动车组传动与控制作业参考答案(1-3章)

《动车组传动与控制》作业参考答案

作业一(1-3章)

一、名词解释：

1.动力分散牵引方式：以日本为代表，将全列车分为若干个动力单元，在每一个动力单元中带牵引电机的驱动轴（动力轴）分散布置在单元的每一个或部分车轴上，将传动系统的各个动力设备也分散地设置在各个车辆底下，不占用任何一辆车厢。

2.动力集中牵引方式：以欧洲为代表，动力集中型高速列车是将动力设备全部设置在一辆头车中，全列车的牵引力由集中在动力头车的动力轮对上的电动机提供。

3.恒功率调速比：恒功率调速比定义：

c PM n v v k =

式中：PM v 为恒功率区的最高速度；c v 为持续速度。

4.变压器的额定容量：在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值，称为变压器的额定容量SN 。额定容量用伏安（V·A）或千伏安（kV·A）表示。由于变压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。对三相变压器，额定容量系指三相容量之和。

5.变压器的额定电压：正常运行时，规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压U1N 。二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。额定电压以V 或kV 表示。对三相变压器，额定电压是指线电压。

6.变压器的额定电流：根据额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，以安表示。对三相变压器，额定电流指线电流。 对于单相变压器，一次和二次额定电流分别为：N

N N N N N U S I U S I 2211,== 对于三相变压器，一次和二次额定电流分别为：N

N N N N N U S I U S I 22113,3== （1）转差率：旋转磁场的转速n 1与转子转速n 的差值称为转差，用△n 表示。 转差△n 与同步转速n 1的比值称为转差率，用s 表示，即：11n n n S -=

（2）异步电动机的机械特性： 异步电动机的机械特性是指转差率与电磁转矩之间的关系T em =f(s)。

（3）异步电动机的临界转差率：最大转矩对应的转差率称为临界转差率。

二、简答题：

1.简述动车组的几种传动方式。

答：动车组的传动方式有：交-直传动方式；交-直-交、交-交传动方式。

交-直传动：指机车或动车组采用交流供电而采用直流电动机驱动动车组运行的传动系统。为了能够用电网提供的交流电驱动直流电动机工作，系统采用变流器，将交流电转换成直流电，并通过对变流器的控制来调整直流电动机的工作速度。

交流传动：指由各种变流器供电的异步或同步电动机作为动力的机车或动车组传动系统。目前变流器主要有直接式变流器（即交-交变流器）和带有中间直流环节的间接式变流器（即交-直-交变流器）两大类。

2.简述交流传动系统的优点。

答：交流传动系统有以下优点：

（1）有良好的牵引性能

合理地利用系统的调压、调频特性，可以实现宽范围的平滑调速，使高速列车的高速利用功率K p=1，恒功率调速比K n≥2；能使列车启动时发挥出较大的启动力矩。

（2）电网功率因数高、谐波干扰小

电源侧采用脉冲整流器，通过PWM控制技术，可以调节电网输入电流的相位，并能在广泛的负载范围内使高速列车的功率因数接近于1；使所取电流接近正弦波形，谐波干扰小。

（3）单位质量体积的牵引功率大

由于异步电动机无换向器，转速可达4 000 r/min或更高，且质量轻、体积小、单位质量体积的牵引功率大、运行可靠。

（4）动态性能和黏着利用好

由于交流异步电动机有较硬的自然特性，其防空转（黏着利用）性能较好。特别是牵引控制采用矢量控制或直接力矩控制策略，不仅能使系统稳态精度高，而且能获得高的动态性

能，可以使牵引力沿着轮轨之间蠕滑极限进行控制，更适合于高速、重载牵引的要求。

3.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪几种方案？

答：动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配方案：

（1）最大电机最小逆变器方案；（2）最小电机最大逆变器匹配方案；

（3）介于两者之间的折中方案。

4.简述变压器的组成及基本工作原理。

答：变压器由铁芯和绕组两个基本部分组成。

铁芯构成变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁芯由铁芯柱和铁轭两部分构成。铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯柱连接起来形成闭合磁路。

绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。包括原绕组（或称初级绕组、一次绕组）和副绕组（或称次级绕组、二次绕组）。原绕组和电源或输入电压相连，它的两端就是变压器的输入端。副绕组与负载相连，它的两端就是变压器的输出端。原绕组只有一个，副绕组为一个或多个。绕组通常套装在同一个芯柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。

除器身（铁芯和绕组）外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。

变压器的基本工作原理：在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。

5.简述交流异步电动机的工作原理。

答：异步电动机是利用电磁感应原理，在三相对称定子绕组中通入三相对称电流后将产生圆形旋转磁场，此旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中感应出电势，产生电流，进而在转子上形成电磁转矩，对外输出机械能拖动负载。旋转磁场是三相异步电动机实现机电能量转换的前提条件。

三、综合分析题：

1.试分析高速动车组牵引传动系统所采用的新技术。

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

电力电子器件是牵引变流技术的基础和核心。诞生于20世纪80年代的新型全控制电力电子器件IGBT是一种MOSFET与晶体管复合的器件，由于它既有易于驱动、控制简单、开关