1、1,電力牽引傳動與控制,課程主要內容：電力牽引傳動控制概述電力牽引交直傳動與控制電力牽引交流傳動與控制,2,主要參考書：馮曉云. 電力牽引交流傳動及其控制系統(tǒng). 高等教育出版社，2009.12.郭世明. 機車動車牽引交流傳動技術.機械工業(yè)出版社，2012.03連級三. 電力牽引控制系統(tǒng). 中國鐵道出版社，2004.王書林. 電力牽引控制系統(tǒng). 中國電力出版社，2005.宋雷鳴. 動車組傳動與控制. 中國鐵道出版社，20

2、09.黃濟榮. 電力牽引交流傳動與控制. 機械工業(yè)出版社，1999.徐 安. 城市軌道交通電力牽引. 中國鐵道出版社，2000.李群湛. 高速鐵路電氣化工程. 西南交通大學出版社，2006.廖曉鐘. 電力電子技術與電氣傳動. 北京理工大學出版社，2000.胡崇岳. 交流電動機直接轉矩控制. 機械工業(yè)出版社，2010.01. 主要參考資料：機車電傳動[J]. 株洲電力機車研究所 內燃機車[J].

3、 大連內燃機車研究所 其他機車車輛（CRH1-5,HXD1-3, DF4-DF11,SS4-SS9,…）資料及?？?3,第一章 電力牽引傳動與控制 系統(tǒng)概述,系統(tǒng)組成與功用系統(tǒng)分類發(fā)展歷史與現狀,4,第一章 電力牽引傳動與控制系統(tǒng)概述,一、系統(tǒng)組成與功用機車電力傳動與控制系統(tǒng)組成內燃機車：,柴油機,,控制系統(tǒng),牽引發(fā)電機,變流器,牽引電動機,,傳動齒輪箱與動輪,電力傳動與控制系統(tǒng),,,,,

4、,,,,圖 1-1a,5,電力機車（交流供電）：,電網，受電弓,,控制系統(tǒng),牽引變壓器,變流器,牽引電動機,,傳動齒輪箱與動輪,電力傳動與控制系統(tǒng),,,,,,,,,,圖 1-1b,6,內燃機車理想牽引特性曲線,機車輪軸功率：F·V=3.6η·N式中：F 機車牽引力（KN）V 機車速度（Km/h）N 原動機功率（KW） η 傳動效率理想特性要求：機車在

5、運行時能經常利用其動力裝置的額定功率.即：F·V=3.6η·N=const.,,圖 1-2 機車理想牽引 特性曲線（牛馬特性）,7,內燃機車電傳動裝置的功用,電傳動裝置的功用：充分利用和發(fā)揮機車動力裝置的功率；擴大機車牽引力F與速度V的調節(jié)范圍；提高機車過載能力，解決列車起動問題；改善機車牽引控制性能。,圖 1-3 柴油機功率和扭矩特性---柴油機通過機械直接傳動不能適應

6、 機車起動、過載、恒功等要求,,,8,第一章 電力牽引傳動與控制系統(tǒng)概述,二、系統(tǒng)分類按電流制式不同分為三大類：直-直電力傳動系統(tǒng)交-直電力傳動系統(tǒng)交-直-交電力傳動系統(tǒng),｝,直流傳動系統(tǒng),交流傳動系統(tǒng),,,9,直-直電力傳動系統(tǒng),內燃或電力機車采用直流牽引發(fā)電機或直流電網直接向數臺直流牽引電動機供電的傳動方式。調速性能優(yōu)良，系統(tǒng)簡潔。直流牽引電機造價較高，但可靠性、維護性相對較差。受直流電機換向條件和機

7、車限界、軸重等限制，主發(fā)電機單機功率受到限制。一般在2200KW以下。車型：DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。,圖1-4 內燃機車直-直電傳動,10,交-直電力傳動系統(tǒng),內燃或電力機車采用交流牽引發(fā)電機或單相交流網及變壓器，通過整流器向數臺直流牽引電動機供電的傳動方式。采用三相交流同步發(fā)電機，結構簡單，可靠性高，重量輕，造價較低。適用于大功率機車。車型： DF4， DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS

8、9等。,圖1-5 內燃機車交-直電傳動,11,交-直-交電力傳動系統(tǒng),內燃或電力機車采用交流牽引發(fā)電機或單相交流電網及變壓器，經整流器將交流電變換成直流，再通過逆變器將直流電變換成頻率和幅值按列車運行控制要求變化的交流電，向數臺交流牽引電動機供電的傳動方式。,圖1-6 a內燃機車交-直-交電傳動,,采用交流牽引電機，徹底克服了直-直系統(tǒng)的不足，重量輕，造價低，可靠性及維修性好良好的粘著性能適用于大功率控制系統(tǒng)復雜車型：DF4

9、DAC,NJ1,DJ，DJ2，DJJ1（藍箭），DJ4，CRH等,12,交-直-交電力機車傳動系統(tǒng),,圖1-6 b 電力機車 交-直-交電傳動,代表性車型：和諧型系列電力機車（HXD）,13,第一章 電力牽引傳動與控制系統(tǒng)概述,三、國內外機車（動車）傳動控制技術 發(fā)展歷史與現狀大功率（內然）機車電力傳動與液力傳動兩種主要傳動方式的演變與發(fā)展主要趨勢：電力傳動,14,德國：液力傳動機車創(chuàng)始國，但從上世紀60年

10、代起 轉向研制交流傳動。1971年成功推出DE2500 交-直-交內燃機車。日本：液力傳動機車主要生產和使用國（主要由于 軸重限制原因）。但隨著電氣化和交流傳動 技術的發(fā)展，普及了電力傳動。客運以動力 分散型電力牽引動車為主。英國：內燃化初期兩種傳動方式并存發(fā)展，1962年 為配合鐵路全盤電氣化，英國鐵路總局宣布 不再生產液力機車。美國：1925年制造出第一臺直流電傳內燃機車，之 后幾乎全部生產電傳

11、機車。中國：80年代末基本停止了大功率液傳機車的生產， 資陽，二七，四方轉產電傳機車），確定了 主要發(fā)展電力傳動的方針。,15,電力傳動形式的發(fā)展：直-直 交-直 交-直-交,發(fā)展趨勢：大功率、電力牽引、交流傳動大功率―單軸功率1100-1600KW高性能―恒功速比≥2.5，高粘著利用節(jié) 能―低損耗，高效率，功率因數≈1.0可靠性高，維護性好，諧波干擾小,,,16,1920

12、-1960年代初：世界各國，直-直形式，功率<2200KW。 （30多年！）1964：法國首創(chuàng)交-直內燃機車BB67036。開創(chuàng)了交-直傳動和大功率機車的時代。（巨大進步?。┟绹?C36-7 3600馬力法國：CC72000 4000馬力CC78000 5000馬力 前蘇聯： TЭΠ75 6000馬力中國： DF4A-4B

13、 3300馬力DF4C 3600馬力 DF4D 4000馬力DF5 4500馬力韶山系列電力機車單軸功率800-900KW我國1958年大連廠試制成功2000馬力直-直機車，同年田心廠試制成功SS1型電力機車，64年DF型批量生產，69年試制成功4000馬力DF4和SS2，78年SS3，85年SS4，…94年SS8，98年SS9-5400Kw,東

14、風4B型內燃機車1984年由大連、資陽、大同機車廠生產的干線客貨運內燃機車。機車標稱功率增加到1985kW。最大速度，貨運100km/h，客運120km/h，車長20500mm，軸式C0-C0，傳動方式為直-直流電傳動,東風4型內燃機車（4A - 4E）,18,東風11型內燃機車南車戚墅堰機車公司研制,最高試驗速度186KM/H。 裝車功率為3860KW。 16280ZJA型柴油機。 JF204C型同步主發(fā)電

15、機。 ZD106型牽引電動機。 機車走行步采用高圓簧旁承, 電動機架懸式懸掛,輪對空心軸六連桿驅動的轉向架,機車裝有微機控制系統(tǒng),速度監(jiān)控系統(tǒng),具有自負荷功能的電阻制動裝置,電控制動系統(tǒng)及軸溫檢測顯示裝置,19,SS3B型電力機車,SS3B型電力機車為2002年株電廠開發(fā)的新型重載貨運6軸電力機車，通過內重聯環(huán)節(jié)連接組成的12軸重載貨運電力機車，每節(jié)車為一完整系統(tǒng) 持續(xù)制功率8700 kW持續(xù)速度48 km/h

16、最高速度100 km/h,20,SS4型貨運電力機車,韶山4（SS4）型電力機車是由各自獨立且又互相聯系的兩節(jié)車組成，每節(jié)車均為一個完整的系統(tǒng)。額定功率6400kW持續(xù)牽引力436.5kN最大牽引力627.8kN持續(xù)速度51.5km/h最大速度100km/h,21,SS6B型貨運電力機車,1994年研制成功，交直型6軸貨運電力機車持續(xù)制功率4800 kW持續(xù)速度 50 km/h最高速度100 km/h起動牽引力485k

17、N持續(xù)牽引力337.5kN,22,韶山8型電力機車,1994年研制的快速客運電力機車，曾創(chuàng)造了中國鐵路機車的最高速度240km／h軸式Bo-Bo額定功率3600kW持續(xù)牽引力126kN最大牽引力208kN持續(xù)速度100km/h最大速度170km/h,23,SS-9高速機車,24,SS9G型客運電力機車,六軸干線大功率準高速客運交直傳動電力機車。采用了許多國際客運機車先進技術，是我國干線鐵路牽引旅客列車功率最大的機車機車持

18、續(xù)功率4800kW最大功率5400kW軸式C0-C0牽引工況恒功速度范圍為99-160km／h最高速度為170km／h,25,1965：英國研制成功Hawk型內燃機車（BRUSH公司），采用靜止式半導體變頻器， Vmax=120Km/h， 1030KW，異步牽引電動機，但變頻器欠可靠。1971：德國BBC和Henschel，DE2500：交-直-交，1840Kw， Vmax=140Km/h，異步牽引電動機，試驗和干線運行證明機

19、車牽引性能良好，運行經濟性好，可靠性高，維護方便，取得了巨大成功，開創(chuàng)了交流牽引的時代。1980年首臺BR120交流傳動干線電力機車在德國投入試運行。70年代之后：世界各鐵路發(fā)達國，爭相研制交流傳動機車，交流傳動技術特別在電力機車應用方面取得了極大完善。1996：中國,AC4000交-直-交原型車，標志著我國機車交流傳動技術進入實質性研究和應用階段。2000年 “藍箭” ，2001年DJ2”奧星” 號，……2006年DJ4、HXD

20、 、CRH1-3、CRH5動車組等,交流傳動技術發(fā)展,26,AC4000型交-直-交電力機車,27,DJ2型號交流傳動電力機車,我國第一臺具有自主知識產品的商用型交流傳動電力機車。主要用于既有干線客運牽引和高速專線牽引通用型客運電力機車軸式Bo-Bo電傳動方式交-直-交持續(xù)制功率4800kW持續(xù)速度74km/h最高運營速度200km/h最大起動牽引力264kN持續(xù)牽引力233kN再生制動功率4400kw(108-210k

21、m/h)最大制動力150kN(10-108km/h),28,DJJ1 (藍箭) 電動旅客列車,株電、株所、長客和廣鐵集團于2000年共同為廣深線研制的新一代交傳高速電動旅客列車組 基本編組M+5T+TC兩列連掛編組： M+10T+M持續(xù)制功率： 4800kW持續(xù)制速度： 105km/h最高速度： 210km/h起動牽引力： 211kN持續(xù)牽引力： 164kN最大電制動力： 150kN （5～108km/h）電制動功率

22、： 4400kW (108～230km/h),29,“中原之星”動車組,2001年10月生產，動力分散型交流傳動電動車組。由株電、四方、株所聯合研制生產。電傳動方式： 交－直－交持續(xù)制牽引功率6400 kW最高運營速度：160km/h平均啟動加速度（0～52.5km/h，額定載荷）不小于0.4m/s2,30,中華之星電動車組,為我國京一沈快速客運通道研制的動車組。列車最高運營速度可達270km／h，是目前我國運行時速最快的電動車

23、組 電傳動方式交－直－交傳動最大運行速度270km/h起動牽引力200 kN（0～5 km/h ） 持續(xù)制功率 2*4800kW,2002年11月27日， 中華之星在秦(皇島)沈(陽)客運專線上創(chuàng)造了中國鐵路試驗速度的最高記錄：312.5公里/小時！,31,烏茲別克斯坦電力機車,軸式 B0-B0-B0電傳動方式：交－直－交用途：鐵路干線客貨通用持續(xù)制功率 6000kW持續(xù)速度 53 km/h最高運行速度 120 km/

24、h起動牽引力 450kN持續(xù)牽引力 410kN (半磨耗輪)電制動方式： 再生制動最大電制動力： 285 kN輪周制動功率： 5400kW,32,和諧型大功率交流傳動機車,電力機車株洲電力機車有限公司：HXD1型八軸9600kw大同電力機車有限公司：HXD2型八軸9600kw大連機車車輛有限公司：HXD3型六軸7200kw 內燃機車 大連機車車輛有限公司：HXN3型六軸4413kw 戚墅堰機車車輛廠

25、：HXN5型六軸4413kw 至2011年12月底，全國鐵路已有5023臺和諧型機車投入應用，其中和諧型電力機車4262臺，和諧型內燃機車761臺,33,和諧號大功率機車一覽表,,我國和諧型大功率機車發(fā)展,和諧型電力機車（HXD）型號：HXD1/1B/1C/1D，HXD2/2B/2C，HXD3/3B/3C/3D其中：HXD1D/3D為新型交流傳動客運機車軸式：HXD1與HXD2為2（B0-B0），其余均為C0-C0功率：H

26、XD1/1B，HXD2/2B，HXD3B為9600KW，其余 HXD為7200KW和諧型內燃機車（HXN）型號：HXN3，HXN5軸式：均為C0-C0功率：均為4000KW左右,35,HXD1型( ),36,HXD1(DJ4)型大功率交流傳動電力機車,主要技術特點 DJ4型大功率交傳電力機車是由兩節(jié)完全相同的4軸電力機車通過內重聯環(huán)節(jié)連接組成的8軸重載貨運電力機車，每節(jié)車設有一個司機室，為一完

27、整系統(tǒng)，機車總功率為9600 kW，單軸功率為1200 kW，單節(jié)軸式為BO-BO,軸重為23 T/25T（可調） 。主電路形式：機車采用交-直-交電傳動技術，每節(jié)車配裝一臺水冷IGBT變流器，給四臺三相異步動機供電，輔助逆變器集成在主變流器中； 控制系統(tǒng)采用西門子SIBAS32系列的微機控制，TCN網絡通訊技術；采用分布式控制；代表世界重載快速貨運領域的先進水平，可滿足2萬噸重載列車的牽引，將主要用于長達630 km的

28、大秦鐵路晉煤外運。車體采用中央梁承載方式，轉向架，采用低位牽引桿，基礎制動采用輪盤制動；空氣制動系統(tǒng)采用CCBII制動系統(tǒng),電制動采用再生制動；,37,HXD1B大功率交流傳動電力機車（南車株電總裝現場-- HXD1B 0001號車）,38,HXD1B大功率交流傳動電力機車（南車資電總裝現場）,39,HXD1C大功率交流傳動電力機車（南車資電總裝現場）,和諧5型（ HXN5 ）大功率交流傳動內燃機車南車戚墅堰機車有限公司與美

29、國GE公司聯合設計制造（ 2008年）,軸式： C0-C0軌距： 1435 mm軸重： 25 t總重量：150 t傳動方式：交-直-交額定功率：4460 kW 最高速度：120 km/h,41,和諧3型大功率交流傳動內燃機車大連機車車輛公司與美國EMD內燃機車公司聯合設計制造2008年7月2日,42,引進交流電傳動高速動車組,200-250公里/時 動車組CRH1：龐巴迪-四方-鮑爾（BSP）生產，原型是龐巴迪為瑞典A

30、B提供的Regina。編組形式2(2M+1T)+(1M+1T)， 8節(jié)編組： Mc+Tp+M+M+T+M+Tp+Mc?？偣β?300kW，軸功率265kW，共20個軸，每個動車4個動軸。 CRH2：南車四方（聯合日本財團）生產，原型日本川崎新干線E2-1000。編組形式為4M+4T，8節(jié)編組：Mc+T+M+Tp+M+Tp+M+Tc?？偣β?800kW，軸功率300kW CRH5：北車長春客車廠（聯合阿爾斯通）生產，原型阿爾斯通為芬蘭

31、國鐵提供的SM3型。總功率5500kW，軸功率550kW，編組形式 (3M+1T)+(2M+2T)，8節(jié)編組：Mc+M+Tp+M+T+Tp+M+Mc。 300-350公里/時 動車組CRH3：北車唐山機車廠（聯合西門子）生產，原型ICE3。編組形式為，4M4T。軸功率550kW，全車共16根動軸，總功率8800kW，軸重：≤17t 。第一列國產化CRH3C（CRH3-001C）于2008年6月24日上午9時13分在京津城際鐵路的試驗

32、中創(chuàng)下了394.3公里的最高時速,43,CRH1動車組,44,CRH2動車組,45,CRH3動車組,46,CRH5動車組,47,CRH5動車組,48,我國動車組最新發(fā)展,CRH動車組已形成系列： CRH1～6；CRH2有CRH2A ～ CRH2E以及CRH380A ～D等新一代高速列車CRH380已下線運營，最高運營時速可達380公里。已用于建成后的武廣、滬杭、京滬高鐵等。CRH380A高速動車組，在滬杭高鐵從杭州到上海虹橋試運行途

33、中，最高時速達到416.6公里，再次刷新世界鐵路運營試驗最高速。,49,2010年12月5日，CRH380B型動車組在京滬高鐵先導段的最高試驗速度達457公里/小時。2011年1月9日，CRH380B采用特殊試驗編組（8M4T）的CRH380B -6402L動車組再次進行京滬高速鐵路徐州至蚌埠先導段的運行試驗。當天下午5點，列車由徐州東站出發(fā)，在啟動后6分鐘之內就達到了380公里/小時，并于5時15分創(chuàng)造了每小時487.3公里的最高試

34、驗速度。,50,2010年12月5日，CRH380B型動車組在京 滬高鐵先導段的最高試驗速度達457公里/小時。 2011年1月9日，CRH380B采用特殊試驗編組（8M4T）的CRH380B -6402L動車組再次進行京滬高速鐵路徐州至蚌埠先導段的運行試驗。當天下午5點，列車由徐州東站出發(fā)，在啟動后6分鐘之內就達到了380公里/小時，并于5時15分創(chuàng)造了每小時487.3公里的最高試驗速度。,51,我國部分動車組技術參數,,52,C

35、RH380A型動車組新技術特性,采用了新一代高速列車低阻力流線頭型方案，實際運行時新頭型的阻力系數小于0.13，尾車升力系數小于0.08。振動模態(tài)系統(tǒng)匹配：優(yōu)化了轉向架設計參數并改善車廂內部結構，以配合動車組車體的自然震動頻率，有效抑制列車在高速運行時的車體結構性共振，同時提高了乘坐舒適度。采用了高強度氣密性設計，車廂內壓力從4000帕下降到1000帕實際大于180秒，氣壓變化值小于200帕/秒。高速轉向架技術，使用SWMB-40

36、0/SWTB-400型無搖枕轉向架，由CRH2C第二階段使用的SWMB-350/SWTB-350改良而來。實驗結果表示，當CRH380A型動車組運行速度為386.3公里/小時，其最大脫軌系數為0.34，而CRH2A型動車組以250公里/小時運行時最大脫軌系數為0.72。,53,噪聲控制技術：列車采用各種新型噪音吸收和阻隔技術材料，CRH380A型動車組在時速350公里/小時的情況下車廂內噪聲保持67至69分貝，與CRH2A型動車組以25

37、0公里/小時運行時的情況相若。而低阻力新頭型的使用亦減少超過5%的氣動噪音。高性能牽引系統(tǒng)：采用南車株洲電機有限公司的YQ-365型牽引電動機，和株洲南車時代電氣股份有限公司的CI11型IGBT牽引逆變器，并降低了傳動比和加大制動盤熱容[4]。車輛減重：軸重仍維持在15噸的水平。當CRH380A動車組維持380公里/小時的旅行速度時，平均每位旅客的每百公里能量消耗小于5.2千瓦小時。高效率再生制動：再生能量回饋電網效率達瓦到90%

38、,我國研制成功時速500公里高速試驗列車2011年12月25日在中國南車四方股份公司誕生,55,電力牽引傳動控制系統(tǒng)技術的發(fā)展,集成模塊化控制系統(tǒng)分布式計算機網絡控制多參數綜合優(yōu)化控制和智能化,56,Group work (3人/組)：,課程小論文主題：電力牽引傳動與控制技術現與發(fā)展要求：1. 學術論文格式； 2. 參考文獻資料10-15篇以上； 3. 課程結束前交