电力牵引传动与控制课件.ppt
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1、电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制课程主要内容:课程主要内容:l电力牵引传动控制概述电力牵引传动控制概述l电力牵引交直传动与控制电力牵引交直传动与控制l电力牵引交流传动与控制电力牵引交流传动与控制2 主要参考书:主要参考书:1.胡汉春胡汉春.机车电传动与控制机车电传动与控制.中国铁道出版社,中国铁道出版社,2012.052.张喜全张喜全.电力牵引传动及控制电力牵引传动及控制.中国铁道出版社,中国铁道出版社,2012.083.郭世明郭世明.机车动车牵引交流传动技术机车动车牵引交流传动技术.机械工业出版社,机械工业出版社,2012.034.王俭朴王俭朴.城市轨道交通电力牵引与控制城市轨道交通电力
2、牵引与控制.国防工业出版社,国防工业出版社,2011.125.黄黄 彧彧.电传动控制系统电传动控制系统.北京交通大学出版社,北京交通大学出版社,2012.106.冯晓云冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统电力牵引交流传动及其控制系统.高等教育出版社,高等教育出版社,2009.127.王书林王书林.电力牵引控制系统电力牵引控制系统.中国电力出版社,中国电力出版社,2005.8.宋雷鸣宋雷鸣.动车组传动与控制动车组传动与控制.中国铁道出版社,中国铁道出版社,2009.9.连级三连级三.电力牵引控制系统电力牵引控制系统.中国铁道出版社,中国铁道出版社,2004.10.胡崇岳胡崇岳.交流电动机直接转矩
3、控制交流电动机直接转矩控制.机械工业出版社,机械工业出版社,2010.01.主要参考资料:主要参考资料:1.机车电传动机车电传动J.株洲电力机车研究所株洲电力机车研究所 2.内燃机车内燃机车J.大连内燃机车研究所大连内燃机车研究所 3.机车车辆(机车车辆(CRH1-6,HXD1-3,HXN3,HXN5,DF4-DF11,SS4-SS9,等)资料及专刊等等)资料及专刊等3第一章第一章 电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制 系统概述系统概述一一系统组成与功用系统组成与功用二二系统分类系统分类三三发展历史与现状发展历史与现状4第一章第一章 电力牵引传动与控制系统概述电力牵引传动与控制系统概述 一、系
4、统组成与功用一、系统组成与功用1.电力牵引传动与控制系统组成电力牵引传动与控制系统组成内燃机车、内燃动车组:内燃机车、内燃动车组:柴油机柴油机控制系统控制系统牵引发电机牵引发电机变流器变流器牵引电动机牵引电动机传动齿轮箱传动齿轮箱与动轮与动轮电力传动与控制系统电力传动与控制系统图 1-1a5电力机车、动车组(交流电力机车、动车组(交流AC供电)供电):AC电网电网受电弓受电弓控制系统控制系统牵引变压器牵引变压器变流器变流器牵引电动机牵引电动机传动齿轮箱传动齿轮箱与动轮与动轮电力传动与控制系统电力传动与控制系统图 1-1b6地铁、城轨车辆(直流地铁、城轨车辆(直流DC供电):供电):DC电网电网
5、受流装置受流装置控制系统控制系统变流器变流器牵引电动机牵引电动机传动齿轮箱传动齿轮箱与动轮与动轮电力传动与控制系统电力传动与控制系统图 1-1c2.内燃机车理想牵引特性曲线内燃机车理想牵引特性曲线机车轮轴功率:机车轮轴功率:FV=3.6N式中:式中:F 机车牵引力(机车牵引力(KN)V 机车速度(机车速度(Km/h)N 原动机功率(原动机功率(KW)传动效率传动效率理想特性要求:机车在运行时能经理想特性要求:机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率常利用其动力装置的额定功率.即:即:FV=3.6N=const.图图 1-2 机车理想牵引机车理想牵引 特性曲线(牛马特性)特性曲线(牛马特性)8
6、3.内燃机车电传动装置的功用内燃机车电传动装置的功用电传动装置的功用:电传动装置的功用:充分利用和发挥机车动力充分利用和发挥机车动力装置的功率;装置的功率;扩大机车牵引力扩大机车牵引力F与速度与速度V的调节范围;的调节范围;提高机车过载能力,解决提高机车过载能力,解决列车起动问题;列车起动问题;改善机车牵引控制性能。改善机车牵引控制性能。图图 1-3 柴油机功率和扭矩特性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、恒功等要求机车起动、过载、恒功等要求9第一章第一章 电力牵引传动与控制系统概述电力牵引传动与控制系统概述 二、系统分类二、系统
7、分类l直直-直电力传动系统直电力传动系统l交交-直电力传动系统直电力传动系统l交交-直直-交电力传动系统交电力传动系统101.直直-直电力传动系统直电力传动系统内燃或电力机车采用内燃或电力机车采用直流直流牵引发牵引发电机或直流电网直接向数台电机或直流电网直接向数台直流直流牵引电动机供电的传动方式。牵引电动机供电的传动方式。n 调速性能优良,系统简洁。调速性能优良,系统简洁。n 直流牵引电机造价较高,但可靠性、维护直流牵引电机造价较高,但可靠性、维护性相对较差。性相对较差。n 受直流电机换向条件和机车限界、轴重等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。一般限制,主发电
8、机单机功率受到限制。一般在在2200KW以下。以下。n 车型:早期车型:早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。等。图1-4 内燃机车直-直电传动112.交交-直电力传动系统直电力传动系统内燃或电力机车采用内燃或电力机车采用交流交流牵引发电机或单相交流网及变压牵引发电机或单相交流网及变压器,通过整流器向数台器,通过整流器向数台直流直流牵引电动机供电的传动方式。牵引电动机供电的传动方式。n 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。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。n 适用于大功率机车。适用于大功率机车。n 车型:车型:DF4,DF5,DF7,
9、DF11,ND4,ND5,SS3-SS9等。等。图图1-5 内燃机车交内燃机车交-直电传动直电传动123.交交-直直-交电力传动系统交电力传动系统内燃或电力机车采用内燃或电力机车采用交流交流牵引发电机或单相交流电网及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变压器,经整流器将交流电变换成直流直流,再通过逆变器,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交流电,向数台交流牵引电动机供电的传动方式。,向数台交流牵引电动机供电的传动方式。图图1-6 a内燃机车交内燃机车交-直直-交电传动交电传动采用交流牵引电机,彻
10、采用交流牵引电机,彻底克服了直底克服了直-直系统的不直系统的不足,重量轻,造价低,足,重量轻,造价低,可靠性及维修性好可靠性及维修性好良好的粘着性能良好的粘着性能适用于大功率适用于大功率控制系统复杂控制系统复杂车型:车型:DF4DAC,NJ1;DJ,DJ2,DJJ1,DJ4;HX、CRH系列系列等等13交交-直直-交电力机车传动系统交电力机车传动系统 图图1-6 b 电力机车电力机车 交交-直直-交电传动交电传动 代表性车型:和谐型系列电力机车(代表性车型:和谐型系列电力机车(HXD)15第一章第一章 电力牵引传动与控制系统概述电力牵引传动与控制系统概述三、国内外机车(动车组)传动控制技术三、
11、国内外机车(动车组)传动控制技术 发展历史与现状发展历史与现状1.大功率(内然)机车电力传动与液力大功率(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传动两种主要传动方式的演变与发展主要趋势:电力传动主要趋势:电力传动16172.电力传动形式的发展:电力传动形式的发展:直直-直直 交交-直直 交交-直直-交交发展趋势:大功率、电力牵引、交流传动发展趋势:大功率、电力牵引、交流传动大功率大功率单轴功率单轴功率1100-1600KW高性能高性能高高恒功速比,高粘着利用等恒功速比,高粘着利用等节节 能能低损耗,高效率,功率因数低损耗,高效率,功率因数1.0可靠性高,维护性好,谐波干扰小可
12、靠性高,维护性好,谐波干扰小18 1920-1960年代初:世界各国,直年代初:世界各国,直-直形式,功率直形式,功率2200KW。(30多年!)多年!)1964:法国首创交:法国首创交-直内燃机车直内燃机车BB67036。开创了交。开创了交-直传动和大直传动和大功率机车的时代。(巨大进步!)功率机车的时代。(巨大进步!)美国:美国:C36-7 3600马力马力法国法国:CC72000 4000马力马力CC78000 5000马力马力 前苏联:前苏联:T75 6000马力马力中国:中国:DF4A-4B 3300马力马力DF4C 3600马力马力 DF4D 4000马力马力DF5 4500马力马
13、力韶山系列电力机车单轴功率韶山系列电力机车单轴功率800-900KW我国我国1958年大连厂试制成功年大连厂试制成功2000马力直马力直-直机车,直机车,同年田心厂试制成功同年田心厂试制成功SS1型电力机车,型电力机车,64年年DF型型批量生产,批量生产,69年试制成功年试制成功4000马力马力DF4和和SS2,78年年SS3,85年年SS4,94年年SS8,98年年SS9-5400Kw 19东风东风4B型内燃机车型内燃机车1984年由大连、年由大连、资阳资阳、大同机车厂生产的干线客货运内燃、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机车。机车标称功率增加到1985kW。最大速度,
14、货运。最大速度,货运100km/h,客运,客运120km/h,车长,车长20500mm,轴式,轴式C0-C0,传动方式为交,传动方式为交-直流电传动直流电传动东风东风4型内燃机车型内燃机车(4A-4E)东风东风11型内燃机车型内燃机车南车戚墅堰机车公司研制l 最高试验速度最高试验速度186KM/H。l 装车功率为装车功率为3860KW。l 16280ZJA型柴油机。型柴油机。l JF204C型同步主发电机。型同步主发电机。l ZD106型牵引电动机。型牵引电动机。l 机车走行步采用高圆簧旁机车走行步采用高圆簧旁承承,电动机架悬式悬挂电动机架悬式悬挂,轮对轮对空心轴六连杆驱动的转向架空心轴六连杆
15、驱动的转向架,机车装有微机控制系统机车装有微机控制系统,速度速度监控系统监控系统,具有自负荷功能的具有自负荷功能的电阻制动装置电阻制动装置,电控制动系统电控制动系统及轴温检测显示装置及轴温检测显示装置 21SS3B型电力机车n SS3B型电力机车为型电力机车为2002年株电厂开发的年株电厂开发的新型重载货运新型重载货运6轴电力轴电力机车,通过内重联环机车,通过内重联环节连接组成的节连接组成的12轴重轴重载货运电力机车,每载货运电力机车,每节车为一完整系统节车为一完整系统 n 持续制功率持续制功率8700 kW持续速度持续速度48 km/h最高速度最高速度100 km/h 22SS4型货运电力机
16、车型货运电力机车u韶山韶山4(SS4)型电力)型电力机车是由各自独立且机车是由各自独立且又互相联系的两节车又互相联系的两节车组成,每节车均为一组成,每节车均为一个完整的系统。个完整的系统。u额定功率额定功率6400kWu持续牵引力持续牵引力436.5kNu最大牵引力最大牵引力627.8kNu持续速度持续速度51.5km/hu最大速度最大速度100km/h23SS6B型货运电力机车型货运电力机车n 1994年研制成功,交年研制成功,交直型直型6轴货运电力机车轴货运电力机车n 持续制功率持续制功率4800 kWn 持续速度持续速度 50 km/hn 最高速度最高速度100 km/hn 起动牵引力起
17、动牵引力485kNn 持续牵引力持续牵引力337.5kN 24韶山8型电力机车 1994年研制的快速客年研制的快速客运电力机车,曾创造运电力机车,曾创造了中国铁路机车的最了中国铁路机车的最高速度高速度240kmh 轴式轴式Bo-Bo 额定功率额定功率3600kW 持续牵引力持续牵引力126kN 最大牵引力最大牵引力208kN 持续速度持续速度100km/h 最大速度最大速度170km/h25SS-9高速机车 26SS9G型客运电力机车型客运电力机车l 六轴干线大功率准高速六轴干线大功率准高速客运交直传动电力机车。客运交直传动电力机车。采用了许多国际客运机采用了许多国际客运机车先进技术,是我国干
18、车先进技术,是我国干线铁路牵引旅客列车功线铁路牵引旅客列车功率最大的机车率最大的机车l 机车持续功率机车持续功率4800kWl 最大功率最大功率5400kWl 轴式轴式C0-C0l 牵引工况恒功速度范围牵引工况恒功速度范围为为99-160kmhl 最高速度为最高速度为170kmh 27 1965:英国研制成功:英国研制成功Hawk型内燃机车(型内燃机车(BRUSH公司),公司),采用静止式半导体变频器,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。异步牵引电动机,但变频器欠可靠。1971:德国:德国BBC和和Henschel,DE2500:交:
19、交-直直-交,交,1840Kw,Vmax=140Km/h,异步牵引电动机,试验和干,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,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。维护方便,取得了巨大成功,开创了交流牵引的时代。1980年首台年首台BR120交流传动干线电力机车在德国投入试运交流传动干线电力机车在德国投入试运行。行。70年代之后:世界各铁路发达国,争相研制交流传动机车,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交流传动技术特别在电力机车应用方面取得了极
20、大极大完善。完善。1996:中国:中国,AC4000交交-直直-交原型车,标志着我国机车交交原型车,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。流传动技术进入实质性研究和应用阶段。2000年年“蓝蓝箭箭”,2001年年DJ2”奥星奥星”号,号,2006年以后年以后DJ4、HXD、HXN、CRH1-3、CRH5动车组等动车组等交流传动技术发展历程交流传动技术发展历程28AC4000型交-直-交电力机车29DJ2型号交流传动电力机车u 我国第一台具有自主知识我国第一台具有自主知识产品的商用型交流传动电产品的商用型交流传动电力机车。力机车。主要用于既有干主要用于既有干线客运牵引和高速专线牵线
21、客运牵引和高速专线牵引通用型客运电力机车引通用型客运电力机车u 轴式轴式Bo-Bou 电传动方式交电传动方式交-直直-交交u 持续制功率持续制功率4800kWu 持续速度持续速度74km/hu 最高运营速度最高运营速度200km/hu 最大起动牵引力最大起动牵引力264kNu 持续牵引力持续牵引力233kNu 再生制动功率再生制动功率4400kw(108-210km/h)u 最大制动力最大制动力150kN(10-108km/h)30DJJ1(蓝箭蓝箭)电动旅客列车电动旅客列车n株电、株所、长客和广株电、株所、长客和广铁集团于铁集团于2000年共同为年共同为广深线研制的新一代交广深线研制的新一代
22、交传高速电动旅客列车组传高速电动旅客列车组 n基本编组基本编组M+5T+TC两列连挂编组:两列连挂编组:M+10T+Mn持续制功率:持续制功率:4800kWn持续制速度:持续制速度:105km/hn最高速度:最高速度:210km/hn起动牵引力:起动牵引力:211kNn持续牵引力:持续牵引力:164kNn最大电制动力:最大电制动力:150kN(5108km/h)n电制动功率:电制动功率:4400kW(108230km/h)31“中原之星中原之星”动车组动车组n2001年年10月生产,动力月生产,动力分散型交流传动电动车组。分散型交流传动电动车组。由株电、四方、株所联合由株电、四方、株所联合研制
23、生产。研制生产。n电传动方式:电传动方式:交直交交直交n持续制牵引功率持续制牵引功率6400 kWn最高运营速度:最高运营速度:160km/hn平均启动加速度(平均启动加速度(052.5km/h,额定载荷)不,额定载荷)不小于小于0.4m/s232中华之星电动车组中华之星电动车组n为我国京一沈快速客运为我国京一沈快速客运通道研制的动车组。列通道研制的动车组。列车最高运营速度可达车最高运营速度可达270kmh,是目前我,是目前我国运行时速最快的电动国运行时速最快的电动车组车组 n电传动方式交直交电传动方式交直交传动传动n最大运行速度最大运行速度270km/hn起动牵引力起动牵引力200 kN(0
24、5 km/h)n持续制功率持续制功率 2*4800kW 2002年年11月月27日,日,中华之星在秦中华之星在秦(皇岛皇岛)沈沈(阳阳)客运专线上创客运专线上创造了中国铁路试验速度的最高记录:造了中国铁路试验速度的最高记录:312.5公里公里/小时!小时!33出口乌兹别克斯坦电力机车出口乌兹别克斯坦电力机车n轴式轴式 B0-B0-B0n电传动方式:交直交电传动方式:交直交n用途:铁路干线客货通用用途:铁路干线客货通用n持续制功率持续制功率 6000kWn持续速度持续速度 53 km/hn最高运行速度最高运行速度 120 km/hn起动牵引力起动牵引力 450kNn持续牵引力持续牵引力 410k
25、N(半磨耗半磨耗轮轮)n电制动方式:电制动方式:再生制动再生制动n最大电制动力:最大电制动力:285 kNn轮周制动功率:轮周制动功率:5400kW34和谐型大功率交流传动机车和谐型大功率交流传动机车35和谐号大功率机车一览表和谐号大功率机车一览表型号型号主要性能参数主要性能参数研发制造研发制造运用运用初期订购情况初期订购情况和谐和谐1型电力型电力机车机车HXD1(DJ4)交流传动,双机重联,单机交流传动,双机重联,单机轴式轴式Bo-Bo,8轴轴9600kW,最高时速最高时速120KM/h德国西门子公司与南车株电公德国西门子公司与南车株电公司在司在EuroSprinter机车技术平机车技术平台
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