列车电力传动与控制课后习题参考答案文档格式.docx

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在交-直流传动电力机车中只有当调压资源用尽后才能开始实施磁场削弱调速

4．分析三段不等分半控桥电路的调压过程及输出关系、波形。

调压过程：

升压调压过程

第一段：

普通半控桥（大桥）首先工作，VT1、VT2触发导通，调节α1进行移相控制，直至其全开放，输出电压由零均匀地调至额定输出电压的一半。

此阶段中抽式半控桥（小桥1、2）始终被封锁，α2＝α3＝π，由VD3、VD4提供续流通路。

第二段：

保持普通半控桥VT1、VT2的全导通状态，α1＝0，中抽式半控桥中小桥1投入工作，小桥2仍然被封锁，触发VT3、VT4使其导通，调节α2进行移相控制，输出电压在1/2Ud基础上递增。

当VT3、VT4全开放时，α2=0，输出电压达到额定输出电压的3/4

第三段：

保持普通半控桥、小桥1处于全开放状态，小桥2投入工作，触发VT5、VT6导通，调节α3进行移相控制，输出电压将在3/4基础上递增。

当VT5、VT6全开放时，输出电压达到额定值。

至此，升高电压的调节过程全部结束。

降压顺序控制过程与上述升压控制过程相反。

输出关系：

第一段大桥：

0≤α1＜π，α2=α3=π

Ud=Ud1=1/4Ud0（1+cosα1）0≤Ud≤1/2Ud0

第二段大桥1：

0≤α2＜π，α1=0，α3=π

Ud2=1/8Ud0（1+cosα2）

Ud=Ud1+Ud2=1/8Ud0（5+cosα2）,1/2Ud0＜Ud≤3/4Ud0

第三段大桥2：

0≤α3＜π，α1=α2=0

Ud3=1/8Ud0（1+cosα3）

Ud=Ud1+Ud2+Ud3=1/8Ud0（7+cosα3）,3/4Ud0＜Ud≤Ud0

输出波形：

5.试述交-直流传动电力机车主电路的选择原则

原则：

1.若需要进行再生制动，整流电路必须采用全控桥式；

若需要电阻制动，可选用半控桥式；

2.客用机车采用无级磁削方式，货运机车采用有级磁削方式，一般为3级。

3.电气制动主要采用加馈电阻制动方式，唯有SS7/SS7B/SS7C采用再生制动；

4.货运机车基本都设置了无功功率补偿装置，客运机车没有5.牵引电动机主要采用串励方式，只有SS7系列采用复励方式；

6.绝大多数相控电力机车整流电路采用：

多段半控桥顺序控制电路。

7.内燃机车作为自备能源机车、电力机车/EMU为外接能源的动力系统。

6．电阻制动受哪些因素影响？

何谓加馈电阻制动？

简述加馈电阻制动的作用及过程。

影响因素有：

最大励磁电流限制；

最大制动电流限制；

黏着力限制；

牵引电动机换向条件限制；

构造速度限制。

加馈电阻制动：

为了改善电阻制动在低速时的制动特性，只要维持制动电流不随机车速度降低而下降，就可以改善低速时的制动能力。

维持制动电流不变，必须要有外部电源对制动回路补充供电，以使制动电流不变，实现低速恒制动力特性，这种方法称为加馈电阻制动。

IZ=（Ud+Ea）/RZ

要维持制动电流IZ不变，加馈电压Ud必须要与发电机感应电势Ea同步反向变化，即发电机输出电压减小多少就由Ud补充多少，直至加馈整流桥输出电压达到最大值为止，加馈制动功率达到最大值，加馈制动过程结束。

此后，电力机车将按照最大励磁电流特性进行制动。

7.分析全控与半控桥式整流电路在功率因数方面的差异及原因。

差异：

半控型桥式整流电路的功率因数高于全控桥式整流电路

原因：

全控型桥式整流电路在ωt=nπ~（nπ+α）这一段时期内，网侧电压、电流的极性是相反的，表明电源不向负载传递功率，而是负载在向电源反馈功率；

在ωt=（nπ+α）~（n+1）π期间，电路工作在整流状态，网侧电压、电流的极性相同，电源向负载传递功率。

由于电路不是单向传递电能，电源与负载之间存在往复传递功率过程，变压器输入、输出关系也相应发生变化，这将是全控型桥式整流电路功率因数低的主要原因。

半控型桥式整流电路在ωt=nπ~（nπ+α）这期间内，由于负载电流经二极管续流，变压器停止工作，其绕组中没有电流流过，电源不向负载提供功率，负载也不向电源反馈功率。

电源向负载单向传递电能，没有往复传递功率的现象，所以其功率因数较高。

8.电力机车整流负载电路所产生的谐波电流有哪些特征？

如何减小谐波电流？

电力机车整流负载电路所产生的谐波电流具有恒流源的特征。

为了减小注入电网的高次谐波电流分量，可适当增加机车主变压器的漏抗；

加装滤波器；

采取电力机车与变电所共同补偿的方式等

9.滤波器基波阻抗有哪些性质？

因为LC滤波器的谐振频率设计在3次和5次谐波上，所以它对与基波阻抗呈现容性，相当于容性负载

10.在滤波器设计中，滤波电容量如何确定？

补偿无功容量如何分担？

如果仅设计某次谐波滤波器则滤波电容量Cf≈QF/U2ω1

3次滤波器的电容量Cf3=（32-1）/U2ω132

5次滤波器的电容量（52-1）/U2ω152

如果设有3次和5次谐振滤波器，所取补偿的无功容量应由它们2个共同承担，并且基本上按滤波器电容量的大小比例分配Q3=QFQ5=QF

第二章

1.试述霍尔传感器的工作原理及应用范围。

工作原理：

霍尔传感器是利用半导体元件中的电磁效应（霍尔效应）而制成的。

在一个半导体基片上的3个互相垂直面作用有3个物理量：

控制电流Ic、磁场密度B和霍尔电压UH，当磁密的方向与霍尔元件平面垂直时，上述3个物理量之间的关系可表示为：

UH=KHIcB,当控制电流或磁场密度改变方向时，霍尔电势的极性也将发生改变。

应用范围：

霍尔传感器可应用于检测电流、电压、功率和磁场，也可用于数字式转速表和接近开关。

2.简述有静差系统与无静差系统的概念。

在闭环控制系统中，由于采用的调节器不同，控制系统的性能存在着很大差异。

若调节器采用比例（P）调节系统，系统在稳定时，反馈值与给定值之间总存在着偏差，将产生一个相应的静态误差，这类控制系统称为有静差控制系统；

若调节器中采用了积分（I）元件，系统在稳定时，反馈值与给定值之间没有偏差，可得到一个稳定的输出值，系统稳态误差为零，这类控制系统称为无静差控制系统。

3.何谓特性控制？

特性控制技术源于引进的8K型电力机车，经国产化以后广泛用于我国SS系列电力机车控制系统。

它是将恒电流控制和准恒速控制相结合，使机车牵引特性具有恒流起动和准恒速运行的双重性能。

4.试述电力机车转速、电流闭环控制系统的组成及控制原理

组成：

速度控制器、电流调节器、触发器、可控交流器、牵引电动机、电流检测、转速检测

控制原理：

它是基于“检测偏差，纠正偏差”模式。

电流控制为内环，转速控制为外环。

闭环控制系统主要由给定单元、检测单元、比较环节、调节控制器、可控变流器和被控对象等几部分组成。

给定单元提供司机控制命令的给定信号；

检测单元输出是与被调节对象的实际值成正比例关系的检测信号；

比较环节将司控制器给定信号与检测到的被调量信号进行比较，得到一个偏差信号，作为调节控制器的输入信号，由调节控制器产生对晶闸管整流器的控制信号，控制晶闸管的导通角，进而控制整流器的输出电压，即牵引电动机的输出电压，最终实现对被调量的控制。

5.试述影响电力机车牵引特性的主要因素及牵引特性的工作范围。

主要因素：

整流器、牵引电动机的特性、机车走行部结构参数及黏着状态

工作范围如下：

6.简述国产主型相控电力机车的基本（共同）特征。

第一代至第三代产品均为交-直传动方式，仅以调压调速方式和单轴功率等级来区分，第三代车型采用多段桥晶闸管相控无级调压技术，保有量较大，目前仍然为干线牵引主型电力机车。

而第四代电力机车产品的基本特征是以电传动方式来确定的。

交-直-交流传动是第四代产品标志，采用VVVF变频调速方式。

7.分析主型相控电力机车在三级磁削工况下的主电路。

货运相控电力机车采用三级电阻磁削电路。

以SS3B型电力机车磁削为例，分析其主电路。

为了降低牵引电动机主极绕组中的电流交变分量，改善其换向性能，在主极绕组的两端并联一组阻值为Ω的固定分流电阻（1~6）CXR，对主极磁场进行磁削，磁削系数为，将主极中电流的交变分量限定在25%以内，保证牵引电动机可靠换向。

当三段半控整流桥可控元件全导通或输出电压达到牵引电动机最高工作电压时，方可进行磁削。

此时整流器输出母线1、3号线之间的电压维持不变，牵引电动机电枢回路的连续保持不变，只在串励绕组C1-C2（阻值Ω，20℃）两端逐级并入磁削电阻，2组电阻可产生三级磁削：

Ⅰ级磁削电阻（11~61）CXR，阻值为Ω，通过电空接触器（11~61）CC闭合并入主极绕组，磁削系数为

Ⅱ级磁削电阻（12~62）CXR，阻值为Ω，通过（12~62）CC电空接触器闭合并入主极绕组，磁削系数为

Ⅲ级磁削是通过（11~61）CC和（12~62）CC电空接触器闭合同时并入，使磁削电阻（11~61）CXR与（12~62）CXR并联，总阻值为Ω（/=），磁削系数为

8.分析主型相控电力机车加馈制动电路

SS3B型电力机车采用限流准恒速特性控制的加馈电阻制动。

电阻制动时，牵引电动机需由串励方式改为他励发电机方式运行，并将6台牵引电机的励磁绕组串联起来，由励磁电源提供他励电流。

励磁电源由主变压器绕组a3-c3和半控整流桥VT17、VT18、VD13、VD14提供，整流桥输入电压198V（空载），通过控制VT17、VT18晶闸管导通角，实现对励磁电流的平滑调节，调节范围0~650A。

在制动回路中，各电机电枢绕组分别与对应的制动电阻（1ZR~6ZR，Ω）串联后，将各转向架中3台电机并联，再与半控整流桥大桥VT11、VT12、VD11、VD12（VT21、VT22、VD21、VD22）构成各自独立的制动电路，将列车的惯性能量转化为电能，通过制动电阻把电能再转化为热能并排向大气，达到减速或限速之目的。

制动时，要求发电机状态与电动机状态的电枢电流方向应一致，则要求在电阻制动工况下，主极绕组的电流与牵引时相反。

电阻制动工况下主回路与励磁回路如下图：

当SS3B型电力机车制动限流进入低速区（<

46km/h），励磁电流已达到最大550A（限制值），制动力达到最大值。

此后随着机车速度的降低，发电机的感应电势降低，制动电流及制动力也将减小，已无法维持在最大制动力下制动。

为了在低速区能获得最大制动力，改善低速区制动能力不足的问题，开始转入加馈电阻制动。

依靠半控整流桥（大桥）相控调压，对制动电路实施电流加馈，使半控整流桥输出加馈电压与发电机输出电势保持反向同步变化，即发电机电势减小多少，加馈电源电压升高多少，以维持制动电流恒定，制动力恒定，进行加馈电阻制动。

当半控整流桥晶闸管与完全开放时，机车速度达到19km/h，加馈制动功率达到最大值，加馈制动结束。

在19km/h以下，制动电流不再保持恒定，制动力先按照最大励磁电流限制线下降，直到速度为0时仍保持加馈制动电流50A。

SS3B型电力机车电阻制动特性如下图

9.分析主型相控电力机车接地保护电路的设置、特点及工作过程

对于按转向架独立供电的电力机车，接地保护装置按转向架来设置，只对该转向架上所属的电气