第八章-城市轨道交通电力牵引系统

12/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering第八章城市轨道交通电力牵引系统2/26/20202机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTransportationManagementEngineeringCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述8.2直流电力牵引系统8.3交流电力牵引系统8.4城市轨道车辆用直线感应电机第八章城市轨道交通电力牵引系统2/26/20203机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTransportationManagementEngineeringCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述8.2直流电力牵引系统8.3交流电力牵引系统8.4城市轨道车辆用直线感应电机第八章城市轨道交通电力牵引系统42/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述1、电力牵引系统的发展概况接触网（第三轨）受流器变流装置牵引电机齿轮传动箱轮对列车运行图5.1牵引传动装置车轴车轮牵引电机齿轮传动箱52/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述2、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62/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述2、轨道交通电力牵引系统主要类型~~~直流传动框图交流传动框图72/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述3、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82/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述4、电动车组牵引特性制动牵引牵引力制动力恒功恒力矩距离速度ABC牵引加速区惰行区制动减速区自然特性0DEFG恒功恒力矩自然特性速度与牵引力2/26/20209机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTransportationManagementEngineeringCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述8.2直流电力牵引系统8.3交流电力牵引系统8.4城市轨道车辆用直线感应电机第八章城市轨道交通电力牵引系统102/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统1、直流电机直流电机由定子转子两部分构成。极掌NS······NS极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路112/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统1、直流电机（1）直流电机各部分的作用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122/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统1、直流电机（2）直流电机工作原理换向片AB＋—N132/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统1、直流电机（3）直流电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。142/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统1、直流电机（4）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。OnTn0T串励电动机机械特性他励电动机机械特性152/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统2、直流牵引调速系统按照牵引电源性质，直流牵引系统可分为直-直流及交-直流两大类。直-直流牵引系统是最早应用于电力牵引的一种牵引装置。它使用的是直流电源（直流电网或直流发电机）和直流串励牵引电机。目前在城市轨道交通中较多采用此种系统。交-直流牵引系统使用的是交流电源(交流电网)，牵引电机仍采用直流电机。此牵引系统的关键部位是将交流变成可控直流的整流调压装置。目前，大功率的干线电力机车已普遍采用交-直流牵引系统。162/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统2、直流牵引调速系统（1）直流电机的基本调速方法在上式中，CE是常数，Id是由负载决定的，因此调节电动机的转速可以有三种方法：调解电枢供电电压U、减弱励磁磁通Φ和改变电枢回路电阻R。EdCRIUn172/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统2、直流牵引调速系统（1）调压法A)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压。B)斩波调压TTonUTtUUonRL182/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统2、直流牵引调速系统（2）调节主极磁通串励电动机磁场削弱法（a）（b）（a）短路匝数法（b）分路电流法MM192/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统3、牵引电动机的电气制动（1）电阻制动5.16直流电机的电阻制动接线原理图（a）电动机牵引工况（b）他励式电阻制动（c）串励式电阻制动nEUdILIdERZnId+-ERZndIILIL(a)(b)(c)MMM电机牵引工况他励电阻制动工况202/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.2直流电力牵引系统3、牵引电动机的电气制动（2）再生制动图5.17再生制动原理图dUDPLSUMidiZ+2/26/202021机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTransportationManagementEngineeringCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.1概述8.2直流电力牵引系统8.3交流电力牵引系统8.4城市轨道车辆用直线感应电机第八章城市轨道交通电力牵引系统222/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.3交流电力牵引系统1、交流牵引系统特点及发展概况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：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，容易产生环火以及繁杂的维护问题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232/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.3交流电力牵引系统1、交流牵引系统特点及发展概况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：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：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。242/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.3交流电力牵引系统2、交流电机（1）三相异步电机基本结构定子：是电动机磁路的一部分。由铁心、定子绕组、基座、端盖和轴承等部件组成。转子：用来产生电磁转矩从而实现机电能量转换的主要部件。根据构造可以分为鼠笼式和绕线式。鼠笼转子252/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineering8.3交流电力牵引系统2、交流电机（2）三相异步电机工作原理A）旋转磁场的产生iCiAiBitmIoAYCBZX(•)电流出()电流入262/26/2020机电与控制工程学院交通运输系DepartmentofTrafficandTransportationCollegeofMechatronicsandControlEngineeringA）旋转磁场的产生CiitmIoAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0t60t合成磁场方向向下合成磁场旋转60°6090t合成磁场旋转90°SNSN三相电流合成磁场的分布情况272/26/20