电力牵引控制技术_1_绪论

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1、北京交通大学北京交通大学 电气工程学院电气工程学院 王立德王立德电气化铁路及电力牵引技术的发展电气化铁路及电力牵引技术的发展历史回顾历史回顾 1879年年 Siemens公司在柏林工业产品展览会公司在柏林工业产品展览会上展出的电力机车曾引起了很大轰动。上展出的电力机车曾引起了很大轰动。历史回顾历史回顾 1881年，年， 柏林首台有轨电车投入运营。柏林首台有轨电车投入运营。 1892年年 一台使用三相交流电动机的动车行驶一台使用三相交流电动机的动车行驶在在Simens柏林厂区。柏林厂区。 1897年，一台功率年，一台功率300KW的机车投入使用。的机车投入使用。 1903年，由铁路自己的电厂发电

2、机发出的电能年，由铁路自己的电厂发电机发出的电能经经3极的接触网向车辆供给频率可变的三相交流极的接触网向车辆供给频率可变的三相交流电，创造了电，创造了210Km/h以上的高速记录。以上的高速记录。 由于3相的接触网很复杂，而且不能在车上提供牵引电机所需的变压和变频的三相交流电，未得到普遍的应用。 对于长的铁路区段，较低的直流电压不太对于长的铁路区段，较低的直流电压不太合适，而三相交流费用太高，人们选用单合适，而三相交流费用太高，人们选用单相交流做试验相交流做试验 单相交流综合了直流和三相交流电力牵引单相交流综合了直流和三相交流电力牵引的一些优点：单线接触网，可高电压变换，的一些优点：单线接触网

3、，可高电压变换，小电流强度小电流强度 1903年用单相交流年用单相交流6.3KV/25Hz进行了试验进行了试验并取得了突破并取得了突破历史回顾历史回顾交流传动的早期发展阶段交流传动的早期发展阶段l1879年出现第一台电力机车l1881年第一台直流供电城市电车l1891年德国西门子试验车：两条架空线+一条轨道提供550V三相交流l1898年西门子在一台两轴车上安装了变压器，由三根架空线提供10kV/50Hz三相交流电，绕线转子异步电机，转子串电阻实现转差调节l50年代初，整流器机车的问世，结束了电力牵引交流传动技术的早期发展阶段交流传动的早期发展阶段交流传动的早期发展阶段 第一台电力机车：司机骑

4、在车顶驾驶，拖车上坐10名乘客 第一条电气化铁路，人们选择了交流传动电力机车：三相交流电源直接供电的绕线转子异步牵引电动机系统 意大利交流传动机车，为改善调速性能，电机装有可变极绕组、两电机级联的电路以应付持续运行的级数 德国和意大利先后修建了三相交流制的电气化铁路区段。 1903年德国试验线上交流传动车辆的最大时速达到210km/h。 意大利在其北部1500km的线路上采用3kV、16 2/3Hz三相交流制实现了电气化。 接触网建造、维护费用高 采用变阻、变极和级联调速方法，无法获得理想的牵引特性 为简化接触网结构：单相供电，在机车上加装同步旋转的“劈相机” 匈牙利、德国做过试验。人们开始考

5、虑采用变定子频率的控制方法装旋转变频机组，系统结构复杂、体积庞大。 牵引动力及电传动系统构成牵引动力及电传动系统构成牵引供电方式牵引供电方式变流调速方式变流调速方式驱动方式驱动方式经历了初期的低压直流，三经历了初期的低压直流，三相交流供电后，电流制逐步趋向统一，现相交流供电后，电流制逐步趋向统一，现代主要有代主要有15kV16 2/3Hz单相低频交流制、单相低频交流制、3kV直流制，直流制，25kV50Hz单相工频交流制。单相工频交流制。 1950年由法国试建年由法国试建25kV50Hz单相工频交流单相工频交流制后，显示出了很大的优点，虽然发展较制后，显示出了很大的优点，虽然发展较晚但发展很快

6、，半个多世纪以来就建成晚但发展很快，半个多世纪以来就建成106883km，占全球电气化铁路的，占全球电气化铁路的40.9单单相工频交流制的电气化铁路将成为主流。相工频交流制的电气化铁路将成为主流。 根据不同的供电制和驱动电机的组合，出根据不同的供电制和驱动电机的组合，出现了所对应的现了所对应的。 随着电力电子器件的不断发展，到现代已随着电力电子器件的不断发展，到现代已形成较为统一的主流变流技术模式形成较为统一的主流变流技术模式 DC-DC AC-DC DC-AC AC-DC-AC由早期的直流电机、三相电机演由早期的直流电机、三相电机演变到脉流电机、单相整流子电机直至现代变到脉流电机、单相整流子

7、电机直至现代的三相异步交流电机和三相同步交流电机的三相异步交流电机和三相同步交流电机驱动。驱动。 城市轨道交通直到现代仍以城市轨道交通直到现代仍以DC750V和和DC1500V的直流制牵引供电方式为主体，的直流制牵引供电方式为主体， DC-DC，DC-AC变流调速方式，直流电机变流调速方式，直流电机和三相交流电机和三相交流电机上海上海广州广州北京北京13号线号线武汉武汉大连大连天津天津磁悬浮磁悬浮牵引控制系统牵引电机制动系统牵引变流器牵引变压器转向架列车网络控制系统铝合金、不锈钢车体系统集成关键关键技术技术 牵引电机变速传动技术 直流电机： 其转矩同主磁通和电枢磁势的乘积有关，M = KI 相