城市轨道交通车辆牵引与供电系统概述
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为电机的机械支撑
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
拓展
直流电动机工作原理：
友情提示：本知识点涉及高 中物理知识个，感兴趣的同 学可以上网搜索更加详细的 直流电动机系统知识
直流电动机的调速方式
直流牵引电动机的调速有两种基本形式：变阻控制 和斩波调压控制
城市轨道交通车辆牵引传动系统的 构成
接触网（第三轨） 受流器 变流装置 牵引电机 齿轮传动箱 轮对 列车运行
牵引传动装置
介绍
城市轨道交通车辆牵引与供电系统是城市轨道交 通系统的重要组成部分，其电力牵引系统是以城市 电网的电力为动力源，将电能转为机械能，牵引列 车运行的一种城市轨道交通牵引动力形式。城市轨 道交通车辆供电系统是由电力系统经高压输电网、 主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压等环节， 向城市轨道交通列车输送电力的全部供电系统。
牵引电动机分为旋转电动机和线性电动机两大类。 旋转电动机有直流电动机和交流电动机。线性电动 机即直线牵引电动机，是异步感应电动机的简称
直流电动机
直流电动机由定子转子两部分构成。
极掌
极心
N ···
励磁绕组
···SΒιβλιοθήκη S机座转子
N
直流电动机的磁极和磁路
直流电动机各部分的作用
定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作
包括下部支杆5、下部导杆6、上部支杆7和上 部导杆8；
采用高强度冷拔无缝管制作。
• 高度止挡2：
安装在下部导杆侧下方的基础框架上； 用以限制受电弓的最大升弓高度。
• 弓头：
是弓与网相接触的部分； 由集流头9、接触带10、转轴、端角11和弹簧 盒组成。
• 升降弓装置12：
由传动风缸、拉伸弹簧及气路电磁阀组成。
直线电动机的构成及工作原理
事件管理
器（EV）
驱动
牵引逆
直线
SVPWM信
电路
变器
电动
号
机
MVBC01
USB接口
512KBRAM 512KBFLASH
TMS320F2 812内核
A/D电流检 测
故障检测 控制电路
E²PROM
I/O 控制 电路
直线电机的结构
直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并 将电机的圆周展开成直线而形成的。其中电机内部的定子相 当于现在直线步进电机的初级，而其转子则相当于其直线步 进电机的次级，每当其初级进行通入电流之后，则就会在其 直线电机的初次级之间的气隙当中产生行波式磁场，在行波 式的磁场与次级永磁体的相互作用之下产生了电机驱动力， 从而实现了其运动部件的直线运动能力。
直线电机的工作原理
设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并 且展平，这就形成了一台直线型的感应图步进电机。
初级做得很长，延伸到运动所需要达到的理想位置，也可以 把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级 固定、初 级移动．
通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体 的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属 板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则 产生连续的推力F。
斩波调阻
斩波调压
U RL
U ton T
U
直流斩波电路原理
直流斩波电压波形
交流电动机
1 轴承 2 前端盖 3 转轴 4 接线盒 5 吊环 6 定子铁心 7 转子 8 定子绕组 9 机座 10 后端盖 11 风罩 12 风扇
封闭式三相笼型异步电动机结构
定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。
从接触网受取电流，通过车顶母线传送 到车辆内部。
• 类型： 气动弓和电动弓
母线：用高导电率的铜、铝质材料制成， 用以传输电能，具有汇集和分配电力能
力的产品。
图1-6 单臂受电弓的结构组成
受电弓的结构组成
• 基础框架1：
通过绝缘子3固定安装在车顶； 作为框架4、轴承、下部导杆等支承和安装。
• 框架4：
集电靴
集电靴部件的主要作用
集电靴的设置要求
1.集电靴的设置要使机车在通过三轨电区时不发生瞬 间断电现象，即两电气连通的集电靴间的最小距离 要大于三轨断电区的长度。
2.由于三轨在道岔和车站站台换边布置，因此要求车 辆的两侧都要设置集电靴。
牵引电动机
牵引电动机是城市轨道交通车辆得以实现牵引机 点及电制动的动力机械。牵引电动机悬挂在车辆转 向架或车轴上，并借助传动装置驱动车辆前进。
A ----X 三相绕组 B ----Y
C---- Z
机座：铸钢或铸铁
鼠笼转子
转子
铁心：由外周有槽的 硅钢片叠成。 (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。
气隙：定子和转子之间
必须有一个气隙
1.变阻控制：通过调节串入电动机回路以改变直流牵 引电动机端电压来达到调速目的
2.斩波调压控制：通过接在电网与牵引电动机之间斩 波器的导通与关断来改变牵引电动机端电压，实现 调速
变阻控制
调节电阻的方法 又可分为两类， 即采用有触点 组合式凸轮开 关调阻和无触 点斩波调阻。
图 5.11 有有触触点点式开开关关调阻调原阻理图
交流电动机的特点
交流电动机没有转向器，构造简单，运行可靠，效 率较高，维护很少，价格低廉；转子坚固，定子绕 组沿圆周均匀分布，电动机体积小，能够获得较大 的单位质量功率；其机械特性较硬，具有较好的防 空转性能，使黏着利用提高；且微电子技术的发展 使异步电动机的调压变频调速得以顺利实现。
前方高能
电力牵引系统工作原理及能量传递 过程
27.5KV单相 接触网
车上 受电弓
交流
牵引 变压器
牵引 整流器
直流
牵引电机
电能
转向架
机械能
机车车辆
城市轨道交通车辆电气传动及控制 方式
牵引电动机
旋转电动机
线性电动机
直流电动机
交流电动机
凸轮变阻
斩波调阻
变阻控制
斩波调压控制
变压变频控制
受流设备
（一）受流器的形式
1.受电弓形式 直流1500V供电采用架空线接触网式，车辆采用受电弓受
流
2.集电靴形式 集电靴是安装在车辆转向架上，为列车从刚性供电进行
动态取流，满足列车电力需求的一套动态受流设备。
受电弓
1.受电弓结构
• 安装位置：
车体几何中心点最近的车顶上部。
• 工作方式：
当受电弓升起时，弓与网接触滑行，
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
拓展
直流电动机工作原理：
友情提示：本知识点涉及高 中物理知识个，感兴趣的同 学可以上网搜索更加详细的 直流电动机系统知识
直流电动机的调速方式
直流牵引电动机的调速有两种基本形式：变阻控制 和斩波调压控制
城市轨道交通车辆牵引传动系统的 构成
接触网（第三轨） 受流器 变流装置 牵引电机 齿轮传动箱 轮对 列车运行
牵引传动装置
介绍
城市轨道交通车辆牵引与供电系统是城市轨道交 通系统的重要组成部分，其电力牵引系统是以城市 电网的电力为动力源，将电能转为机械能，牵引列 车运行的一种城市轨道交通牵引动力形式。城市轨 道交通车辆供电系统是由电力系统经高压输电网、 主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压等环节， 向城市轨道交通列车输送电力的全部供电系统。
牵引电动机分为旋转电动机和线性电动机两大类。 旋转电动机有直流电动机和交流电动机。线性电动 机即直线牵引电动机，是异步感应电动机的简称
直流电动机
直流电动机由定子转子两部分构成。
极掌
极心
N ···
励磁绕组
···SΒιβλιοθήκη S机座转子
N
直流电动机的磁极和磁路
直流电动机各部分的作用
定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作
包括下部支杆5、下部导杆6、上部支杆7和上 部导杆8；
采用高强度冷拔无缝管制作。
• 高度止挡2：
安装在下部导杆侧下方的基础框架上； 用以限制受电弓的最大升弓高度。
• 弓头：
是弓与网相接触的部分； 由集流头9、接触带10、转轴、端角11和弹簧 盒组成。
• 升降弓装置12：
由传动风缸、拉伸弹簧及气路电磁阀组成。
直线电动机的构成及工作原理
事件管理
器（EV）
驱动
牵引逆
直线
SVPWM信
电路
变器
电动
号
机
MVBC01
USB接口
512KBRAM 512KBFLASH
TMS320F2 812内核
A/D电流检 测
故障检测 控制电路
E²PROM
I/O 控制 电路
直线电机的结构
直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并 将电机的圆周展开成直线而形成的。其中电机内部的定子相 当于现在直线步进电机的初级，而其转子则相当于其直线步 进电机的次级，每当其初级进行通入电流之后，则就会在其 直线电机的初次级之间的气隙当中产生行波式磁场，在行波 式的磁场与次级永磁体的相互作用之下产生了电机驱动力， 从而实现了其运动部件的直线运动能力。
直线电机的工作原理
设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并 且展平，这就形成了一台直线型的感应图步进电机。
初级做得很长，延伸到运动所需要达到的理想位置，也可以 把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级 固定、初 级移动．
通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体 的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属 板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则 产生连续的推力F。
斩波调阻
斩波调压
U RL
U ton T
U
直流斩波电路原理
直流斩波电压波形
交流电动机
1 轴承 2 前端盖 3 转轴 4 接线盒 5 吊环 6 定子铁心 7 转子 8 定子绕组 9 机座 10 后端盖 11 风罩 12 风扇
封闭式三相笼型异步电动机结构
定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。
从接触网受取电流，通过车顶母线传送 到车辆内部。
• 类型： 气动弓和电动弓
母线：用高导电率的铜、铝质材料制成， 用以传输电能，具有汇集和分配电力能
力的产品。
图1-6 单臂受电弓的结构组成
受电弓的结构组成
• 基础框架1：
通过绝缘子3固定安装在车顶； 作为框架4、轴承、下部导杆等支承和安装。
• 框架4：
集电靴
集电靴部件的主要作用
集电靴的设置要求
1.集电靴的设置要使机车在通过三轨电区时不发生瞬 间断电现象，即两电气连通的集电靴间的最小距离 要大于三轨断电区的长度。
2.由于三轨在道岔和车站站台换边布置，因此要求车 辆的两侧都要设置集电靴。
牵引电动机
牵引电动机是城市轨道交通车辆得以实现牵引机 点及电制动的动力机械。牵引电动机悬挂在车辆转 向架或车轴上，并借助传动装置驱动车辆前进。
A ----X 三相绕组 B ----Y
C---- Z
机座：铸钢或铸铁
鼠笼转子
转子
铁心：由外周有槽的 硅钢片叠成。 (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。
气隙：定子和转子之间
必须有一个气隙
1.变阻控制：通过调节串入电动机回路以改变直流牵 引电动机端电压来达到调速目的
2.斩波调压控制：通过接在电网与牵引电动机之间斩 波器的导通与关断来改变牵引电动机端电压，实现 调速
变阻控制
调节电阻的方法 又可分为两类， 即采用有触点 组合式凸轮开 关调阻和无触 点斩波调阻。
图 5.11 有有触触点点式开开关关调阻调原阻理图
交流电动机的特点
交流电动机没有转向器，构造简单，运行可靠，效 率较高，维护很少，价格低廉；转子坚固，定子绕 组沿圆周均匀分布，电动机体积小，能够获得较大 的单位质量功率；其机械特性较硬，具有较好的防 空转性能，使黏着利用提高；且微电子技术的发展 使异步电动机的调压变频调速得以顺利实现。
前方高能
电力牵引系统工作原理及能量传递 过程
27.5KV单相 接触网
车上 受电弓
交流
牵引 变压器
牵引 整流器
直流
牵引电机
电能
转向架
机械能
机车车辆
城市轨道交通车辆电气传动及控制 方式
牵引电动机
旋转电动机
线性电动机
直流电动机
交流电动机
凸轮变阻
斩波调阻
变阻控制
斩波调压控制
变压变频控制
受流设备
（一）受流器的形式
1.受电弓形式 直流1500V供电采用架空线接触网式，车辆采用受电弓受
流
2.集电靴形式 集电靴是安装在车辆转向架上，为列车从刚性供电进行
动态取流，满足列车电力需求的一套动态受流设备。
受电弓
1.受电弓结构
• 安装位置：
车体几何中心点最近的车顶上部。
• 工作方式：
当受电弓升起时，弓与网接触滑行，