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(nèi)容：牽引理論基礎(chǔ)牽引電動機與運行電力電子器件的原理與應(yīng)用斬波電路和逆變電路控制與故障檢測車輛電器設(shè)備,第一章 牽引理論基礎(chǔ),第一節(jié) 粘著、牽引與制動第二節(jié) 空轉(zhuǎn)與滑行、粘著的控制第三節(jié) 牽引參數(shù)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(xiàn)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(shù)稱為粘著系數(shù)，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(shù)的大小決定。粘著系數(shù)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(zhuǎn) 因驅(qū)動轉(zhuǎn)矩過大，破壞粘著關(guān)系，使輪軌間出現(xiàn)相對滑動的現(xiàn)象，稱為“空轉(zhuǎn)”。動輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)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(yīng)盡量防止出現(xiàn)動輪的空轉(zhuǎn)。,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(chǎn)生新彈性變形，接觸面間出現(xiàn)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(zhuǎn)矩   限制 ：受粘著條件的限制 若各動軸驅(qū)動轉(zhuǎn)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(chǎn)生空轉(zhuǎn)，動車的牽引力就立即下降。,粘著系數(shù)與改善粘著的方法,影響粘著系數(shù)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(zhì)量

5、 4、 車輛運行速度和狀態(tài) 5、  動車有關(guān)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(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)生,1、原因：摩檫制動和電氣制動都是通過輪軌粘著產(chǎn)生制動力 2、分析產(chǎn)生過程 見圖1-4,第二節(jié) 空轉(zhuǎn)與滑行、粘著控制,一、空轉(zhuǎn)與滑行的產(chǎn)生與防止 （一）空轉(zhuǎn)與滑行的產(chǎn)生 1、當(dāng)動輪對的牽引力大于最大粘著力時，輪對就發(fā)生空轉(zhuǎn)。空轉(zhuǎn)時，輪對的轉(zhuǎn)速迅速上升，若任其擴展往往可能在數(shù)

7、秒或略長的時間內(nèi)超出構(gòu)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(zhuǎn)設(shè)計,1、主電路的防空轉(zhuǎn)設(shè)計（1）    牽引電動機全并聯(lián)結(jié)構(gòu)（2）    采用機械特性硬的牽引電動機2、傳動系統(tǒng)防空轉(zhuǎn)設(shè)計（1）    采用單電機轉(zhuǎn)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(shù)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(jié)合的電制動優(yōu)先、空電制動聯(lián)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(shù),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(guān)系 見圖1-8（二）起動加速度（a）與開行時間（tK）

10、的關(guān)系 見圖1-9（三）軸功率（PA）與區(qū)間運行時間（t）的關(guān)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(jié)構(gòu)應(yīng)具有較好的防潮，防塵性能及良好的通風(fēng)、散熱條件。2.外形尺寸受限制 牽引電機結(jié)構(gòu)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(wǎng)（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(jù)供電電壓制式可分為： 直流：600，750，1500，3000V (標(biāo)稱值) 交流：6250，15000，25000V(標(biāo)稱值)根據(jù)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(diào)速系統(tǒng)-基本調(diào)速方法,在上式中，CE是常數(shù)，Id是由負載決定的，因此調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：調(diào)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(diào)壓法： （1）變阻控制 調(diào)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(guān)調(diào)阻和無觸點斬波調(diào)阻。,斬波調(diào)阻,有觸點開關(guān)調(diào)阻,,,（二）調(diào)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(fù)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(jié),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(zhuǎn)速控制交流異步牽引電機在動車中的應(yīng)用交流異步牽引電機的設(shè)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(diào)速性能直流電力傳動缺點：防空轉(zhuǎn)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(chǎn)生環(huán)火以及繁雜的維護問題交流電力傳動特點：電機結(jié)構(gòu)簡單，成本較低；工作可靠，壽命長，維修、運行費用低；防空轉(zhuǎn)能力好,,二、三相異步電機-基本結(jié)構(gòu),三、三相異步電動機工作基本原理,基本原理：通過旋轉(zhuǎn)磁場

15、，與由這種旋轉(zhuǎn)磁場借助感應(yīng)作用在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)所感生的電流相互作用，以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)拖動作用。旋轉(zhuǎn)磁場：一種極性和大小不變，并且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)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(nèi)圓的圓周上，構(gòu)成了對稱三相繞組。,旋轉(zhuǎn)磁場,當(dāng)三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。,三相異步電動機的工作原理,左手定則決定導(dǎo)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(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條被這種旋轉(zhuǎn)磁場切割，在導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生感生電流，磁場又對導(dǎo)條產(chǎn)生電磁力，于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。,異步電動機轉(zhuǎn)速與運行狀態(tài),交流調(diào)速基本控制結(jié)構(gòu),運動控制系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖,交流調(diào)速基本類型,按電動機的調(diào)速方法分類,變轉(zhuǎn)差率調(diào)速： ① 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 ② 定子調(diào)壓調(diào)速 ③ 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速

17、 ④ 串級調(diào)速變極對數(shù)調(diào)速： ⑤ 鼠籠型轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速： ⑥ 交?交變頻調(diào)速 ⑦ 交?直?交變頻調(diào)速,按電動機的能量轉(zhuǎn)換類型分類,,交流變頻調(diào)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(yīng)電動勢；E1—氣隙（或互感）磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢；E‘r—轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢（

18、折合到定子邊）。,幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較,VVVF控制,在進行電機調(diào)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(dǎo)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(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a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(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)