城市軌道交通電力牽引系統(tǒng).ppt

,城市軌道交通電力牽引系統(tǒng),城市軌道交通電力牽引系統(tǒng),第一節(jié)概述第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng)第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng)第四節(jié)城市軌道車輛用直流感應(yīng)電機(jī),第一節(jié)概述,一、軌道車輛電力牽引發(fā)展簡(jiǎn)介電力牽引是一種以電能為動(dòng)力牽引車輛前進(jìn)的牽引方式。軌道車輛通過受流器從架空接觸網(wǎng)或第三軌（輸電軌）接收電能，通過車載的變流裝置給安裝在轉(zhuǎn)向架上的牽引電機(jī)供電，牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，機(jī)械能通過齒輪傳給輪對(duì)，驅(qū)動(dòng)輪對(duì)在軌道上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)車輛前進(jìn)。,第一節(jié)概述,早期的電力牽引的軌道車輛采用直流電動(dòng)機(jī)，電機(jī)調(diào)速是采用改變串聯(lián)在電機(jī)上的電阻的大小來改變電機(jī)的端電壓的控制的方式，這種方式對(duì)電能的浪費(fèi)大。以后由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電力電子變流技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，直流牽引普遍采用斬波調(diào)壓的方式。直流電動(dòng)機(jī)存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作可靠性差、制造成本高、維修麻煩的缺點(diǎn)，故隨著交流電機(jī)控制理論和大功率電力電子元器件制造技術(shù)的發(fā)展，采用交流電機(jī)牽引的交流傳動(dòng)技術(shù)迅速崛起，使軌道車輛電力牽引技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。,第一節(jié)概述,二、軌道交通電力牽引系統(tǒng)的主要類型軌道交通電力牽引供電制式：直流：600、750、1500、3000V交流：6250、15000、25000V軌道交通電力牽引系統(tǒng)分為：1、直流電力牽引系統(tǒng)直流直流2、交流電力牽引系統(tǒng)（1）、直流交流（2）、交流直流交流,第一節(jié)概述,三、軌道交通車輛的電力牽引結(jié)構(gòu)與特性（一）、有軌電車（二）、電動(dòng)車組1、鐵路干線電動(dòng)車組2、城市軌道交通電動(dòng)車組（三）、特種電動(dòng)車1、獨(dú)軌2、采用橡膠車輪的輕軌3、磁浮列車,第一節(jié)概述,四、電動(dòng)車組牽引特性電動(dòng)車組在每個(gè)站間區(qū)間內(nèi)，從啟動(dòng)加速運(yùn)行到制動(dòng)減速最后停車其速度和牽引力的變化曲線見下圖。,第一節(jié)概述,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),一、直流電機(jī)（一）、直流電機(jī)的組成（二）、直流電機(jī)的工作原理（三）、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式（四）、直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),請(qǐng)按右圖糾正教材P185圖8-8中的錯(cuò)誤,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),二、直流牽引調(diào)速系統(tǒng)直流牽引調(diào)速系統(tǒng)按電源性質(zhì)分為：直-直流牽引系統(tǒng)（教材P183圖8-2）交-直流牽引系統(tǒng)（教材P187圖8-11）改錯(cuò)：,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),（一）、直流牽引電動(dòng)機(jī)的基本調(diào)速方法直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),（一）、直流牽引電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本形式：1、調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的端電壓（1）、變阻調(diào)壓通過調(diào)節(jié)串入電機(jī)回路的電阻的大小來改變電動(dòng)機(jī)的端電壓以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。調(diào)節(jié)電阻的方法又分兩類：有觸點(diǎn)式開關(guān)調(diào)阻無觸點(diǎn)斬波調(diào)阻這種調(diào)壓方式在電阻中消耗了大量的電能。,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),（2）、斬波調(diào)壓在電路中接入能有規(guī)則地導(dǎo)通和關(guān)斷的斬波器，則可以減低直流電動(dòng)機(jī)兩端的平均電壓。電動(dòng)機(jī)兩端電壓的平均值為：,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),只要調(diào)節(jié)導(dǎo)通比，即可調(diào)節(jié)平均電壓。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，斬波器中的斬波元件經(jīng)歷了以下的發(fā)展過程：晶閘管可關(guān)斷晶閘管（GTO）絕緣門極晶閘管（IGBT）斬波元件的發(fā)展，推動(dòng)了斬波器向電路簡(jiǎn)潔、控制簡(jiǎn)單、輕型化方向發(fā)展。,第二節(jié)直流電力牽引系統(tǒng),2、調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通采取匝數(shù)短路法和分路電流法可以減小牽引電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流從而減小主極磁通，以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),一、交流電機(jī)（一）、三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)（二）、三相異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理（三）、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),二、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)三相交流電機(jī)調(diào)速方法可以分為：改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)供電頻率其中只有調(diào)節(jié)供電頻率的方法是理想的方法。,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),在變頻調(diào)速的交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，按供電制式的不同，可分為：直流交流交流直流交流城市軌道交通多采用直流交流方式，干線鐵路則采用交流直流交流的方式。由此可見，將直流電轉(zhuǎn)變成頻率可變的交流電就是交流傳動(dòng)的關(guān)鍵所在。將直流電轉(zhuǎn)變成頻率可變的交流電的設(shè)備稱為逆變器。,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),在車輛牽引的開始階段，保持氣隙磁通為常數(shù)，改變供電頻率可以使電動(dòng)機(jī)的最大扭矩基本不變，達(dá)到加速運(yùn)行的目的。,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),而在隨后的牽引階段，保持電壓不變而改變頻率，則最大扭矩隨著頻率的上升而下降，實(shí)現(xiàn)恒功率控制。,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),三、交流傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù)用在交流變頻調(diào)速傳動(dòng)中的逆變器實(shí)際上是變壓變頻器，變壓（VariableVoltage）,簡(jiǎn)稱VV，變頻（VariableFrequency）,簡(jiǎn)稱VF，故變壓變頻器簡(jiǎn)稱為VVVF裝置。VVVF技術(shù)又分為兩種：一種是脈沖幅值調(diào)制，稱為PAM（PulseAmplitudeModulation),變壓變頻分開完成。,第三節(jié)交流電力牽引系統(tǒng),VVVF技術(shù)又分為兩種：一種是脈沖幅值調(diào)制，稱為PAM（PulseAmplitudeModulation),變壓變頻分開完成。另一種是脈沖寬度調(diào)制，稱為PWM（PulseWidthModulation),變壓變頻集中在逆變器中一起完成，這是隨著快速半導(dǎo)體開關(guān)元件GTO、IGBT等的發(fā)展的結(jié)果。,第四節(jié)城市軌道交通用直線感應(yīng)電機(jī),一、直線感應(yīng)電機(jī)的基本原理將三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子沿徑向剖開后攤開成直線，原來轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就轉(zhuǎn)變稱為直線運(yùn)動(dòng)。但要長(zhǎng)時(shí)間地維持這一運(yùn)動(dòng)，就必須有足夠長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子或定子，因而出現(xiàn)了兩種基本類型：短定子電機(jī)和長(zhǎng)定子電機(jī)。,第四節(jié)城市軌道交通用直線感應(yīng)電機(jī),二、采用直線電機(jī)車輛的運(yùn)行原理用于軌道交通的直線電機(jī)一般都是短定子直線電機(jī)。將定子（初級(jí)）安裝在轉(zhuǎn)向架底部中央，而在軌道中央設(shè)置長(zhǎng)長(zhǎng)的稱之為反應(yīng)板的次級(jí)，初級(jí)和次級(jí)之間保持一定的氣隙，在初級(jí)中通入交流電后就能帶動(dòng)車輛沿軌道作直線運(yùn)動(dòng)。,第四節(jié)城市軌道交通用直線感應(yīng)電機(jī),三、采用直線電機(jī)的車輛的特點(diǎn)：1、直線電機(jī)是扁平形狀，沒有旋轉(zhuǎn)部件，不需要齒輪傳動(dòng)，因而可以采用小直徑車輪，以降低地板高度。這樣就有利于車輛小型化，因而使隧道斷面面積大大減小，從而降低建設(shè)成本。2、車輛不依靠輪軌的粘著來產(chǎn)生牽引力和制動(dòng)力，故爬坡能力很大，可以達(dá)到80。3、車輪只起支撐及導(dǎo)向的作用，故可以做成車輪獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的徑向轉(zhuǎn)向架，使車輛能夠行走在更小的彎道上。采用小彎道和大坡道可使選線的自由度大大提高，便于節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。,第四節(jié)城市軌道交通用直線感應(yīng)電機(jī),4、車輛沒有齒輪減速裝置，所以噪音小，保養(yǎng)維修工作量減少。同時(shí)由于采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪，通過彎道時(shí)磨耗和噪音都能減小。5、直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比較，效