电力牵引传动系统发展历程及分类
第四章 电力机车总体
1978年研制成功的SS3型机车，不仅改善了牵 引性能，还把机车的小时功率从4200kW提高到 4800kW，成为中国第二种主型电力机车。 1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机 车，它是国产电力机车中功率最大的一种 （6400kW），已成为中国重载货运的主型机车。 以后又陆续研制成功了SS5、SS6和SS7型电力机 车。1994年研制成功了时速为160km的准高速四 轴电力机车SS8等。 至此，中国干线电力机车已基本形成了4、6、8 轴和3200kW、4800kW和6400kW功率系列的电 力机车型谱 。
二十世纪五十年代硅整流器机车阶段二十世纪五十年代末六十年代初晶闸管可控硅整流器机车阶段二十世纪六十年代末七十年代初大功率可控硅整流器和三相交流牵引电动机机车阶段二十世纪六十年代中期至今大规模运用应该在二十世纪九十年代以后我国电力机车发展简况我国电力牵引采用工频单相交流制式1958年1960年我国试制了第一台引燃管整流器电力机车6y型电力机车ss力机车采用大功率硅整流装置1982年通过铁道部鉴定
1999 年，中国株洲电力机车厂生产出第一 台时速超过200km的DDJ1型交流传动电力机 车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高 速列车的行列。 我国交流传动机车的发展也正在起步，计 划用10年的时间实现牵引动力从交－直流传动 到交流传动转换，使生产货运单轴功率 1000kW～1200kW、客运单轴功率1200kW ～ 1400kW的电力机车成为主流车。这对实现我国 铁路重载、高速运输的跨越式发展目标将进一 步起到积极的推动作用，将更显示电气化铁路 运输的优越性。
Nb=4800kW Vmax=100km/h C0—C0
SS7型机车
SS7型电力机车是大同机车工厂、株洲电力机 车研究所、成都机车工厂等共同设计研制的 交—直流传动6轴客货两用电力机车。机车吸 收消化了8K、6K、8G机车的先进技术，机车 持续功率4800kW，最高速度100km/h，通过 最小半径125m，计算质量138t。近几年又陆 续研制出SS7C、SS7D、SS7E客运机车。 其中： SS7 、SS7C、SS7D机车轴列式为3B0 （即B0—B0—B0）； SS7E机车： 轴列式为C0—C0, 最高速度160km/h 。
城市轨道交通车辆基础电子课件第六章电力牵引系统
城市轨道交通车辆电力牵引系统框图 14
城市轨道交通车辆电力牵引系统主电路
ห้องสมุดไป่ตู้15
五、 电力牵引系统的发展
随着电力电子器件和计算机技术的发展，城市轨道交通车辆的电力牵引传动 技术由最初的变阻调速发展到斩波器调速，并不断进一步发展，在采用三相异步 牵引电动机的动车中应用了变压变频技术。目前，逆变器技术已在城市轨道交通 动车组上得到了非常广泛的应用。
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转子结构如图所示， 由电气绝缘钢片叠装而成的铁芯组件被冷缩装配到由高强 度热处理钢制成的转子轴上，同时配以分别布置于其左右的转子止推环。转子配有 通风用的轴向风道。铜制转子线排位于铁芯组件的槽中。
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（2）牵引电动机的工作原理 受流装置从接触网上获得直流电流，经过列车牵引逆变器转换成三相交流电，输 送给交流牵引电动机（三相异步电动机）定子上空间位置相差120°的三相绕组，使 定子三相绕组中有对称的三相电流流过，从而在气隙中产生旋转磁场。转子绕组在这 个旋转磁场中感应出电动势，使转子绕组中产生电流。转子电流与旋转磁场相互作用， 产生电磁力，形成使转子旋转的电磁转矩，转轴通过联轴器和齿轮箱把转矩传送给车 辆转向架的车轴，带动车轮滚动，驱动列车运行。
因此，城市轨道交通车辆的电力牵引系统大致经历了20世纪80年代前的凸轮 变阻调压直流传动系统、20世纪80年代的斩波调压直流传动系统和20世纪90年代 的变压变频交流传动系统三个阶段。
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在城市轨道交通车辆电力牵引传动系统中，牵引变流器（包括斩波器、逆变器 等）广泛采用了门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块或智能 功率（IPM）模块作为主开关器件，尤其是IGBT模块或IPM模块对于较高频率工作具 有良好的适应能力。微电子技术在城市轨道交通车辆的牵引、制动、辅助控制、信 息显示与储存、防滑与防空转控制及行车安全等方面也得到了广泛应用。城市轨道 交通车辆除了采用摩擦制动外，还采用了电气制动技术，如再生制动、电阻制动及 磁轨制动等，提高了车辆运行过程中的节能效果与安全性。
电力牵引40年大事记
1959年 6月 5日 我国 电力机 车专业 研究所 —— 铁道部株 洲电 力机车研究所成立。
1961年8月15日 我国第一 个全长91 km 的电力牵 引区段 —— 宝鸡至凤州段交付运营。
1963年8月19日 国家大功率 牵引动力内燃化电 力化领导小组 成立。
19 98年第5 —6期 19 98年1 1月1 0日
机 车 电 传 动 EL ECT R IC DRIV E F OR LO COM OT IV E
№5—6, 1998 N ov . 10, 1998
电力牵引40年大事记
1958年12月18日 我国自行研 制的第一台电力机车 ( 6Y 1型 ) 试 制成功。
线电气化重载单元 现代化铁路。1992年大秦 铁路全线通车, 全长653 km 。 1988年 12月28日 郑州 至宝鸡 电气化铁 路通车。至 此, 郑 州西 至兰州全 长1 187 km 的 西陇海铁路 全部实 现电 气化, 成为 我国 铁路 网中第 一条 1 000 km 以上的干线电气化铁路。 1988年 铁道 部批准大 同机车 厂转产 电力机 车, 至 此, 我 国拥 有了第二家电力机车生产厂。 1989年9月26日 由我国 和欧洲50 Hz 集团合作生产的 8K 型电 力机车 试制成功。 1990年11月13日 设计速 度为140 km/ h 的 SS5 型客运电 力机 车试制 成功。该车采 用了多 项新技 术, 具有 80 年代相控机车的先进水平。 1991年 6月6日 我国 首台国 际中 标的 SS6 型电 力机 车竣 工剪 彩。 1991年 SS30123机 车完成 重大 技术 改进, 1992年进 行批 量生 产, 定名为 SS3B型电力机车。
轨道交通电力牵引传动及开关设备的发展概述
轨道交通电力牵引传动及开关设备的发展概述1. 引言轨道交通是现代城市中不可或缺的交通方式，其电力牵引传动系统是保证列车运行的重要组成部分。
随着科技的进步和社会的发展，轨道交通电力牵引传动及开关设备也在不断演进和改进。
本文将对这些方面的发展进行概述。
2. 传统电力牵引传动系统传统的轨道交通电力牵引传动系统由电动机、电力变换装置和控制系统组成。
电动机负责提供动力，电力变换装置将输入的交流电转换为列车所需的直流电，控制系统则对电力牵引系统进行控制。
3. 发展趋势3.1 高效能电力牵引传动系统为了提高列车的能效和运行效率，研究人员不断寻求高效能的电力牵引传动系统。
这些系统利用先进的电机技术、高效的电力变换装置以及智能化的控制系统，以实现更低的能耗和更短的运行时间。
3.2 新能源在轨道交通中的应用新能源技术在轨道交通领域的应用也是当前的一个研究热点。
太阳能、风能等可再生能源被广泛应用于轨道交通电力牵引传动系统中，以降低对传统能源的依赖，并减少对环境的影响。
3.3 智能化控制系统随着人工智能技术的迅速发展，智能化控制系统在轨道交通电力牵引传动中的应用也不断提升。
智能化控制系统可以通过收集各种传感器的数据，实时监测列车的运行状态，并根据需要进行智能调整，以提高系统的可靠性和安全性。
4. 开关设备的发展开关设备在轨道交通电力牵引传动系统中起着关键作用，其稳定性和可靠性对系统运行至关重要。
随着技术的发展，开关设备也在不断进化。
4.1 高压断路器高压断路器是电力系统中一个重要的开关设备，它具有快速断开和连锁控制的功能。
随着轨道交通电力牵引传动系统的发展，对高压断路器的要求也越来越高，需要其能够稳定地断开高电流，并可靠地控制整个系统的通断状态。
4.2 智能开关设备智能开关设备是近年来的一个新兴领域，它利用先进的传感器和控制技术，可以实现对开关设备的远程监测和智能控制。
这种智能开关设备能够及时检测到电力牵引传动系统中的故障，并自动切换至备用系统，以确保列车的正常运行。
牵引与传动
• 根据电流制的不同，牵引变电所又分为直流牵引 变电所和交流牵引变电所。
• 城市内的地铁、轻轨网络多采用直流牵引制式， 只有少数延伸至远郊的城市铁路(如中国香港九广 铁路、日本东京常盘线等)为了与区域铁路共线运 营则会采用交流牵引制式。
产生能量损失(I2R)及电压损失(IR)。如果功 率不变，电压增加，电流就减小，所以，高 压传输能量损失小； • 但是，电压提高，也会提高电线绝缘和支柱 的费用，以及升压变电所和降压变电所的费 用。因此传送电压需要进行综合技术经济比 较。 • 我国国家电网的传送电压为110~220 kV。
3) 牵引变电所
3.5 广州地铁一号线车辆牵引系统
牵引/制动系统组成 • 广州地铁一号线车辆牵引和电制动系统由德
国ADtranz公司提供，是国内首家采用交流 传动和动力分散型控制技术的地铁车辆项目。 • 整个系统由受电弓、高速断路器HSCB、 VVVF牵引逆变器、DCU（牵引控制单元） /UNAS（逆变器保护监控单元）、牵引电机， 制动电阻等组成。
• 以上海和广州为代表的南方地区采用 DC 1500V供电电压制式，允许电压波动范围为 DC 1000V～DC 1800V，架空接触网受电 弓受流。
• 从减少电能损失和电压降，延长供电距离以降低 牵引变电站的数量及投资，以及从降低受流接触 网的悬挂重量、降低结构复杂性及投资而言，采 用 DC 1500V 的 牵 引 供 电 电 压 制 式 比 采 用 DC 750V的牵引供电电压制式要经济得多。
• 凸轮控制器原理：由手轮转轴、凸轮触点等部分组成。 通过手轮转动转轴时，固定在轴上的凸轮就转动．凸块 压在滚轮上，使杠杆绕其轴转动，压缩弹簧，而使动触 点离开静触点。若将凸轮的凹部对准滚子，则在弹簧力 的作用下而使动静触点闭合。这种触头有多对，每对触 头相应有一凸轮。由于凸轮的形状及其安装的角度不同， 所以当手轮转到不同的位置时，将有不同的触点闭合或 断开。
《电力牵引传动与控制》-2015-08-26(40学时)
➢ 调速性能优良，系统简洁。
➢ 直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护 性相对较差。
➢ 受直流电机换向条件和机车限界、轴重等 限制，主发电机单机功率受到限制。一般 在2200KW以下。
➢ 车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。
图1-4 内燃机车直-直电传动
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2. 交-直电力传动系统
内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压 器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。
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韶山8型电力机车
➢ 1994年研制的快速客 运电力机车，曾创造 了中国铁路机车的最 高速度240km／h
➢ 轴式Bo-Bo
➢ 额定功率3600kW
➢ 持续牵引力126kN
➢ 最大牵引力208kN
➢ 持续速度100km/h
➢ 最大速度170km/h
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SS-9高速机车
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SS9G型客运电力机车
F·V=3.6η·N=const.
图 1-2 机车理想牵引 特性曲线（牛马特性）
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3. 内燃机车电传动装置的功用
电传动装置的功用：
图 1-3 柴油机功率和扭矩特性
---柴油机通过机械直接传动不能适应 机车起动、过载、恒功等要求
➢ 充分利用和发挥机车动力 装置的功率；
➢ 扩大机车牵引力F与速度V 的调节范围；
六轴干线大功率准高速 客运交直传动电力机车。 采用了许多国际客运机 车先进技术，是我国干 线铁路牵引旅客列车功 率最大的机车
机车持续功率4800kW 最大功率5400kW 轴式C0-C0 牵引工况恒功速度范围
为99-160km／h 最高速度为170km／h
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交流传动技术发展历程
城市轨道交通车辆-第章-电力牵引传动系统课件 (一)
城市轨道交通车辆-第章-电力牵引传动系统课件 (一)城市轨道交通车辆是现代城市交通中非常重要的一部分，而他们的电力牵引传动系统就是其运行的核心和动力。
本文将详细介绍城市轨道交通车辆的电力牵引传动系统。
一、电力牵引传动系统的组成电力牵引传动系统由三个组成部分构成：牵引变流器、牵引电机和制动电阻。
1.牵引变流器：牵引变流器是电力牵引的核心和决定因素，它可以将直流电转化为交流电。
牵引变流器能够控制电机的转速和力矩，以达到牵引车辆的目的。
2.牵引电机：城市轨道交通车辆的牵引电机是三相异步电动机或同步电动机。
牵引电机可以将电能转化为机械能，从而提供动力以驱动轨道车辆。
3.制动电阻：制动电阻是在车辆紧急制动时提供制动力的电阻元件。
当电机接通制动电阻电路时，电机旋转速度要逐渐降低，从而达到制动效果。
二、电力牵引传动系统的分类根据使用条件和使用要求的不同，电力牵引传动系统可以分为直流电力牵引传动系统和交流电力牵引传动系统两种类型。
1.直流电力牵引传动系统：直流电力牵引传动系统具有简单、可靠、成熟的技术，对牵引电机的故障诊断和控制较为方便。
同时，直流电力牵引传动系统还具有调速范围大，可靠性高的特点。
2.交流电力牵引传动系统：交流电力牵引传动系统采用AC电机，可以在不同速度下提供更高的牵引力和效率。
此外，交流电力牵引传动系统可以通过能量回馈来降低整车的能耗。
三、电力牵引传动系统的优缺点1.优点电力牵引传动系统具有牵引力大、加速度快、稳定性高和运行平稳等特点。
同时，电力牵引传动系统能够提供更为舒适的乘坐环境，降低噪声和振动。
另外，电力牵引传动系统还能够节能环保，大大减少空气污染和噪声污染。
2.缺点电力牵引传动系统的成本较高，维护和保养也比较复杂。
同时，由于其本身的构造和性能，电力牵引传动系统的动力响应有些慢，无法满足部分应急情况下的需要。
总之，电力牵引传动系统是城市轨道交通车辆运行的核心，也是现代城市交通发展的重要标志之一。
电力牵引传动控制系统
电力牵引传动控制系统：核心技术与应用优势一、电力牵引传动控制系统概述电力牵引传动控制系统，作为现代轨道交通领域的关键技术，以其高效、环保、低噪音等优势，逐渐成为我国铁路、城市轨道交通等领域的主流驱动方式。
该系统主要包括电力变换、电机控制、传动装置及监控系统等部分，通过先进的控制策略，实现列车牵引与制动的高效运行。
二、电力牵引传动控制系统的核心技术1. 电力变换技术电力变换技术是电力牵引传动控制系统的核心，主要包括整流、逆变和滤波等环节。
通过对输入的电能进行高效转换，为电机提供稳定、可靠的电源供应，确保列车在各种工况下都能实现优异的牵引性能。
2. 电机控制技术电机控制技术主要针对牵引电机进行精确控制，包括速度、转矩和位置控制等。
采用矢量控制、直接转矩控制等先进控制策略，实现电机的高效、稳定运行，降低能耗，提高列车运行品质。
3. 传动装置技术传动装置技术主要包括齿轮箱、联轴器等部件，将电机输出的动力传递到车轮，实现列车的牵引和制动。
通过优化传动装置的设计，降低噪音、提高传动效率，确保列车运行的安全性和舒适性。
4. 监控系统技术监控系统技术负责对整个电力牵引传动控制系统进行实时监控，包括故障诊断、保护、数据处理等功能。
通过集成化、智能化的监控手段，提高系统的可靠性和运行稳定性。
三、电力牵引传动控制系统的应用优势1. 节能环保电力牵引传动控制系统采用电能作为动力来源，相较于传统燃油驱动方式，具有显著的节能环保优势。
同时，系统的高效运行有助于降低能源消耗，减少污染物排放。
2. 运行速度快电力牵引传动控制系统具有较高的功率密度，能够实现列车的快速启动、加速和制动，提高运行速度，缩短运行时间。
3. 维护成本低相较于传统传动系统，电力牵引传动控制系统结构简单，故障率低，维护方便。
通过智能化监控手段，可实现故障预警和远程诊断，降低维护成本。
4. 噪音低、舒适性高电力牵引传动控制系统采用交流电机驱动，相较于直流电机，噪音更低，振动更小，提高了乘客的舒适度。
电力牵引传动系统发展历程及分类
20世纪70年代，电力电子技术的进步，为 交流传动在电力牵引中的应用奠定了基础。大 功率牵引变流器的研制成功，使交流电机驱动 装置的优越性得到完整体现，从而使以交流驱 动技术为核心的交流传动机车——交直交传动 机车得到了充分的发展。
20世纪80年代，交流传动电力机车以法 国TGV及德国B120型的优越性能为起点，开 始在全球推广应用。
20世纪90年代以尤其是进入21世纪来， 新造的高速列车、重载机车及客货通用机车已 经全部被交流传动机车所占领。交流传动机车 已经成为新的霸主。
一 电力牵引传动系统的发展历程 二
电力传动系统的分类方法 电力牵引传动系统的分类 电力牵引传动系统的特点
按照电机类型分类： 执行机构由直流电动机驱动，则称为直流传动系统 执行机构由交流电动机驱动，则称为交流传动系统
直流传动系统的特点：
优点： （1）调速方便 （2）主电路、控制电路简单易实现
缺点： （1）电机结构复杂，单位功率体积重量大 （2）功率利用率差，最大功率利用率为70% （3）功率因数低（85%），谐波大 （4）调速范围较小
交流传动系统的点：
优点： （1）电机结构简单,体积小重量轻，可靠性高 （2）功率大，功率利用率高，理论上可达100% （3）功率因数高，谐波小 （4）调速范围广，粘着利用好
根据负载对象的运行要求分类： 负载对象无调速要求的电气传动系统称为恒速系统 负载对象有调速要求的电气传动系统称为调速系统
电力牵引传动系统属于调速系统
直流传动(直流牵引电机)
直流传动（直流供电+直流驱动） 交直传动（交流供电+直流驱动）
交流传动(交流牵引电机)
直交传动（直流供电+交流驱动） 交流传动（交流供电+交流驱动）
电力牵引论文
电力牵引控制论文一、电力牵引技术发展历程自世界第一条铁路诞生以来，作为载运工具的牵引动力机车已经历了蒸汽机车、内燃机车、电力机车3个发展阶段。
电力机车与电动车组的主传动控制系统称为电力牵引控制系统，其发展可分为电力牵引传动摸索阶段、交直流传动控制阶段及交流传动控制阶段。
1879年出现的第一台电力机车和1881年出现的第一台城市电车均在尝试采用直流供电牵引方式，1891年德国西门子公司实验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车，1917年德国试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、交换为三相交流电的实验车。
1955年，水银整流器机车问世，标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。
1957年，晶闸管整流器的发明，标志着电力牵引进入了电力电子时代。
1965年，晶闸管整流器机车问世，使牵引电传动系统发生了根本性的技术改革，全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。
牵引主要采用4种电流制式：欧洲部分电气化铁路采用1500V、3000V直流供电方式，德国、瑞士、奥地利部分电气化铁路采用15KV、16.67Hz的单相工频交流供电方式，中国的电气化铁路均采用25000V、50Hz的单相工频交流供电方式。
交直流传动电力机车相继问世，日本、德国、法国、苏联等铁路发达国家均研制成功交直流传动电力机车并投入运行。
1958年，我过研制出第1台干线电力机车，即6Y1型电力机车，该电力机车是以苏联H60型干线交直流传动电力机车为样本，采用的整流器件是引燃管。
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使用阶段，我国第1代有级调压、交直流传动电力机车——SS1型电力机车于1968年试制成功，1969年开始批量生产。
晶闸管的问世，使机车电传动技术跨上了一个新台阶，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的SS3型电力机车是我国首次采用相控无级调压的第2代交直传动客货运电力机车。
随着大功率晶闸管性能的不断提高，相控整流技术的成功应用，性能更优的SS4型电力机车研制成功，它与随后研发出的SS5、SS6、SS7、SS8及SS9型系列相控整流货运与客运电力机车，形成了我国以晶闸管相控整流技术为核心的交直传动电力机车系列产品。
CRH3传动系统分析
1 绪论1.1 CRH3型动车组概述CRH3全称,China Railway High speed 3，动车组为4动4拖动力分派方式编组，采用电力牵引交流传动，由2个牵引单元组成，每个牵引单元由两动一拖构成。
动车组具有良好的气动外形，其载客速度为350kM/h，最高试验速度为404kM/h。
两列动车组可以联挂运行，自动解编。
CRH3动车组设置一等座车一辆、二等座车6辆和一辆带厨房的二等座车。
一等车厢座席采取2＋2布置，二等车车厢座席采取2＋3布置，除带厨房的二等座车采用固定座椅外，其余车型均采用了可旋转座椅，全车定员557人。
CRH3动车组为8辆编组的交流传动的电动车组，分为两个牵引单元，每个牵引单元又包括两个动力单元。
两端为带司机室控制车，列车正常运行时由前端司机室操纵。
两列动车组可以连挂在一起运行。
动车组的配置和主要部件的配置如，图1.1所示。
图1.1 CRH3动车组的配置简图CRH3动车组8辆车分为5种不同的车，即端车（头车和尾车）、变压器车、中间变流器车、餐车和一等车，从车种上可分为一等车和二等车和餐车和二等车的合造车，从动力配置上分可分为动力车和非动力车。
端车上设司机室、观光一等区和二等客室，设有电热饮水机，配有一个动力单元；变压器车设两个标准卫生间、电热饮水机和二等客室，并安装牵引变压器；中间变流器车设有两个标准卫生间、电热饮水机和二等客室，并安装牵引变流器和压缩空气单元；一等车设有设一个标准卫生间和一个残疾人卫生间、电热引水机和一等客室，在车端靠近车门处设有残疾人轮椅存放区，车下安装有辅助变流器；餐车和二等车的合造车，设有厨房、吧台、就餐区、多功能乘务员室和二等客室，车下设有辅助变流器。
动车组外形一致，车顶空调和电气设备设有导流罩，车下设有封闭的设备舱，两端设有车钩导流罩，采用流线形设计，降低空气动力学阻力和噪声,为保证动力学性能，后续列将加装车辆间橡胶风档，进一步减少空气动力1.2 CRH3型动车组技术参数（1）最大速度：380Km/h电源电压：27.5 kVAC 变2×1 550 VAC 进变流器输入（变化范围：1 085 VAC～1 922 VAC）低压电源：110 VDC 电源（变化范围：77 VDC～138 VDC）辅助电源：三相400 V AC 50 Hz 160 kVA（2）牵引与制动最大加速度：启动加速度为0.5 m/s2，0～200 km/h平均加速度0.38 m/s2最大冲动率：0.75 m/s3车轮直径：920 mm（全新）～830 mm（全磨损）减速箱传动比：2.788减速箱的机械损耗：3%（最大估计值）紧急制动气电混合制动300 km/h～200 km/h 减速度a3=0.9265 m/s2；200 km/h～80 km/h减速度a2=1.1364 m/s2；80 km/h～0 km/h 减速度a1=1.048m/s2。
电力牵引传动
电力牵引传动与控制第一章电力牵引传动与控制系统概述一、系统组成与功用1.①内燃机车电力传动与控制系统组成②电力机车电力传动与控制系统组成2.机车理想牵引特性曲线图1.2 牛马特性理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：F·V=3.6η·N=const.3.电传动装置的功用？图1.3 柴油机功率特性和扭矩特性①充分利用和发挥机车动力装置的功率；②扩大机车牵引力F与速度V的调节范围；③提高机车过载能力，解决列车起动问题；④改善机车牵引控制性能。
Why要电传动：柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求二、系统分类1.直-直电力传动系统内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。
特点：①调速性能优良，系统简洁。
②直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。
③受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。
一般在2200KW以下。
④车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等2.交-直电力传动系统内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。
特点：①采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。
②适用于大功率机车。
③车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。
3.交-直-交电力传动系统内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。
特点：①采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好②良好的粘着性能③适用于大功率④控制系统复杂⑤车型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等三、发展历史与现状1.大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展主要趋势：电力传动2.电力传动形式的发展：直-直→交-直→交-直-交发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动第二章、电力牵引交-直传动与控制、一、直流牵引电动机1.基本方程①感应电势和电磁力矩电枢感应电势：Es=CeΦsn（v）（2-1）电枢电磁力矩：M=CmΦsIs（N·m）（2-2）式中：n 电机转速（r/m）Φs 每极下磁通量（wb)Is 电机电枢电流（A）Ce=pN/60a（电机电势常数）Cm=pN/2πa（电机扭矩常数）p 极对数；a 电枢绕组并联支路对数；N 电枢绕组有效导体总数②电势平衡方程③转矩平衡方程式④能量（功率）平衡方程2.直流牵引电动机的工作特性------着重把握比较串励与他励直流牵引电动机转速特性：n =f（Is）转矩特性：M=f（Is）机械特性：n =f（M）条件：不对电源电压和励磁电流进行人为调节。
电力牵引传动系统
（一）电力牵引的特点
❖ 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。
2．牵引动力的配置
（2）牵引动力集中配置于两端方式
高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的挂车，牵引采用 前挽后推方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转向，并有利于前
后端流线型处理。
机车模式——两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力 挂车即为—般的客车，如德国的ICE高速列车。 动车组模式——两端的动力车与无动力挂车具有共用转向架和铰接 机构，构成动车组，加法国的TGV高速列车。可保持整列车的载 荷均匀，运行相对平稳，但由于编组固定，因而在列车长度方面的 机动性较差。
第十四页，共35页。
（一）电力牵引的特点
❖ 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。
第十五页，共35页。
（一）电力牵引的特点
❖ 一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引 要低15%左右。
（2）内燃电传动牵引——因其投资少、见效快、经济性能好等特点， 应用于高速列车的牵引也有成功的先例，如英国的HST高速列车、德国 的VT610内燃动车组。内燃电传动牵引可用于尚未电气化的高速铁路区 段，也可作为加速发展高速铁路建设的一种过渡牵引型式。
第二十页，共35页。
电力牵引传动..
电力牵引传动与控制第一章电力牵引传动与控制系统概述一、系统组成与功用1.①内燃机车电力传动与控制系统组成②电力机车电力传动与控制系统组成2.机车理想牵引特性曲线图1.2 牛马特性理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：F·V=3.6η·N=const.3.电传动装置的功用？图1.3 柴油机功率特性和扭矩特性①充分利用和发挥机车动力装置的功率；②扩大机车牵引力F与速度V的调节范围；③提高机车过载能力，解决列车起动问题；④改善机车牵引控制性能。
Why要电传动：柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求二、系统分类1.直-直电力传动系统内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。
特点：①调速性能优良，系统简洁。
②直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。
③受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。
一般在2200KW以下。
④车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等2.交-直电力传动系统内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。
特点：①采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。
②适用于大功率机车。
③车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。
3.交-直-交电力传动系统内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。
特点：①采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好②良好的粘着性能③适用于大功率④控制系统复杂⑤车型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等三、发展历史与现状1.大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展主要趋势：电力传动2.电力传动形式的发展：直-直→交-直→交-直-交发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动第二章、电力牵引交-直传动与控制、一、直流牵引电动机1.基本方程①感应电势和电磁力矩电枢感应电势：Es=CeΦsn（v）（2-1）电枢电磁力矩：M=CmΦsIs（N·m）（2-2）式中：n 电机转速（r/m）Φs 每极下磁通量（wb)Is 电机电枢电流（A）Ce=pN/60a（电机电势常数）Cm=pN/2πa（电机扭矩常数）p 极对数；a 电枢绕组并联支路对数；N 电枢绕组有效导体总数②电势平衡方程③转矩平衡方程式④能量（功率）平衡方程2.直流牵引电动机的工作特性------着重把握比较串励与他励直流牵引电动机转速特性：n =f（Is）转矩特性：M=f（Is）机械特性：n =f（M）条件：不对电源电压和励磁电流进行人为调节。
牵引传动技术
目 录
• 牵引传动技术概述 • 牵引传动系统的组成 • 牵引传动技术的应用案例 • 牵引传动技术的发展趋势 • 牵引传动技术的挑战与解决方案
01
牵引传动技术概述
牵引传动技术的定义
牵引传动技术是指利用机械、电力、 液压或其他方式，将动力从发动机传 递到车轮，使车辆行驶的一种技术。
牵引传动系统主要由变速器、传动轴 、差速器和制动器等组成，其核心作 用是将发动机的动力传递到车轮，同 时实现对车辆行驶速度的控制。
模块化与集成化
采用模块化和集成化设计，简 化系统结构，降低维护成本，
提高运营效率。
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传动系统的可靠性。
传感器
传感器是牵引传动系统的 重要组成部分，用于监测 系统的运行状态和参数。
传感器应具备高精度、高 可靠性、低维护成本等特 点，以保证监测数据的准 确性和可靠性。
ABCD
传感器包括速度传感器、 温度传感器、压力传感器 等，不同类型的传感器监 测不同的参数。
传感器还应具备较好的耐 久性和稳定性，以适应各 种复杂的工作环境。
高效率化
01
02
03
高效电机
采用高效电机，提高牵引 传动的效率，减少能源消 耗。
高效减速器
优化减速器设计，提高传 动效率，降低机械损失。
高效控制系统
采用智能化的控制系统， 实现牵引传动的精确控制， 提高传动效率。
智能化
智能化监控
实现牵引传动系统的实时 监控和远程控制，提高系 统的可靠性和安全性。
现代牵引传动技术已经发展得更加成熟和高效。采用先进 的控制算法和材料技术，使得牵引传动系统更加紧凑、轻 便、高效和可靠。
电力牵引传动系统(1)
第三节 电力牵引交-直流传动 1、可控整流电路的一般结构
可控整流电路是一种应用广泛的电能变换电路，它主要 依据晶闸管等可控器件的两种特性： （1）单相导电性：使电路输出不再具有交变的性质； （2）可控性：使电路的输出功率可依从给定信号变化。
交流 电源 整流 主电路
滤波器
负载
控制 电路
25
第三节 电力牵引交-直流传动 2、单相桥式全控整流电路
13
第二节 电力牵引供电系统 （一）牵引供电系统的组成
14
第二节 电力牵引供电系统 （一）牵引供电系统的组成
当前世界各国电力牵引使用的主要制式有直流制、低频 单相交流制和工频单相交流制。 工频单向交流制由于采用了工业频率，无须专用设备， 因而系统结构可以大为简化；又由于采用交流电，电压水平 可以大幅度提高，从而可以减小导线面积，减少电压损失， 使接触网结构简化，供电距离延长，减少变电所的数量，节 省投资，因此这种制式具有更大的发展前景。 我国干线电气化区段采用的是工频单相 25千伏的制式。
22
第三节 电力牵引交-直流传动 四、辅助电路
除机车主电路以外，机车辅助电路是保证机车正常运行 不可缺少的部分： 主电路中的各种大功率电器设备的通风冷却和各种气动 机械装置的压缩机风源，都要用三相异步电动机来驱动。 为了将车上的单相电源转换成三相，在机车辅助电路内 设有旋转式的异步劈相机或静止式三相逆变装置。
28
第三节 电力牵引交-直流传动 （2）基本电量计算
（a）整流输出电压的平均值计算
Ud = 1 1 + cos α 2U 2 sin ωtdωt = 0.9U 2 2
π
∫α
π
当a=0 °，晶闸管全导通，此时输出电压为最大值Ud0为： Ud0＝0．9U2 当a=180°时， Ud0＝0 ，故移相范围为0°～180°。
中国电气化铁路牵引动力的发展与变迁
．
霞载分 离．扶炎直传动 交流传动
９ ９ 我 国 电 力 车 工业 压开关等关键部可靠性较差 ，１５年起 ． 机 工 厂 对 机 车 进 行 了 深 入 研 究 ，并 结 合 的起步 １ ６ 年 从 法 国进 １ １ ９ ３的 ６ ２ 电 力机 车 进 Ｙ型
ｉ Ａ Ｋ Ｏ ＬＤ Ｅ ２尺 儿 似Ｙ Ｎ ＷＥ Ｇ
８０ 公 ０ 最 高速 度 １ 公 里 ／ 时 。机 车 采 用 经 济 型 机 车 功 率 ４ ０ 千 瓦 ，速 度 １ ０ 里 ∞ 小
小 Ｃ — ｏａ 四段 半控桥调压 ，两级 电阻制动和恒速 、 ／ 时 ． Ｏ ＣＳ式 采用两段桥相控调
为韶 山 １Ｓ １ （Ｓ ）型 。ｓ １ 机 车 小 时 制 功 ｓ型
中国电气化铁路 牵引装备的运用历
史 要 追 溯 到 上 世纪 初 ， １ １ 年 ，抚 顺 煤 ９４
矿开始使用 １ ０ 伏 直流电力机车 牵引。 ０ ５ 但干线铁路使 用电力牵 引则是在 新 中国
成 立 后 。 为 满 足 新 建 宝 成 铁 路 宝 鸡 一凤 扑 段 采 用 电 力 牵 引 需 要 ，铁 道 部 田心 机 ｌ 车 车辆 工 厂 （ 南 车 株 洲 电 力机 车 有 限 公 现 司 ）在 湘 潭 电机 厂 等 单 位 的协 助 下 ． 以
第 二代 电力 机 车
为满足宝成铁路运营需要 ，１７ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年 ． ２ ９
第三代 （ 无级调压 、交直传动 ）主型电力 我国从法 国进 １ ３了 ４ 台 ６ 型电力机车。 机 车 系 列 逐步 形 成 。 ２ Ｇ １ ７ 年 ，在学 习 ６ 型机车先进技术和总 ８ ９ Ｇ １８ 年 ９Ｊ Ｓ ４ ５ ９ Ｅ ， Ｓ 型机 车 试 制 成 功 。 结 Ｓ １ Ｓ 型机 车成熟经验 的基 础上 ， Ｓ 、Ｓ ２ Ｓ型机车功率 ６０ 千瓦 ，（ｏ Ｂ ） ４０ ２ Ｂ— ０轴式 ， Ｓ３ ０１ Ｓ 型 ０ 号机 车 研 制 成 功 。 Ｓ ３ 机 车 Ｓ ４ Ｓ型
1-1 电力牵引的发展过程和趋势ppt课件
二、机车牵引技术的发展 中国的蒸汽机车
1881年在唐胥铁路，时任总工 程师
的英人Burnet的夫人仿照乔治·斯蒂 文森
制造的英国著名的蒸汽机车“火箭 号”，
把它命名为Rocket of China。
2003年4月，英国彼得·克拉什提供的一张 与Rocket of China合影的照片。
5
中国第一台蒸汽机车—“龙”号（1882年）
牵引电流吸回牵引变电所。回流线由架空线引到铁路线附近，然后改用地下 电缆连接到轨道回路。
17
电气化铁路牵引供电方式
• 直接供电方式（TR供电方式） • 吸流变压器供电方式（BT供电方式） • 带回流线的直接供电方式 • 自耦变压器供电方式（AT供电方式） • 同轴电缆供电方式（CC供电方式）
18
电气化铁路牵引供电方式 • 直接供电方式（TR供电方式） • 是在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方式。电气化铁路最早大都
8
蒸汽机车呼啸飞驰、气势磅礴，张扬着“火车”的个性。 内蒙古集通铁路大板 机务段一名司炉工为 蒸汽机车加煤。
9
§1-1 我国内燃机车的发展 1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。开创了内燃机车的新纪 元。但这种机车烧汽油，耗费太高，不易推广。 1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广 泛使用。 1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料，且结构简 单、震动小、运行性能好，因而，在工业国家得以普遍采用。 1958年中国第一台自己制造的内燃机车。由大连机车车辆工厂仿照前苏 联ТЭ3型电传动内燃机车试制成功的。它就是“巨龙”号电传动内燃机车， 后经过改进设计定型，命名为东风型并成批生产。
吸流变压器，保留了回流线。利用接触网与回流线间的互感作用，使钢 轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所。
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（1）电机结构复杂，单位功率体积重量大
（2）功率利用率差，最大功率利用率为70% （3）功率因数低（85%），谐波大 （4）调速范围较小
交流传动系统的特点：
优点：
（1）电机结构简单,体积小重量轻，可靠性高
（2）功率大，功率利用率高，理论上可达100% （3）功率因数高，谐波小
（4）调速范围广，粘着利用好
缺点： （1）变流器主电路结构复杂 （2）控制系统复杂
比较交流与直流传动的特点可知：
交流传动系统更加符合列车牵引传动的要求
思考题：
1、为什么20世纪80年代以前直流传动在列车牵引 传动领域一直处于霸主地位？
2、为什么性能优越的交流传动从90年代开始才确 立在牵引传动系统中的地位？
新造的高速列车、重载机车及客货通用机车已
经全部被交流传动机车所占领。交流传动机车 已经成为新的霸主。
一
二
电力牵引传动系统的发展历程
电力传动系统的分类方法 电力牵引传动系统的分类 电力牵引传动系统的特点
按照电机类型分类： 执行机构由直流电动机驱动，则称为直流传动系统 执行机构由交流电动机驱动，则称为交流传动系统 根据负载对象的运行要求分类： 负载对象无调速要求的电气传动系统称为恒速系统
20 世纪 70 年代，电力电子技术的进步，为 交流传动在电力牵引中的应用奠定了基础。大
功率牵引变流器的研制成功，使交流电机驱动
装置的优越性得到完整体现，从而使以交流驱
动技术为核心的交流传动机车——交直交传动
机车得到了充分的发展。
20 世纪 80 年代，交流传动电力机车以法 国 TGV 及德国 B120 型的优越性能为起点，开 始在全球推广应用。 20世纪 90 年代以尤其是进入 21 世纪来，
一
二 电力牵引传动系统分类及其特点
电传动诞生于19世纪，20世纪初被广泛应
用于工业、农业、交通运输和日常生活中。
自1879年世界上出现第1条电气化铁路以
来，经历了将近60年的交流传动的初期探索， 但由于调速技术无法突破，没有推广应用。 20世纪50年代初整流器电力机车的诞生， 从此直流传动和交直传动机车成为电力牵引无 可争辩的主体。
电力电子与交流传动技术的发展历程
1961 – SCR开始商业应用 1971 – 提出了电机矢量控制的概念 1978 – IR公司推出了MOSFET
1980 – 发明了GTO
1983 – IGBT出现 1986 – DTC应用于感应电机控制 1996 – ABB发明了IGCT 20xx – SiC材料电力电子器件??
负载对象有调速要求的电气传动系统称为调速系统
电力牵引传动系统属于调速系统
直流传动(直流牵引电机)
直流传动（直流供电+直流驱动） 交直传动（交流供电+直流驱动）
交流传动(交流牵引电机)
直交传动（直流供电+交流驱动） 交流传动（交流供电+交流驱动）
直流传动系统的特点：
优点： （1）调速方便 （2）主电路、控制电路简单易实现 缺点：