电力机车控制(第1章)

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BT是英文Booster Transformer（吸流变压器）的字头缩写。 这种供电方式将原边、副边绕组匝数比1：1的吸流变压器 串联接入牵引供电网的接触线（原边）和回流线（副边） 中，每隔数公里设置一台吸流变压器。
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由于吸流变压器的作用，迫使负荷电流沿回流线流回牵引 变电所，而不经由轨道和大地，这样就大大减轻了列车牵
引电流对通信线的电磁干扰作用。
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然而这种BT供电方式结构复杂，投资大，特别是接触线串 联接入吸流变压器原边的地方有断口。受电弓通过断口时
会产生很大的电弧易烧损受电弓和接触线，影响到列车的
高速运行。
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AT是英文Auto Transformer（自耦变压器）的字头缩写。 自耦变压器（AT）供电方式 牵引网以2×25 kV电压供电， 并在网内分散设置自耦变压器降压至25 kV供电力牵引用。 与接触网同杆架设一条对地电压为25kV但相位与接触网电 压反相的“正馈线”，构成2×25 kV馈电系统。

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2.系统或部件的过载或故障必须通过控制来处理，而不是 随意增加设计容量或加大尺寸。 3.尽可能降低损耗，提高系统效率。 为了实现既定的控制策略，可实行开环控制和闭环控制。 输入量：直流参考电压，输出量：速度和力矩
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三、牵引变流器与牵引电机的参数匹配 要使高速列车交流传动系统的优越性得到最大限度的发挥 必须合理匹配牵引变流器和牵引电机。 列车牵引特性一般分为两个区段：即从0~vN的恒牵引力 (恒力矩)区，以及 vN~vmax的恒功率区。 在恒力矩区，要求逆变器的辅出保持Us/fs=c，fsl=c（ fsl为 转差频率），启动时适当提高U的恒磁通控制方式； 在恒功率区，牵引电机工作在弱磁工况，有Us＝const，S ＝fsl/fs＝c和Us2/fs＝c， fsl=c 两种不同的控制策略。 针对两种不同的控制策略，有3种匹配方案。
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从动车组的发展过程来看，动车组的传动方式主 要包括交－直传动方式和交－直－交、交－交的 传动方式。
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交－直－交牵引传动系统主要由受电弓、牵引变压器、 四象限整流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、 齿轮传动系统等组成。
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交流传动技术卓有成效的发展，一方面是由于功 率半导体和变流技术的进步；另一方面取决于日 臻完善的控制方法和控制装置。 功率半导体技术：SCR，GTO，IGBT，IPM.




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恒功率控制的三种匹配方案： （1）最大电机最小逆变器匹配方案 采用Us＝c，S＝fsl/fs＝c恒功率控制策略。 （2）最小电机最大逆变器匹配方案 采用Us2/fs＝c， fsl=c恒功率控制策略 （3）介于二者之间的匹配方案 由于目前电力电子器件昂贵，故多采用第一种方 案。
高速动车组牵引传动系统采用的新技术主 要表现在以下几个方面： （1）新型全控电力电子器件的应用



（2）牵引变流器PWM控制技术
（3）列车驱动控制技术
矢量控制系统和直接转矩控制系统。
第二节 动车组牵引特性及控制策略 CRH
一、动车组牵引特性 图1－5和图1－6分别为两种牵引特性曲线，它们代表了 两种不同的设计思想。其中图1－5的牵引特性曲线具有 一定的普遍意义。它分为两段 （1）小于92km/h，准恒转矩； （2）大于92km/h，恒功率区。
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二、动车组牵引系统控制策略 对于传动系统性能来说，重要的 是选择合适的控制方法。对于铁 路牵引用的电压源型逆变器供电 的变频传动系统，制定基本控制 策略的出发点可概括为3点： 1.通过对变流器输出的适当控制， 使电动机在零速度到基速的这个 范围内，接近恒定磁通工作状态， 而在基速以上的范围内，以一个 固定的端电压工作。

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（2）20世纪80年代末－90年代初采用交流电动机 驱动。 法国开始采用交流同步电机，后来采用交流异步 电机；日本、德国采用交流异步电机驱动。 鉴于逆变器技术和交流电机控制技术的进步为采 用异步牵引电动机驱动提供了条件。因此，交－ 直－交传动并采用异步电动机驱动是高速列车牵 引传动系统的发展主流。
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制动情况：日本新干线0系高速列车采用电阻制动， 100系高速列车采用电阻制动和涡流制动，300系 和700系高速列车采用再生制动和涡流制动，500 系高速列车采用再生制动。

由于交流传动系统的诸多优点，20世纪80年代以 来世界各国所研制的高速列车均采用交流传动技 术。
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三、动车组牵引方式 动力分散型，以日本为代表。 动力集中型，以欧洲为代表。

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图1－6的牵引特性曲线分为4段：
（1）低速启动时有较大的牵引力； （2）23～115km/h之间输出力矩随速度的增加而迅速下降； （3）115～200km/h保持较平的力矩特性； （4）200～300km/h之间输出恒功率。
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动力牵引车的牵引特性曲线通常被分成 恒力矩区和恒功率区。恒力矩是通过控制 变流器的输出u／f实现的；恒功率区通常是 调频不调压，牵引电机工作在磁场削弱状 态。

（2）该动车组轴重小，牵引动力大，启动加速快， 驱动动轴多，容易实现高速。
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两轴车和带转向架的车辆
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四、动车组供电牵引系统发展概况
自1964年高速铁路开通以来，动车组从直流传动 发展到交流传动，未来开发300km/h以上高速动车 组采用动力分散是目前世界的发展趋势。
（1）1964－1980年初期采用交－直传动 例如日本的0系、100系、200系，法国的TGV-P， 意大利的ETR450。


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交－直－交变流技术，特别是交流牵引电机的控 制技术，是高速列车牵引技术的核心，而逆变器 又是其中的关键，其中包括下列三项主要技术： （1）电力半导体器件； （2）交流电路的结构性能； （3）交－直－交传动的控制技术（由网侧变流器 控制和电机侧逆变器控制两部分组成）。

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动力配置：电动机、主变压器、 变流器、空压机、蓄电池
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动力分散型高速列车
（1）列车按需要由若干个单元组成。如2M， 2M1T，2M2T，3M1T，4M。
例如：CRH1编组形式：2M1T,2M1T,1M1T. CRH2-200编组形式：2M2T,2M2T. CRH2-300编组形式：2M1T,2M1T,2M.
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自耦变压器变比为2:1，其一次绕组接在接触网与正馈线之间，而中性 点则接至钢轨。在接触网与钢轨和正馈线与钢轨间形成25kV电压可供 电力牵引用电。这种方式可在不提高牵引网绝缘水平的条件下将馈电 电压提高一倍，可成倍提高牵引网的供电能力，扩展牵引变电所间距，
特别适用于高速和重载电气化铁路 。


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控制方法：VVVF，矢量变换控制技术，直接转 矩控制技术，无速度传感器技术等等。 VVVF :

Variable Voltage and Variable Frequency
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二、能量变换及其技术实现 图1-3给出了交－直－交牵引传动系统的能量传递关系。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1-3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1-3白色箭头所示。
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电力机车控制
宋雷鸣 主编
中国铁道出版社
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第一章
第一节 第二节
绪论
动车组牵引传动系统组成 动车组牵引特性及控制策略
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第一节 动车组牵引传动系统组成

一、动车组牵引传动系统的组成及作用 电力牵引高速列车的供电、牵引传动系统， 包括从变电站到列车受电弓在内的供电部 分和动车组本身的传动系统。