城市軌道交通電力牽引介紹

1、《城市軌道交通電力牽引》,本課程的主要內容：牽引理論基礎牽引電動機與運行電力電子器件的原理與應用斬波電路和逆變電路控制與故障檢測車輛電器設備,第一章 牽引理論基礎,第一節(jié) 粘著、牽引與制動第二節(jié) 空轉與滑行、粘著的控制第三節(jié) 牽引參數的選擇,第一節(jié) 粘著、牽引與制動,一、動輪與鋼軌間的粘著,1、電力機車的工作原理2、粘著3、蠕滑,,粘著,1、  引入 分析見教材圖1-1 動輪對受力分析2

2、、  概念 由于正壓力而保持動輪與鋼軌之間接觸相對靜止的現象稱為粘著。3、  影響因素,粘著力的最大值與動輪對的正壓力成正比，其比例常數稱為粘著系數，用u表示，即 fmax=uPi 上式表明，在軸重一定的條件下，鋼軌間的最大粘著力由掄軌間粘著系數的大小決定。粘著系數是由輪軌間的物理狀態(tài)確定的。加大每軸的正壓力，即軸重，可以提高每軸牽引力，但軸重受鋼軌、路基、橋梁等限制。,4、

3、60; 空轉 因驅動轉矩過大，破壞粘著關系，使輪軌間出現相對滑動的現象，稱為“空轉”。動輪出現空轉時，輪軌間只能依靠湖動磨镲力傳遞動切力，傳遞切向力，傳遞切向力的能力大大削弱，同時造成動輪踏面的擦傷。因此，牽引運行應盡量防止出現動輪的空轉。,蠕滑,1、  概念 由于切向力的作用，動輪在鋼軌上滾動時，車輪和鋼軌的粗糙接觸面產生新彈性變形，接觸面間出現微量滑動，即“蠕滑”。 2、原因：壓縮,3、分析圖1-2 牽

4、引工況輪軌（接觸面的彈性變形）兩區(qū)：滾動區(qū)和滑動區(qū),牽引力的形成及限制,形成 ： 牽引電機的轉矩   限制 ：受粘著條件的限制 若各動軸驅動轉矩歸算到輪軌的作用力之和超出公式限制時，粘著條件相對較差的動輪就會產生空轉，動車的牽引力就立即下降。,粘著系數與改善粘著的方法,影響粘著系數的重要因素 1、動輪踏面與鋼軌表面狀態(tài) 2、撒沙 3、 線路質量

5、 4、 車輛運行速度和狀態(tài) 5、  動車有關部件的狀態(tài),改善粘著的方法,一是修正輪軌表面接觸條件，改善輪軌表面不清潔狀態(tài)；二是試法改善軌道車輛的懸掛系統(tǒng)，以減輕輪對減載帶來的不利影響 常用的措施：撒沙、清洗軌道、打磨鋼軌，改進匝瓦材料如用增粘匝瓦，改善車輛懸掛減少軸重轉移。,制動力的形成,定義：為了降低列車運行速度或停車，利用制動裝置產生與列車運行方向相反的外力稱為制動力 制動的方法：

6、摩檫制動：包括匝瓦制動和盤式制動 電氣制動：包括電阻制動和再生制動 電磁制動：包括磁軌制動和渦流制動,產生,1、原因：摩檫制動和電氣制動都是通過輪軌粘著產生制動力 2、分析產生過程 見圖1-4,第二節(jié) 空轉與滑行、粘著控制,一、空轉與滑行的產生與防止 （一）空轉與滑行的產生 1、當動輪對的牽引力大于最大粘著力時，輪對就發(fā)生空轉。空轉時，輪對的轉速迅速上升，若任其擴展往往可能在數

7、秒或略長的時間內超出構造速度。 2、使得動車的牽引力下降，而且會使輪對的踏面嚴重擦傷，引起“掃膛”,（二）防空轉設計,1、主電路的防空轉設計（1）    牽引電動機全并聯結構（2）    采用機械特性硬的牽引電動機2、傳動系統(tǒng)防空轉設計（1）    采用單電機轉向架傳動系統(tǒng)（2）機械走行部分采用低位牽引，以及采 用合適

8、的懸掛系統(tǒng)等措施,二、粘著控制,（一）粘著控制的必要性（二）粘著控制分類,按控制類型分類,校正型粘著控制系統(tǒng) 蠕滑率控制型控制系統(tǒng),按被控對象分類,集中控制：這種控制方式是一個粘著控制系統(tǒng)控制整輛制動車 分散控制：這種控制方式也叫單軸控制，即每一動軸單獨控制。,第三節(jié) 牽引參數的選擇,城市軌道交通車輛的運行特點 ： 與干線列車相比，城市軌道交通車輛的運行特點是站距短而旅行速度 較高。

9、 制動一般采用再生制動和電阻制動相結合的電制動優(yōu)先、空電制動聯合。制動方式，保證在制動系統(tǒng)允許的條件下盡可能得到大的制動減速度 。,電機特性匹配曲線,二、軸功率的計算,軸功率的計算公式： PA=NAMA/D其中MA——軌道交通車輛的車重NA——單位重量所需功率D——動軸數,三、起動加速度的選擇,（一）起動加速度（a）與單位重量所需功率（NA）的關系 見圖1-8（二）起動加速度（a）與開行時間（tK）

10、的關系 見圖1-9（三）軸功率（PA）與區(qū)間運行時間（t）的關系 見圖1-10，11,第二章 牽引電動機與運行,直流牽引電動機交流牽引電動機直線牽引電動機,牽引電動機的主要特點,1.使用環(huán)境惡劣 絕緣材料和絕緣結構應具有較好的防潮，防塵性能及良好的通風、散熱條件。2.外形尺寸受限制 牽引電機結構必須緊湊。3.動力作用大 采用架承時懸掛，重力加速度大大減小。4.換向困難5.負載分配

11、不均勻,電力牽引系統(tǒng)發(fā)展概述,一、電力牽引系統(tǒng)的發(fā)展概況接觸網（第三軌）受流器 變流裝置 牽引電機齒輪傳動箱輪對 列車運行,二、軌道交通電力牽引系統(tǒng)主要類型根據供電電壓制式可分為： 直流：600，750，1500，3000V (標稱值) 交流：6250，15000，25000V(標稱值)根據牽引電機可分為： 直流電力牽引系統(tǒng) 交

12、流電力牽引系統(tǒng),直流傳動框圖 交流傳動框圖,三、電動車組牽引特性,第一節(jié) 直流牽引電機,,,,,,,,一般的說，串勵電動機有軟特性，他勵電動機有硬特性。,,,二、直流牽引調速系統(tǒng)-基本調速方法,在上式中，CE是常數，Id是由負載決定的，因此調節(jié)電動機的轉速可以有三種方法：調解電樞供電電壓U、減弱勵磁磁通Φ和改變電樞回路電阻R。,（一）調壓法： （1）變阻控制 調節(jié)電阻的方法又可分為兩類，即采用有觸點組

13、合式凸輪開關調阻和無觸點斬波調阻。,斬波調阻,有觸點開關調阻,,,（二）調節(jié)主極磁通：,三、動車的牽引特性（一）機械穩(wěn)定性 機械穩(wěn)定性是指列車正常運行時，由于偶然的原因引起速度發(fā)生微量變化后，動車本身能恢復到原有的穩(wěn)定運行狀態(tài)。,機械穩(wěn)定性條件： 牽引特性曲線的斜率小于基本阻力曲線的斜率,動車的牽引特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,小結,第二節(jié) 交流牽引電動機,交流異步電動機特性交流

14、異步電動機的轉速控制交流異步牽引電機在動車中的應用交流異步牽引電機的設計特點,一、交流牽引系統(tǒng)特點及發(fā)展概況,直流電力傳動優(yōu)點：具有良好的調速性能直流電力傳動缺點：防空轉性能較差；換向器與電刷，因而帶來了較大的體積與重量，容易產生環(huán)火以及繁雜的維護問題交流電力傳動特點：電機結構簡單，成本較低；工作可靠，壽命長，維修、運行費用低；防空轉能力好,,二、三相異步電機-基本結構,三、三相異步電動機工作基本原理,基本原理：通過旋轉磁場

15、，與由這種旋轉磁場借助感應作用在轉子繞組內所感生的電流相互作用，以產生電磁轉矩來實現拖動作用。旋轉磁場：一種極性和大小不變，并且以一定轉速旋轉的磁場。,A-X、B-Y、C-Z三個線圈在空間上彼此互隔120°分布在定子鐵心內圓的圓周上，構成了對稱三相繞組。,旋轉磁場,當三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產生旋轉磁場。,三相異步電動機的工作原理,左手定則決定導條受力方向,右手定則決定電流方向,三相異步電動機的定子鐵心上嵌有三

16、相對稱繞組，接通三相對稱電源后，在定子、轉子之間的氣隙內產生以同步轉速旋轉的旋轉磁場。轉子導條被這種旋轉磁場切割，在導條內產生感生電流，磁場又對導條產生電磁力，于是轉子就跟著旋轉磁場旋轉。,異步電動機轉速與運行狀態(tài),交流調速基本控制結構,運動控制系統(tǒng)閉環(huán)結構示意圖,交流調速基本類型,按電動機的調速方法分類,變轉差率調速： ① 轉子串電阻調速 ② 定子調壓調速 ③ 電磁轉差離合器調速

17、 ④ 串級調速變極對數調速： ⑤ 鼠籠型轉子變頻調速： ⑥ 交?交變頻調速 ⑦ 交?直?交變頻調速,按電動機的能量轉換類型分類,,交流變頻調速系統(tǒng),異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路,U1— 定子相電壓 ； ?1—電源角頻率；Es—定子全磁通在定子每相繞組中的感應電動勢；E1—氣隙（或互感）磁通在定子每相繞組中的感應電動勢；E‘r—轉子全磁通在轉子繞組中的感應電動勢（

18、折合到定子邊）。,幾種電壓－頻率協(xié)調控制方式的特性比較,VVVF控制,在進行電機調速時，常須考慮的一個重要因素是：希望保持電機中每極磁通量?m為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應有恰當的補償，?m 保持不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通?m 由定子和轉子磁勢合成產