電力機(jī)車控制廣州鐵路郭泉成45課件

電力機(jī)車控制廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院郭泉成自我介紹鐵道機(jī)車教研室：郭泉成本科碩士華南理工大學(xué)主要研究方向：無人駕駛、最優(yōu)控制郵箱：924107042@一、課程介紹1、課程地位：《電力機(jī)車控制》是依據(jù)企業(yè)電力機(jī)車駕駛和檢修工作任務(wù)與電力機(jī)車司機(jī)和機(jī)車電工崗位職業(yè)能力分析中對學(xué)生能力、知識、素養(yǎng)培養(yǎng)需求設(shè)置的專業(yè)核心課程，72個(gè)學(xué)時(shí)，其中30個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)前導(dǎo)課程：《電工電子技術(shù)》《機(jī)車電力電子》《牽引電機(jī)與電器檢修與維護(hù)》等一、課程介紹（一）能力目標(biāo)1. 能比較熟練地對電力機(jī)車電氣設(shè)備按規(guī)定進(jìn)行全面檢查；2. 能比較熟練地對電力機(jī)車電氣設(shè)備進(jìn)行規(guī)范操作；3. 能根據(jù)電路圖對電力機(jī)車電氣系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)故障現(xiàn)象查找故障原因及故障處所；4. 能比較熟練地對電力機(jī)車電氣故障進(jìn)行應(yīng)急處理；5. 能對一般的電氣故障進(jìn)行修復(fù)。一、課程介紹（二）知識目標(biāo)1. 掌握電力機(jī)車直流傳動(dòng)控制的基本原理；2. 掌握典型電力機(jī)車主、輔、控電路的工作原理；3. 掌握典型電力機(jī)車電氣線路檢查和故障處理的方法。一、課程介紹4、課程考核方式評定項(xiàng)目

評價(jià)方式分

數(shù)

比

重

分

配分?jǐn)?shù)分配平時(shí)考核學(xué)生出勤5％、學(xué)生作業(yè)5％、平時(shí)測評20％30％項(xiàng)目考核評價(jià)學(xué)生對項(xiàng)目的掌握情況。每個(gè)子項(xiàng)目為一個(gè)評價(jià)的階段，每個(gè)項(xiàng)目完成一套項(xiàng)目考核表。每個(gè)子項(xiàng)目抽一個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行考核，每個(gè)子項(xiàng)目考核成績占本課程總成績的10%。40％期末考核知識考核30%競

賽競賽獲得省部級比賽獎(jiǎng)以上的則可以免期末考試

合

計(jì)

100％（一）考核方式1.考核評價(jià)=過程評價(jià)30%+階段評價(jià)70%2.過程評價(jià)：采用學(xué)生出勤，學(xué)生作業(yè)，平時(shí)測評相結(jié)合。3.階段評價(jià)=項(xiàng)目考核+期末考核+競賽（二）課代表電力機(jī)車控制認(rèn)識電力機(jī)車主電路電力機(jī)車工作原理一、緒論1.什么是電力機(jī)車電力機(jī)車是通過受電弓從接觸網(wǎng)上獲得電能，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)車或動(dòng)車。電力機(jī)車自身不帶能源，因此也叫非自給式機(jī)車。由于他的非自給性，電力機(jī)車平均熱效率與蒸汽機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車相比為最高。電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車是電力機(jī)車嗎？一、緒論2.電力機(jī)車的分類電力機(jī)車是電機(jī)機(jī)車和電動(dòng)車組的總稱，包括牽引車列的電力機(jī)車和擔(dān)任客運(yùn)的城際電動(dòng)車組與地下鐵道電動(dòng)列車。按照用途分：客運(yùn)電力機(jī)車。牽引力不大，運(yùn)行速度高。貨運(yùn)電力機(jī)車。牽引力大，運(yùn)行速度不高。客貨兩用電力機(jī)車。牽引力和速度介于客運(yùn)和貨運(yùn)之間。調(diào)車電力機(jī)車。用來站場上編組列車。功率不大，速度和牽引力均較低。一、緒論2.電力機(jī)車的分類電力機(jī)車是電機(jī)機(jī)車和電動(dòng)車組的總稱，包括牽引車列的電力機(jī)車和擔(dān)任客運(yùn)的成績電動(dòng)車組與地下鐵道電動(dòng)列車。按機(jī)車動(dòng)軸數(shù)分：可分為四軸、六軸、八軸電力機(jī)車。一般動(dòng)軸數(shù)較多的電力機(jī)車用作貨運(yùn)機(jī)車，如國產(chǎn)干線貨運(yùn)機(jī)車SS4為8軸電力機(jī)車，軸列式2（B0-B0）。動(dòng)軸數(shù)較少的電力機(jī)車用作客運(yùn)機(jī)車，如國產(chǎn)準(zhǔn)高速機(jī)車SS8型為4軸電力機(jī)車，軸列式為B0-B0一、緒論2.電力機(jī)車的分類電力機(jī)車是電機(jī)機(jī)車和電動(dòng)車組的總稱，包括牽引車列的電力機(jī)車和擔(dān)任客運(yùn)的成績電動(dòng)車組與地下鐵道電動(dòng)列車。按照供電電流制——傳動(dòng)型式分為：直流供電—直流牽引電動(dòng)機(jī)：直-直型力機(jī)車；接觸網(wǎng)供電電壓為直流1500-3000V，牽引電動(dòng)機(jī)為直流串勵(lì)牽引電機(jī)。交流供電--直（脈）流牽引電動(dòng)機(jī)：交-直型電力機(jī)車。我國韶山系列即為此類電機(jī)。是各個(gè)國家普遍采用的一種型式。交流供電—變流器環(huán)節(jié)—三相交流異（同）步電動(dòng)機(jī)：交-直-交型電力機(jī)車。這一類是世界發(fā)達(dá)國家采用的主導(dǎo)機(jī)車型式。直流供電—逆變器—三相交流異步機(jī)的：直-交型電力機(jī)車。一、緒論3.電氣化鐵道最早出現(xiàn)于19世紀(jì)70年代末的歐洲。早期的電氣化鐵路多采用直流供電方式，電壓等級較低，需在地面

(牽引變電所內(nèi))設(shè)整流裝置，不宜設(shè)置在長距離的鐵路干線上。在城市軌道交通中，由于在公共場所只允許使用低壓電源，而且相對于交流供電方式來說，直流供電方式對毗鄰接觸網(wǎng)的信號和通信系統(tǒng)干擾較小，因此，城市軌道交通一般采用直流供電方式。目前國際上普遍采用比較先進(jìn)的單相工頻交流制電氣化鐵路，它便于升壓和減少電能的損耗，可以增加牽引變電所之間的距離，大大降低建設(shè)投資和運(yùn)營費(fèi)用。1輸電線路；2牽引變電所；3饋電線；4接觸網(wǎng)；5電力機(jī)車；6鋼軌；7回流線；8分相絕緣電路牽引回路如何？3.1電氣化鐵道組成3.1電氣化鐵道組成牽引供電回路應(yīng)為下列順序：牽引變電所→饋電線→接觸網(wǎng)→電力機(jī)車→鋼軌、或回流線→牽引變電所。1.功率大：不需燃料，相同重量下功率比自給式機(jī)車大。即比功率大。電力機(jī)車比功率：40-60KW/t，較好內(nèi)燃機(jī)：25-30KW/t。2.速度高：功率大，相同負(fù)載下，速度更高。3.效率高：水力供電牽引效率60-70%，火力電25%左右。高于蒸汽機(jī)的8-10%和內(nèi)燃的25%。4.過載能力強(qiáng)：牽引電機(jī)過載能力高于發(fā)動(dòng)機(jī)。對于啟動(dòng)和重載時(shí)候的困難區(qū)段具有較好過載能力。一、緒論4.電力牽引的特點(diǎn)①運(yùn)輸能力強(qiáng)。電力牽引為非自給式牽引動(dòng)力，機(jī)車本身不帶燃料和原動(dòng)機(jī)，由大容量電力系統(tǒng)供電，機(jī)車或動(dòng)車總功率大且自身重量相對較輕，具有起動(dòng)和加速快、過載能力強(qiáng)、牽引力特特點(diǎn)，能滿足鐵路和城市現(xiàn)代交通運(yùn)輸對高速、快速、重載和大運(yùn)輸能力的需要。②經(jīng)濟(jì)效益顯著，可顯著節(jié)省能源降低運(yùn)營成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鐵路電力牽引的平均單位消耗（標(biāo)準(zhǔn)燃料·公斤/萬噸·公里），比內(nèi)燃牽引和蒸汽機(jī)車牽引分別低13.0%和67%，因而，電力牽引的運(yùn)營成本較低。③電力牽引列車和車輛噪聲小，不排出廢氣和有害氣體，有利于環(huán)境保護(hù)。城市軌道交通電力牽引采用地下建筑或高架結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸快捷、靈活、安全?？上鞘薪煌ㄗ枞麪顩r、改善生活空間。④電力牽引各主要組成環(huán)節(jié)均為獨(dú)立電氣系統(tǒng)，且又連成整體，它們與電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制手段相結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化和信息化，為鐵路和城市交通的技術(shù)進(jìn)步、勞動(dòng)生產(chǎn)率的極大提高，提供了廣闊的發(fā)展前景。一、緒論5.電力牽引的優(yōu)越性二、電力機(jī)車工作原理電力機(jī)車按供電電流制——傳動(dòng)型式分為：直流供電—直流牽引電動(dòng)機(jī)：直-直型力機(jī)車；交流供電--直（脈）流牽引電動(dòng)機(jī)：交-直型電力機(jī)車；交流供電—變流器環(huán)節(jié)—三相交流異（同）步電動(dòng)機(jī)：交-直-交型電力機(jī)車直流供電—逆變器—三相交流異步機(jī)的：直-交型電力機(jī)車。我國交—直傳動(dòng)方式的電力機(jī)車的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段是從1958年到70年代末，這一階段是我國電力機(jī)車發(fā)展的起步期。主型SS1型電力機(jī)車。第二階段是從70年代末到80年代末。這是我國電力機(jī)車發(fā)展的成長期。這時(shí)期的代表機(jī)型是SS3和SS4型電力機(jī)車。第三階段始于90年代中期。在這一階段，相繼研制或改進(jìn)了SS5、SS8、SS3B、SS6、SS6B、SS7、SS4改、SS4B、SS7C、SS7D、SS7E、SS9等型電力機(jī)車和AC4000型交—直—交傳動(dòng)原型電力機(jī)車。隨著機(jī)車變流技術(shù)的發(fā)展，我國交流傳動(dòng)的機(jī)車也逐漸投入運(yùn)行，如“和諧”型電力機(jī)車我國電力牽引形式發(fā)展歷程

從2006年開始到現(xiàn)在，大量的大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車陸續(xù)下線投入運(yùn)用，拉開我國牽引動(dòng)力從交直傳動(dòng)到交流傳動(dòng)轉(zhuǎn)換的序幕，對我國牽引動(dòng)力技術(shù)進(jìn)步和運(yùn)輸能力的快速提高起到了極大的促進(jìn)作用，引發(fā)我國鐵路牽引動(dòng)力和運(yùn)載工具發(fā)生深刻、巨大的變革。

為什么直流傳動(dòng)逐漸被交流傳動(dòng)所取代？長期以來受電源技術(shù)限制，列車電力傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)，以直流牽引電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，主要是由直流牽引電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)異的調(diào)速性能所決定的。直流牽引電動(dòng)機(jī)從電磁過程來看是一個(gè)雙端勵(lì)磁的電動(dòng)機(jī)，其磁場電流和電樞電流可獨(dú)立進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)控制很方便，其起動(dòng)、調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制特性比較理想，并容易獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。特別是交-直流電力傳動(dòng)系統(tǒng),曾經(jīng)是列車電力傳動(dòng)系統(tǒng)的主要傳動(dòng)模式，在列車電力傳動(dòng)以及其他工業(yè)電氣傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，至今仍在許多國家和地區(qū)在用列車牽引中充當(dāng)著主力軍作用，我國干線列車牽引機(jī)車仍以交-直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)為主，交-直流電力傳動(dòng)機(jī)車保有量很大。2025/5/2220為什么直流傳動(dòng)逐漸被交流傳動(dòng)所取代？盡管直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)具有理想的牽引性能，然而不可否認(rèn)，直流牽引電動(dòng)機(jī)由于電樞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、慣量較大，存在接觸式的機(jī)械換向器，運(yùn)行中不可避免的產(chǎn)生換向火花，很容易發(fā)生環(huán)火（正負(fù)電刷間短路）故障，在一定程度上降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠性。為了保證電動(dòng)機(jī)能夠可靠換向，嚴(yán)格限制換向器上各換向片間的電壓，同時(shí)又受電樞機(jī)械強(qiáng)度的限制，其輸出功率和最高轉(zhuǎn)速都基本達(dá)到了極限值，直流傳動(dòng)系統(tǒng)遇到了不可逾越的障礙。至今直流牽引電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造能力很難超過1000kW，最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速均在3000r/min以下，制約了直流傳動(dòng)機(jī)車功率的進(jìn)一步增加。21為什么直流傳動(dòng)逐漸被交流傳動(dòng)所取代？2.1直直型電力機(jī)車工作原理電路回路？如何調(diào)速？直流電力機(jī)車是現(xiàn)代電力機(jī)車中最為簡單的一種。它使用的是直流電源和直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，其工作原理如圖所示。目前有些工礦電力機(jī)車、地鐵電動(dòng)車組和城市無軌電車仍采用這種型式。工作過程(原理)：1.電路路徑：機(jī)車由受電弓AP從接觸網(wǎng)取得直流電，經(jīng)斷路器QF，調(diào)速電阻R向4臺直流牽引電動(dòng)機(jī)M1～M4供電，牽引電流從鋼軌回流變電所。當(dāng)四臺牽引電動(dòng)機(jī)接通電源后即行旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再分別通過各自的齒輪傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪牽引列車運(yùn)行。

2.工作狀態(tài)：在牽引工況（電動(dòng)機(jī)狀態(tài)）時(shí)，產(chǎn)生牽引力，驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。在制動(dòng)工況（發(fā)電機(jī)狀態(tài)）時(shí)，產(chǎn)生制動(dòng)力，從而使列車減速。2.1直直型電力機(jī)車工作原理１.機(jī)車結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性好；２.采用適合于牽引的直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，牽引性能好，調(diào)速方便；３.控制簡單，運(yùn)行可靠；４.供電效率低。由于受牽引電動(dòng)機(jī)端電壓的限制，接觸網(wǎng)電壓一般為1500伏～3000伏。傳輸一定功率時(shí)電流較大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線損耗量較大，因此供電效率低。

直直型電力機(jī)車的特點(diǎn)

５.基建投資大。為了減少接觸網(wǎng)上的壓降，電氣化區(qū)段的牽引變電所數(shù)量較多，造成基建投資大。６.效率低，有級調(diào)速。由于機(jī)車使用調(diào)壓電阻進(jìn)行啟動(dòng)、調(diào)速，因此調(diào)節(jié)過程中有能量損耗使效率很低，同時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用斬波器技術(shù)進(jìn)行調(diào)速，可以對牽引電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。直直型電力機(jī)車的特點(diǎn)

2.2交直型電力機(jī)車工作原理電路回路？交流如何變直流？交直型整流器電力機(jī)車的能量轉(zhuǎn)換是將接觸網(wǎng)供給的單相工頻交流電，經(jīng)過機(jī)車內(nèi)部的牽引變壓器降壓，再經(jīng)整流裝置將交流轉(zhuǎn)化為直流，然后向直流牽引電機(jī)供電，從而產(chǎn)生牽引力牽引列車運(yùn)行。2.2交直型電力機(jī)車工作原理①以SS4G為代表的不等分三段橋控制，包括SS4B、SS6B、SS3B、SS8、SS9、SS9G、SS7D、SS7E等電力機(jī)車②以SS4為代表的經(jīng)濟(jì)四段橋控制電力機(jī)車③以8K為代表的一段半控橋和一段全控橋控制，包括SS7、SS7B、SS7C等電力機(jī)車2.2交直型電力機(jī)車工作原理SS4G三段不等分半控橋347.7V、347.7V、695.4VSS8主電路----B0B0SS9主電路---C0C0(1)整流器電力機(jī)車的變流過程是在機(jī)車內(nèi)完成的，是一個(gè)集變壓、變流、牽引為一體的綜合裝置，不僅簡化了電氣化牽引的供電設(shè)備，而且由于采用交流電網(wǎng)供電，提高了接觸網(wǎng)的供電電壓，使一定功率的電能得以采用小電流輸送，既可減小接觸網(wǎng)導(dǎo)線的截面，節(jié)省有色金屬用量，也可減少電能損耗，提高電力機(jī)車的供電效率

整流器電力機(jī)車的工作特點(diǎn)(2)由于機(jī)車內(nèi)設(shè)有變壓器，調(diào)壓十分方便，牽引電動(dòng)機(jī)的工作電壓不再受接觸網(wǎng)電壓的限制，機(jī)車就可以選擇最有利的工作電壓，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的重量／造價(jià)比降低，同時(shí)工作更為可。(3)牽引電動(dòng)機(jī)采用適合牽引的串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，可以獲得良好的牽引性能和啟動(dòng)性能，尤其啟動(dòng)時(shí)它采用了調(diào)節(jié)整流電壓的方式，省略了啟動(dòng)電阻，不僅減輕了電氣設(shè)備的重量、降低了啟動(dòng)能耗，而且改善了電力機(jī)車的啟動(dòng)性能，提高了機(jī)車的運(yùn)行可靠性。

整流器電力機(jī)車的工作特點(diǎn)(4)整流器電力機(jī)車采用單相50HZ整流，其輸出電壓有很大脈動(dòng)，因而流過牽引電動(dòng)機(jī)的電流也有較大脈動(dòng)。脈動(dòng)電流不僅使?fàn)恳姍C(jī)的損耗增加，而且使?fàn)恳姍C(jī)的換向惡化，因此在整流器電力機(jī)車上需要裝設(shè)平波電抗器PK和固定磁場分路電阻R0以限制電流的脈動(dòng)，改善電動(dòng)機(jī)的工作條件。同時(shí)，在牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)上亦作了特殊設(shè)計(jì)。2.3交交型電力機(jī)車的工作原理電壓型交流器供電的籠型異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作原理圖1-電源變流器；2-中間回路；3-電動(dòng)機(jī)側(cè)逆變器；4-電抗器；5-牽引電動(dòng)機(jī)2.3交交型電力機(jī)車的工作原理工作過程:受電弓將網(wǎng)壓引入機(jī)車變壓器一次側(cè)繞組，經(jīng)變壓器二次側(cè)繞組降壓后送入①環(huán)節(jié)，將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，經(jīng)②環(huán)節(jié)平滑A處的脈動(dòng)，送入③環(huán)節(jié)，將直流電逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電，經(jīng)④環(huán)節(jié)平波電抗器，供給⑤環(huán)節(jié)三相異步牽引電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)牽引運(yùn)行。各環(huán)節(jié)的作用：①環(huán)節(jié)——整流電路，基本作用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。實(shí)現(xiàn)電路可以是不可控整流橋、相控整流橋、四象限脈沖變流器。②環(huán)節(jié)——直流環(huán)節(jié)濾波器，基本作用是平滑A處的紋波（脈動(dòng)），消除或減少諧波含量（5次諧波），改善機(jī)車的功率因數(shù)。2.3交交型電力機(jī)車的工作原理③環(huán)節(jié)——逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，同時(shí)為了機(jī)車調(diào)速的需要，它應(yīng)具有較寬的調(diào)頻范圍和調(diào)壓范圍，一般采用正弦波脈寬調(diào)制（PWM）。隨著電力半導(dǎo)體器件（GTO）的開發(fā)，可以采用電壓相量控制技術(shù)（VVCPWM），降低電機(jī)損耗，減少網(wǎng)壓波動(dòng)的影響。④環(huán)節(jié)——平波電抗器，有三大作用，即降低電機(jī)