《机车车辆传动与控制》作业参考答案.docx

1、机车车辆传动与控制作业参考答案机车车辆传动与控制作业参考答案（0-2章）一、名词解释：1.加馈电阻制动：为了改善电阻制动在低速时的制动特性，须维持制动电流不随机车速度降低而下降。要维持制动电流不变，必须要有外部电源对制动回路补充供电，以使制动电流（电枢电流）不变，实现低速恒制动力特性，这种方法称为“加馈电阻制动”。在电力机车电阻制动中，加馈电源由主变压器和主整流桥相控输出整流电压Ud提供，对制动回路实施电流加馈，以维持制动电流不变，即达到恒制动力特性。，要维持制动电流不变，加馈电压必须要与发电机感应电势同步反向变化，即发电机输出电压减小多少就由Ud补偿多少，直至加馈整流桥输出电压达到最大值为止

2、，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。2.电阻制动：电阻制动属动力制动，是利用电机的可逆原理，将牵引电动机改为他励发动机运行，将列车的惯性能量转化为电能的一种非摩擦制动方式，在动力轴上产生与列车运行方向相反的阻力性转矩，阻碍列车运行，对列车实施制动。电阻制动将发电机输出的电能消耗在制动电阻上，以热能的形式散失掉。3.牵引特性：机车牵引特性是指机车轮周牵引力F与机车速度v之间的关系，即F=f(v)，它是表征机车性能的重要指标，是列车运行牵引计算的依据。4.（相控电力机车）特性控制：特性控制是目前广泛用于国产机车上的一种控制方式。它是恒流控制和准

3、恒速控制的结合，即机车牵引特性具有恒流启动和准恒速运行的双重性能。二、简答题：1.简述列车电力传动系统的基本组成及其功能。答：列车电力传动系统一般由能源供给单元、变换单元、动力输出单元和控制单元等部分组成。列车电力传动系统的基本组成如下图所示。能源供给单元：系统提供适当的工作能源，一般有一次能源石油和二次能源电能。一次能源主要为柴油，二次能源电能通过接触网线提供；变换单元是将工作能源通过相应的装备变换成动力输出单元（负载）所需要的电能，提供给动力输出单元。柴油机将一次能源柴油转换为机械能，拖动牵引发电机组工作产生电能。接触网线上的二次能源电能通过车载受电装置引入车内，经变流环节变换为合适的电能

4、，供给动力输出单元；动力输出单元主要由牵引电动机、传动装置和转向架轮对组成，牵引电动机接受电能并将其转换为机械能从转轴上输出，通过传动机构带动车轮旋转，在轮轨之间产生牵引力，牵引列车运行；机车车辆传动与控制作业参考答案（3-4章）一、名词解释：1.转差率：旋转磁场的转速n1与转子转速n的差值称为转差，用n表示。转差n与同步转速n1的比值称为转差率，用s表示，即：转差率是表征感应电动机运行状态的一个重要参量。一般情况下，异步电动机的转差率变化不大，空载时约为0.5，额定负载时约为5，异步牵引电动机的转差率一般小2。2.转差频率：转差频率就是转差对应的频率，即3.电流型牵引变流器：交-直-交流传动

5、系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。4.电压型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及

6、控制装置组成。整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。5.两电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。6.三电平式逆变器：逆变

7、器将直流转换为交流。三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，即输出相电压为三种电平。7（异步牵引电动机）恒磁通调速：根据交流电动机定子绕组感应电势公式当电源电压一定时，如果降低频率，则主磁通要增大，基频（额定频率）以下主磁通增加势必使主磁路过饱和，励磁电流增加，铁心损耗也相应增加，这是不允许的。为此调频时一定要调节电势，保持感应电势与频率的比值不变，即可保持主磁通不变。8（异步牵引电动机）恒功率调速：在恒磁通控制中，随着频率和转速的上升，电压U1也相应提高，牵引电动机的输出功率增大，但电压的提高受到电动机功率或逆变器最

8、大电压的限制。通常调节频率大于基准频率f1f1N时，即当电压提高到一定数值后维持不变或将不再正比于f1上升，此后电动机磁通开始减小，将进入恒功率控制方式。由于 由此可见，电动机按恒功率运行，电压与频率的调节可采用两种不同的方式，即U1=C，s=C的调节方式和f2=C，U12/f 1=C的调节方式。二、简答题：1.简述异步牵引电动机的特点。答：异步电动机传动系统与传统的串励直流电动机传动系统相比，在牵引性能（机械特性)、绝缘、耐热、耐潮、黏着、维修、效率、重量、尺寸等方面，都有优越的表现。（1）良好的牵引性能：调节控制交流传动系统的调频特性可显著提高机车启动转矩，合理地利用传动系统的调压、调频特

9、性，可以实现宽范围的平滑调速，提高列车在高速区的功率利用、恒功率调速比。（2）异步牵引电动机构造简单，动力学性能好：交流异步牵引电动机是目前所有电动机中结构最简单的电动机，除轴承外没有其他机械接触部分，电动机转速可达到4000 r/min以上，试验转速甚至可达7000 r/min，这是直流电动机望尘莫及的。由于异步牵引电动机结构紧凑、重量轻，可采用特殊的悬挂装置，簧下质量小，对轨道的冲击力小，使其传动系统具有良好的动力学性能。（3）功率大、体小质轻：异步牵引电动机没有换向器，在相同的几何空间内，能够做到功率大、质量轻。与直流（脉流）牵引电动机相比，其单位质量千瓦数（kW/kg）是直（脉）流电动

10、机的23倍，异步电动机的功率可达到12002000 kW。单位功率质量指标已从3 kg/kW降到1.7 kg/kW，在高速动车组上采用的异步牵引电动机，最先进的指标已达到了1 kg/kW。（4）动态性能和黏着利用好：由于交流异步牵引电动机有较硬的自然特性，当某台电动机发生空转时，随着转速的上升（上升值不大），转矩很快降低，具有很强的恢复黏着（机车黏着利用）的能力。（5）可靠性高、维修简便：交流异步牵引电动机无换向器、无电刷装置，除轴承外无摩擦部件，密封性好，防潮、防尘、防雪性能好，绝缘性能和耐热性好，因此故障率低，可靠性高。控制装置采用模块化结构，故障率很低。电路系统几乎全由无触点的电子元件组

11、成，所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、黏结、接触不良、机械卡滞等问题。交流传动列车配有完备的微机网络监视系统和故障诊断系统，可随时监视系统的技术状态，进行故障诊断。由此可知，交流传动系统的可靠性是很高的，维修量很小，且维修简便，维修费用低。2.简述电力牵引交流传动技术组成。答：电力牵引交流传动技术由核心层技术、辅助层技术和相关层技术三部分组成。核心层技术主要包括牵引变流器技术、牵引控制及其网络控制技术、交流牵引电动机技术和牵引变压器技术；辅助层技术主要包括冷却与通风技术、辅助变流器技术、控制电源技术、保护技术和电磁兼容与布线技术；相关层技术主要包括司机操纵技术、车体轻量化技术、转向架技术

12、、空气制动技术和高压侧检测技术。3.简述列车交流传动系统分类。答：列车交流传动系统按照功率等级、供电方式和列车类型来分类如下。 4.简述牵引变流器的类型及特点。答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源；电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。 根据逆变器输

13、出交流侧相电压的可能取值情况，将电压型逆变器分为两电平式和三电平式。两电平式逆变器，可以把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需要更多的器件。在交流传动领域，当中间电路直流电压U2.72.8 KV时，主电路中变流器通常采用两电平式电路；当U3KV时，宜采用三电平式电路结构。5.简述电压型四象限脉冲整流器的基本工作原理。答：图1为忽略变压器牵引绕组电阻RN的脉冲整流器简化的等效电路。变压器牵引绕组的输出电压为uN 、漏电感为LN

14、图1 脉冲整流器的简化等效电路脉冲整流器的电压矢量平衡方程为：式中 UN为二次侧牵引绕组电压相量IN为二次侧牵引绕组电流的基波相量 Uab为调制电压的基波相量。当UN一定时，IN的幅值和相位仅由Uab的幅值及其与UN的相位差来决定。改变基波相量Uab的幅值和相位，就可以使IN与UN同相位或反相位。在牵引工况下，IN与UN的相位差为0，该工况下的相量图如图2（a）所示，此时Uab滞后UN；而对于再生制动工况， IN与UN的相位差为180，该工况下的相量图如图2（b）所示，此时Uab超前UN，电机通过脉冲整流器向接触网反馈能量。图2 脉冲整流器简化基波相量图由四象限脉冲整流器等效电路及相量图,有：

15、式中 k变压器短路阻抗电压的标幺值，牵引变压器一般取0.30.35M整流器的调制度，一般取M=0.80.9 Ud直流侧输出电压由上式计算可得到 由此可见，Ud与UN成正比关系，与整流器的调制度M成反比关系。6.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。答：两电平脉冲整流器采用SPWM调制。理想电子开关的状态选择，通过PWM过程中调制波与载波间的相互关系产生，在调制波与载波交点时刻控制电路中开关元件的通断，按照A、B两端分别产生相应的开关状态值。A、B两端的调制信号相位相反，而载波信号相位相同，也可共用一个载波信号。调制方式如图所示。两电平PWM信号调制方式当A端调制波urAuc，电子开关SA=l，否则SA=0。当B端调制波urBuc，电子开关SB=1，否则SB=0。控制单元是电力传动系统的中枢神经部分，承担着整个系统各单元内部及相互间的控制和通信任务。 列车电力传动系统基本组成框图2.简述列车电力传动系统的基本类型。答：列车电力传动系统的基本类型如下图所示。3.分析相控电力机车传动系统电气线路的类型及作用。答：相控电力机车传动系统电气线路按其功能作用可分为主电路、辅助电路和控制电路三大部分。电力机车主电路是高电压、大电流的大功率动力回路，是产生牵引力和制动力的主体电路，具有功率大、控制复杂、工作条件恶劣及空间受限制等特点。主电路的结构、性能在很大程度上决定着电力机车