【PPT】电力机车控制(精)

电力机车控制一、电力机车概述电力牵引在铁路运输中的地位、发展方针：大力发展电力牵引和内燃牵引，以电力牵引为主。发展：1879年5月31日第一条电气化铁路问世、1958年韶山1型问世。电力牵引的特点及优越性特点：1．功率大2．速度高3．效率高4．过载能力强优越性：1．运输能力强2．经济效果显著3．合理利用能源4．劳动条件好5．加强了行车安全6．有利于实现城乡的电气化中国电力机车的研制开始于1958年。当时的铁道部田心机车车辆工厂，也就是现在的株洲电力机车工厂在协助湘潭电机厂制造工矿电力机车的同时，设计并试制铁路干线电力机车。1958年12月28日，中国第一台干线铁路电力机车试制成功，命名为6Y1型。1968年，经过对6Y1型10年的研究改进，在中国半导体工业发展的条件下，将引燃管整流改为大功率半导体整流，试制出韶山1型，代号SS1。1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台。机车持续功率3780kW，最大速度90km/h，车长19400mm。韶山1型电力机车获全国科学大会奖。1969年，株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车，代号SS2。株洲电力机车工厂1978年设计试制的大功率电力机车韶山3型客货两用干线电力机车、代号SS3。1989年开始批量生产至今。韶山3B型重载货运电力机车，代号SS3B。株洲电力机车厂2002年在SS系列机车的设计平台上开发的一种12轴重载货运电力机车。韶山4型干线货运电力机车，代号SS4。株洲电力机车工厂1985年设计试制的8轴货运电力机车。最大速度100km/h。韶山4改进型电力机车，代号SS4G。是在SS4、SS5和SS6型电力机车的基础上，吸收了8K机车一些先进技术设计的。韶山5型准高速电力机车，代号SS5。为准高速铁路试制的样车。韶山6型干线客货运电力机车，代号SS6。株洲电力机车工厂制造的国际招标中标机车。机车功率持续4800kW，最大速度100km/h，车长20200mm。韶山7型干线客货两用电力机车，代号SS7。是大同机车工厂自行研制开发的新型电力机车，该机车填补了我国山区小曲线区段线路客、货运电力机车的空白，荣获国家级科技进步二等奖及铁道部科技进步一等奖。韶山7B型重载货运电力机车，代号SS7B。大同机车厂1996年设计完成，1997年试制成功的一种新型的重载货运电力机车。韶山7D型客运电力机车，代号SS7D。由大同机车厂、株洲电力机车研究所、成都机车车辆厂联合研制的适应我国铁路提速需要的新产品，是目前国内技术水平最为先进的交直传动客运电力机车。韶山7E型客运电力机车，代号SS7E。是最新开发的客运机车。韶山8型快速客运机车，代号SS8。株洲电力机车厂于1994年研制成功，填补了我国快速客运电力机车的空白，目前成为我国快速客运的主型机车。曾创造了中国铁路机车的最高速度240km／h。韶山9型干线客运电力机车，代号SS9。以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。机车功率持续4800kW，最大速度170km/h。“春城”号电动车组，长春客车厂为迎接“99”昆明世界园艺博览会开发制造的中国首列商业运行电动车组。该电动车组为无污染的环保型绿色交通工具。具有普通旅客列车所无法比拟的灵活编组、机动开行的优点，又具有公路交通工具无法比拟的速度快、运量大、效率高、投资省、安全性好的优点。动车组总功率为2160kW，设计速度120km/h。“先锋”号交流传动电动车组，是南京浦镇车辆厂负责总体研制的我国第一列交流传动动力分散电动车组，首列电动车组命名为“先锋”号。列车运营速度200km/h，最高试验速度250km/h，总定员424人。“中原之星”交流传动电动车组，适用于中、短途快速旅客运输。由株洲电力机车厂、四方机车车辆股份有限公司、株洲电力机车研究所三家单位联合研制生产。首列动车组于2001年10月生产下线，配属郑州铁路局，于郑武线上运营。最高运营速度160km/h，总定员1178人。“大白鲨”高速电动车组，株洲电力机车厂研制的中国第一台正式进入高速领域的动力集中式高速动车组，是我国强大机车家族的又一精心完美之作。最大速度200km/h。“蓝箭”交流传动高速电动车组是为满足广深线“小编组、高密度、高速度”的公交化客运要求，由株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所、长春客车厂和广铁集团于2000年共同研制的新一代交流传动高速电动旅客列车组。基本编组定员为421人，连挂编组定员约800人。最大速度220km/h。“中华之星”高速电动车组，该电动车组将成为我国京沈快速客运通道的主型列车及未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车。列车最高运营速度可达270km/h，是目前我国商业运行时速最快的电动车组。2002年11月27日，“中华之星”在秦沈客运专线综合试验中，成功创造了中国铁路的最高速度321.5km/h。该动车组广泛地采用了国内、外的先进技术，列车的整体技术性能达到国外同类产品的先进水平。中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是２００１年３月１日开工建设的上海磁悬浮列车示范线。２００２年３月，这条磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工。磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨，采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高速行驶，从而取消了受电弓。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道保持一厘米左右距离，处于一种“若即若离”的状态。由于避免了与轨道的直接接触，行驶速度也大大提高，其正常的运营速度可以达到每小时500公里。一、电力机车概述电力机车的分类1．按用途可分为（1）客运电力机车（2）货运电力机车（3）客货两用电力机车（4）调车电力机车2．按传动形式不同可分为（1）具有个别传动的电力机车（2）具有组合传动的电力机车一、电力机车概述3．按机车轴数不同可分为4轴、6轴、8轴等电力机车。4．按电流制不同可分为（1）直流电力机车（2）交流电力机车单相低频制（25Hz、Hz）单相工频制（50Hz）①整流器式电力机车②无整流子牵引电动机电力机车二、直流电力机车工作原理直流电力机车是最简单的一种电力机车，采用直流电源和直流串励牵引电动机。现在主要用于各种工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车。图示为一般工矿用直流电力机车结构示意图。接触网直流电—受电弓—短路器QD—启动电阻R—M1~M4—钢轨—变电所—接触网。牵引电机得电旋转，把电能转变为机械能，产生牵引力。QDRRM1M2M3M4三、直流电力机车的特点1、结构简单，造价低，经济性好。2、牵引性能好，调速方便。3、控制简单，运行可靠。4、供电效率低。5、基建投资大。6、有级调速。四、直流电力机车的基本特性直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特性、效率特性。1、速度特性机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车速度特性。速度特性表达式：V=πD/60μ*（UD—IaΣR）/CeΦ=（UD—IaΣR）/CvΦ2、牵引力特性机车轮周牵引力与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车牵引力特性。机车牵引力特性表达式：Fk=m/1000ή*CvΦIa（KN）3、牵引特性机车轮周牵引力与运行速度的关系，称为机车牵引特性。机车牵引特性表达式：Fk=m/1000*（UDIa/V）*ήdήc（KN）4、效率特性机车效率是指机车输出功率与机车输入功率的比值，也就是机车轮周功率与机车受电侧电功率的比值。交－直－交电力机车工作原理交－直型电力机车工作原理一、整流器式电力机车原理二、整流器电力机车的工作特点整流器电力机车是一个集变压、变流、牵引为一体的综合装置。对一定功率的电能，可以小电流传送，可减少导线截面积，节省有色金属，也可降低能耗。由于机车内设有变压器，调压十分方便，牵引电动机的工作电压不再受接触网电压的限制，可以选择最有利的工作电压，使牵引电动机的重量／造价比降低，工作更为可靠二、整流器电力机车的工作特点牵引电动机采用适合牵引的串励电动机，可以获得良好的牵引性能和启动性能，尤其启动时采用调节整流电压的方式，省略了启动电阻，不仅减轻了电气设备的重量、降低了启动能耗，而且改善了电力机车的启动性能，提高了机车的运行可靠性。由于整流器电力机车整流装置输出电压为一脉动电压，因而流过牵引电动机的电流是一脉动电流。脉动电流不仅使牵引电机的损耗增加，而且使牵引电机换向恶化，因此在整流器电力机车上需装设平波电抗器和固定分路电阻以限制电流的脉动，改善电动机的工作条件。同时，在牵引电动机的结构上亦作了特殊设计。三、整流器电力机车的基本特性1、整流外特性影响端电压的因素：–整流回路电阻引起的压降。–整流回路阻抗引起的压降(包括变压器二次侧绕组的漏抗)。–整流线路换相引起的平均整流输出电压降低。–整流元件的阈值电压压降。假定：接触网阻抗为零(即不计接触网阻抗压降)。接触网电压保持恒值。在上述假定下，当变压器二次侧绕组输出电压固定时，牵引电动机的端电压只随负载电流的变化而变化，即称为牵引电动机的外电压特性。三、整流器电力机车的基本特性2、速度特性3、牵引力特性4、牵引特性5、机车总效率特性四、交(直)交型整流器电力机车工作原理①环节——整流电路的基本作用是将交流电转换为直流电。实现电路可以是不可控整流桥、相控整流桥、四象限脉冲变流器。②环节——直流环节滤波器的基本作用是平滑A处的纹波(脉动)，消除或减少谐波含量(5次谐波)，改善机车的功率因数。四、交(直)交型整流器电力机车工作原理③环节——逆变器用于将直流电转换为三相交流电，同时为了机车调速的需要，它应具有：较宽的调频范围和调压范围，一般采用正弦波脉宽调制(PWM)。随着电力半导体器件(GTO)的开发，可以采用电压相量(VVCPWM)，降低电机损耗，减少网压波动的影响。四、交(直)交型整流器电力机车工作原理④环节——平波电抗器有三大作用，即降低电机、电缆中高频成分，控制噪声传播，抑制电机启动过程中的谐波分量，使频繁断开电机电路时不损坏变频器，三者通过三相霍尔电流传感器对变频器输出端采取完善的短路保护措施。五、系统的工作特点功率/体积比大交流电机维修量小机车具有优异的牵引和制动性能简化主电路课题三电力机车调速原理电力机车调速的基本要求电力机车的调速方式具有交流牵引电动机机车的调速方法磁场削弱系数磁场削弱的方法磁场削弱下的机车特性及其应用一、电力机车调速的基本要求宽广的调速范围。冲击力小，牵引力变化平滑。调整经济。运行可靠，控制简单，操作方便。二、电力机车的调速方式具有直(脉)流牵引电动机机车的调速方法–改变牵引电动机回路电阻R–改变牵引电动机的端电压UD–改变磁通量Φ二、电力机车的调速方式具有交流牵引电动机机车的调速方法三相异步电动机的转速理论上的调速方法：–改变定子极对数–应用异步电动机的串接联接法–改变牵引电动机转子电路中起动电阻阻值–改变异步电动机的供电频率–实际常用方法(4)三相同步牵引电动机的调速方法和直流电动机的相同。三、磁场削弱系数在同一牵引电动机电枢电流下，磁场削弱后(削弱磁场)牵引电动机磁势与磁场削弱前(满磁场)牵引电动机磁势之比。%ININβmβ四、磁场削弱的方法改变励磁绕组的匝数mNN四、磁场削弱的方法改变励磁绕组的电流–电阻分路法mII11RRRIIIRLL四、磁场削弱的方法改变励磁绕组的电流–磁感应分路法mII–无级磁场削弱法(%)aamNIINININ五、磁场削弱下的机车特性及其应用削弱磁场时机车的速度特性削弱磁场时机车的牵引力特性削弱磁场时机车的牵引特性