機(jī)車點(diǎn)傳動(dòng)與控制

機(jī)車電傳動(dòng)與控制

（上海工程技術(shù)大學(xué)）

姓名

：王承宇

學(xué)號(hào)：M0102121301電力牽引傳動(dòng)與控制系統(tǒng)概述

系統(tǒng)組成與功用 系統(tǒng)分類 發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

2一、系統(tǒng)組成、功用及特點(diǎn)

1.機(jī)車電傳動(dòng)裝置1.1傳動(dòng)裝置：內(nèi)燃機(jī)車原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)，從柴油機(jī)的曲軸到機(jī)車車輪之間，有一套數(shù)比可變的中間環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)稱為傳動(dòng)裝置。1.2傳動(dòng)裝置的分類：機(jī)械傳動(dòng)（直接嚙合）、液力傳動(dòng)（扭轉(zhuǎn)器）、電傳動(dòng)（帶電機(jī)）三種方式。31.3柴油機(jī)工作特性及機(jī)車牽引特性分析A柴油機(jī)負(fù)能工作在一定轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速比小，而機(jī)車速度從0——120KM/H數(shù)比比較大。B柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是固定不變的，機(jī)車運(yùn)行需要變更方向。C柴油機(jī)輸出功率隨轉(zhuǎn)速成正比，而轉(zhuǎn)矩變化不大。機(jī)車運(yùn)行時(shí)，隨時(shí)發(fā)揮最大功率，其牽引力與機(jī)車速度成反比(牛特性）。D柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)和負(fù)載脫開(kāi)，需外力拖動(dòng)。所以柴油機(jī)曲軸與車輪之間必須設(shè)一個(gè)速比可變的中間環(huán)節(jié)——傳動(dòng)裝置。4

2.機(jī)車電力傳動(dòng)與控制系統(tǒng)組成內(nèi)燃機(jī)車：柴油機(jī)控制系統(tǒng)牽引發(fā)電機(jī)變流器牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪箱與動(dòng)輪電力傳動(dòng)與控制系統(tǒng)圖1-1a5變流器介紹變流器(converter)是使電源系統(tǒng)的電壓、頻率、相數(shù)和其他電量或特性發(fā)生變化的電器設(shè)備。包括整流器（交流變直流<AC/DC>）、逆變器（直流變交流<DC/AC>)、交流變流器(交流變頻器<AC/AC>)和直流變流器（直流斬波器<DCChopper>）。6

電力機(jī)車（交流供電）：

電網(wǎng)，受電弓控制系統(tǒng)牽引變壓器變流器牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪箱與動(dòng)輪電力傳動(dòng)與控制系統(tǒng)圖1-1b73.功用及特點(diǎn)功用及特點(diǎn)：電傳動(dòng)裝置：是柴油機(jī)與車輪之間設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電器控制裝置等設(shè)備組成的之間環(huán)節(jié)。特點(diǎn)：傳動(dòng)功率大、起速快、功率高、成本高。8

二、系統(tǒng)分類

按電流制式不同分為三大類：直-直電力傳動(dòng)系統(tǒng)交-直電力傳動(dòng)系統(tǒng)交-直-交電力傳動(dòng)系統(tǒng)交流傳動(dòng)系統(tǒng)｝直流傳動(dòng)系統(tǒng)9直-直電力傳動(dòng)系統(tǒng) 內(nèi)燃或電力機(jī)車采用直流牽引發(fā)電機(jī)或直流電網(wǎng)直接向數(shù)臺(tái)直流牽引電動(dòng)機(jī)供電的傳動(dòng)方式。調(diào)速性能優(yōu)良，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔。直流牽引電機(jī)造價(jià)較高，但可靠性、維護(hù)性相對(duì)較差。受直流電機(jī)換向條件和機(jī)車限界、軸重等限制，主發(fā)電機(jī)單機(jī)功率受到限制。一般在2200KW以下。車型：DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。

圖1-4內(nèi)燃機(jī)車直-直電傳動(dòng)10交-直電力傳動(dòng)系統(tǒng) 內(nèi)燃或電力機(jī)車采用交流牽引發(fā)電機(jī)或單相交流網(wǎng)及變壓器，通過(guò)整流器向數(shù)臺(tái)直流牽引電動(dòng)機(jī)供電的傳動(dòng)方式。 采用三相交流同步發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，重量輕，造價(jià)較低。 適用于大功率機(jī)車。 車型：DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。

圖1-5內(nèi)燃機(jī)車交-直電傳動(dòng)11交-直-交電力傳動(dòng)系統(tǒng) 內(nèi)燃或電力機(jī)車采用交流牽引發(fā)電機(jī)或單相交流電網(wǎng)及變壓器，經(jīng)整流器將交流電變換成直流，再通過(guò)逆變器將直流電變換成頻率和幅值按列車運(yùn)行控制要求變化的交流電，向數(shù)臺(tái)交流牽引電動(dòng)機(jī)供電的傳動(dòng)方式。圖1-6a內(nèi)燃機(jī)車交-直-交電傳動(dòng)

采用交流牽引電機(jī)，徹底克服了直-直系統(tǒng)的不足，重量輕，造價(jià)低，可靠性及維修性好良好的粘著性能 適用于大功率控制系統(tǒng)復(fù)雜車型：DF4DAC,NJ1,DJ，DJ2，DJJ1（藍(lán)箭），DJ4，CRH等12交-直-交電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)

圖1-6b電力機(jī)車交-直-交電傳動(dòng)13

三、發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外機(jī)車：大功率（內(nèi)燃）機(jī)車電力傳動(dòng)與液力傳動(dòng)兩種主要傳動(dòng)方式的演變與發(fā)展 主要趨勢(shì)：電力傳動(dòng)14德國(guó)：液力傳動(dòng)機(jī)車創(chuàng)始國(guó)，但60年代起轉(zhuǎn)向研制交流傳動(dòng)。1971年成功推出DE2500交-直-交內(nèi)燃機(jī)車。日本：液力傳動(dòng)機(jī)車主要生產(chǎn)和使用國(guó)（主要由于軸重限制原因）。但隨著電氣化和交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，正大力普及電力傳動(dòng)（動(dòng)力分散型為主）。英國(guó)：內(nèi)燃化初期兩種傳動(dòng)方式并存發(fā)展，1962為配合鐵路全盤電氣化，英國(guó)鐵路總局宣布不再生產(chǎn)液力機(jī)車。美國(guó)：1925年制造出第一臺(tái)直流電傳內(nèi)燃機(jī)車，之后幾乎全部生產(chǎn)電傳機(jī)車。中國(guó)：80年代末基本停止了大功率液傳機(jī)車的生產(chǎn)資陽(yáng)，二七，四方轉(zhuǎn)產(chǎn)電傳機(jī)車），確定了主要發(fā)展電力傳動(dòng)的方針。15電力傳動(dòng)形式的發(fā)展：

直-直

―

交-直

―

交-直-交

發(fā)展趨勢(shì)：大功率、電力牽引、交流傳動(dòng) 大功率―單軸功率1100-1600KW 高性能―恒功速比≥2.5，高粘著利用 節(jié)能―低損耗，高效率，功率因數(shù)≈1.0 可靠性高，維護(hù)性好，諧波干擾小1620-60年代初：世界各國(guó)，直-直形式，功率<2200KW。 （30多年?。?1964：法國(guó)首創(chuàng)交-直內(nèi)燃機(jī)車BB67036。開(kāi)創(chuàng)了交-直 傳動(dòng)和大功率機(jī)車的時(shí)代。（巨大進(jìn)步?。?/p>

美國(guó)：C36-73600馬力

法國(guó)：CC720004000馬力

CC780005000馬力

前蘇聯(lián)：TЭΠ756000馬力

中國(guó)：DF4A-4B3300馬力

DF4C3600馬力

DF4D4000馬力

DF54500馬力

韶山系列電力機(jī)車單軸功率800-900KW

（我國(guó)1958年大連廠試制成功2000馬力直-直機(jī)車，同年田心廠試制成功SS1型電力機(jī)車，64年DF型批量生產(chǎn)，69年試制成功4000馬力DF4和SS2，78年SS3，85年SS4，…94年SS8，98年SS9-5400Kw）

17東風(fēng)11型內(nèi)燃機(jī)車最高試驗(yàn)速度186KM/H。裝車功率為3860KW。16280ZJA型柴油機(jī)。JF204C型同步主發(fā)電機(jī)。ZD106型牽引電動(dòng)機(jī)。機(jī)車走行步采用高圓簧旁承,電動(dòng)機(jī)架懸式懸掛,輪對(duì)空心軸六連桿驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向架,機(jī)車裝有微機(jī)控制系統(tǒng),速度監(jiān)控系統(tǒng),具有自負(fù)荷功能的電阻制動(dòng)裝置,電控制動(dòng)系統(tǒng)及軸溫檢測(cè)顯示裝置

18SS3B型電力機(jī)車SS3B型電力機(jī)車為2002年(株廠)開(kāi)發(fā)的一種新型重載貨運(yùn)6軸電力機(jī)車，通過(guò)內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的12軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車，每節(jié)車為一完整系統(tǒng)持續(xù)制功率8700kW

持續(xù)速度48km/h

最高速度100km/h19SS4型貨運(yùn)電力機(jī)車韶山4（SS4）型電力機(jī)車是由各自獨(dú)立且又互相聯(lián)系的兩節(jié)車組成，每節(jié)車均為一個(gè)完整的系統(tǒng)。額定功率6400kW持續(xù)牽引力436.5kN最大牽引力627.8kN持續(xù)速度51.5km/h最大速度100km/h20SS6B型貨運(yùn)電力機(jī)車1994年研制成功，交直型6軸貨運(yùn)電力機(jī)車持續(xù)制功率4800kW持續(xù)速度50km/h最高速度100km/h起動(dòng)牽引力485kN持續(xù)牽引力337.5kN

21韶山8型電力機(jī)車1994年研制的快速客運(yùn)電力機(jī)車，曾創(chuàng)造了中國(guó)鐵路機(jī)車的最高速度240km／h軸式Bo-Bo額定功率3600kW持續(xù)牽引力126kN最大牽引力208kN持續(xù)速度100km/h最大速度170km/h22SS-9高速機(jī)車23SS9G型客運(yùn)電力機(jī)車六軸干線大功率準(zhǔn)高速客運(yùn)交直傳動(dòng)電力機(jī)車。采用了許多國(guó)際客運(yùn)機(jī)車先進(jìn)技術(shù)，是我國(guó)干線鐵路牽引旅客列車功率最大的機(jī)車機(jī)車持續(xù)功率4800kW最大功率5400kW軸式C0-C0牽引工況恒功速度范圍為99-160km／h最高速度為170km／h24 1965：英國(guó)研制成功Hawk型內(nèi)燃機(jī)車（BRUSH公 司），采用靜止式半導(dǎo)體變頻器，Vmax=120Km/h， 1030KW，異步牽引電動(dòng)機(jī)，但變頻器欠可靠。 1971：德國(guó)BBC和Henschel，DE2500：交-直-交， 1840Kw，Vmax=140Km/h，異步牽引電動(dòng)機(jī)，試驗(yàn) 和干線運(yùn)行證明機(jī)車牽引性能良好，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好， 可靠性高，維護(hù)方便，取得了巨大成功，開(kāi)創(chuàng)了交流 牽引的時(shí)代。 70年代之后：世界各鐵路發(fā)達(dá)國(guó)，爭(zhēng)相研制交流傳動(dòng) 機(jī)車，交流傳動(dòng)技術(shù)特別在電力機(jī)車應(yīng)用方面取得了 極大完善。 1996：中國(guó),AC4000交-直-交原型車，標(biāo)志著我國(guó)機(jī)車交流傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究和應(yīng)用階段。2000年

“藍(lán)箭”，2001年DJ2”奧星”號(hào)，……2006年DJ4、 HXD、CRH1、CRH2、CRH5等 交流傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展2526DJ2型號(hào)交流傳動(dòng)電力機(jī)車我國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)品的商用型交流傳動(dòng)電力機(jī)車。主要用于既有干線客運(yùn)牽引和高速專線牽引通用型客運(yùn)電力機(jī)車軸式Bo-Bo電傳動(dòng)方式交-直-交持續(xù)制功率4800kW持續(xù)速度74km/h最高運(yùn)營(yíng)速度200km/h最大起動(dòng)牽引力264kN持續(xù)牽引力233kN再生制動(dòng)功率4400kw(108-210km/h)最大制動(dòng)力150kN(10-108km/h)

27DJJ1(藍(lán)箭)電動(dòng)旅客列車株電、株所、長(zhǎng)客和廣鐵集團(tuán)于2000年共同為廣深線研制的新一代交傳高速電動(dòng)旅客列車組基本編組M+5T+TC

兩列連掛編組：M+10T+M持續(xù)制功率：4800kW持續(xù)制速度：105km/h最高速度：210km/h起動(dòng)牽引力：211kN持續(xù)牽引力：164kN最大電制動(dòng)力：150kN（5～108km/h）電制動(dòng)功率：4400kW(108～230km/h)28“中原之星”動(dòng)車組2001年10月生產(chǎn)，動(dòng)力分散型交流傳動(dòng)電動(dòng)車組。由株電、四方、株所聯(lián)合研制生產(chǎn)。電傳動(dòng)方式：交－直－交持續(xù)制牽引功率6400kW最高運(yùn)營(yíng)速度：160km/h平均啟動(dòng)加速度（0～52.5km/h，額定載荷）不小于0.4m/s229中華之星電動(dòng)車組為我國(guó)京一沈快速客運(yùn)通道研制的動(dòng)車組。列車最高運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)270km／h。電傳動(dòng)方式交－直－交傳動(dòng)最大運(yùn)行速度270km/h起動(dòng)牽引力200kN（0～5km/h）持續(xù)制功率2*4800kW

2002年11月27日，中華之星在秦(皇島)沈(陽(yáng))客運(yùn)專線上創(chuàng)造了中國(guó)鐵路試驗(yàn)速度的最高記錄：312.5公里/小時(shí)！

30烏茲別克斯坦電力機(jī)車軸式B0-B0-B0電傳動(dòng)方式：交－直－交用途：鐵路干線客貨通用持續(xù)制功率6000kW持續(xù)速度53km/h最高運(yùn)行速度120km/h起動(dòng)牽引力450kN持續(xù)牽引力410kN(半磨耗輪)電制動(dòng)方式：再生制動(dòng)最大電制動(dòng)力：285kN輪周制動(dòng)功率：5400kW31和諧型大功率交流傳動(dòng)機(jī)車電力機(jī)車株洲電力機(jī)車有限公司：HXD1型八軸9600kw大同電力機(jī)車有限公司：HXD2型八軸9600kw大連機(jī)車車輛有限公司：HXD3型六軸7200kw內(nèi)燃機(jī)車大連機(jī)車車輛有限公司：HXN3型六軸4413kw戚墅堰機(jī)車車輛廠：HXN5型六軸4413kw32和諧號(hào)大功率機(jī)車一覽表3334DJ4大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車主要技術(shù)特點(diǎn)

DJ4型大功率交傳電力機(jī)車是由兩節(jié)完全相同的4軸電力機(jī)車通過(guò)內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的8軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車，每節(jié)車設(shè)有一個(gè)司機(jī)室，為一完整系統(tǒng)，機(jī)車總功率為9600kW，單軸功率為1200kW，單節(jié)軸式為BO-BO,軸重為23T/25T（可調(diào)）。主電路形式：機(jī)車采用交-直-交電傳動(dòng)技術(shù)，每節(jié)車配裝一臺(tái)水冷IGBT變流器，給四臺(tái)三相異步動(dòng)機(jī)供電，輔助逆變器集成在主變流器中；

控制系統(tǒng)采用西門子SIBAS32系列的微機(jī)控制，TCN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)；采用分布式控制；代表世界重載快速貨運(yùn)領(lǐng)域的先進(jìn)水平，可滿足2萬(wàn)噸重載列車的牽引，將主要用于長(zhǎng)達(dá)630km的大秦鐵路晉煤外運(yùn)。車體采用中央梁承載方式，轉(zhuǎn)向架，采用低位牽引桿，基礎(chǔ)制動(dòng)采用輪盤制動(dòng)；空氣制動(dòng)系統(tǒng)采用CCBII制動(dòng)系統(tǒng),電制動(dòng)采用再生制動(dòng)；

35和諧3型大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車大連機(jī)車車輛公司與美國(guó)EMD內(nèi)燃機(jī)車公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造2008年7月2日36交流電傳動(dòng)高速動(dòng)車組200-250公里/時(shí)動(dòng)車組CRH1：龐巴迪-四方-鮑爾（BSP）生產(chǎn)，原型是龐巴迪為瑞典AB提供的Regina。編組形式2(2M+1T)+(1M+1T)，8節(jié)編組：Mc+Tp+M+M+T+M+Tp+Mc。總功率5300kW，軸功率265kW，共20個(gè)軸，每個(gè)動(dòng)車4個(gè)動(dòng)軸。CRH2：南車四方