機(jī)車車輛傳動(dòng)與控制復(fù)習(xí)題及參考答案

機(jī)車車輛傳動(dòng)與控制復(fù)習(xí)題及參考答案一、 名詞解釋：1.電阻制動(dòng)（相控電力機(jī)車）恒壓控制3.（相控電力機(jī)車）速度控制4.（相控電力機(jī)車）中央控制單元5.（相控電力機(jī)車）傳動(dòng)控制單元6.（相控電力機(jī)車）邏輯控制單元7.電壓型牽引變流器8.電流型牽引變流器9.兩電平式逆變器（異步牽引電動(dòng)機(jī)）恒磁通調(diào)速11.（異步牽引電動(dòng)機(jī)）恒功率調(diào)速12.間接矢量控制二、 簡答題：試分析并聯(lián)運(yùn)行時(shí)串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分配情況。2.簡述直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式。分析相控電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)電氣線路的類型及作用。4.電力機(jī)車的相控調(diào)壓方式選擇原則是什么？5.電阻制動(dòng)受哪些因素影響？什么是加饋制動(dòng)？簡述加饋電阻制動(dòng)的作用與過程。簡述影響相控電力機(jī)車牽引特性的主要因素及牽引特性的工作范圍。簡述我國干線相控電力機(jī)車主電路的基本技術(shù)特征。9.簡述相控電力機(jī)車輔助電路的組成及其功能。10.簡述電力牽引交流傳動(dòng)技術(shù)組成。簡述交流傳動(dòng)列車牽引特性及控制策略。12.簡述牽引變流器的類型及特點(diǎn)。13.簡述四象限脈沖整流器的基本工作原理。14.簡述電壓型四象限脈沖整流器的特征。15.簡述三電平式脈沖整流器PWM控制原理。16.簡述牽引變流器中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的的作用和組成。17.分析矢量控制的基本思想。18.分析轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型的基本工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。19.分析直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想及控制方法。20.直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）與矢量控制（VC）在控制方法上有何異同？三、綜合分析題：試分析SS8型電力機(jī)車整流調(diào)壓電路工作方式、調(diào)壓過程及其磁場削弱電路的工作過程。2.試分析電動(dòng)車組（EMU）的牽引特性與控制策略。第1頁共17頁參考答案一、名詞解釋：電阻制動(dòng)：電阻制動(dòng)屬動(dòng)力制動(dòng)，是利用電機(jī)的可逆原理，將牽引電動(dòng)機(jī)改為他勵(lì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，將列車的慣性能量轉(zhuǎn)化為電能的一種非摩擦制動(dòng)方式，在動(dòng)力軸上產(chǎn)生與列車運(yùn)行方向相反的阻力性轉(zhuǎn)矩，阻礙列車運(yùn)行，對列車實(shí)施制動(dòng)。電阻制動(dòng)將發(fā)電機(jī)輸出的電能消耗在制動(dòng)電阻上，以熱能的形式散失掉。（相控電力機(jī)車）恒壓控制：所謂恒電壓控制是指機(jī)車運(yùn)行中，維持牽引電動(dòng)機(jī)的端電壓不變，也就是整流電壓按某一指令值維持不變的控制，其控制原理如圖所示。恒壓控制的實(shí)質(zhì)是用自動(dòng)調(diào)節(jié)的辦法，補(bǔ)償了整流器內(nèi)阻的電壓降。恒電壓控制方式在日本的機(jī)車上運(yùn)用得比較廣泛，因?yàn)楹汶妷嚎刂朴休^硬的牽引特性，所以有較好的再黏著性能。恒電壓控制原理圖（相控電力機(jī)車）速度控制：速度控制是采用速度反饋，使機(jī)車速度按一定規(guī)律變化的控制。通常使用的是準(zhǔn)恒速控制。恒速控制原理如圖1所示，恒速控制可通過電動(dòng)機(jī)電壓的控制和磁場削弱（僅當(dāng)采用無級(jí)磁削時(shí)）來達(dá)到。恒速控制的牽引特性如圖2中的虛線所示，它是一組平行于縱軸的直線，其值隨速度指令值變化。從牽引特性可知，只要速度有微小的變化，牽引力就會(huì)產(chǎn)生很大的波動(dòng)，這是不希望的。因而往往采用圖中實(shí)線的形式，即準(zhǔn)恒速控制。圖1恒速控制原理圖圖2恒速與準(zhǔn)恒速控制的牽引特性（相控電力機(jī)車）中央控制單元：中央控制單元（CCU）負(fù)責(zé)機(jī)車重聯(lián)控制、MVB管理、WTB控制和故障診斷。CCU根據(jù)司機(jī)的指令以及機(jī)車的狀態(tài)信息，經(jīng)過邏輯處理后，形成控制命令并發(fā)布到各機(jī)車有關(guān)的控制單元；把機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)以及故障信息通過司機(jī)臺(tái)指示燈和顯示屏反饋給司機(jī)或維護(hù)人員。5.（相控電力機(jī)車）傳動(dòng)控制單元：傳動(dòng)控制單元（DCU）實(shí)現(xiàn)牽引控制、電制動(dòng)控制（加饋制動(dòng)）、防空轉(zhuǎn)/防滑行保護(hù)等功能。（相控電力機(jī)車）邏輯控制單元：邏輯控制單元（LCU）采用無觸點(diǎn)控制方式，具備完成電力機(jī)車傳統(tǒng)繼電器有觸點(diǎn)控制電路的控制及機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，同時(shí)具有自診斷功能，可自檢裝置的輸入輸出通道，亦可檢測輸出回路的短路狀態(tài)。具備與機(jī)車網(wǎng)絡(luò)通信的接口，在正常情況下通過智第2頁共17頁能顯示單元IDU顯示主斷路器、受電弓和主、輔助系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控。電壓型牽引變流器：交-直-交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，牽引變流器由網(wǎng)側(cè)整流器、直流中間環(huán)節(jié)、電動(dòng)機(jī)側(cè)逆變器及控制裝置組成。整流器的作用是把來自接觸網(wǎng)的單相交流電壓變換為直流。直流中間環(huán)節(jié)由濾波電容器或電感組成，其作用是儲(chǔ)能和濾波，獲得平直的直流電。逆變器的作用是將中間環(huán)節(jié)平直的直流電，通過一定的控制策略，變換為頻率、電壓可調(diào)的三相脈沖交流電，供給交流牽引電動(dòng)機(jī)，通過能量轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)列車。根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)濾波元件的不同，牽引變流器可分為電壓型和電流型兩種。電壓型變流器直流中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能器采用電容器，向逆變器輸出的是恒定的直流電壓，相當(dāng)于電壓源。電流型牽引變流器：交-直-交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，牽引變流器由網(wǎng)側(cè)整流器、直流中間環(huán)節(jié)、電動(dòng)機(jī)側(cè)逆變器及控制裝置組成。整流器的作用是把來自接觸網(wǎng)的單相交流電壓變換為直流。直流中間環(huán)節(jié)由濾波電容器或電感組成，其作用是儲(chǔ)能和濾波，獲得平直的直流電。逆變器的作用是將中間環(huán)節(jié)平直的直流電，通過一定的控制策略，變換為頻率、電壓可調(diào)的三相脈沖交流電，供給交流牽引電動(dòng)機(jī)，通過能量轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)列車。根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)濾波元件的不同，牽引變流器可分為電壓型和電流型兩種。電流型牽引變流器直流中間環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能器采用電感，相當(dāng)于恒流源，向逆變器輸出的是恒定的直流電流。兩電平式逆變器：逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流。兩電平式逆變器，把直流中間環(huán)節(jié)的正極電位或負(fù)極電位接到電動(dòng)機(jī)上，即逆變器的輸出相電壓為兩種電平。（異步牽引電動(dòng)機(jī)）恒磁通調(diào)速：根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢公式當(dāng)電源電壓一定時(shí)，如果降低頻率，則主磁通要增大，基頻（額定頻率）以下主磁通增加勢必使主磁路過飽和，勵(lì)磁電流增加，鐵心損耗也相應(yīng)增加，這是不允許的。為此調(diào)頻時(shí)一定要調(diào)節(jié)電勢，保持感應(yīng)電勢與頻率的比值不變，即可保持主磁通不變。（異步牽引電動(dòng)機(jī)）恒功率調(diào)速：在恒磁通控制中，隨著頻率和轉(zhuǎn)速的上升，電壓U1也相應(yīng)提高，牽引電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大，但電壓的提高受到電動(dòng)機(jī)功率或逆變器最大電壓的限制。通常調(diào)節(jié)頻率大于基準(zhǔn)頻率f1>f1N時(shí)，即當(dāng)電壓提高到一定數(shù)值后維持不變或?qū)⒉辉僬扔趂1上升，此后電動(dòng)機(jī)磁通開始減小，將進(jìn)入恒功率控制方式。由于由此可見，電動(dòng)機(jī)按恒功率運(yùn)行，電壓與頻率的調(diào)節(jié)可采用兩種不同的方式，即U1二C，=C的調(diào)節(jié)方式和f2=C，U12/f1=C的調(diào)節(jié)方式。間接矢量控制：根據(jù)有無磁鏈的閉環(huán)控制，矢量控制系統(tǒng)可分為直接矢量控制系統(tǒng)和間接矢量控制系統(tǒng)。間接矢量控制，也稱轉(zhuǎn)差頻率矢量控制或磁場前饋控制，系統(tǒng)中無磁鏈閉環(huán)，屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)矩和磁鏈的幅值、相位角通過控制系統(tǒng)給定值計(jì)算出來，由矢量控制方程保證。它既保持了穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，又利用基于動(dòng)態(tài)模型的矢量控制規(guī)律，克服了其大部分不足。目前，高速列車一般采用間接矢量控制策略。二、簡答題：1.試分析并聯(lián)運(yùn)行時(shí)串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分配情況。答：牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為了能充分利用機(jī)車功率，要求各牽引電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分配要均勻。但是，由于各牽引電動(dòng)機(jī)的特性有差異，以及機(jī)車動(dòng)輪直徑不完全相同等原因，實(shí)際上各牽引電動(dòng)機(jī)負(fù)載分配是不均勻的。圖1所示為牽引電動(dòng)機(jī)特性有差異時(shí)的負(fù)載分配情況。從圖中可以看出兩臺(tái)特性稍有差異的串勵(lì)（或并勵(lì)）牽引電動(dòng)機(jī)，裝在一臺(tái)機(jī)車上并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，即使動(dòng)輪直徑相同，電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流和轉(zhuǎn)矩均有差別。由圖1（a）中可以看出，串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)具有較軟的特性，在同一運(yùn)行速度下的負(fù)載電流II和I2差值比較小。并勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)特性較硬，如圖1（b）所示，負(fù)載電流I1和I2差值要比串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)大得多。如果兩臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的特性完全相同，而各自驅(qū)動(dòng)的動(dòng)輪直徑稍有不同，機(jī)車運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生差異，如圖2所示。設(shè)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1，另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n2，由相同轉(zhuǎn)速差異引起的負(fù)載電流Il和I2的差值，串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)比并勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)小。第3頁共17頁圖1牽引電動(dòng)機(jī)特性有差異時(shí)的負(fù)載分配（a）串勵(lì)；（b）并勵(lì)圖2動(dòng)輪直徑有差異時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分配（a）串勵(lì)；（b）并勵(lì)。簡述直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式。答：根據(jù)直流牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式：nUaCeRaRSCeIaUaCeRaCe'Ia可知，直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可通過改變電樞兩端電壓和減小磁通來實(shí)現(xiàn)，即改變電樞電壓調(diào)速和弱磁調(diào)速。（1）改變電樞電壓調(diào)速由上式可知：當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，若忽略電樞回路的電阻壓降，可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電樞端電壓成正比，提高電樞端電壓將提高轉(zhuǎn)速。電樞端電壓的提高是以額定電壓為限值的，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)電壓所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，即改變電樞端電壓調(diào)速是以額定電壓對應(yīng)轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。改變電壓調(diào)速時(shí)的速率特性如圖1所示。第4頁共17頁圖1牽引電動(dòng)機(jī)調(diào)電壓時(shí)的速率特性（2）弱磁調(diào)速當(dāng)調(diào)壓資源用盡后才能開始實(shí)施磁削（磁場削弱）調(diào)速，即進(jìn)行磁削調(diào)速時(shí)，電源電壓已達(dá)到最大值且保持不變。若不考慮電樞回路的電阻壓降，則有nUaCe,n1n221即磁削后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速與磁通基本成反比關(guān)系。磁削后的轉(zhuǎn)速都高于額定磁場時(shí)的轉(zhuǎn)速，磁削后的人為特性總是處于固有特性（額定磁通之特性）的上方。弱磁調(diào)速就是以額定電壓、額定磁通對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，磁通越小，轉(zhuǎn)速越高。磁削時(shí)的速率特性如圖2所示。圖2牽引電動(dòng)機(jī)磁削時(shí)的速率特性分析相控電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)電氣線路的類型及作用。答：相控電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)電氣線路按其功能作用可分為主電路、輔助電路和控制電路三大部分。電力機(jī)車主電路是高電壓、大電流的大功率動(dòng)力回路，是產(chǎn)生牽引力和制動(dòng)力的主體電路，具有功率大、控制復(fù)雜、工作條件惡劣及空間受限制等特點(diǎn)。主電路的結(jié)構(gòu)、性能在很大程度上決定著電力機(jī)車的性能、成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。主電路由受電弓、主斷路器、避雷器、高壓電流互感器、牽引變壓器、牽引變流裝置、牽引電動(dòng)機(jī)、平波電抗器、制動(dòng)電阻及其相連接的電氣開關(guān)元件等組成，它應(yīng)滿足機(jī)車啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)三個(gè)基本工作狀態(tài)的要求。輔助電路主要由提供三相交流電的劈相裝置和各種輔助機(jī)械拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)等組成。劈相裝置就是一個(gè)單-三相交流電源變換裝置，一般有旋轉(zhuǎn)機(jī)組劈相機(jī)和靜止變流劈相機(jī)兩種形式，國產(chǎn)SS系列電力機(jī)車主要采用旋轉(zhuǎn)機(jī)組劈相機(jī)。輔助電路依靠劈相機(jī)將單相交流電變換為三相交流電，供給各輔助機(jī)械拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)通風(fēng)機(jī)、油泵、空壓機(jī)等裝置工作，為保障主電路的正常工作提供冷卻條件以及控制動(dòng)第5頁共17頁力。它是保證主電路發(fā)揮功率和實(shí)現(xiàn)牽引性能所必需的電路?？刂齐娐肪褪菆?zhí)行司機(jī)的控制命令或意圖，完成對主電路、輔助電路間接控制的低壓電路，它由各種主令電器及控制模塊組成，承擔(dān)著列車傳動(dòng)系統(tǒng)的控制以及與外部行車指揮系統(tǒng)的信息傳輸、儲(chǔ)存任務(wù)。電力機(jī)車的相控調(diào)壓方式選擇原則是什么？答：在交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車中，相控調(diào)壓方式不同，將使變壓器二次繞組結(jié)構(gòu)和整流電路方式都有很大的差別，這些直接影響機(jī)車性能和機(jī)車制造成本。采用何種調(diào)壓方式，要將機(jī)車的用途、使用范圍、使用條件等因素綜合考慮，力求機(jī)車具有較高的性價(jià)比。橋式整流電路對變壓器的利用率要比中抽式高，一般都采用橋式整流電路。若需要進(jìn)行再生制動(dòng)，整流電路必須要采用全控橋式，能夠在四象限運(yùn)行°aW90。時(shí)工作在整流狀態(tài)，a>90°時(shí)工作在逆變（再生）狀態(tài)。若需要電阻制動(dòng)，整流電路可選用半控橋式，電路結(jié)構(gòu)簡單，功率因數(shù)較高，控制角范圍為0。絕大多數(shù)相控電力機(jī)車整流電路采用多段半控橋順序控制電路，既能夠提高功率因數(shù)，又能夠?qū)嵤╇娮柚苿?dòng)。電阻制動(dòng)受哪些因素影響？答：電阻制動(dòng)受以下5個(gè)因素的制約：（1）最大勵(lì)磁電流的限制，如圖2中曲線OA’所示；（2）最大制動(dòng)電流的限制，如圖2中A’C線所示；（3）黏著力的限制，如圖2中曲線FAB所示；（4）牽引電動(dòng)機(jī)換向條件的限制，如圖2中曲線CD段所示；（5）機(jī)車構(gòu)造速度的限制，如圖中曲線DE所示。電阻制動(dòng)工作范圍什么是加饋制動(dòng)？簡述加饋電阻制動(dòng)的作用與過程。答：當(dāng)機(jī)車制動(dòng)速度較低時(shí)，電阻制動(dòng)將按照最大恒勵(lì)磁電流特性制動(dòng)，制動(dòng)力與機(jī)車速度成正比關(guān)系變化，速度越低，制動(dòng)電流越小，制動(dòng)力越小，制動(dòng)效果越差。為了改善電阻制動(dòng)在低速時(shí)的制動(dòng)特性，只要維持制動(dòng)電流不隨機(jī)車速度降低