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动车组传动与控制－－第一章绪论主讲：宋雷鸣第一节、动车组牵引供电及传动的组成和作用1、供电系统2、传动系统3、动车组辅助供电辅助供电系统是指除为牵引动力系统之外的所有需要用电力的负载设备提供电能的系统，包括辅助供电系统和蓄电池系统第一节、动车组牵引供电及传动的组成和作用主变压器变流器牵引电动机控制箱保护、检测系统等牵引变电所接触网受电弓等第一节、动车组牵引供电及传动的组成及作用变电站接触网牵引电流再生电流(制动)受电弓主变压器变流器牵引电机辅助供电第二节、动车组牵引供电－接触网、受电弓一、接触网接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的动车组不间断地供应电能。但接触网与一般的输电线路不同，它必须架设在铁路线路的正上方，动车组利用顶部的受电弓与接触网接触而获得电能。因此，在电力动车组走行的线路都必须架设接触网。由于接触网是露天设置，受着各种恶劣气象条件的影响，其工作状态又是随着动车组的运行而变化，而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复杂，对它的要求也非常严格。一、接触网一)、接触网的构成动车组实际上是一个边受流边行驶的移动负荷。为了保证不间断地供给动车组电能，就必须使动车组的受电弓与接触网的接触导线在动车组行驶时有良好的接触，为此，对接触网的结构有特殊的要求。接触网的主要组成如下。1．接触悬挂部分包括承力索、接触导线、吊弦、中心锚结、补偿装置等2．支持装置用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递给支柱或桥隧等大型建筑物3．支柱与基础一、接触网二)、接触网的性能要求接触网设备应具备的性能要求：1．有足够的强度，保证接触网具有稳定性；2．在恶劣的气象条件下保证列车在规定的速度运行时能良好地受流；3．对各导线和支持结构、零部件及绝缘子等应当采取有效的防腐蚀和防污秽技术措施，以保持整个接触网设备的良好状态；4．接触悬挂的各项技术性能应满足受电弓与接触导线在滑动接触摩擦时可靠地工作的要求，使用寿命应尽可能的延长；5．各类支持结构和零部件应力求轻巧耐用，做到标准化并具有互换性，便于施工和维修保养，发生事故时也便于抢修，为迅速恢复供电创造条件；6．接触导线和安装在接触导线上的有关设备要有良好的平滑度和耐磨性能，接触导线不应有不平直的小弯及悬挂零件等形成的硬点，以免受电弓与其发生碰撞，造成受电弓和接触导线的机械损伤和电弧烧伤一、接触网二、高速受电弓一）、高速受电的特点及要求1．高速受电特点目前世界各国的最高运行速度在200km/h以上的高速列车，除英国的HST高速列车由内燃动车组牵引外，其余均采用电力牵引。与常速列车的电力牵引相比较，高速列车电力牵引受电的主要特点如下。（1）接触网与受电弓的波动特性。高速列车的行驶速度较常速列车高得多，因而受电弓沿接触导线移动的速度大大加快，这就使接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；（2）高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动态力也是影响高速受电的一个重要因素；（3）受电弓从接触网大功率受电问题。高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力和加大噪音，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电问题。高速列车的受电是通过受电弓与接触网的接触导线紧密接触而实现的，因而受电是否正常直接取决于接触网－受电弓系统的技术状态。接触网－受电弓系统工作可靠是确保高速动力车良好取流的根本条件二、高速受电弓二、高速受电弓2．对高速受电的接触网的要求由于接触网的接触导线是一根具有弹性的导线，受电弓也是一个弹性体，故而两者构成的是一个相互接触的弹性系统。对高速受电用的接触网应有更高的要求：（1）在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保证正常供电；（2）应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力；（3）对接触网的结构和布置应有更高的要求；（4）在接触网的接触悬挂方面，目前在常速列车供电中采用的弹性半补偿链形悬挂和弹性全补偿链形悬挂已不能适应高速列车的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。3．对高速受电的受电弓的要求用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求：（1）受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常速受电弓更为可靠的连续电接触。其接触压力不能过大或过小。（2）与常速受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，以保证与接触网有可靠的电接触（3）由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。（4）滑板的材料、性状和尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。（5）要求受电弓在其工作高度范围内升降弓时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降弓时受电弓对接触网和底架有过大的冲击载荷。二、高速受电弓二、高速受电弓PS200A型受电弓（日本）二、高速受电弓MADE型受电弓(法国）二、高速受电弓DSP250型受电弓第二节传动系统一）系统组成、原理、分类二.电力机车的分类及发展1.按用途分——客运电力机车、货运电力机车、客货两用电力机车2.按机车动轴数不同分四轴、六轴、八轴等电力机车。一般动轴数较多的电力机车用作货运机车，动轴数较少的电力机车用作客运机车。3.按传动形式不同分——个别传动的电力机车、组合传动的电力机车4.按供电电流制--传动型式不同分直直型电力机车、交直型整流器电力机车、交直交型电力机车、交交型电力机车。3.电力牵引的特点和优越性1.功率大按每轴功率来说，电力机车已超过750kW，最高已达到1350kW，较好的内燃机车的每轴功率为440～580kW。2.速度高目前，客运电力机车运行速度已可达到250km/h，货运电力机车也可达到120km/h。3.效率高蒸汽机车的平均热效率为8～10％，内燃机车的平均效率为25％左右，电力牵引的效率可达到60.70％。4.过载能力强电力牵引的优越性：1.运输能力强有资料表明，1条电气化铁路的运输能力，相当于1.5条内燃机车或3条蒸汽机车牵引铁路的运输能力。2.经济效果显著有资料表明，电力机车牵引万吨公里能耗仅为内燃机车牵引的2/3，为蒸汽机车牵引的1/3。3.能源利用合理4.劳动条件好5.加强了行车安全6.有利于实现城乡电气化5.电力牵引的发展状况•国外电力牵引的发展：•电力牵引自1879年5月，由德国西门子和哈尔斯克公司展出了世界第一条长约300m的电气化铁路以来，已有一百多年的历史了。60年代中期晶闸管相控机车开始问世，至今交流供电--直流牵引的直流传动技术已完全成熟。晶闸管的发明使制造大功率机车用逆变器变为现实。80年代初西德率先成功研制了交－直－交电力机车，目前世界先进国家新造的大功率电力机车几乎都采用了三相交流传动技术，单轴功率达到1000-1600kW。在250-300km/h及其以上的高速领域，交流传动的电动车组独领风骚，在140-220km/h的快速客货运输领域，交直型电力机车（或其它直流传动机车）也正在被三相交流传动技术所取代。0系列新干线于1964年投入正式运营，是世界高速高速火车的起点。首列0系列火车运营于东京和新大阪之间。这一型号的车最高时速为220公里。1000系列是新干线车辆的原型。从1961年到1962年，有六辆这样的车在不同的厂家被生产出来。他们有两种组合模式：SetA:1001+1002；SetB:1003+1004+1005+1006。其中数字表示车的编号。每一列6节车厢的Win350型新干线最初建造于1992年，其目的是测试从东海道到大阪之间开行时速高于350公里的高速列车的可行性。本来其名字是500X，但为了纪念350公里每小时的速度，改称了现在的名字。它的特点是流线型的外腔，大面积的外壁能起到反射从集电器上传来的高速风流。E1型新干线是日本MAX新干线中的一种。这种车有几种不同的型号：M5，M2，Max-Asahi。每组车编排了12节车厢，最高时速为240公里。在1994年7月，E1max进如运营状态，所谓max是指Multiamenityexpress，强调的是娱乐和舒适性。1999年12月后，东北新干线上的E1换成了E4系列。Thalys是继欧洲之星之后第二个真正意义上的国际高速列车。它运行于巴黎—布鲁塞尔—阿姆斯特丹—科隆间。它实际上是法国TGV的改进型，有186mph(300km/h)运营速度。NouvelleGeneration（下一代TGV）目前，法国正在加紧其第四代TGV的研究和开发，相信在不久的将来将有超过360km/h(225mph)的列车用于商业运行。当然，许多问题需要解决，比如车轮气流扰动和噪音控制等等。NouvelleGenerationTGV将被设计达到这个速度。另外，还有被用于研究空气动力学的MX100概念车，以及用于既有线路（非高速线路）的P-01等。德国ICE的试验车ICE的全称是InterCityExpress，即城际快车。其实在它刚发展的时候，名字叫做IntercityExperimentaltrain。德国的高速铁路利用了原有线路，所以火车平均速度不是很快（相对法日而言），德国传统铁路营运时速原来就有200公里，在1991年配合汉诺威－乌兹堡间全长327公里和曼海姆－斯图加特107公里高速铁路竣工，ICE高速列车开始进行商业运转，其最高营运时速可达280公里。ICE的第三代，2000年正式投入运营。ICE-3对其先辈进行了根本性的改造，拥有更快的运行速度，其构造速度330km/h，持续速度300km/h，属于动力分散式。ICE-3由八辆车组成，共16个动轮，相当于ICE-2动力的两倍。我国电力牵引的发展：我国的电气化铁路从1958年开始筹建，1961年8月15日宝鸡—凤州段91km电气化铁路通车。经历近50年的不懈努力，我国的电气化铁路得到迅速发展，电气化里程2001年末已达到了17000多km，跃居亚洲第一，世界第三，电气化率为24％。到2005年底，电气化里程已达到20000km，电气化率达到30％左右，到2010年，电气化里程将达到26000km，电气化率达到40％左右。1958年中国成功地生产出第一台电力机车，从采用引燃管整流器到硅整流器，机车性能不断改进和提高，到1976年制成韶山l型（SS1型）131号时已基本定型。成为中国电气化铁路干线的首批主型机车。1978年研制成功的SS3型机车，不仅改善了牵引性能，还把机车的小时功率从4200kW提高到4800kW，成为中国第二种主型电力机车。1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机车，它是国产电力机车中功率最大的一种（6400kW），已成为中国重载货运的主型机车。以后又陆续研制成功了SS5、SS6和SS7型电力机车。1994年研制成功了时速为160km的准高速四轴电力机车等。至此，中国干线电力机车已基本形成了4、6、8轴和3200kW、4800kW和6400kW功率系列的电力机车型谱。1999年，中国株洲电力机车厂生产出第一台时速超过200km的DDJ1型“子弹头”电力机车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高速列车的行列。我国交流传动机车的发展也正在起步，计划用10年的时间实现牵引动力从交－直传动到交流传动转换，使生产货运单轴功率1000kW～1200kW、客运单轴功率1200kW～1400kW的电力机车成为主流车。这对实现我国铁路重载、高速运输的跨越式发展目标将进一步起到积极的推动作用，将更显示电气化铁路运输的优越性。SS1型机车：SS1型电力机车是我国研制生产的首型电力机车，是交-直6轴客货两用电力机车，机车持续功率3780kW，最高速度90km/h，通过最小半径125m，计算质量138t。属于有级调速电力机车。SS3型机车：SS3型电力机车是株洲电力机车工厂于1978年设计研制的交-直6轴客货两用大功率干线电力机车，是我国电力机车第二代产品。1989年大批量生产。机