電力牽引與控制復(fù)習(xí)

一、簡答題1、 城市軌道交通牽引系統(tǒng)的基本組成與任務(wù)（P2）牽引電機旋轉(zhuǎn)電機線性電機直流電機交流電機1變壓變頻控制2凸輪變阻斬波調(diào)阻斬波調(diào)壓12變壓變頻控制一般情況電力牽引系統(tǒng)指電力傳動部分，所以城市軌道車輛電力牽引系統(tǒng)通常要有受流裝置牽引變流裝置牽引電機牽引電器以及由它們組成的主電路和控制電路組成。根據(jù)電力牽引的基本功能，城軌交通電力牽引系統(tǒng)的能量傳動過程一般為車輛通過受流裝置從牽引網(wǎng)絡(luò)獲得電能，當(dāng)車輛為牽引工況時，受流裝置電能一部分供給輔助供電，其余通過變流裝置調(diào)制供給牽引電機使用，此時將電能轉(zhuǎn)化為機械能，以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩從電機機械端口輸出，電機機械端口輸出的機械能通過齒輪箱減速驅(qū)動輪對轉(zhuǎn)動，輪對通過與鋼軌黏著驅(qū)動車輛運行。處于電制動工況，牽引電機將機械能變成電能，產(chǎn)生制動力。牽引電機作為機電能量變換裝置，將城市軌道車輛電力牽引系統(tǒng)分為了電氣傳動和機械傳動兩部分。2、 城市軌道交通車輛電力及機械傳動原理與過程（P6）獲得的電能通過牽引變流裝置進行電力變換后給牽引電機產(chǎn)生機械能經(jīng)過機械傳動裝置最終驅(qū)動列車運行機械傳動裝置根據(jù)車輛結(jié)構(gòu)不同而不同一級齒輪箱傳動二級齒輪箱傳動直驅(qū)式3、 直流電機組成、分類、原理（P32）電機要實現(xiàn)機電能量變換，電路和磁路之間必須有相對運動。所以旋轉(zhuǎn)電機具備靜止的和旋轉(zhuǎn)的兩大部分。靜止和旋轉(zhuǎn)部分之間有一定大小的間隙，稱為氣隙。靜止的部分稱為定子，作用是產(chǎn)生磁場和作為電機的機械支撐。包括主磁極、換向極、機座、端蓋、軸承、電刷裝置等。旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子或電樞，作用是感應(yīng)電勢實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。包括電樞鐵心，電樞繞組，換向器、軸和風(fēng)扇等。直流電機的分類：按結(jié)果主要分為直流電動機和直流發(fā)電機。按類型主要分為直流有刷電機和直流無刷電機。按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

0十爭+o串勵或吋肩屬0十爭+o串勵或吋肩屬腳鷗h他勵tP_并勵1、直流電動機的工作原理：在圖中，線圈連著換向片，換向片固定于轉(zhuǎn)軸上，隨電機軸一起旋轉(zhuǎn)，換向片之間及換向片與轉(zhuǎn)軸之間均互相絕緣，它們構(gòu)成的整體稱為換向器。電刷A、B在空間上固定不動。在電機的兩電刷端加上直流電壓，由于電刷和換向器的作用將電能引入電樞線圈中，并保證了同一個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，繼而保證了該極下線圈邊所受的電磁力方向不變，保證了電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機械能以拖動生產(chǎn)機械，這就是直流電動機的工作原理。注意：每個線圈邊中的電流方向是交變的。2、直流發(fā)電機的工作原理：如圖，當(dāng)用原動機拖動電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)，線圈邊將切割磁力線感應(yīng)出電勢，電勢方向可據(jù)右手定則確定。由于電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈邊ab、cd將交替地切割N極、S極下的磁力線，每個線圈邊和整個線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是交變電動勢，但由于電刷和換向器的作用，使流過負載的電流是單方向的直流電流，在圖中，電刷A所引岀的電動勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動勢，它始終具有正極性；電刷B始終具有負極性。這就是直流發(fā)電機的工作原理。4、直流電機斬波調(diào)速基本原理（單向、雙向）（P39）

轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR觸發(fā)轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR電路SG3525測速電路整漩電踣直流電機斬波調(diào)速原理是：利用觸發(fā)信號使H橋通斷即為斬波，斬波后的脈沖電壓平均值隨斬波占空比變化而變化，達到調(diào)速目的。為了達到控制直流電機轉(zhuǎn)速，在控制回路加入了速度、電壓、電流反饋環(huán)路和PID調(diào)節(jié)器來防止電機由于負載變化而引起的波動和對電機速度、電壓、電流超常保護。整漩電踣目前，市場上普遍使用IGBT直流H橋電路，它是屬于全控型斬波器。晶體二極管橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。控制電路主要環(huán)節(jié)是：觸發(fā)電路、電壓電流檢測單元、驅(qū)動電路、檢測與故障保護電路等。5、 交流電機調(diào)速基本原理（P68）三相交流異步電機調(diào)速方法改變極對數(shù)調(diào)節(jié)供電頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差車用通過調(diào)節(jié)供電變頻來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)磁場速度6、 SPWM基本原理（P72）在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小，反之，當(dāng)正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。7、 磁鏈跟蹤型SVPWM基本工作原理（P75）交流電動機需要輸入三相正弦電流的皿終口的是在電動機空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩口把逆變器和交流電動機視為一體「以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目的來控制逆變器的T_作，這種控制方法稱為“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量來實現(xiàn)的，所以又稱為電壓空間矢暈PWM（spacevectorPWM,SVPWM）控制"8、交流異步電機轉(zhuǎn)差頻率控制原理（P77）調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能主要取決于其對轉(zhuǎn)矩的控制能力。由于直流電動機的轉(zhuǎn)矩與電流成正比的關(guān)系，控制電流即可達到控制轉(zhuǎn)矩的效果，較易實現(xiàn)，而交流異步電動機的轉(zhuǎn)矩控制比直流電動機復(fù)雜的多。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的目標就是將交流電動機復(fù)雜的轉(zhuǎn)矩控制模型轉(zhuǎn)化為類似直流電動機的簡單轉(zhuǎn)矩控制模型。從理論上說，矢量控制方式的特征是：它把交流電動機解析成與直流電動機一樣，具有轉(zhuǎn)矩發(fā)生的結(jié)構(gòu)，按照磁場和其正交的電流的積就是轉(zhuǎn)矩這一最基本的原理，從理論上將電動機的一次電流分離成建立磁場的勵磁分量和與磁場正交的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量，然后分別進行控制。9、矢量控制基本原理（P95）矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。10、直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理（P108）直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思路是準確觀測定子磁鏈空間大小、位置，然后保持它的幅值基本不變以及準確計算負載轉(zhuǎn)矩的前提下，通過控制電機的瞬時電壓輸入來控制電機定子磁鏈的瞬時旋轉(zhuǎn)速度，來改變它對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差率，達到直接控制電機輸出的目的。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，電機定子磁鏈的幅值通過上述電壓的矢量控制而保持為額定值，要改變轉(zhuǎn)矩大小，可以通過控制定、轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角來實現(xiàn)。而夾角可以通過電壓空間矢量的控制來調(diào)節(jié)。由于轉(zhuǎn)子磁鏈的轉(zhuǎn)動速度保持不變，因此夾角的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)定子磁鏈的瞬時轉(zhuǎn)動速度來實現(xiàn)。假定電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如果實際轉(zhuǎn)矩小于給定值，則選擇使定子磁鏈逆時針方向旋轉(zhuǎn)的電壓矢量，這樣角度增加，實際轉(zhuǎn)矩增加，一旦實際轉(zhuǎn)矩高與給定值，則選擇電壓矢量使定子磁鏈反方向旋轉(zhuǎn)。從而導(dǎo)致角度降低。通過這種方式選擇電壓矢量，定子磁鏈一直旋轉(zhuǎn)，且其旋轉(zhuǎn)方向由轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器決定。直接轉(zhuǎn)矩控制對轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制要通過滯環(huán)比較器來實現(xiàn)。滯環(huán)比較器的運行原理為：當(dāng)前值與給定值的誤差在滯環(huán)比較器的容差范圍內(nèi)時，比較器的輸出保持不變，一旦超過這個范圍，滯環(huán)比較器便給出相應(yīng)的值。直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖如下所示，給定轉(zhuǎn)速與估計轉(zhuǎn)速相比較，得到給定轉(zhuǎn)矩；經(jīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)矩差做滯環(huán)處理得到轉(zhuǎn)矩控制信號；將磁鏈估計值跟給定磁鏈相比，經(jīng)滯環(huán)比較器得到磁鏈控制信號；根據(jù)計算的得到的轉(zhuǎn)子位移，劃分區(qū)段；根據(jù)區(qū)段，以及轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制信號，結(jié)合查找表得出空間矢量，生成PWM波；輸出給逆變器，給電機供電。

toCjD0變換轉(zhuǎn)距和輕窒計算開關(guān)狀■＞態(tài)選捋讚矩詢節(jié)器toCjD0變換轉(zhuǎn)距和輕窒計算開關(guān)狀■＞態(tài)選捋讚矩詢節(jié)器PWM逆孌磊逮曳傳感霧— 璉鏈tJ—＞鋼節(jié)器城市軌道交通系統(tǒng)特點站距短線路曲徑半徑小坡度大客流量大而集中。乘客上下車頻繁，高峰時容易超載為了縮短乘坐時間。較高旅行速度，特備是較大的起動加速度和制動減速度，傳動系統(tǒng)應(yīng)效率高，能耗少，盡量減少發(fā)熱，減輕自重控制系統(tǒng)更可靠精確良好適應(yīng)能力城市軌道車輛在運行中，每個站間內(nèi)，一般有三個典型區(qū)域構(gòu)成：即牽引加速區(qū)惰行區(qū)制動減速區(qū)改善粘著的方法：清除軌面上的落葉及污染物；清除潮氣和水；撒沙或其他增粘劑；使用粘著控制裝置判定空轉(zhuǎn)滑行判據(jù)：速度差判據(jù)；加速度與加速度微分檢測法；蠕滑率判劇逆變器的脈寬調(diào)制技術(shù)：正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制技術(shù)磁鏈跟蹤型（PWM）控制三相交流異步電機：三兩變換：消除定子/轉(zhuǎn)子三相之間的互感坐標變換：旋轉(zhuǎn)磁場變?yōu)殪o止磁場（交 直）轉(zhuǎn)子磁場固定Im/iT直流電電子控制系統(tǒng)三級控制格局：列車控制級；動車控制級；傳動控制級永磁電機優(yōu)點：不需要勵磁；無銅損（能量損耗?。?；體積小直線感應(yīng)電機驅(qū)動的地鐵車輛的特點：降低車廂距軌面的高度；有利于車輛小型化爬坡能力不受粘著限制，能行走在更抖的坡道上；能夠行走在更小的轉(zhuǎn)彎半徑上沒有電機旋轉(zhuǎn)和齒輪發(fā)出的噪聲吋”w霊囂囂;;驚囂爲(wèi)電流可正可負，但電壓只能是1種極性，故其可作'電路示意圖如圖3.11所示? I'ZT1的耳當(dāng)電動機工作在一般電動狀態(tài)，在一般電動狀態(tài)中，始終為正肛設(shè)匕 '時間，則一個工作周期有兩個工作階段：花OGSG期間，切為正,VT1導(dǎo)通，Ufi為負，VT2關(guān)斷。此時，電源電壓加到堪樞兩端。ttM<t<T期間，（7日和色都改變極性，VT|關(guān)斷，但VT2卻不能立即導(dǎo)通，為力經(jīng)二極管V6續(xù)流.在VD2兩端產(chǎn)生的圧降給VT2施加反壓，使它失去導(dǎo)通的可弘如圖3?12所示波形。因此，實際上是由VT|利VDz交替導(dǎo)通，雖然電路中多了一個功率開關(guān)器件，但并有被用上.在制動狀態(tài)中，％為負值，VT2就發(fā)揮作用了。這種情況發(fā)生在電動運行過程屮需降速的時候.這時，先減小控制電壓，使%的正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均樞電壓S降低。但是，由于機電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動勢E還來不及變化.因而造成E5的局面，很快使電流心反向，VD2截止，VT2開始導(dǎo)通。制動狀態(tài)的一個周期分為兩個工作階段；在叱m期間，VT2關(guān)斷，f沿回路經(jīng)VD|續(xù)流，向電源回饋制動，與此|時，g時駆降鉗住口使它不能導(dǎo)通。動畫爲(wèi)丁間‘”變正'于是VT?導(dǎo)通,反向電流肆回路流通，產(chǎn)生能耗（響因此,在制動狀態(tài)中，□和VDl輪流導(dǎo)通,而v?i始終是關(guān)斷的，波形爲(wèi)：圖3?12電流可逆斬波電路電動狀態(tài)波形圖（2）橋式可逆斬波電路圖3」3電流可逆僑波電路制動狀態(tài)波形”電流可逆斬波電路：電樞電流可逆，兩彖限運行，但電壓極性是單向的。當(dāng)需要電動機進行正、反轉(zhuǎn)以及可電動又可制動的場合，須將兩個電流可逆斬波電路纟合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，成為橋式可逆斬波電路，如閤3」4所示。—八H4亠區(qū)Vll、VI4戡止，電動機M兩端電壓+S；第2階段，在/?.</<?期間，%、4為正，VT2、VT）導(dǎo)通，如、（使VTi、VT4保持截止，電動機M兩端電壓Uab—S；圖3.15橋式可逆斬波電路波形圖因此，橋式可逆斬波電路可使電機工作在1、2、3、4象限。（3）多相多塑新波電路多相多垂斬波電路是在電源和負載之間接入多個結(jié)構(gòu)相同的基木斬波電路而札數(shù)一一個控制周期中電源值的電流脈波數(shù)；塑數(shù)一負載電流脈波數(shù)；3相3邨電路：相當(dāng)于由3個降壓斬波電路單元并聯(lián)而成，總輸岀電流為3個斬波電路單元輸之和，平均值為單元輸岀電流平均值的3倍，脈動頻率也為3倍?由于3個單元電流幅值互相抵消，使總的輸出電流脈動幅值變得很?。豢傒敵鲭娏髯畲竺}動率（電流脈打00000a）電路圖17打00000a）電路圖17