为动力分散型，有50%的车轴为驱动轴。
每列车都是由两组彼此对称的牵引单元组成（01车～04车为一组，05车～08车为另一组），通过车顶电缆连接起来。
牵引传动系统由两个相对独立的大体动力单元组成，一个大体动力单元要紧由一台主变压器、两台牵引变流器和四台牵引电机等组成。
在大体动力单元中的电气设备发生故障时，可全数或部份切除该大体动力单元，而不该阻碍到其它动力单元。
两列CRH3动车组能够重联成一列动车组。
在紧急情形下，CRH3动车组能够与牵引机车通过过渡车钩重联。
通过软管连接风源，没有电气联接。
列车运行线路条件：额定电网电压25 kV AC网压范围 kV ～ 29 kV AC最大31 kV ACkV～19 kV 可运行10分钟29 kV～31 kV 可运行5分钟切断限定值31 kV AC断开主断路器额定电网频率50 Hz电网频率的变化范围 Hz ～ Hz动车组编组图：图：牵引动力系统框图PPantograph受电弓ECTEarth current transformer接地电流互感器SA1、SA2Surge arrester电涌放电器（避雷器）TCTraction container牵引变流器LVTLine voltage transformer线电压互感器MTraction motor牵引电动机变压器变流器辅助变流器双辅助变流器制动电阻蓄电池充电机蓄电池牵引轴拖轴MCB Main circuit breaker/Earthswitch主断路器/接地开关RLDSRoof line disconnectingswitch隔离开关LCTLine current transformer线电流互感器VLRVoltage limiting resistor限压电阻器TCT Transformer currenttransformer变压器电流互感器RARoof area车顶区域MTMain transformer主变压器UAUnderfloor area地板下区域动车组牵引是采纳交流传动方式。
第七章 CRH5动车组牵引传动系统
第七章 CRH5型动车组牵引传动系统第一节 概 述CRH5型动车组牵引系统使用交-直-交传动方式，主要由受电弓、主断路器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。
受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1770V的交流电。
降压后的交流电再输入牵引变流器，逆变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机牵引整个列车。
牵引传动系统工作原理示意图如图7-1-1所示。
图7-1-1 牵引传动系统工作原理示意图CRH5型动车组牵引系统主变压器使用油冷方式，牵引变流器使用成熟的IGBT技术。
异步牵引电机的功率为550kW，采用体悬方式，由万向轴传递牵引力。
动车组有两个相对独立的主牵引系统，每个牵引单元配备一个完整的集电、牵引及辅助系统，以实现所需的牵引和辅助电路冗余，其中一个单元由3辆动车加1辆拖车构成（M-M-T-M），另一个单元由2辆动车加2辆拖车构成（T-T-M-M）。
动车组编组及动力设备的配置见图7-1-2。
图7-1-2 牵引设备的布置每个动力单元带有一个主变压器和受电弓。
在正常运行中，每列车只启用1个受电弓。
每个牵引动力单元的牵引设备都由下列设备组成:1．一个高压单元，带受电弓和保护装置；2．一个主变压器；3．两套或三套IGBT水冷技术的主牵引套件；4．四台或六台异步牵引电机，底架悬挂，最大设计负载550kW（轮缘处功率）。
由于每台电机是由一个独立的牵引逆变器驱动的，在同一车辆内轮对间轮径差最大为15mm的情况下，无需减小负载。
每节动车装有两台牵引电机。
正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。
第二节 牵引传动系统7.2.1 牵引/电制特性（包括技术参数）在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和网压在22.5KV AC-29KV AC范围内电压时，列车的牵引性能如下：1．平均启动加速度（0~40km/h） 0.50m/s2．200km/h 时的剩余加速度 0.11m/s3．220km/h时的剩余加速度 0.09m/s4．250km/h时的剩余加速度 0.05m/s5．平均最大车轮-磨耗粘着系数 0.226．爬行坡度（100%牵引力） 30‰7．在一个牵引变流器故障（80%牵引功率）条件下的爬行坡度>30 ‰；8．在二个牵引变流器故障或一个牵引变压器故障条件下(可获得60% 的牵引功率)的爬行坡度 27‰（连续运行）；30‰（以73km/h速度运行25km）；9．轮周处的最大牵引功率 5500kW；10．轮周处的最大牵引力 302kN；11．轮周处的最大制动功率 5785kW；12．列车在全功率和一半故障条件下的牵引曲线，如图7-2-1所示。
CRH380B型动车组牵引系统资料
3 动力单元
• 在动车组中装有4个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单 元有一个带牵引控制单元的牵引变流器，以及4个并联的牵引电动机。 • 牵引零部件辅助设备所需的电源由3 AC 440 V / 60 Hz 母线提供， 母线电源由动车组的辅助变流器单元提供。 • 牵引设备箱中控制电源通过总线排从蓄电池中获得。
2.2.2 牵引变压器主要保护功能
主变压器具有过流监控和保护功能，变压器的流入和流出侧均设置的 电流互感器，当发生变压器过流或差流故障时，通过断开主断路器对 主变压器进行保护。
TCL 原边电流互感器 ECT 接地回路互感器
2.2.3 变压器油的用途
• • • • 提供导线同绕组间的绝缘及与接地部件的绝缘。 提高油浸纸的电介质强度 消除飞弧。 接收、积累和传输变压器内产生的热量（即损耗）
2.1.2 主断路器
每列动车组配置了两个主断路器，安装在每节变压器车车顶端部位置。 主断路器不但用来开关动力单元的运行电流，也可以用来切断故障情况下 的过流以及短路电流。
2.1.3 接地开关
每个主断路器旁边，一个单独底座上安装了接地开关，接地隔离开关 具有防止短路和全列车接地的功能。
2.1.4 车顶电缆隔离开关
2.1.6 电压互感器
电压互感器与一个受电弓连接，用于测量和监视电网接触线的电压，它 有两个次级绕组，把电压信号送到各个牵引变流器中，互感器位于受电弓与主 断路器之间。
2.1.7 电流互感器
第六章-CRH2-型动车组牵引传动系统
第六章 CRH2 型动车组牵引传动系统第一节概述一、CRH2 牵引传动系统基本组成CRH2 动车组牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电器设备）、牵引变压器、四象限变流器、牵引逆变器和牵引电机组成。
1．高压电器设备高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电。
主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。
CRH2 动车组采用 DSA250 型受电弓。
该受电弓为单臂型结构，额定电压/电流为 25kV/1000A，接触压力 70±5N,弓头宽度约 1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为 5300～6500mm，列车运行速度 250km/h。
CRH2 动车组采用 CB201C-G3 型主断路器。
主断路器为真空型，额定开断容量为 100MVA，额定电流 AC200A，额定断路电流 3400A，额定开断时间小于 0.06s，采用电磁控制空气操作。
CRH2 动车组采用 LA204 或 LA205 型避雷器。
额定电压为 AC42kV （RMS），动作电压为 AC57kV 以下（V1mA，DC），限制电压为107kV。
由氧化锌（ZnO）为主的金属氧化物组成,是非线性高电阻体的无间隙避雷器。
CRH2 动车组采用 TH-2 型高压电流互感器。
变流比为 200/5A，用于检测牵引变压器原边电流值。
CRH2 动车组 SH2052C 型接地保护开关。
额定瞬时电流为6000A（15 周），电磁控制空气操作，具有安全连锁。
2．牵引变压器 CRH2 动车组采用的是 TM210 型牵引变压器，一个基本动力单元 1 个，全列共计 2 个。
采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。
具有 1 个原边绕组（25kV,3060kVA）、 2 个牵引绕组（1500V，2×1285kVA），一个辅助绕组（400V，490kVA）。
3．牵引变流器 CRH2 动车组采用的是 CI11 型牵引变流器，一个基本动力单元 2 个，全列共计 4 个。
CRH2型动车组牵引传动概述
CRH2型动车组牵引传动概述7.1.1牵引传动系统的组成CRH2型动车组编组形式为8辆编组，动力配置为4M-F4T，即Tlc-M2-M1-T2-Tlk-M2-Mls-T2c，其中相邻的两辆动车为1个基本动力单元。
每个动力单元具有独立的牵引传动系统。
CRH2型动车组采用交流传动系统，主要由受电弓(包括高压电器设备)、牵引变压器、脉冲整流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电动机、齿轮传动等组成。
动车组受电弓从接触网获得AC25000V/50Hz电源，为了满足动车组牵引特性的要求，牵引电动机需要电压频率均可调节的三相交流电源。
牵引传动系统组成原理参见图7.1。
7.1.2牵引传动系统能量变换及传递列车牵引运行是将电能转换成机械能，能量变换与传递的途径如图7.2黑色箭头所示；再生制动运行是将机械能转换成电能，能量变换与传递的途径如图7.2白色箭头所示。
列车牵引运行时：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600～3000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源(电压：O～2300V；频率：0～220Hz)驱动牵引电动机，牵引电动机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行。
实现电能到机械能的转换。
再生制动时：控制牵引逆变器使牵引电动机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电动机发出的三相交流电被整流为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升。
脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电被逆变为单相交流电，该交流电通过牵引变压器、真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现机械能到电能的转换。
7.1.3牵引传动系统主电路牵引传动系统主电路结构原理简图如图7.3所示，主电路原理图如图7.4所示。
动车组由受电弓从接触网接受25kV，50Hz单相交流电，通过真空断路器(VCB)连接到牵引变压器原边绕组。
铁道机车车辆牵引传动系统结构教学教材
体悬式：电机全部或大部分悬挂在车体上，电机重量属于二系 以上。牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于 200km/h以上的高速动车组。
轴悬式
轴悬式电机一端支在车轴上，另一端尾部吊挂 在转向架构架上，电机与 轮对无联轴器，直接进行力矩传递。此方式一系簧下重量大，只适用于 低速。
齿形剖面 ——鼓形齿
鼓形齿联轴器缺点：
❖ 刚性大， 无弹性， 不能减振、 缓冲； ❖ 齿面存在摩擦和磨损， 寿命有限； ❖ 传动噪声大； ❖ 需要加注润滑油， 增加了污染的环节； ❖ 传动周向间隙( 齿间) 较大， 易产生脉动冲击；、
四． 牵引电机横向布置——架悬式驱动装置 1. 挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置
① 结构原理图（见下图）
牵引电机悬吊
牵引电动机横向布置——挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构原理图
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挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构示意图
驱动轮对 牵引电动机 构架 齿轮箱吊挂 牵引齿轮箱
牵引电机悬挂
WN 联轴节
③ 适用于：运用速度较低的轻轨车辆（有轨电车）， 120km/h以下
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2. 弹性轴悬式驱动机构（160km/h以下）
弹性橡胶关节
六连杆机构 抱轴承 空心车轴
弹性轴悬式驱动机构原理图
①结构
与刚性轴悬式驱动机构相
比，只是在车轴和电动机
牵引电动机 弹性吊挂
抱轴承间加了一根空心 轴，而该空心轴两端通过 弹性元件（六连杆机构及
架悬式
电机全部悬挂在构架上，电机重量属于簧上部分。 牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h 以下的高速动车组。
动车组牵引传动系统的构成与工作原理
动车组牵引传动系统的构成与工作原理动车组牵引传动系统的构成与工作原理1. 引言动车组是现代高速铁路的重要组成部分，而牵引传动系统则是动车组的核心部件。
牵引传动系统能够提供动力，并将其传递到车轮上，使列车得以正常运行。
本文将深入探讨动车组牵引传动系统的构成与工作原理，以便更全面地理解其在高速铁路运输中的重要作用。
2. 构成动车组牵引传动系统由多个关键部件组成，包括牵引逆变器、牵引变压器、牵引电机、传动装置等。
2.1 牵引逆变器牵引逆变器是动车组牵引系统的核心组件之一，它负责将来自供电系统的直流电转换成交流电，为牵引电机提供供电。
牵引逆变器能够根据列车的运行状态和要求来调整输出电压和频率，以实现精确的牵引力控制。
2.2 牵引变压器牵引变压器通常位于牵引逆变器和牵引电机之间，其主要作用是将牵引逆变器输出的交流电转换成适合牵引电机使用的电压。
通过牵引变压器的变换，牵引电机可以得到稳定和可控的电压供应，从而实现牵引力的精确控制。
2.3 牵引电机牵引电机是动车组牵引传动系统的关键部件，负责将电能转换为机械能，驱动车轮的转动。
牵引电机通常采用交流电机，其结构紧凑、效率高，并具有良好的低速和高速特性。
牵引电机的输出扭矩和转速能够根据车速和牵引力需求进行精确的调节。
2.4 传动装置传动装置是将牵引电机的转动传递到车轮上的重要组件，其主要有轴、轴承、减速器等部件组成。
传动装置的设计旨在减小能量损失和噪音产生，并提高动车组的牵引性能和行驶平稳性。
3. 工作原理动车组牵引传动系统的工作原理可以简单地概括为：通过供电系统向牵引逆变器提供直流电源，牵引逆变器将直流电转换成交流电，输出给牵引变压器；牵引变压器将交流电转换成适合牵引电机使用的电压；牵引电机将电能转换为机械能，并通过传动装置将转动传递到车轮上，从而推动列车运行。
具体来说，牵引逆变器能够根据列车的速度以及牵引力需求对输出电压和频率进行调节。
在加速过程中，牵引逆变器提供较高的电压和频率，以提供足够的牵引力；而在减速和制动过程中，牵引逆变器通过降低电压和频率来控制牵引力的减小。
动车课件第二章牵引传动系统
第一节牵引供电系统基本构成
❖ 每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成： （1）高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TP和TPB车上。主变压器
采用强制油冷却。 （2）第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有2个牵引/辅助
变流器，每台牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的（直 流改为交流）电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。每辆动车配置2台异步牵 引电机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的直径差（在相同 车轴上）接近3mm时也能够提供500kW的负载。 （3）牵引控制器TCU能够完成如下的功能
控制设备发送牵引/制动命令； 控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率因数； 控制电机牵引/制动转矩； 进行电力设备的保护； 对控制器本身进行自诊断； （4）安装在M2和MH车辆上的电气装置。
（三）牵引/电制动特性
第一节牵引供电系统基本构成
（三）牵引/电制动特性
❖ 在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和网压在 22.5KV AC-29KV AC范围内时，列车的牵引性能如下：
第二节牵引供电系统控制原理
❖ 牵引变流器的控制基于牵引控制单元TCU。四象限整流器控制计算是基于PWM：正弦波 形与接触网频率锁定，调整幅值和相位，以保持直流环节为DC3600V，调节网侧电流和 电压之间的相位差，使其接近于零，相位控制由牵引变压器的高阻抗特性完成，这样 可以将电网电流谐波减少至最低程度。牵引逆变器控制算法基于“现场导向控制（矢 量控制）”，将直流连接电压、相电流和速度作为输入数据，调节参数为转矩和磁通 。TCU使用四种不同的PWM（异步和同步交叉、计算角度和方波）驱动IGBT。
CRH2型动车组牵引传动系统工作原理及控制
CHR2型动车组牵引传动系统工作原理及控制CRH 2型动车组牵引传动系统设备配置及工作原理概论牵引传动系统是CRH 2型高速动车组的动力来源。
整个系统动力均匀分布于整列动车组的四个基本单元之中，形成为了一个完整的组合的动力源。
巨有牵引功率大、启动平稳、快速快捷、有效抑制空转和滑行保护到位等特性，并与多个系统连锁控制，实现运行平稳，多级调速和准确停车。
一、牵引传动系统的组成CRH2型高速动车组以四动四托为编组，其中2，3，6，7号车为动车，1，4，5，8号车是拖车，配备两个牵引系统，首尾两车各设有司机室可双向行驶。
正常情况下两个牵引系统均工作，当某一系统发生故障时可自动切断故障源继续行驶。
CRH2型高速动车组采用动力分散交流传动模式，主要有受电弓，牵引变压器，脉冲整流器，中间环节，牵引变流器，牵引电动机，齿轮传动等组成。
技 师 参评论文二、牵引传动系统的主要设备配置2.1：车顶设备配置各车辆间的主电路均采用高压电缆和高压电缆连接器连接。
高压电缆连接器分为直线型，5度倾斜型，T型等几种，通过这些高压电缆连接器接通高压电缆。
供电设备配置在4，6号车前部车顶，主要有受电弓和接地保护开关等。
2.2：车底设备配置动车组牵引传动系统车底设备主要有网侧高压电气设备，牵引变压器，牵引变流器，牵引电动机等设备组成。
全列共计2台牵引变压器，4台牵引变流器，16台牵引电动机。
牵引变压器位于2，6号车底，牵引变流器和牵引电动机皆配置在2，3，6，7号车底。
三、动车组牵引传动系统主要设备3.1：受电弓动车组受电弓是从接触网获得电能的主要设备，也是动车组主电路的高压设备之一。
受电弓主要通过列车运行时压缩空气进入升弓装置气囊升起受电弓，使受电弓滑板与接触线接触而获电；绛弓时排出气囊内压缩空气使受电弓落下。
3.2：接地保护开关受电弓和接地保护开关安装在同一车辆上。
接地保护开关通过把特高压电源接地，防止对车体施加特高电压。
当主电路发生电流异常或者接触网电压异常等事故时，强制性地操作保护接地开关，把接触网接地，使接地电流流向接触网，变电站供电系统中的隔离开关跳闸，接触网处于无电压状态，以保护动车组不受损坏。
CRH380B型动车组牵引系统
3.1.5 DC中带接地故障探测的连续放电电阻
• 接地故障检测由分压器、带准势绝缘和评估电路的差动放大器构成。 连续放电电阻分成102K Ω: 34kΩ 比的两个部分。电阻器的中央抽 头接地；一个滤波电容器并联到下部部件中。监控此电容的电压。在 出现接地故障时，测量电压改变，从而相关的TCU 指出接地故障。 • 在额定运行期间，互感器的值显示为整体DC 链路电压的¼ 。考虑± 30 %的公差（指的是由于部件公差导致的DC 链路电压的¼ ）。在接地 故障的情况下，由于电容值的充电反向，测量电压改变。值为 % UE/Ud 或100 %。通过此方法可以检测到接地故障。
3.1 带冷却装置的牵引变流器
牵引变流器安装在动车组动力车车下的牵引设备箱中。 每一个牵引变流器基本上由2个4象限斩波器 （ 4QC），带谐振电 路的中间电压电路，1个制动斩波器BC以及1个脉冲宽度调制逆变 （PWMI ）牵引变流器的输入线路接触器，由列车控制单元TCU 控制 。
25kV / 50Hz
2.2.2 牵引变压器主要保护功能
主变压器采用强迫导向油循环风冷方式，设有冷却油温、油 循环流动状态等监控保护装置。
2.2.2 牵引变压器主要保护功能
主变压器采用设置气体保护装置，双浮筒瓦斯继电器，用于监控带存 油器的油浸电气设备，继电器中的触点机构对下列情况做出响应： 低能局部放电、漏电或局部过热而产生气体。 由漏泄造成的油损失 剧烈电弧时大量气体快速演变造成的压力波动。
3.1.6 牵引变流器放电并接地
• 在牵引变流器上进行任何工作以前，必须绝对保证中间直流环节已经 被彻底放电。
牵引变流器接地点的位置
牵引变流器整体图片
牵引变流器电气接口图片（A面）
3.2 驱动单元（电机以及传动装置）
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轴悬式
轴悬式电机一端支在车轴上，另一端尾部吊挂 在转向架构架上，电机与 轮对无联轴器，直接进行力矩传递。此方式一系簧下重量大，只适用于 低速。
架悬式
电机全部悬挂在构架上，电机重量属于簧上部分。 牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h 以下的高速动车组。
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3. 电机空心轴架悬式驱动机构
弹性吊挂 滚动轴承
齿形联轴器
电机空心轴架悬式驱动机构原理图
①结构
牵引电动机的两端均通
弹性扭轴 牵引电动机 弹性吊挂
过弹性吊挂与转向架构 架横梁相连，但在电机
内部将转子铁芯挖空，
并通过齿形联轴器将扭
构架
弹性联轴节 弹性吊挂 小齿轮 车轴齿轮箱 大齿轮
矩传给弹性扭轴，再通 过弹性联轴节与驱动小 齿轮连接。 但车轴齿轮箱一端仍然 通过抱轴承与车轴相 连，另一端通过弹性吊
橡胶关节）与左右车轮相
连。而大齿轮与空心轴固
构架
结在一起。
②特点
车轴齿轮箱 小齿轮 大齿轮
与刚性轴悬式驱动机构基 本相同，只是轮轨动作用
力经弹性元件缓冲后再传
给齿轮和电动机Leabharlann 但结构比较复杂。由于空心轴弹性联轴器偏心转动，易带来附加垂向动载荷，对于高速运行存在3弊2 病
弹性联轴器（橡胶柱销套六连杆结构）
目前国内难以生产T D挠性联轴器， 主要受 到特殊金属薄片材料关键技术的限制。
根据分析结果和相关 资料 ，金属膜片要求 的抗拉强度应达到12 0 0 MP a ， 同时其 疲劳强度应在5 0 0 ～ 6 0 O MP a ，目前 国内材料和热处理 工艺难 以实现 。
2. 轮对空心轴架悬式驱动机构
二．结构形式
通常有轴悬式、架悬式和体悬式之分。而在城轨车辆 上通常采用如下形式：
1. 牵引电动机横向布置
轴悬式驱动 电机空心轴架悬式驱动
轮对空心轴架悬式驱动 挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动 单电机弹性轴悬式驱动
2. 牵引电动机纵向布置
单电机架悬式驱动(全弹性驱动) 对角配置的万向轴驱动(架悬式)
3. 牵引电动机体悬式驱动（略）
齿形剖面 ——鼓形齿
鼓形齿联轴器缺点：
刚性大， 无弹性， 不能减振、 缓冲； 齿面存在摩擦和磨损， 寿命有限； 传动噪声大； 需要加注润滑油， 增加了污染的环节； 传动周向间隙( 齿间) 较大， 易产生脉动冲击；、
频繁换向的适应性差。
齿轮啮合 的缺点。
补充：TD挠性板式联轴节架悬式驱动机构
对空转打滑； ③ 可最大限度地减轻簧下死重量（电机和齿轮箱等全部
为簧上重量），能明显改善电机及齿轮的工作条件； ④ 但，两轮对的直径差对运行阻力和轮轨磨耗影响较大
（因为转向架内的两个轮对被机械联结在一起，转动 角速度相同），因此必须严格控制各车轮的轮径差。
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六． 对角配置的万向轴架悬式驱动机构
1. 结构原理（见图）
体悬式：
以半体悬悬挂方式吊挂 在车体和转向架构架， 通过轮对空心轴六连杆
弹性传动机构、单边刚 性直齿轮驱动车轮。
体悬式：电机全部或大部分悬挂在车体上，电机重量属于二系 以上。牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h以上的高速 动车组。
三．牵引电机横向布置——轴悬式驱动机构 (刚性、弹性）
（免维护）。 TD—— Twin Disk
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TD挠性联轴器
TD挠性联轴器属于金属挠性板联轴器 ，目前在国 内主要用在北京地铁复八线车辆上。
它主要通过金属弹性膜片来实现减振和角向、 轴向、 径向变位补偿。
TD挠性联轴器的核心部件是金属挠性板。它采用 若干数量的方形框金属膜片叠合方式构成。在螺栓
关节）与车轮连接，
车轴齿轮箱 小齿轮
另一端同样通过弹性
大齿轮 元件与驱动大齿轮连
接。而外空心轴和齿
轮箱与牵引电动机连
成一体，全部吊挂在
构架上称为簧上重量。
② 驱动力矩的传递过程
由牵引电动机产生的驱动力矩经输出轴→小齿轮→大齿 轮→传动销→左侧弹性元件和六连杆机构→内空心轴→ 右侧弹性元件和六连杆机构→传动销→右侧车轮→ 车轴 → 左侧车轮。 ③ 特点 a) 簧下死重量小（电动机悬挂在构架上，牵引电机、牵
其中：现代轻轨车辆和地铁车辆转向架大多采用挠性 浮动齿式联轴节式架悬式驱动机构；而旧的轻轨车辆 转向架常常采用纵向布置的单电机架悬式驱动机构。 轴悬式：电机一端支在车轴上，另一端尾部吊挂 在 转向架构架上，电机与轮对无联轴器，直接进行力矩 传递。此方式一系簧下重量大，只适用于低速。
架悬式：电机全部悬挂在构架上，电机重量属于簧上部分。 牵引电机与轮对之间需通过联轴器传递力矩，适用于200km/h 以下的高速动车组。
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挠性浮动齿式联轴节架悬式驱动装置结构图
连接构架
齿轮箱 安全索 连接构架
弹性吊杆 安全凸缘 联轴节 电动机速度 牵引电动机
（安装在构架）
传感器
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深圳地铁一号线长客车辆转向架驱动装置
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深圳地铁一号线株机车辆转向架驱动装置
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驱动装置中的联轴器所起的基本作用为：
1）同心轴间力矩传递； 2）适应轴间的径向、轴向及偏角三向变位； 3）提供驱动轴系必要的弹性，以降低传动噪声； 4）为驱动装置总成的装配带来便利。
挂与构架相连（与轴悬
式类似）。
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② 特点
a) 簧下死重量较小（电动机悬挂在构架上，全部重量 均为簧上重量。但齿轮箱的重量之一半仍然悬挂在 轴上，属簧下死重量），减小了轮轨动作用力；
b) 改善了牵引电动机的工作条件，但牵引齿轮的工作 条件与轴悬式相同并未有所改善；
c) 但，弹性扭轴的柔性很大，使得整个驱动机构的弹 性太软，容易使轮对在驱动过程中产生粘—滑振 动（致命弱点，SS5机车就因为采用该驱动机构而 产生严重的粘—滑振动） ；
齿轮箱弹 性吊挂
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鼓形齿联轴器特点：
鼓形齿联轴器的外齿轴套可在内齿外套内轴向浮 动， 在电机轴伸和小齿轮轴伸间留有间隙， 以适 应电机和 车轴间相对的横向变位。
因采用的是鼓形齿， 外齿轴套可在内齿外套内转 动偏角， 故电机轴线和车轴轴线间的相对偏角变 位可得到补偿 。
2轴间的径向变位补偿，也是通过内外齿套间的转 动偏角来实现。
第5章 牵引驱动装置
思考题：
1）轮对空心轴驱动装置中的六连杆机构具 有哪些方向的变位能力？
2）鼓形齿式联轴器与金属挠性板联轴器产 生变位的基本工作原理有何不同？它们的 变位能力受什么限制？
第5章 牵引驱动装置的安装形式
一．作用
将牵引电动机的扭矩有效地转化为转向架轮对转矩， 利用轮轨的粘着机理，驱使车辆沿着钢轨运行。 (通过驱动装置将驱动力传递给轮对产生牵引力）
弹性橡胶关节
六连杆机构 内空心轴 外空心轴 长吊挂 滚动轴承
轮对空心轴架悬式驱动机构原理图 DF11和SS9准高速机车均采用轮 对空心轴架悬式驱动机构
① 结构
牵引电动机的两端均
牵引电动机 通过长、短吊挂与转
短吊挂 向架构架横梁或端梁
相连，并在车轴上加
上了一根空心轴，其
构架 一端通过弹性元件
（六连杆机构和橡胶
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五． 牵引电机纵向布置——单电机架悬式驱动机构
1. 结构原理图（见 右图）
牵引电动机与齿轮
减速箱连成一体完 全弹性地悬挂在转 向架构架的横梁 上，电机驱动轴经 减速齿轮（锥齿轮） 驱动空心轴，再经 橡胶连杆机构（即 联轴器）将扭矩传 递给轮对。
悬挂在构架上
橡胶弹 性关节
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2. 特点
① 可较大地缩短轴距； ② 两轮对由同一电机驱动——成组驱动，可有效避免轮
挠性浮动齿式联轴节
1
2
结构：
由半联轴节（外齿轴套）、外筒（内齿套筒）和中间隔 板等组成。半联轴节的外齿和外筒的内齿始终相互啮合, 传递驱动扭矩。 运动：
可实现电机输出轴相对于（小）齿轮输入轴间的相 互跳动和转动，且运动很灵活，运动阻力很小，同时能 平顺传递电机驱动扭矩。在运动过程中，两个外筒就像 “树叶一样”漂浮在半联轴节的齿顶上——这就是“浮动” 一词的来历。同时电机输出轴和齿轮输入轴间除传 递扭矩之外也没有任何约束，再加上中间隔板两边设有 弹簧或橡胶，属于“挠性”连接。 其运动范围为：
d) 且，结构较复杂，维修困难。
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1. 牵引电动机横向布置 2. 牵引电动机纵向布置
轴悬式驱动 电机空心轴架悬式驱动 轮对空心轴架悬式驱动 挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动
单电机弹性轴悬式驱动 单电机架悬式驱动(全弹性驱动) 对角配置的万向轴驱动(架悬式)
3. 为什么采用单电机纵向布置呢？
因为： ① 转向架轴距短（一般轻轨车辆转向架轴距在1900 ～
引齿轮和齿轮箱等全部重量均为簧上重量，可最大限 度地减轻簧下死重量），减小了轮轨动作用力； b) 改善了牵引电动机及牵引齿轮的工作条件； c) 具有足够的径向扭转刚度，可避免驱动装置牵引时的 粘—滑振动； d) 该系统的轴向、纵向和垂向刚度很小，能很好满足轮 对相对于系统的各向运动； e) 机车起动时，电动机能先于轮对转过一微小角度，改 善了牵引电机启动换向条件。 但是， f) 结构较复杂，维修困难； g) 连杆结构所产生的离心力会使车轮载荷不稳定。
③ 适用于：运用速度较低的轻轨车辆（有轨电车）， 120km/h以下
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2. 弹性轴悬式驱动机构（160km/h以下）
弹性橡胶关节
六连杆机构 抱轴承 空心车轴
弹性轴悬式驱动机构原理图
①结构
与刚性轴悬式驱动机构相