《电力牵引传动与控制》-2015-08-26(40学时)

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。
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交-直-交电力机车传动系统
代表性车型：和谐型系列电力机车（HXD）
图1-6 b 电力机车 交-直-交电传动
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：
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； 提高机车过载能力，解决 列车起动问题； 改善机车牵引控制性能。
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
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交流传动技术发展历程
1965：英国研制成功Hawk型内燃机车（BRUSH公司）， 采用静止式半导体变频器， Vmax=120Km/h， 1030KW， 异步牵引电动机，但变频器欠可靠。 1971：德国BBC和Henschel，DE2500：交-直-交， 1840Kw， Vmax=140Km/h，异步牵引电动机，试验和干 线运行证明机车牵引性能良好，运行经济性好，可靠性高， 维护方便，取得了巨大成功，开创了交流牵引的时代。 1980年首台BR120交流传动干线电力机车在德国投入试运 行。 70年代之后：世界各铁路发达国，争相研制交流传动机车， 交流传动技术特别在电力机车应用方面取得了 极大 完善。 1996：中国,AC4000交-直-交原型车，标志着我国机车交 流传动技术进入实质性研究和应用阶段。2000年 “蓝 箭” ，2001年DJ2‖奥星” 号，…2006年以后DJ4、HXD 、 HXN 、CRH1-3、CRH5动车组等
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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。
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。 适用于大功率机车。 车型： DF4， DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。
图1-5 内燃机车交-直电传动
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3.
交-直-交电力传动系统


图1-6 a内燃机车交-直-交电传动
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 良好的粘着性能 适用于大功率 控制系统复杂 车型： DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、 CRH系列等
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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 大功率―单轴功率1100-1600KW 高性能―高恒功速比，高粘着利用等 节 能―低损耗，高效率，功率因数≈1.0 可靠性高，维护性好，谐波干扰小
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1920-1960年代初：世界各国，直-直形式，功率<2200KW。 （30多年！） 1964：法国首创交-直内燃机车BB67036。开创了交-直传动和大 功率机车的时代。（巨大进步！） 美国： C36-7 3600马力 法国：CC72000 4000马力 CC78000 5000马力 前苏联： TЭΠ 75 6000马力 中国： DF4A-4B 3300马力 DF4C 3600马力 DF4D 4000马力 DF5 4500马力 韶山系列电力机车单轴功率800-900KW
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SS3B型电力机车
SS3B型电力机车为 2002年株电厂开发的 新型重载货运6轴电力 机车，通过内重联环 节连接组成的12轴重 载货运电力机车，每 节车为一完整系统 持续制功率8700 kW 持续速度48 km/h 最高速度100 km/h
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SS4型货运电力机车
韶山4（SS4）型电力 机车是由各自独立且 又互相联系的两节车 组成，每节车均为一 个完整的系统。 额定功率6400kW 持续牵引力436.5kN 最大牵引力627.8kN 持续速度51.5km/h 最大速度100km/h
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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.
电力牵引传动与控制系统组成
内燃机车、内燃动车组：
电力传动与控制系统 柴油机 牵引发电机 变流器 控制系统 牵引电动机 传动齿轮箱 与动轮
图 1-1a
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电力机车、动车组（交流AC供电）：
电力传动与控制系统
AC电网 受电弓
牵引变压器
变流器 控制系统 图 1-1b
电力牵引传动与控制
潘迪夫
2015. 09 - 2015. 10 （交通设备与控制工程 2012级 40学时 ）
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电力牵引传动与控制
课程主要内容： 电力牵引传动控制概述 电力牵引交直传动与控制 电力牵引交流传动与控制
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主要参考书： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 胡汉春. 机车电传动与控制. 中国铁道出版社，2012.05 张喜全. 电力牵引传动及控制. 中国铁道出版社，2012.08 郭世明. 机车动车牵引交流传动技术. 机械工业出版社，2012.03 王俭朴. 城市轨道交通电力牵引与控制. 国防工业出版社，2011.12 黄 彧. 电传动控制系统. 北京交通大学出版社，2012.10 冯晓云. 电力牵引交流传动及其控制系统. 高等教育出版社，2009.12 王书林. 电力牵引控制系统. 中国电力出版社，2005. 宋雷鸣. 动车组传动与控制. 中国铁道出版社，2009. 连级三. 电力牵引控制系统. 中国铁道出版社，2004. 胡崇岳. 交流电动机直接转矩控制. 机械工业出版社，2010.01.
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―中原之星”动车组


2001年10月生产，动力 分散型交流传动电动车组。 由株电、四方、株所联合 研制生产。 电传动方式： 交－直－交 持续制牵引功率6400 kW 最高运营速度：160km/h 平均启动加速度（0～ 52.5km/h，额定载荷）不 小于0.4m/s2
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中华之星电动车组

我国1958年大连厂试制成功2000马力直-直机车， 同年田心厂试制成功SS1型电力机车，64年DF型 批量生产，69年试制成功4000马力DF4和SS2， 78年SS3，85年SS4，…94年SS8，98年SS95400Kw
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东风4型内燃机车
（4A - 4E）
东风4B型内燃机车1984年由大连、资阳、大同机车厂生产的干线客货运内燃 机车。机车标称功率增加到1985kW。最大速度，货运100km/h，客运 120km/h，车长20500mm，轴式C0-C0，传动方式为交-直流电传动


为我国京一沈快速客运 通道研制的动车组。列 车最高运营速度可达 270km／h，是目前我 国运行时速最快的电动 车组 电传动方式交－直－交 传动 最大运行速度270km/h 起动牵引力200 kN （0～5 km/h ） 持续制功率 2*4800kW
2002年11月27日， 中华之星在秦(皇岛)沈(阳)客运专线上创 造了中国铁路试验速度的最高记录：312.5公里/小时！
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AC4000型交-直-交电力机车
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DJ2型号交流传动电力机车
我国第一台具有自主知识 产品的商用型交流传动电 力机车。主要用于既有干 线客运牵引和高速专线牵 引通用型客运电力机车 轴式Bo-Bo 电传动方式交-直-交 持续制功率4800kW 持续速度74km/h 最高运营速度200km/h 最大起动牵引力264kN 持续牵引力233kN 再生制动功率4400kw(108210km/h) 最大制动力150kN(10108km/h)
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第一章
电力牵引传动与控制系统概述
三、国内外机车（动车组）传动控制技术 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
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德国：液力传动机车创始国，但从上世纪60年代起 转向研制交流传动。1971年成功推出DE2500 交-直-交内燃机车。 日本：液力传动机车主要生产和使用国（主要由于 轴重限制原因）。但随着电气化和交流传动 技术的发展，普及了电力传动。客运以动力 分散型电力牵引动车为主。 英国：内燃化初期两种传动方式并存发展，1962年 为配合铁路全盘电气化，英国铁路总局宣布 不再生产液力机车。 美国：1925年制造出第一台直流电传内燃机车，之 后几乎全部生产电传机车。 中国：80年代末基本停止了大功率液传机车的生产， 资阳，二七，四方转产电传机车），确定了 主要发展电力传动的方针。
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DJJ1 (蓝箭) 电动旅客列车



株电、株所、长客和广 铁集团于2000年共同为 广深线研制的新一代交 传高速电动旅客列车组 基本编组M+5T+TC 两列连挂编组： M+10T+M 持续制功率： 4800kW 持续制速度： 105km/h 最高速度： 210km/h 起动牵引力： 211kN 持续牵引力： 164kN 最大电制动力： 150kN （5～108km/h） 电制动功率： 4400kW (108～230km/h)
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第一章
电力牵引传动与控制系统概述
二、系统分类
按电流制式不同分为三大类：
直-直电力传动系统 ｝ 交-直电力传动系统 交-直-交电力传动系统
直流传动系统 交流传动系统
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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。
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
东风11型内燃机车
南车戚墅堰机车公司研制
最高试验速度186KM/H。 装车功率为3860KW。 16280ZJA型柴油机。 JF204C型同步主发电机。 ZD106型牵引电动机。 机车走行步采用高圆簧旁 承, 电动机架悬式悬挂,轮对 空心轴六连杆驱动的转向架, 机车装有微机控制系统,速度 监控系统,具有自负荷功能的 电阻制动装置,电控制动系统 及轴温检测显示装置
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SS6B型货运电力机车
1994年研制成功，交 直型6轴货运电力机车 持续制功率4800 kW 持续速度 50 km/h 最高速度100 km/h 起动牵引力485kN 持续牵引力337.5kN
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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
牵引电动机
传动齿轮箱 与动轮
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地铁、城轨车辆（直流DC供电）：
电力传动与控制系统
DC电网 受流装置
Leabharlann Baidu
变流器 控制系统 图 1-1c
牵引电动机
传动齿轮箱 与动轮
2.
内燃机车理想牵引特性曲线
机车轮轴功率： F· V=3.6η· N 式中： F 机车牵引力（KN） V 机车速度（Km/h） N 原动机功率（KW） η 传动效率 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.
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SS-9高速机车
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SS9G型客运电力机车
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
主要参考资料：
1. 2. 3. 机车电传动[J]. 株洲电力机车研究所 内燃机车[J]. 大连内燃机车研究所 机车车辆（CRH1-6,HXD1-3, HXN3,HXN5,DF4-DF11,SS4-SS9,… 等）资料及专刊等
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第一章 电力牵引传动与控制 系统概述
一． 系统组成与功用
二． 系统分类
三． 发展历史与现状