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1、城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 第六章第六章 城市轨道交通供电与牵引系统城市轨道交通供电与牵引系统 要点要点:2.城市轨道交通供电系统；城市轨道交通供电系统；1.城市轨道交通电力牵引系统；城市轨道交通电力牵引系统；3.城市轨道交通牵引供电行业标准；城市轨道交通牵引供电行业标准；4.城市轨道交通牵引供电产业发展概况。城市轨道交通牵引供电产业发展概况。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 第六章第六章 城市轨道交通供电与牵引系统城市轨道交通供电与牵引系统 课程基础课程基础:2.电机与电力拖动；电机与电力拖动；1.工厂供电原理；工厂供电原理；3.电力拖动自动控制系统；电力拖动自动控制系
2、统；4.电力电子技术。电力电子技术。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 第六章第六章 城市轨道交通供电与牵引系统城市轨道交通供电与牵引系统 推荐相关教材推荐相关教材:2.郑瞳炽郑瞳炽,张明锐张明锐.城市轨道交通牵引供电系统城市轨道交通牵引供电系统M.北京北京:中国铁道出版社中国铁道出版社,2000.1.徐安徐安.城市轨道交通电力牵引城市轨道交通电力牵引M.北京北京:中国铁中国铁道出版社道出版社,2000.3.于松伟于松伟,杨兴山杨兴山,韩连祥韩连祥,等等.城市轨道交通供电系城市轨道交通供电系统设计原理与应用统设计原理与应用M.成都成都:西南交通大学出版西南交通大学出版社社,2008.城市
3、轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 6.1.2 直流电力牵引系统直流电力牵引系统 6.1.3 交流电力牵引系统交流电力牵引系统 6.1 城市轨道交通电力牵引系统城市轨道交通电力牵引系统6.1.4 城市轨道车辆用直流感应电机城市轨道车辆用直流感应电机6.1.1 概述概述 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 1.电力牵引系统工作原理及能量传递过程电力牵引系统工作原理及能量传递过程6.1.1 概述概述 车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆27.5KV单相接触网交流直流机械能电能城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 车轴 车轮 牵引电机 齿轮传动箱 牵引传动装置牵引传动装置
4、接触网（第三轨）受流器 变流装置 牵引电机 齿轮传动箱 轮对 列车运行 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 2.轨道交通电力牵引系统主要类型轨道交通电力牵引系统主要类型根据供电电压制式可分为：直流：600，750，1500，3000V(标称值)交流：6250，15000，25000V(标称值)根据牵引电机可分为：直流电力牵引系统 交流电力牵引系统城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 3.轨道交通车辆的结构与特性轨道交通车辆的结构与特性有轨电车 电动车组特种电动车 独轨电动车 轻轨车 磁浮列车城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 4.电动车
5、组牵引特性电动车组牵引特性 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 6.1.2 直流电力牵引系统直流电力牵引系统 1.直流电动机 2.直流牵引调速系统 3.牵引电动机的电气制动 4.牵引主回路及其控制城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 1.直流电动机直流电动机 直流电动机由定子转子两部分构成。NS NS城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流电动机各部分的作用：定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作为电机的机械支撑 转子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从而实现机电能量转换的主要部件转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者之间有一个空气隙城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流
6、电动机工作原理：城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流电动机分类：根据励磁绕组与电枢绕组的联接方式主要分为他励、并励、串励和复励四种。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流电动机机械特性：电动机是用来拖动车辆运行的，而车辆运行对电动机提出的主要要求是转速和转矩。n0T串励电动机机械特性串励电动机机械特性他励电动机机械特性他励电动机机械特性城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 2.直流牵引调速系统直流牵引调速系统直流电机的基本调速方法 直流牵引电动机调速的基本形式城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流牵引调速系统-基本调速方法：dEUIRnC这里，CE是常数Id是由负
7、载决定的方法：调节电枢供电电压U 改变励磁磁通 改变电枢回路电阻R。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流牵引调速系统-基本形式（调节端电压）（1 1）变阻控制 调节电阻的方法又可分为两类，即采用有触点组合式凸轮开关调阻和无触点斩波调阻。有触点开关调阻有触点开关调阻 CH0R斩波调阻斩波调阻城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 直流牵引调速系统-基本形式（调压法）（2）斩波调压 onTTUTtUUonRL 直流斩波电路原理直流斩波电路原理直流斩波电压波形直流斩波电压波形t0LRUonToffTTLRuU 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 （1）定频调宽控制（脉宽调制）：保持
8、斩波周期T 不变，改变斩波器导通时间，从而改变负载平均电压。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 （2）定频调宽控制（频率调制）保持斩波周期T 不变，改变斩波器导通时间，从而改变负载平均电压。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 （3）调频调宽混合控制：不但改变斩波器的工作频率，而且改变斩波器的导通时间。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 特点比较：（1）定频调宽控制：频率固定，易于设计消除高次谐波的滤波器（2）定宽调频控制：控制方便，易发生共振及干扰通信信号（3）调频调宽混合控制：常用在需要大幅度改变输入电压，同样带来滤波器设计困难等问题城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论
9、 直流牵引调速系统-基本形式（调节主极磁通）（a）（b）MM图图 5.15 串励电动机磁场削弱法串励电动机磁场削弱法 （a）短路匝数法）短路匝数法 （b）分路电流法）分路电流法 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 3.电动机的电气制动电动机的电气制动电阻制动 他励式电阻制动 串励式电阻制动再生制动城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 电动机的电气制动（电阻制动）nEUdILIdERZnId+-ERZndIILIL(a)(b)(c)MMM电机牵引工况电机牵引工况他励电阻制动工况他励电阻制动工况城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 电动机的电气制动（再生制动）dUDPLSUMidiZ
10、+城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 4.牵引主回路及其控制牵引主回路及其控制主电路辅助电路控制电路机车电路城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 主电路功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换；特点：大功率、高电压、大电流；主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机5.18 直直流流传传动动系系统统主主回回路路结结构构框框图图 1 受电弓2 主断路器（牵引断路器）3 电压检测环节4 接地开关5 负载接触器6 滤波电抗器7 滤波电容器8 凸轮调速变阻器9 牵引电动机10 信号发生器11 控制电子装置12 司机控制器城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 辅助电路（有两类）（1）交流辅助电路
11、功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等；特点：三相380V交流供电,功率较小；包括：单三相变换器、通风电机、压缩电机等（2）直流辅助电路功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电；特点：直流110V供电，有蓄电池作后备电源；包括：DC110V交直流变换电源、蓄电池、车灯、空调等。此外，用于客车牵引的机车上有DC600V直流电源供客车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务系统供电。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 控制电路（有两类）（1）电器控制功能：完成电路和气路的开关及逻辑互锁；特点：电动或气动的逻辑开关包括：继电器、电控阀、气动开关等。近年来生产机车上的逻辑联锁已由逻辑控制单元（L
12、CU)完成。（2）电子控制功能：配合主辅助电路完成机车的控制；特点：弱电控制、控制复杂；包括：给定积分器、特性控制、防空转防滑、移相控制、功率放大、脉冲变压器等控制单元。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 6.1.3 交流电力牵引系统交流电力牵引系统 1.交流牵引系统特点及发展概况 2.三相异步电机 3.交流电机调速系统 4.交流传动的脉宽调制技术城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 1.交流牵引系统特点及发展概况交流牵引系统特点及发展概况 直流电力传动优点直流电力传动优点：具有良好的调速性能 直流电力传动缺点直流电力传动缺点：防空转性能较差；换向器与电刷，因而带来了较大的体积与重量
13、，容易产生环火以及繁杂的维护问题交流电力传动特点交流电力传动特点：电机结构简单，成本较低；正作可靠，寿命长，维修、运行费用低；防空转能力好城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 第一阶段第一阶段：交流电动机数学模型复杂，初期，人们对其调速特点没有很好的掌握；第二阶段第二阶段：充分掌握其调速理论，受变流器本身限制，调速装置无法实现；第三阶段第三阶段：电力电子器件的发展促进了交流电机的应用。交流牵引系统已被世界各国公认为近代最优越的牵引调速系统，交流牵引也是今后世界各国轨道交通发展的总趋势。城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 国家奥地利奥地利德国德国德国西班牙日本城市维也纳维也纳柏林慕尼黑
14、纽伦堡马德里大阪车辆型号F型B型系列电压制(V)DC 750DC 750DC 750DC 750DC 750DC 600DC 750受流方式第三轨第三轨第三轨第三轨第三轨架空线第三轨电机功率(kW)2001251331H0195120140电传动力方式交流变频调速交流变频调速交流变频凋速交流变频调速交流变频调速交流变频调速交流变频凋速开始时间1977198019801980198119821980国外部分城市使用交流牵引车辆概况国外部分城市使用交流牵引车辆概况 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 2.三相异步电动机三相异步电动机1 轴承2 前端盖3 转轴4 接线盒5 吊环6 定子铁心7
15、转子8 定子绕组9 机座10 后端盖11 风罩12 风扇 封闭式三相笼型异步电动机结构 城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 定子铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。A-X B-Y C-Z三相绕组机座：铸钢或铸铁转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体；或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼转子城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 3.三相异步电机工作原理三相异步电机工作原理定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接)BiAXBYCZAiCi 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi
16、CiAiBiitmIo城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 0n i:“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。AYCBZX()电流出电流出()电流入电流入iCiAiBimIot城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 CiBiAiiAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 合成磁场方向向下合成磁场旋转600n60 90t 合成磁场旋转90600 SNSN tmIo城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电分分）转转/(6010pfn 方向方向:顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体Blv右手定则右手定则感应电动势感应电动势 E E2020 旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流 I I2 2 旋转磁场旋转磁场Bli左手定则左手定则电磁力电磁力F F电磁转矩电磁转矩T Tn AXYCBZv0nNSFF城市轨道交通系统概论城市轨道交通系统概论 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即0nn 异步电动机异步电
