牵引电机课程设计

课程设计任务书学生姓名：专业：题目：牵引电机学号：2016年10月10日目录第1章概述1.1国外动车组发展综述第2章高速动车组制动系统2.1高速动车组制动系统概述2.2动车组制动方式分类2.3动车组不同制动方式简介第3章高速动车组制动控制系统3.1高速动车组制动系统组成及功能.3.1.1制动控制系统工作原理3.1.2制动系统的特点3.1.3制动控制规律3.1.4制动系统的制动方式3.2高速动车组再生制动控制系统3.2.1再生制动控制系统工作原理3.3单相四象限脉冲整流器控制方法研究3.4单相三电平四象限脉冲整流器控制原理结论第1章概述1.1国外动车组发展综述速度是现代社会高效率的标志。世界交通运输的发展历史，就是速度不断提高的历史。长期以来，世界铁路的旅客列车运行速度一直保持在200km以内。但是，随着社会经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高，人们对运输服务质量的要求也愈来愈高。铁路旅客列车原来的速度已远不能满足人们出行的要求。特别是20世纪70年代以来，世界出现了石油危机，公路堵塞，环境严重污染，己成为全球性的社会问题，严重影响了人类的生存和发展。为此，人们期望有一种能避免上述弊端，而且运能大、速度快、节约型的公共交通工具的出现。从1964年日本东海道新干线开始投入高速运营，带来了巨大的经济和社会效益，自日本之后，法国、德国、意大利、西班牙、瑞典等国家相继也都发展了不同类型的高速铁路，且速度不断刷新。为此，许多国家的政府从交通运输发展的实践不断反思、总结，逐渐认识到旅客运输应该把高速铁路作为发展的重点。在这样的历史背景下，使高速铁路得到了迅速的发展。国外高速动车组的发展自1964年10月1日，世界上第一条高速铁路[4]—日本东海道新干线开通运营以来，动车组的运用随着高速铁路的发展日益广泛。经过40余年的发展，形成了以日本新干线、法国TGV和德国ICE高速动车组为代表的三大技术体系。各国动车组从本国实际需要出发，具有各自的技术特色，为推动世界铁路向高速化发展起到了积极的作用。日本是世界上最早开行高速动车组的国家。在日本计划修建东海道新干线时，其高速动车组设计就已经同步展开。0系新干线列车成为世界上最早运行的高速动车组。随着新干线网络的不断扩大，为了在不同的线路条件下提高列车运行速度和乘客的舒适度，降低列车对环境的影响，相关企业与研究机构在O系、100系、200系、IOON系列车的基础上先后开发了300系、400系、500系、700系、N700系、800系、El系、EZ系、E3系、E4系等干线列车和WIN350、300X、STAR21、FAS几CH、E954系等试验列车，共有二十余种新干线用电动车组。自设计之初起，日本一直坚持采用动力分散作为其动车组发展模式。此外，日本新干线动车组的另一大特点是注重新技术的运用，如主动、半主动悬挂和旋转涡流制动、空气阻力制动等技术均最早运用在新干线动车组上。其动车组轻量化、车辆空气动力学设计水平已经走在世界前列。作为世界铁路运输最发达的国家之一，早在1955年3月29日，法国就创造了电力机车牵引列车331km瓜的速度记录。1967年5月，CC一6500型电力机车牵引客车实现最高速度ZO0km小商业运行。然而随着社会的发展，在20世纪70年代，迅速发展的公路和航空运输使法国铁路受到了前所未有的冲击，传统铁路越来越不能适应现代社会对铁路旅客运输的需要。同时，1964年日本新干线建成并投入运行也大大激发了法国铁路同行的积极性。自1967年起，法国国营铁路公司(sNCD开始着手研究高速运输。在设计制造高速动车组方面，法国首先是尝试将航空用燃气涡轮发动机用于铁路动车组。1969年n月，法国研制成功了第一代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度达到248km/h。此后，为了进一步提高燃气轮动车组质量，又研制出第二代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度为260km/h。为了配合在巴黎一里昂建设高速铁路，还研制了第三代TGV-ool型燃气轮动车组，5节编组，1972年最高试验速度达到381km小。1973年中东战争引起第一次世界石油危机后，法国开始将高速动车组技术政策转向电力牵引，并率先在欧洲实行将速度、环保意识、充分利用能源、高新技术以及经济可靠性综合考虑的技术方针。1973年，法国研制出第一列27001电动组，1975年最高试验速度达到309km小。，自1976年开始，法国开始着力研究交一直传动的TGV一PSE动车组，并在1981年9月投入运用。此后，法国先后研制了交一直一交传动的TG从A、TGV-R、TGV-ZN、TGV-TMST、西班牙AVE、TGV-PBKA、TGV-K等型号的高速动车组。其中，TGV-A325号车组于1990年5月在大西洋线创造了515.3km/h轮轨系统高速行车的世界记录。在保持了17年后，该纪录再次被打破，2007年4月3日，法国试验动车组V150创造了574.8km/h的高速铁路试验速度新纪录。近年来，法国国家铁路已经开始进行动力分散型电动车组的研究，与Alstom等共同设计的新型动力分散动车组AGV已投入试验运行。德国是一个铁路历史悠久的国家。与大多数欧洲国家一样，德国铁路在20世纪60年代也不得不面对公路和航空运输带来的巨大压力。德国的政治家比其他欧洲国家更早地认识到了铁路的重要性。早在1970年，原联邦德国政府技术研究部就开始组织对未来长途运输系统新技术的研究。但是在发展高速铁路采用磁悬浮技术还是轮轨技术的问题上，德国经过了旷日持久的讨论，影响了德国铁路高速化的进程，1973年和1976年动工修建的两条高速新线进展缓慢。直到20世纪80年代中期，原联邦德国政府才意识到以往政策的失误，同时法国TGV列车的成功运营也刺激着素以高技术著称的德国，原联邦德国政府加快了发展高速铁路的步伐。1982年8月，联邦铁路投资1200万马克，试制ICE试验型城间快车。1985年，2动3拖的IC日V试验型高速电动车组试制成功，同年，其最高试验速度达到317km瓜。1988年5月，ICE/V型试验列车在汉诺威一维尔茨堡间创造了406.9知m/h的高速动车组速度记录。在ICE/V的基础上，1985年12月联邦铁路确定了IcE设计任务书，1986年开始试制ICEI型高速动车组，1990年7月试制完成并于1991年6月2日以280km/h的速度正式投入运行。1991年原东、西德统一后，德国政府决定修建柏林一汉诺威的高速铁路，同时开始了第二代IcE高速动车组一一IcEZ的开发，1996年，该型动车组投入运用。德国1995年开始动工修建的科隆一法兰克福的高速铁路最高运行速度提高到了300km小，线路最大坡度达到40%0，既有的IcEI、ICEZ型列车已经不能满足运行需要。为此，德国铁路于1994年向工业界订购了50列ICE3型动力分散电动车组并于1997年投入运行。此外，为了在既有线路实现列车运行速度的提高，德国铁路还开发了ICI，型摆式动车组。目前，运行速度达到350km/h的ICE21型高速电动车组正在研制中。日本、法国和德国高速铁路的成功经验也带动了世界其它国家和地区高速铁路的发展。意大利、西班牙、瑞典、韩国和我国台湾地区均已有高速铁路投入运行。值得一提的是，除采用日本、法国和德国的技术外，瑞典等国家还通过采用摆式列车提高列车运行速度，以实现既有线路高速化，取得了良好的效果。第2章高速动车组制动系统2.1高速动车组制动系统概述列车制动是人为利用制动力使列车减速、停车的统称。要改变运动物体的运动状态，必须对它施加外力。对于列车，人为使其减速或停车的外力是由列车制动装置产生的，它与列车运动方向相反，由轨道作用制动力于车轮的外力，称为制动力。为了能实行制动，需要在列车上安装一套完整的制动装置。对传统的机车车辆模式而言，列车制动装置是指机车制动装置、基础制动装置、手制动(驻车制动)装置。制动机是制动装置中受司机直接控制的部分，通常包括从制动软管连接器至制动缸的一整套机构;基础制动装置是制动装置中用于传递、放大制动力的一整套机构。制动作用的解除叫做缓解。对动力分散型动车组而言，列车制动装置是指动车制动装置、拖车制动装置的组合，从而形成完整的系统，它包括两个部分:制动控制系统和制动执行系统。制动控制系统由制动信号发生与传输装置和制动控制装置组成。制动执行系统通常称为基础制动装置，常见的有闸瓦制动与盘形制动。电动车组的最高运行速度与其牵引功率有关，但也受其制动能力的限制。电动车组的制动能力是指制动系统使动车组在规定的制动距离内安全停车的能力，从能量的观点看，制动的实质就是将电动车组所具有的动能消耗掉或从它上面转移出去，制动系统转移动能的能力称为制动功率。对电动车组而言，制动系统的基本要求是:l)操作灵活，制动减速快，制动作用灵敏可靠，动车组前后车辆制动、缓解作用一致；2)具有足够的制动能力，保证动车组在规定的制动距离内停车；3)具有动力制动能力，在正常制动过程中，应尽量发挥动力制动能力，以降低运行成本；4)应具有动力制动与摩擦制动的联合制动能力；5)制动系统应能保证动车组在长大下坡道上运行时，其制动力不会衰减；6)电动车组各车辆的制动力应尽可能一致，制动系统应能根据乘客量的变化，具有载荷调整能力，以减少制动时的纵向冲击；7)具有紧急制动能力，遇到紧急情况时，能使电动车组在规定距离内安全停车。紧急制动作用除了可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急制动按钮进行操纵；8)电动车组在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动实施紧急制动作用。2.2动车组制动方式分类动车组制动方式可以按照制动时电动车组动能转移方式、制动力获取方式和制动源动力的不同进行分类。1、按电动车组动能的转移方式可分为两类:一类是摩擦制动方式，即通过摩擦把动能转化为热能，然后耗散于大气。电动车组常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速电动车组的制动系统中还有电磁制动方式中的磁轨制动；二是动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后电能从车上转移出去，对这些电能的不同处理方式分为电阻制动和再生制动两种形式。2、按制动力形成方式划分:按电动车组制动力的获取方式，可分为粘着制动与非粘着制动。在常用的制动方式中，闸瓦制动、盘形制动(包括油压铅盘、盘式涡流)、电阻制动和再生制动均属于粘着制动；轨道电磁制动(磁轨制动、轨道线性涡流制动)则属于非粘着制动。3、按制动源动力分类:目前电动车组采用的制动方式中，制动的原动力主要有压缩空气和电力。以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动。如闸瓦制动、盘形制动等都称为空气制动方式;以电为原动力的制动方式称为电气制动方式，如动力制动、轨道电磁制动等均为电气制动方式。2.3动车组不同制动方式简介以下将几种常用制动方式及其应用情况作一介绍。1)电阻制动与空气制动这两种制动方式可谓历史悠久，所谓电阻制动，即在制动时变牵引电动机为发电机，将所发电能加于制动电阻上，使其发热，再靠冷却风扇给制动电阻强迫通风而将热量散发于大气中;空气制动则是通过电空制动机作用使列车管内充入压力空气，靠压力空气推动使闸瓦压紧滚动着的车轮，车轮与闸瓦间发生摩擦，使列车动能转变为热能消耗，从而起到制动的作用。这两种制动方式的优点是制动技术成熟，安全可靠，联合使用效果较好。不足之处是电阻制动的制动容量受牵引电机额定容量及制动电阻温升限制，而空气制动产生的制动力只能部分满足动车组高速运行条件下所需制动力要求，且列车高速运行条件下，闸瓦与轮对的摩擦对轮对踏面及轨面损害较大，增加了轮对踏面诊断的工作量。在国外高速动车组中，日本的第一代高速动车组的0系(16M)、100系(12M+4T)、200系(12M)、400系(6M+IT)的动车以及法国TGV-PSE的动车均采用了电阻制动及空气闸瓦踏面制动方式，但是其拖车的制动方式已由空气踏面制动改为盘形制动。2)盘形制动所谓盘形制动也是由空气压力作为动力，推动制动夹钳使闸片夹紧装固在车轴或车轮辐板上的制动圆盘，使闸片与制动圆盘间产生摩擦，把动能转变为热能，达到