城市轨道电力牵引与控制概述

第一章绪论上海工程技术大学1.1城市轨道交通电力牵引系统重要性（1）城市轨道交通在现代城市交通中的重要性科学技术的发展我国城市快速发展和城市规模的日益扩大：经济发达的国家城市交通的发展历史和经验：日本轨道交通在现代大城市和中等城市交通运输中的作用结论：发展城市轨道交通是解决我国城市交通拥挤的根本途径。上海工程技术大学（2）研究城市轨道电力牵引的必要性我国城市轨道交通的基础理论和应用技术还处于起步阶段，国产化率低，工程造价高；提高我国城市轨道交通行业的技术力量，发挥自主建设能力，降低建设成本，是我国进一步发展轨道交通的关键；车辆是城市轨道交通最重要，也是最关键的设备；电力传动系统是车辆的关键部件，电力传动系统的技术先进水平体现了车辆设备的高新技术含量。结论：研究城市轨道交通电力牵引系统对我国城市轨道交通车辆的应用和国产化必不可少。1.1城市轨道交通电力牵引系统重要性上海工程技术大学（1）城市轨道交通电力牵引系统基本功能电能电机机械能并且在必要时通过车辆电气制动系统对车辆实施制动。城市轨道交通车辆的电力牵引系统是指车辆经电网吸取电能转变为驱动车辆所需的机械能。1.2城市轨道交通电力牵引系统简介上海工程技术大学（2）电气传动过程1.2城市轨道交通电力牵引系统简介上海工程技术大学（3）机械传动过程1.2城市轨道交通电力牵引系统简介上海工程技术大学（3）机械传动过程1.2城市轨道交通电力牵引系统简介上海工程技术大学（4）总结一般传动过程城市轨道交通电力传动系统主要包括：传动控制装置、牵引电机、牵引电器以及由它们组成的主电路和控制电路。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（5）组成1.2城市轨道交通电力牵引系统简介上海工程技术大学1.3城市轨道交通电力牵引发展概述以直流电动机作为驱动电机是最早应用于城市轨道车辆的传动方式，直流牵引电动机主要采用串激形式，通过改变电机端电压或激磁电流调节电机转速，具有良好的牵引性能，且技术可靠；德国的AEG公司于1983年研制成功180KWGTO斩波器，已用于城市无轨电车；八十年代末期，香港地铁车辆、伦敦本部Docklands轻轨车、伦敦地铁动车、南非的电力机车等相继都成功地运用了GTO斩波器实现直流牵引电机的电枢电流控制或磁场控制；上海工程技术大学1.3城市轨道交通电力牵引发展概述异步牵引电机消除了由于换向器和电刷所引起的一系列实际问题，并且有结构简单、维护方便、体积小、重量轻、转速高、功率大、能防滑、粘着利用好等一系列优点；随着大功率电力电子器件制造技术的不断提高和交流电机控制理论的发展，可变频变压的逆变器（亦称VVVF逆变器——VariableVoltageVariablefrequencyInverter）解决了交流电动机的调速控制问题；采用异步牵引电机驱动的交流传动系统正在迅速崛起，并使轨道车辆的电力传动技术跨越了一个很高的台阶。上海工程技术大学1.3城市轨道交通电力牵引发展概述直线电机牵引是目前最先进的牵引方式之一，技术成熟。用于地面运输车辆的直线电机，给人们印象最深的莫过于用它来驱动高速磁悬浮列车，事实上，直线电机另一个较大的应用领域是将直线感应电机用作为轨道车辆的动力。在这种驱动方式中，车辆的支撑和导向与传统的用旋转式电机驱动的铁道车辆一样是依靠车轮和轨道来完成的。其中北京市轨道交通首都国际机场线，广州市轨道交通四、五号线根据沿线的环境要求，经采用低噪音的新型交通制式直线电机系统。上海工程技术大学根据应用于牵引领域的电机主要有：直流电机感应电机同步电机开关磁阻电机直线电机1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点上海工程技术大学1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点城市轨道供电形式：轨道交通供电方式主要有接触网供电和第三轨供电两种我国国家标准《地铁直流供电系统》规定为750V和直流1500V两种，一般DC1500V电压采用架空接触网馈电方式单相工频25kV交流制一般适用于运量大、负荷重、速度高、运输距离长的干线电气化铁路，具有更好技术经济效益随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通逐步向市郊扩展，如果与市郊铁路、城际铁路连接，也可能出现多流制供电方案，这对车辆电气传动系统特别是车辆受电装置及变流设备提出了更高要求。上海工程技术大学1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点~~~上海工程技术大学（1）直流传动系统主回路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线路滤波器的负载接触器6线路滤波电抗器7线路滤波电容器8斩波器或凸轮调速变器阻器9直流牵引电机10触发脉冲信号发生器11电子控制装置12司机控制器1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点上海工程技术大学（2）交流传动系统主回路1受电弓2主断路器3电压检测环节4接地开关5线路滤波器的负载接触器6滤波电抗器7滤波电容器8逆变器9交流牵引电动机10触发脉冲发生器11电子控制装置12司机控制器1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点上海工程技术大学直流传动系统：来自接触网的直流电源通过牵引斩波器控制输出电压幅值可变的直流电，并驱动直流牵引电机实现能量变换，驱动车辆运行。交流传动系统：来自接触网的直流电源通过牵引逆变器控制输出电压幅值和频率可调的交流电，并驱动交流牵引电机实现能量变换，驱动车辆运行。总结1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点上海工程技术大学（6）城市轨道交通车辆工况1）线路条件线路曲线半径小，坡道大，站距短；2）客流量客流量大而集中，乘客上下频繁，高峰时间会超载；3）运行状况车辆要在地面和地下运行，运行速度高，车辆起动加速度和制动减速度都比较大。1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点上海工程技术大学（7）对城市轨道电传动系统的要求1）要求驱动功率大、效率高、装置体积小和重量轻；2）要能适应负载大的变化，特别应具有较大的过载能力；3）自动化程度高，要能适应在ATC信号系统中运行；4）作为城市客运交通工具，应具有较高的运行速度和较低的噪声等级；5）具有较高的起动加速度和制动减速度，较短的制动距离；6）车辆控制系统能使用列车的灵活编组，具有驱动控制能力；7）能耗低，温升小；8）安全可靠。1.4城市轨道电力牵引系统分类及特点上海工程技术大学1.5城市轨道电力牵引系统研究重点电网受流装置牵引变流器牵引电机变流器拓扑功率器件调制方式电磁理论结构与类型等效电路与数学模型调阻调压调速斩波调速转差频率控制矢量控制直接转矩控制直流电机交流电机（1）本课程的课程框架上海工程技术大学1.5城市轨道电力牵引系统研究重点（2）本课程的主要特点涉及学科和领域较广，包括电力电子技术、电机、电磁、自动控制理论、计算机技术等；理论联系实际，注重工程应用。上海工程技术大学东京交通线路图