交流传动与交直传动电力机车的技术经济性对比
电力机车和电动车组传动方式的分类及特点
电力机车和电动车组传动方式的分类及特点电力机车和电动车组的传动方式按照供电电源的性质及所采用的牵引电动机的不同，理论上可以分为直-直流传动、交-直流传动、交-直-交流传动、交-交流传动和直-交流传动等。
1.直-直流传动方式直-直流传动方式就是使用直流电源供电、直流牵引电动机驱动的传动方式，结构示意图如图1。
受电器从接触网或者第三轨上获取电能，通过直流电压调节装置对直流电压进行调节，从而达到调节直流(脉流)牵引电动机转速和转矩的目的。
图 1 直-直流传动方式示意图调压装置可以是：（1）电阻器：特点是简单、可靠。
维修方便，对使用和维护工人技术要求低。
但是电阻调速是有级的，调速过程中电阻器有能耗，能量损失大，调速性能差，在大功率场合长期调速运行，不仅损失的能量很大，还可能引起地铁隧道或周围环境温度升高。
（2）斩波器：用大功率电力电子器件构成，特点是效率高，调速性能好。
直-直流传动方式的主要特点是调速简单方便，但是直流供电电压低限制了其应用场合，并且直流牵引电动机体积大、维护工作量大、经济性能指标差。
早期的工矿电机车、城市有轨电车、无轨电车和地铁动车大多采用直-直流传动方式。
此外直流电流的回流会对线路周围的金属结构产生电蚀。
2. 交-直流传动方式交-直流传动方式就是使用交流电源供电、直流牵引电动机驱动的传动方式，结构示意图如图2。
受电器从接触网获取交流电能，通过整流调压装置对输出直流电压进行调节，从而达到调节直流牵引电动机转速和转矩的目的。
图2 交-直流传动方式示意图交-直流传动方式是我国电力机车长期使用的一种电力机车传动方式，国产韶山（SS）系列和进口的6K、8K电力机车等均采用这一传动方式，这些机车的主要差别在于调压整流方式和控制方式的不同。
这种传动方式的主要特点是接触网采用单相交流供电，可以大大提高电网的供电能力，减少牵引变电所的数量。
从技术上看，其缺点主要是因为采用直流牵引电动机所引起的。
3. 交-直-交流传动交-直-交流传动方式就是使用交流电源供电，中间经过降压整流变成直流，然后再将直流逆变成为频率和电压幅值可调的交流电，驱动交流牵引电动机的传动方式。
浅谈交流电力机车是机车发展的必然趋势
浅谈交流电力机车是机车发展的必然趋势作者：刘立来源：《科技创新导报》 2012年第21期刘立(宝鸡铁路技师学院陕西宝鸡721300)摘要:本文主要对电力机车的调速原理进行了分析,使大家了解直流机车和交流机车的调速原理的不同,比较出它们的优缺点,从而得到交流机车为什么是机车发展的必然趋势。
直流机车为什么要逐步淘汰,并对中国的机车发展历程有个全面的了解。
关键词:交流传动技术调速机车发展中图分类号:U264 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0046-01中国的铁路正处于大发展时期,其中机车技术的发展又是铁路大发展的重中之重。
过去的电力机车主要采用国产的韶山系列,这一系列机车按原理划分可被称为交—直机车,即接触网是交流供电,到机车上将交流电转变为直流电,最后把直流电输给直流的牵引电动机,驱动机车运行。
但随着机车技术的发展,出现两大趋势:一种是专门用来运送乘客的客运机车,另一种是运送货物的货运机车。
不管是哪一种机车,直流机车都已经不能满足运输的需要,交流机车必然要取代直流机车。
首先分析客运机车:客车机车的特点是运行速度越来越快,国产的韶山型电力机车的速度从过去的平均速度60km/h左右,后来经过五次提速,最后达到最高速度170km/h。
但国外的客运列车已经能达到300km/h,甚至更高,现在火车速度的世界纪录已经达到574.8km/h。
要想达到这样的速度,直流机车是不可能达到的。
因为机车的运行速度主要靠电机的转速来实现,而根据直流电机的工作原理,电机的转速不可能达到那么快。
直流电机运行时,转子绕组中的电流要换向,而换向就会产生机械火花和电磁火花,而且随着电机的转速越来越高,火花也会越来越厉害,产生环火和“放炮”现象,电机根本无法正常工作。
而把牵引电机从直流电机变为交流电机,就不会存在这种情况。
这是因为交流电机没有换向。
交流电机的工作原理是:给定子绕组通入三相交流电,三相交流电就会在定子绕组中产生一个旋转磁场,这个旋转磁场会切割鼠笼式的转子导体,在转子导体中产生感生电动势和感生电流,转子导体中的感生电流会在旋转磁场作用下,产生电磁作用力,使转子随着旋转磁场的方向转动。
交流传动取代直流传动是现代工业发展的趋势
交流传动取代直流传动是现代工业发展的趋势[摘要]随着现代工业发展的步伐不断的前行和电力电子器件的更新换代，人们更加趋向于对效率的追求。
交流传动比较直流传动的优越性明显，同时在使用的范围上也是有着得天独厚的优势，比之直流传动有着结构坚固、成本低、使用工作环境多、重量轻等诸多优点，因此在现代工业应用中交流传动相比直流传动在使用上势必会取而代之。
[关键词]交流传动现代工业直流传动取而代之中图分类号：f426.31 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）17-527-011引言随着科技的不断发展，交流传动与控制技术已经成为了发展最快的技术之一，同时也代表着电气传动技术新时代的来临。
交流传动的广泛使用也代表着改善工艺流程和增加提高产品质量新技术全面应用的标的。
随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管（gto）的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动（交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机），也就人们俗称的交流传动，其出现以后又十分自然的取代了交-直传动成为了工业应用当中的主要动力提供源头。
截止到今天为止，交流传动在工业生产当中的使用已经占据了动力输出的70%以上，只有老式的工业作业企业始终没有更换。
从而我们也总结出了交流传动与直流传动相比而言有着得天独厚的优势，也是印证了现代工业发展的趋势，因此深入了解交流传动的走向，在现实来看具有十分积极的意义。
2交直流传动发展现状分析直流传动和交流传动均是在19世纪先后真正的和世人见面诞生，自成功面世以来直流传动一直以来凭借着优越的可控性能收人们所广泛的关注是使用，而在工业上一般都会用直流电机来进行生产，使用交流电机则是因为约占电气传动总80%的不变速传动需求。
上述的分工一直是其后100多年以来人们所公认的分工格局。
一直到了20世纪70年代，由于采用电力电子变换器的高效交流变频传动开发成功，结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、效率高、转动惯量小的交流笼型电机进入了可调速领域，一直被认为是天经地义的交直流传动按调速分工的格局终于被打破了。
电力机车用大功率交流传动系统的优化设计的开题报告
电力机车用大功率交流传动系统的优化设计的开题报告一、选题背景和意义随着铁路运输的发展，电力机车代替了传统的蒸汽机车，成为了现代化铁路的主力。
电力机车作为铁路运输的关键设备，其性能和可靠性一直是关注的焦点。
大功率交流传动系统是电力机车重要组成部分之一，直接影响电力机车的牵引性能和能耗。
因此，对电力机车用大功率交流传动系统的优化设计进行深入研究和探讨，对于提高电力机车牵引性能和降低能耗具有重要的理论和实际意义。
二、研究现状和问题描述目前，关于电力机车用大功率交流传动系统的优化设计已经有了很多研究成果。
但是，存在以下几个问题：1. 传动系统中的各种设备存在耦合作用，相互影响，因此在优化设计时需要综合考虑各因素之间的依赖关系，进行多目标优化。
2. 鼠笼式异步电动机广泛应用于电力机车，引起了对其工作效率提高、初始启动性能和减少电网电流冲击等方面的研究。
3. 电力机车的工况要求传动系统具有一定的过载能力和变频控制能力，对于传动系统的安全可靠性和稳定性提出了更高的要求。
三、研究内容和目标本研究旨在深入探讨电力机车用大功率交流传动系统的优化设计方法和技术，解决上述问题，主要包括以下几个方面的内容：1. 建立电力机车用大功率交流传动系统的多目标优化模型，采用多目标遗传算法等优化方法，实现优化设计。
2. 分析鼠笼式异步电动机工作原理和特性，提高其工作效率和初始启动性能，减少电网电流冲击。
3. 研究传动系统的过载能力和变频控制技术，实现电力机车各种工况下的牵引控制，提高系统稳定性和安全可靠性。
四、研究方法和技术路线本研究采用综合实验和仿真分析的方法，以电力机车用大功率交流传动系统为研究对象，开展如下研究工作：1. 建立电力机车多目标优化模型，采用多目标遗传算法等优化方法，实现传动系统的优化设计。
2. 对鼠笼式异步电动机的工作原理和特性进行分析，探讨提高其工作效率和初始启动性能、减少电网电流冲击的技术措施。
3. 针对电力机车传动系统的过载能力和变频控制技术进行深入研究，实现电力机车各种工况下的牵引控制，提高传动系统的稳定性和安全可靠性。
1-2 电力机车的分类和特点
韶山1 型电力机车
1968年，经过对6Y1型10年的研究改进，在中国半 导体工业发展的条件下，将引燃管整流改为大功率半导 体整流，试制出韶山1型电力机车，代号SS1。1969年 开始批量生产，到1988年止，共生产826台。机车持续 功率3780kW，最大速度90km/h，车长19400mm，轴 式C0-C0，电流制为单相工频交流。韶山1型电力机车获 全国科学大会奖。
发展与演变的主要基点： （1）技术进步快 ①调 压开关—相控调压； ② 再生制动，加馈制动—增大低速制动； ③ 粘着系数利用率达95%以上； ④ 微机控制与LCU相结合的现代控制技术； ⑤ 机械特性的改进； ⑥ 提高绝缘等级B-F、H、C级。 （2）功率大幅度增长 交直传动3900kW—9600kW，轴功率：货运：650kW—800kW, 客运：900kW—9600kW 。 （3）发展思路正确。
我国电力机车的发展
中国最早使用电力机车在1914年，是抚顺煤矿使用的 1500V直流电力机车。1958年中国成功地生产出第一台电力机 车，从采用引燃管整流器到硅整流器，机车性能不断改进和提 高，到1968年制成韶山l型（SS1型）131号时已基本定型。截 止到1989年停止生产，SS1型电力机车总共制造了926台，成 为中国电气化铁路干线的首批主型机车。1966年SS2型机车制 成，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，截止到1997年 底，共生产了987台，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。
1-2 电力机车的分类和特点
一、电力牵引的优越性
交直流牵引供电的比较
交直流牵引供电的比较成员：目录一、牵引供电系统介绍 (3)1牵引供电系统的电流制 (3)2工频单相交流牵引供电系统 (4)二、我国列车铁轨及列车内部用电方式转变发展史 (5)三、直流远供技术与交流供电的对比 (6)四、地铁和国铁分别采用直流、交流的原因 (7)五、广州地铁直流牵引供电与交流牵引供电系统的选择 (8)1直流牵引供电系统 (8)2交流牵引供电系统 (9)六、高压直流输电与特高压交流输电的优缺点比较 (10)1直流输电的优点: (10)2限制直流输电应用范围的因素: (10)3特高压交流输电的优点: (11)直流制应用最早，19世纪末电力牵引开始用于铁路干线时，应用的就是直流制。
目前在英、法、日、苏等国直流制仍然大量存在。
直流制是将电力系统的三相交流电降压并变换为直流电供应接触网。
接触网电压有1200伏、1500伏、3000伏等多种。
由于电力机车电压受直流牵引电动机换向条件的限制，接触网电压很难大幅度提高，所以直流制须沿接触网输送大量电流，在接触网上一般须用两根铜接触导线，并应用铜承力索，另加一些平行的铝加强导线来分流，耗费有色金属量较大。
另外，为了保持接触网的电压水平，沿线路每隔10～30公里须设置一个牵引变电所。
直流制的这些弱点，推动了交流制的研究。
一、牵引供电系统介绍牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电形式。
例如城市电车、城市地下铁道、工厂矿山的电力交通运输供电等，都可称为牵引供电。
电气化铁道供电，因其用电量大、分布广，因而形成相对独立于电力系统的电气化铁道牵引供电系统。
1牵引供电系统的电流制电气化铁道供电采用何种电流制，关系到许多重大技术问题和铁路运输的经济效益，故成为每个建造电气化铁道的国家首先要考虑的问题。
目前主要有以下4种电流制。
(一)直流制直流制是世界上早期电气化铁道普遍采用的方式，到目前为止，直流制在电气化铁道中所占的比例仍占43％左右。
其原因是电力机车多采用机械性能好，调速方便的直流串励电动机牵引，显然，利用直流电向直流电机供电可以极大地简化机车设备。
我国机车电传动技术的发展
我国机车电传动技术的发展
机车电传动技术是指用电力来驱动机车的一种技术。
我国在机车电传动技术方面的发展可以分为以下几个阶段：
第一阶段是20世纪50年代到60年代，这一时期主要采用的是直流电机驱动，由于技术限制，机车功率和速度都较低。
其中最著名的是中国第一代电力机车——“东方红1号”，它于1958年投入使用，最大功率为1,200千瓦，最高时速为80公里。
第二阶段是70年代到80年代，这一时期我国开始引进国外的交流电机驱动技术，如日本的三菱公司和美国的通用电气公司。
这种技术可以实现高功率和高速，同时也更加节能。
其中最著名的是中国第二代电力机车——“和谐号”系列，它于1999年开始研制，最大功率为9,600千瓦，最高时速为350公里。
第三阶段是90年代至今，这一时期我国开始大力发展自主研发的机车电传动技术，如采用IGBT（绝缘栅双极性晶体管）的交流电机驱动技术，可以实现更高效率和更高可靠性。
其中最著名的是中国第三代电力机车——“复兴号”系列，它于2014年开始研制，最大功率为22,800千瓦，最高时速为400公里。
总的来说，我国机车电传动技术的发展经历了从直流电机驱动到交流电机驱动，再到自主研发的高效率、高可靠性技术的变化。
这些技术的发展不仅提高了机车
的功率和速度，也为我国铁路运输的安全和可靠性提供了有力支持。
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析
／ 轴 六
９６０ ０ １ ０ ６ ０ １ ０ ２ ８ ． １ ９ ４ ２ ２
５
６ ７ ８ ９ ０
单位 轴 功率 ／ ｗ
最 高速 度 口 ／ ｋ ・ｈ ） （ｍ 最低 计 算 速 度 ／ ｋ ・ｈ １ （ｍ －） 最 大 计 算 牵 引 力 船 ／ Ｎ ㈣枷 … ｋ 从
准设 计 ，０ １２ （） ４ －１ ２ ０ ，１ ９ ：０４ ．
维修基 地 承 担 客 运 专 线 固定 设 施 的管理 、 检 测 及 维修任 务 ， 障 了客 运 专 线 固定 设 施 的 良好 保 状态 ， 是列 车 高速 、 密 、 全 、 稳运 行 的重要基 高 安 平 础 。维 修基 地 的工 艺设 计是基 地 建设 的重要 工作
车与普 通直 流 机车 的 主要差异 和其所 适应 线 路条
型机 车 的主要技 术参 数见 表 １ 。
表 １ 直 流 机 车 主 要 技 术 参 数 表
作 业 １台位 ） 。 （ ）标 定 棚 。捣 固 机 维修 后 必 须 进行 标 定 ， ７ 标 定 棚按 一线 １ ０１ 设 置 。 ２ Ｉ Ｔ （ ）其他 有关 设 施 。维修 基 地还 设 置 办公 综 ８ 合 楼 、 电 、 子 检 修 间 （ 留） 材 料 总库 、 电 供 电 预 、 充 间 、 电房 等 以及 转 车盘 、 配 移车 台等设 施 。
１ ８ ３ ２ ３
ＨＸＤ Ｂ Ｉ
１ Ｏ ５ ２ ５
ＨＸＤ Ｂ ２
ＨＸ ３ ＤＢ
１
２ ３ ４
计算 （ 着 ） 量 Ｐ／ 粘 质 ｔ
轴 重／ ｔ 轴式 持续 功率 ／ Ｗ ｋ
ＣＯ —Ｃｏ —
ＣＯ— ＣＯ —
／ 轴 六
交流传动与直流传动优劣的比较
交流传动与直流传动优劣的比较一、交流传动背景介绍1、发展历程电力传动诞生于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。
执行机构由直流电动机驱动，则称为直流电气传动系统，执行机构由交流电动机驱动，则称为交流电气传动系统。
20世纪30年代，人们已经认识到变频调速是交流电动机一种最理想的调速方法；60年代，随着电力电子技术的发展和变频调速装置的研制成功，交流调速技术成为电动机调速的发展方向；70年代中期，在世界范围内出现能源危机，节约能源成为人们关注的问题；许多过去不调速的传动装置，如风机、水泵等，也都采用了调速传动；90年代以来，随着大功率电力电子器件和微电子技术的飞速发展，以及现代控制理论和控制技术的应用，交流传动调速技术取得了突破性的进展，逐步具备了调速范围宽、稳速精度高、动态响应快以及可作四象限运行等优良的技术性能。
目前，交流传动已经作为一种完全被肯定的系统，大举进入电气传动调速控制的各个领域。
2、交流传动电力机车发展综述随着科技的进步，电力机车的发展方向逐渐成为以安全性、实用性、可靠性、灵活性、舒适性越高越好；费用越低越好的发展目标。
但是，不可避免的，存在着地域规范、供电制式、空间、体积、重量、技术水平、工艺水平等限制。
随着电力电子技术、微电子技术、新材料、新工艺等的出现与发展，行业从业者们满足运输的需求，充分利用新技术，利用新材料，采用新工艺从而实现新一代电力机车的发展。
3、交流传动电力机车的组成辅助变频器主变频器及电机驱动模动力制动模通讯模块空气系统模块电子设备图1-1 机车内部构造4、我国交流传动机车的发展现状我国交流传动技术的研究始于70年代初，可以说起步不晚，但国际上80年代初交流传动机车就已经进入商用化，技术日趋成熟。
铁道部主管领导曾指出，我国发展交流传动不要跟在别人后面先KK，后GTO，再IGBT一步一步地走老路绕弯子，应跨过GTO阶段，直接发展IGBT技术，缩短我国与国际上当今先进技术的差距。
电力机车工作原理
电力机车按供电电流制——传动型式分为四类，即直流供电——直流牵引电动机的直直型电力机车；交流供电——直（脉）流牵引电动机的交直型电力机车；交流供电——变流器环节——三相交流异步电动机的交直交型电力机车和交流供电——变频环节——三相交流同步电动机的交交型电力机车。
本章着重分析前三种电力机车的工作原理及工作特点，并推导电力机车的基本特性，通过学习所要达到的目标：1、会分析电力机车的工作原理，2、掌握交直型、交直交型电力机车的特点，3、熟记电力机车的基本特性。
第一节直直型电力机车工作原理一、基本工作原理直流电力机车是现代电力机车中最为简单的一种。
它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机，其工作原理如图１－１所示。
目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。
图１-１所示为一般工矿用四轴电力机车的电传动装置示意图。
工作过程为：机车由受电弓从接触网取得直流直流电力机车工作原理二、直流电力机车的特点通过分析直流电力机车的工作原理，可以得出直流电力机车具有以下特点：１、机车结构简单，造价低，经济性好；２、采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便；３、控制简单，运行可靠；４、供电效率低。
由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500伏～3000伏。
传输一定功率时电流较大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低。
５、基建投资大。
为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。
６、效率低，有级调速。
由于机车使用调压电阻进行启动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。
随着电力电子技术的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速。
综上所述，直流电力机车由于受牵引电动机端电压的限制，网压不可能太高，从而限制了机车功率的进一步提高。
随着现代铁路运输事业的发展，直流电力机车显然已不适应干线大功率的要求。
交流传动电力机车的性能分析
摘要交流传动电力机车是指各种变流器供电的交流异步或同步电动机作为传动电机的电力机车或电动车组。
电力牵引交流传动系统主要由受电弓﹑主断路器﹑牵引变压器﹑牵引变流器、三相交流牵引电动机﹑齿轮箱等组成。
根据变流器是否带中间回路，分为交直交变流器或交交变流器两类。
根据中间回路的选择原件的不同，又分为电压型系统﹑电流型系统两种基本结构。
交流传动系统主要由牵引变压器﹑牵引电机﹑牵引变流器组成。
交流传动电力机车具有如下优点：1）良好的牵引性能；2）电网功率因数高，谐波干扰小；3）牵引系统功率大、体积小、重量轻；4）动态性能和黏着利用好；5）显著的节能效果，良好的可靠性、维修性；6）减少磨耗，降低运营成本，解决了对信号和通信设备的干扰。
交流传动技术经过近30年的发展与直流电力机车相比有如上些优良特点，在国内外轨道交通运载装备中得到了广泛的应用。
交流调速系统目前的发展水平可以概括为:1)已从中小容量等级发展到大容量,特大容量等级,并解决了交流调速系统的性能指标问题,填补了直流调速系统在特大容量调速的空白。
2)可以使交流调速系统具有高的可靠性和长期连续运行能力，从而满足有些场合长期不停机检的要求和对可靠性的要求。
3)可以使交流调速系统实现高性能，高精度的转速控制。
除了控制部分可以得到和直流调速控制同样良好的性能外，异步电动机本身固有的优点又使整个控制系统得到更好的动态性能。
采用数字锁相控制的异步电动机变频调速系统，调速精度可高达0.002％。
4)交流调速系统以从直流调速的补充手段发展到与直流调速系统相竞争、相媲美、相抗衡，并逐渐取代的地位。
关键词：交流传动基础；调速；启动；制动；平稳性论文类型：应用与研究abstractAc drive locomotive refers to all converter power supply of asynchronous and synchronous motor communication as the drive motor electric locomotive or emus. Electric traction ac drive system mainly by the bow by electricity, Lord circuit breaker, traction transformer, traction converters, three-phase ac traction motor, gear box etc. According to whether converter with middle circuit, divided into/ZhiJiao converter or hand over two kinds of converter. According to the choice of the original middle loop is different, and divided into the voltage type system, current model system two basic structure. Ac drive system mainly by the traction transformer, traction motor, power converters composition. Ac drive locomotive has the following advantages:1) good traction performance;2) grid power factor is high, the harmonic interference is small;3) traction system power is great, small volume, light weight,4) dynamic performance and gelling use good;5) significant energy saving effect, good reliability, maintainability;6) reduce wear, lower operating costs, solve the signal and communications equipment of interference.Ac drive technology after nearly 30 years of development and dc electric locomotive is compared on some good features, in domestic and international rail transit transport equipment in a wide range of applications.Exchange speed regulation system of the current development level can be summarized as:1) already from small and medium-sized capacity development level to the large capacity, big volume level, and solve the performance index of ac speed adjustment system, to fill the gaps in dc speed control system super capacity in the blank of speed.2) can make the communication speed regulation system has high reliability and long-term continuous operation ability, so as to meet some situations long-term computer retrieval requirements and to keep the reliability of the requirements.3) can make the communication speed regulation system to realize high performance, high accuracy of speed control. In addition to the control part can get and dcspeed control also good performance outside, asynchronous motor itself inherent advantages and make the whole control system has better dynamic performance. The digital phase lock control variable frequency speed regulation system of induction motor speed precision can be as high as 0.002%.4) exchange speed regulation system from the dc speed control to supplement to and development means dc speed control system in competition, comparable to, to compete, and gradually replace status摘要······················································错误!未定义书签。
交流传动的优越性及发展概况
一．交流传动的优越性交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机，其一系列的优点都是由此而表现出来的。
交流传动机车所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。
和传统的串激直流电动机驱动系统相比，交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、重量尺寸等诸多方面。
1．构造简单，转速高，可靠性高，维修简便三相异步电动机结构中无换向器、无电刷装置；所以相同功率的电机，异步电动机的重量轻，体积小，可使机车转向架簧下部分重量相应减少，在机车通过曲线时，轮轨之间侧向压力也就相应减少，这对高速行车尤为重要；同时，由于电动机体积减少，便能选择更为合适的悬挂方式，从而简化了转向架结构；除轴承外无磨擦部件，密封性好，防潮、防尘、防雪性能好；全部电气部件均是绝缘的，且所用绝缘材料均为H级或F级，绝缘性能好，耐热性能好。
因此故障率低，可靠性高。
控制装置是模块结构，故障率也很低，驱动系统的全部运行过程和控制过程均由无触点电子元件完成，所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、粘连、接触不良、机械卡滞等问题。
据美国伯灵顿北方铁路介绍，该公司直流电动机的大修期一般在4万公里至48万公里之间，而交流牵引电动机的大修期可高达120~160万公里。
另外，交流传动机车有完备的微机监视系统和故障诊断系统，可随时监视系统的技术状态，进行故障诊断。
由此可知交流传动系统的可靠性是很高的，维修量很小，且检修简便，维修费用大大降低。
加拿大CP4744型交流传动机车的应用实践表明：不仅延长了计划修间隔，而且减少了计划外修理次数，每台机车每年可减少计划外修6次。
2，功率大，牵引力大，机车可以发挥较高的输出功率异步牵引电动机不存在换向的问题，所以高速行车时电的效率也就较高；同时，牵引电动机因无换向器，空间利用好，使机车功率得以进一步提高，再生制动时亦能输出较大的电功率。
内燃机车电力传动5——第五章 交-直-交流传动恒功率
交流传动发展的初期
三相交流电动机，特别是鼠笼式异步电动机，由于其转子上既没 有换向器，也没有带绝缘的绕组，根本不存在换向火花及环火等问题， 因此，它的结构简单、体积小、重量轻、运行可靠，能以更高的转速 运转。由于交流电动机克服了直流电动机固有的缺点，很早就引起了
人们的极大注意，试图将它用作铁路机车的牵引电动机。只是限于当
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3、异步电动机调速的基本方法
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图 6— 4
电机转矩与外加电压的关系
（3）改变频率的调速 若能平滑地大范围改变f1， 就可以平滑改变n1，从而平滑宽 广地调节电机的转速n，可满足 机车牵引电动转速从零到最大值 的调速要求。
内燃机车电力传动
（五）
第一节 概 述
长期以来，机车电传动大多采用直流牵引电动机系统。 这是因为直流电动机的磁场电流和电枢电流可以分别控制， 其起动、调速性能和转矩控制特性比较理想，并容易获得 良好的动态响应。 然而，直流电动机的结构复杂，存在电刷接触式的换 向器，它不仅工艺复杂，体积及重量大，耗铜，价格昂贵， 而且在运行中，很容易产生换向火花甚至发生环火现象， 故障率高，不便于维护。由于换向及环火这一类问题的存 在，则要求电动机换向片之间的电压不能过高，因而使得 直流电动机的设计容量和高速时的利用功率受到限制，单 电机的设计容量也很难超过1000kw，远远不能适应机车向 高速、大功率方向发展的要求。
余台（据不完全统计截至1997年的定货已近1400台）。
除德国、美国外，法国、意大利、西班牙、芬兰、日本等国也可 以生产交流传动内燃机车，并有许多国家开始批量订购交流传动内燃
交流传动与直流传动的比较
《电力牵引交流传动及其控制系统》报告——交流传动与直流传动优劣的比较1.电力传动的发展从十九世纪七十年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。
1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。
1891年西门子试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年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。
这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。
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,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。
大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。
1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。
随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。
与直流传动机车相比，交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。
2．交流传动与直流传动的比较2.1 机车工作原理的比较2.1.1 直流传动电力机车工作原理直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电力机车。
直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压)方式进行调速和控制的机车。
交直传动
关于交直传动
无论是交-直传动还是交-直-交传动都属于电气范畴与机械并无关系，所谓交-直传动就是机车输入电源为交流（接触网或交流同步发电机提供），经过整流成直流电共给直流牵引电机传动机车，而交-直-交的输入部分是与直-交一样，只不过它把交流电整流成直流电之后并不是直接供给牵引电机而是将此直流电滤波后送给牵引逆变器，牵引逆变器把直流电再逆变成频率电压可调的交流电（即VVVF）供给交流牵引电机（注意牵引电机的电流制），由于交流电机的单位功率（kW/kg)可以比直流电机大得多，所以交-直-交传动和交-直传动相比可以大大提高机车的运用功率，但是这并不意味着交-直-交的效率（输出功率除以输入功率之比）高于交-直传动，如果交-直传动采用直流斩波调速，那么交-直传动的效率是高于交-直-交传动的，另外楼上说到的“开合”其实是逆变器的开关元件，我们对开关元件的要求首先是开关频率需要很高，这样逆变器输出的电流波形就更逼近于正弦波，谐波成分大大减小，有利于改善牵引电机的工况，增加乘客乘坐的舒适度，其次是开关元件应该能承受很高的反向电压，反向漏电流要尽可能小，这是因为电机VVVF 调速的工作需要，即在低速时需要提高电压，以提高电机的输出转矩，现在普遍应用于交流传动技术的开关管为IGBT，瑞士ABB公司甚至还研制成功了专为铁道应用的IGCT晶闸管。
另外VVVF的输出技术也不尽相同，现在最为成功的为SPWM（正弦脉宽调制）技术，该技术开创性的借鉴了无线电载波技术，将调制波（正弦波）叠加在载波（三角波）上并进行电平比较确定开关管的导通脉冲，此外VVVF的控制方法在铁路应用领域也够各有不同，常见为转差频率控制、矢量控制技术以及直接转矩控制，相对于应用国家转差频率控制日本用得比较多，矢量控制为德国，而直接转矩控制则常见于法国的机车车辆中。
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析1. 引言目前，随着技术的不断进步，铁路牵引机车也在不断更新换代。
大功率交流机车和直流机车作为两种重要的铁路牵引机车，一直以来备受市场青睐。
本文将从牵引性能的角度出发，对这两种机车进行比较分析。
2. 大功率交流机车大功率交流机车采用交流牵引技术，能够实现高效能、低能耗、低噪声等优点，已经成为铁路牵引机车发展的趋势。
其牵引性能表现如下：2.1 最大牵引力和加速度大功率交流机车最大牵引力与加速度分别可达471kN和1.1m/s²。
这一牵引力为列车提供强有力的牵引支持，而高加速度的实现，则能够提高机车的运行效率，进而增加铁路运输的效率。
2.2 可再生能源回馈大功率交流机车采用的可再生能源回馈技术，可以将能量返还给架空线路，从而降低了电网压力，节省了能源。
同时，这种技术还能提高制动效率，进一步提高牵引性能。
2.3 高速行驶平稳性大功率交流机车在高速行驶时，有较好的平稳性，且能够实现色动等速稳定控制。
这保证了列车在高速通过弯道等复杂路况时的运行平稳性，提高了铁路运输的安全性。
3. 直流机车直流机车采用直流牵引技术，具有一定的优点，但也存在一些不足之处。
其牵引性能表现如下：3.1 最大牵引力和加速度直流机车最大牵引力和加速度分别为279kN和0.61m/s²，较大功率交流机车要低很多。
牵引力不足会影响机车的牵引效率，加速度不足则会降低机车的运行效率。
3.2 能耗率高直流机车在牵引时，能耗率较高，不如大功率交流机车节能环保。
同样的路段，同样的负载下，直流机车的能耗要比大功率交流机车高很多。
3.3 过流容量低直流机车的过流容量较小，即使是短时间内瞬间拉满，也容易造成电源系统的过载。
这会导致机车性能下降，降低铁路运输的安全性。
4. 比较分析从上述对大功率交流机车和直流机车的牵引性能表现的分析来看，大功率交流机车在最大牵引力和加速度、能耗环保等方面有很大优势。
关于各型电力机车性能优劣分析的调研报告
关于各型电力机车性能优劣分析的调研报告调研报告：各型电力机车性能优劣分析一、引言电力机车是现代铁路运输中最主要的牵引动力，其性能的优劣直接关系着运输效率和安全性。
本调研报告旨在对各型电力机车的性能进行系统的分析和评价，为铁路运输部门和相关决策者提供参考。
二、主要参数对比分析1.运输能力运输能力是衡量电力机车性能的重要指标，主要通过牵引力和车辆质量来评估。
牵引力直接决定了机车能否拉动列车安全顺畅运行，牵引力越大、车辆质量越小，运输能力越大。
常见的电力机车有直流传动机车和交流传动机车两种，交流传动机车由于异步电动机具有较大的牵引力，在运输能力上优于直流传动机车。
2.运行效率运行效率主要考察机车在单位时间内牵引行驶的车辆数量，即列车速度和单位重量的能耗。
一般来说，机车的速度越高，单位重量的能耗越低，运行效率越高。
目前，随着技术的发展，新型高速电力机车的设计和研发已取得了显著成果，普速电力机车的速度范围也在不断提高，因此在运行效率上，新型高速电力机车相对于传统的普速电力机车具备较大优势。
3.能耗和环保性目前，世界各地铁路运输部门普遍致力于提高电力机车的能效和环保性能。
能耗是衡量机车能效的指标，一般通过能耗参数来评估。
环保性主要从排放控制方面进行评价，如二氧化碳、氮氧化物和颗粒物排放等。
电力机车的能耗和环保性能在新型机车设计中得到了很大的改善，相较于传统机车，新型机车的能效更高，对环境的影响也更小。
4.维护和运行成本维护和运行成本是运输部门和企业关注的重要问题。
机车的维护成本包括技术维护、故障维修和零件更换等方面。
运行成本包括机车的能耗成本、人员成本和设施设备成本等。
从维护和运行成本上看，新型电力机车通常具有更低的维护和运行成本。
新技术的应用使得新机车维护更便捷、故障更少，同时节约了能源消耗和人力成本，因此综合来看新机车具有更低的维护和运行成本。
三、结论综上所述，各型电力机车的性能各有优劣，不同的机车在运输能力、运行效率、能耗和环保性、维护和运行成本等方面有所差异。
机车交流传动与直流传动的分析比较
班级机车车辆0932班学生姓名指导教师设计（论文）题目机车交流传动与直流传动的分析比较主要研究内容（1）从机车的传动形式了解交流传动的发展优势；（2）以HXD3型机车为例，深入分析交流传动的特点及电路结构，与SS4改机车做出对比分析。
（3）从传动主电路及相关保护、辅助电路等不同角度，探讨新技术在交流传动机车上的应用。
主要技术指标或研究目标（1）比较分析交流电机与直流电机的区别及优缺点。
（2）针对机车变流器存在的区别，深入分析交流传动的优势及发展前景。
（3）围绕主电路的传动形式，对交流传动与直流传动进行深入分析并比较优缺点。
（4）初步掌握交流传动机车上新技术、新装备的使用。
基本要求深入了解交流传动的使用为铁路机车带来的优势，初步掌握交流传动机车新技术的应用，进一步熟悉交流传动机车的基本原理及组成结构。
主要参考资料及文献电力机车控制华平主编机车新技术张中央，刘敏军 HXD3型电力机车张曙光目录1 电力传动形式的发展 (1)2 交流传动与直流传动的比较 (1)2.1 机车工作原理的比较 (1)2.1.1 直流传动电力机车工作原理 (1)2.1.2 交流传动电力机车工作原理 (3)2.2 交流传动与交直流传动机车主电路的比较 (4)2.2.1 HXD3型机车和SS4改机车主电路特点比较 (5)2.2.2 HXD3型机车和SS4改机车变流装置比较 (7)2.2.3 HXD3型机车和SS4改机车牵引电机比较 (8)3 新技术在交流传动机车上的应用 (10)4 总结 (11)致谢 (15)参考文献 (16)1 电力传动形式的发展从十九世纪七十年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。
1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。
1891年西门子试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年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。
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作者简介： 杨颖， 男， 高级工程师， 理学学士， 现为湖南大学工商管理学院 5;;; 级 YVJ 研究生， ?A 岁， 8=<< 年毕业于中国科技大学光学专业， 从事电力机车、 动车的高速设计研究， 现任株洲电力机车厂技术中心高速牵引动力研究所副所长。
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杨颖・交流传动与交直传动电力机车的技术经济性对比・ !""# 年第 # 期
+, 型机车是一种全新设计的机型，可满足既有线上
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# 机车的全寿命运用成本和收益
从机车的全 寿 命 期 （ 来看， 由于两车上线运用 !# 年 ） 率和可靠性的差异， 对 9F 型机车按年运用 )# 万 &’、 ;;型机车按 )" 万 &’ 考虑， 可得出全寿命期总运用里程 9F 型机车为 * *!# 万 &’， ;;- 型机车为 * """ 万 &’。从清算 收益上看 9F 型机车要高于 ;;- 型机车，且 9F 型机车牵 引能力较 ;;- 型机车高 .Q$*"Q ，将来扩充编组的潜能 较大。 根据国外资料介绍， 机车全寿命期的成本（ 动态） 构成 按权重大小排序分别为电费、 机车购置成本、 维护检修成 本 等 。 电 费 可 占 到 )"Q$."Q ， 机 车 购 置 成 本 占 !"Q$ 维护检修成本占 *"Q$!"Q。 若 ;;- 牵引准高速列车 ("Q， 电耗定额按 *) &K ・ ・ 则 V U &’，电价按 "/( 元 U &K V 考虑， 同里程 9F 型机车 全寿命期电费（ 静态） 约为 ) !"" 万元， 可节约电费 P)" 万元； 维护检修成本（ 含 节能按 !"Q 计， 则全寿命期成 碳刷、 闸片等易耗件） 按 */# 元 U &’ 考 虑 ， 本（ 静态） 同 里 程 9F 型 机 车 ;;- 型 机 车 约 为 * #"" 万 元 ， 可降低 #"" 万元以上。 尽管现阶段由于交流传动机车的核心——交流传动 系统的价格偏高，其成本一般高出同功率等级交直机车 一倍， 但随着国际和国内交传技术的发展和成熟， 其成本 必将不断降低。 例如， 目前国际上地铁系统交传系统的价 格已经与交直系统相当， 有的甚至还更低。
5 """6 轮周 7 ;<-=) 集中式
踏面制动 无
5 5"" #2"6!9#"3 %& ’ (7 ;<>?=- 分散式
轮盘制动 有（ 4>/ 总线）
最大电制动力 ’ %8 !!!!!!!!#3"6#293" %& ’ (7 微机系统 制动装置 重联功能
以上对比表明， +, 型机车在 绝 大 多 数 性 能 指 标 上 均 优于 ))* 型机车，仅在最大起动牵引力和最大电制动力 上略低（ 这主要归究于其轴数少、 重量轻） 。
起动加速性能 （ "9#$" %& ’ ( ） 电制动调速性能 （ #$"952 %& ’ ( ）
时间 ’ C 距离 ’ & 时间 ’ C 距离 ’ &
$"" ’ 3B5 #* 5$# ’ !$ 22B #*5 ’ !": 2 $$" ’ $ "!" # 2$"
准恒速控制
5*3 ’ $!3 #2 !5! ’ #* *B3 #*# ’ !"2 2 5:" ’ 2 32# # ##B
收稿日期： 5;;;K88K86
58 世纪初铁路科技发展的主攻方向之一。本文就 E9 型
交流传动机车和交直传动机车的技术和经济性做一定量 对比分析， 以为铁路用户在选择新技术、 新产品时提供技 术和经济依据。 为便于分析， 需从韶山系列电力机车中选取一种最新 提速客运机型作为比较对象。目前， 承担干线 86; B0 D $ 以上客运提速的机型仅有 5 种， 一种是 GG< 型四轴机车， 另一种是其派生型 GG= 型六轴机车。除 GG= 型机车采用 两车的其余总 H; 转向架和持续功率增大为 6 <;; BC 外， 体参数基本相同。 由于 E9 型交流传动机车持续功率也为 与 GG= 型机车性能有相似性， 故本 文 选 择 GG= 6 <;; BC， 型机车作为对比机型。
+, 型机车单位基本阻力 E"F!1"3G"1"": B HG"1""" #*2 H! ))* 型机车单位基本阻力 E"F#1:2G"1"!B 5 HG"1""" #35 H!
重量 22 0 。 !2I 客车单位基本阻力 E"F#13$G"1"#5 2 HG"1""" #5B H!，
#$" #::
加馈电阻制动
!"" !!"
再生制动
B 维护检修
根据国外运用经验， 交流传动机车与交直传动机车相 比在运用可靠性提高的基础上，还可降低维护检修成本 三分之一以上。这主要表现在异步牵引电机的维护检修 工作量大大低于直流牵引电机；微机完善的智能诊断功 能大大缩短了故障查找的时间；车顶夹层独立通风方式 彻底解决了侧墙通风方式漏雨和积尘的难题，避免了由 此带来的一系列的故障；辅机三相对称供电及风机转速 随牵引负载调整减轻了辅机系统的维护检 修 工 作 量 ； 再 生电制动的快速转换可大大减少制动闸片消耗等诸多方 面。可以预计， 随着交直传动向交流传动的转换， 我国铁 路牵引动力的运用可靠性和可维护性将有较大的提高。
8 外形及主要技术参数
8==< 年由株洲电力机车厂研制的 GG= 型机车，是目
前国内技术水平最先进、 功率等级最大、 运用速度最高的 交直传动客运电力机车， 设计用于既有线牵引 8@; B0 D $ 准高速旅客列车。 5;;; 年由株 洲 电 力 机 车 厂 研 制 的 E9 型机车， 是我国第一代商用交流传动高速客运电力机车，
) ) * 型机车与 +, 型机车主要技术参数对比表
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!))* 型机车 -".-" +, 型机车 /"./" !"12 3!
交.直.交 轴控
持续运用最大等效坡度 ’ A
轴重 ’ 0 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !# 整备重量 ’ 0 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! #!$ 电传动方式 驱动控制 持续制） 机车功率 ’ %4（ 机车效率 功率因数（ 实测） 起动牵引力 ’ %8 持续牵引力 ’ %8 额定速度（ 持续制） ・ ’ %& (.# 恒功速度范围 ’ %& ・ (.# 速度 ’ %& ・ (.# 运营 构造 电制动方式 电制动功率 ’ %4 交.直 架控
设计用于既有线单机牵引 #$" %& ’ ( 准高速旅客列车和 客运专线、高速线双机重联牵引 !"" %& ’ ( 过境旅客列 车， 可覆盖应用于普速、 准高速和高速领域。二者的外形 图 !， 主要技术参数对比见表 #。 分别见图 #、
直客运电力机车， 具有较大的提速潜力。牵引 !" 节客车 时， 平直道均衡速度仍高达 #:" %& ’ ( 以上， 可满足繁忙 干线客运进一步提速至 #$" %& ’ ( 的需要。 郑州机务段两 日车公里 年来的运用表明， 其上线运用率最高可达 *"@， 超过 # !"" %&， 是目前国产提速机车中最高的（ 交直机车 所固有的特点决定了其很难再进一步提高） 。
第 56 卷 第 8 期 5;;8 年 8 月 5; 日
电力机车技术
!"#$%&’&() *&+ ,’"#-+.# /&#&0&-.1"2
3&’4 56 7&4 8 9:%4 5;-$， 5;;8
交流传动与交直传动电力机车 的技术经济性对比
杨颖
（ 株洲电力机车厂，湖南 株洲 摘
685;;8）
要：通过对 GG= 型机车和 E9 型机车在外形、 性能、 维护及运行成本和收益等方面的对比分析， 指出交直传动固有
的缺点， 说明交流传动是铁路牵引动力发展的方向。 关键词：电力机车；交流传动；交直传动；技术；经济；对比 中图分类号： I5@64; 文献标识码： J 文章编号： 8;;FK;@A@ （ 5;;8 ） K;8K;;;6K;?
H & 0 L: +.2 .& % & * -" #$%& ’& ( ) M " #& %& 0 ) N" -O " " % JH KP+.1" ’& #& 0 & -.1" : %P EH KP+.1" ’& #& 0 & -.1"
我国既有电气化线路上运用的国内外电力机车， 均采 用交直电传动方式， 其主要缺点是： 功率因数低、 机车效 率低、 电机体积重量大、 恒功范围窄等。以韶山系列交直 传动电力机车为例， 在未加功补时其功率因数一般为 ;4< 左右， 加功补也仅能达到 ;4= 左右； 机车效率一般在 ;4<8> 电 机 功 率 一 般 在 @A;>8 ;;; BC 间 ， 比功率一 ;4<? 之 间 ； 恒功系数一般低于 84@。 而交流传 般在 ;45>;4? BC D B( 间； 动方式则克服了交直传动方式固有的缺点，代表了铁路 牵引动力发展的方向。如 E9 型交流传动机车， 相应技术 牵引） ， 制动） ； 指标分别已经达到： 功率因数 ;4=== （ ;4=< （ 机车效率 ;4<@； 电机功率 8 55A BC， 比功率 ;4AF BC D B( ； 恒功系数 54A5， 其性能指标大大优于交直传动机车， 并且 达到和超过了 =; 年代国际先进水平。 目前， 国际上交流传动技术已经日趋成熟， 发达国家 批量生产的绝大多数电力机车和内燃机车均采用了交流 传动技术。 各国多年的运用实践表明， 交流传动在各项技 术和经济指标上均明显优于交直传动。正是根据这一技 术发展方向， 铁道部傅志寰部长提出“ 争取用十年左右的 时间完成交直传动向交流传动的转换” 。 这一目标已成为