《机车车辆传动与控制》纸质作业答案（3、4章）.doc

机车车辆传动与控制作业参考答案一、名词解释：1.转差率：旋转磁场的转速n1与转子转速n的差值称为转差，用n表示。转差n与同步转速n1的比值称为转差率，用s表示，即：转差率是表征感应电动机运行状态的一个重要参量。一般情况下，异步电动机的转差率变化不大，空载时约为0.5，额定负载时约为5，异步牵引电动机的转差率一般小2。2.转差频率：转差频率就是转差对应的频率，即3.电流型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。4.电压型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。5.两电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。6.三电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，即输出相电压为三种电平。7（异步牵引电动机）恒磁通调速：根据交流电动机定子绕组感应电势公式当电源电压一定时，如果降低频率，则主磁通要增大，基频（额定频率）以下主磁通增加势必使主磁路过饱和，励磁电流增加，铁心损耗也相应增加，这是不允许的。为此调频时一定要调节电势，保持感应电势与频率的比值不变，即可保持主磁通不变。8（异步牵引电动机）恒功率调速：在恒磁通控制中，随着频率和转速的上升，电压U1也相应提高，牵引电动机的输出功率增大，但电压的提高受到电动机功率或逆变器最大电压的限制。通常调节频率大于基准频率f1f1N时，即当电压提高到一定数值后维持不变或将不再正比于f1上升，此后电动机磁通开始减小，将进入恒功率控制方式。由于由此可见，电动机按恒功率运行，电压与频率的调节可采用两种不同的方式，即U1=C，s=C的调节方式和f2=C，U12/f 1=C的调节方式。二、简答题：1.简述异步牵引电动机的特点。答：异步电动机传动系统与传统的串励直流电动机传动系统相比，在牵引性能（机械特性)、绝缘、耐热、耐潮、黏着、维修、效率、重量、尺寸等方面，都有优越的表现。(1)良好的牵引性能：调节控制交流传动系统的调频特性可显著提高机车启动转矩，合理地利用传动系统的调压、调频特性，可以实现宽范围的平滑调速，提高列车在高速区的功率利用、恒功率调速比。(2)异步牵引电动机构造简单，动力学性能好：交流异步牵引电动机是目前所有电动机中结构最简单的电动机，除轴承外没有其他机械接触部分，电动机转速可达到4000 r/min以上，试验转速甚至可达7000 r/min，这是直流电动机望尘莫及的。由于异步牵引电动机结构紧凑、重量轻，可采用特殊的悬挂装置，簧下质量小，对轨道的冲击力小，使其传动系统具有良好的动力学性能。(3)功率大、体小质轻：异步牵引电动机没有换向器，在相同的几何空间内，能够做到功率大、质量轻。与直流（脉流）牵引电动机相比，其单位质量千瓦数（kW/kg）是直（脉）流电动机的23倍，异步电动机的功率可达到12002000 kW。单位功率质量指标已从3 kg/kW降到1.7 kg/kW，在高速动车组上采用的异步牵引电动机，最先进的指标已达到了1 kg/kW。(4)动态性能和黏着利用好：由于交流异步牵引电动机有较硬的自然特性，当某台电动机发生空转时，随着转速的上升（上升值不大），转矩很快降低，具有很强的恢复黏着（机车黏着利用）的能力。(5)可靠性高、维修简便：交流异步牵引电动机无换向器、无电刷装置，除轴承外无摩擦部件，密封性好，防潮、防尘、防雪性能好，绝缘性能和耐热性好，因此故障率低，可靠性高。控制装置采用模块化结构，故障率很低。电路系统几乎全由无触点的电子元件组成，所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、黏结、接触不良、机械卡滞等问题。交流传动列车配有完备的微机网络监视系统和故障诊断系统，可随时监视系统的技术状态，进行故障诊断。由此可知，交流传动系统的可靠性是很高的，维修量很小，且维修简便，维修费用低。2.简述电力牵引交流传动技术组成。答：电力牵引交流传动技术由核心层技术、辅助层技术和相关层技术三部分组成。核心层技术主要包括牵引变流器技术、牵引控制及其网络控制技术、交流牵引电动机技术和牵引变压器技术；辅助层技术主要包括冷却与通风技术、辅助变流器技术、控制电源技术、保护技术和电磁兼容与布线技术；相关层技术主要包括司机操纵技术、车体轻量化技术、转向架技术、空气制动技术和高压侧检测技术。3.简述列车交流传动系统分类。答：列车交流传动系统按照功率等级、供电方式和列车类型来分类如下。 4.简述牵引变流器的类型及特点。答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源；电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。 根据逆变器输出交流侧相电压的可能取值情况，将电压型逆变器分为两电平式和三电平式。两电平式逆变器，可以把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需要更多的器件。在交流传动领域，当中间电路直流电压U2.72.8 KV时，主电路中变流器通常采用两电平式电路；当U3KV时，宜采用三电平式电路结构。5.简述电压型四象限脉冲整流器的基本工作原理。答：图1为忽略变压器牵引绕组电阻RN的脉冲整流器简化的等效电路。变压器牵引绕组的输出电压为uN 、漏电感为LN 图1 脉冲整流器的简化等效电路脉冲整流器的电压矢量平衡方程为：式中 UN为二次侧牵引绕组电压相量 IN为二次侧牵引绕组电流的基波相量Uab为调制电压的基波相量。当UN一定时，IN的幅值和相位仅由Uab的幅值及其与UN的相位差来决定。改变基波相量Uab的幅值和相位，就可以使IN与UN同相位或反相位。在牵引工况下，IN与UN的相位差为0，该工况下的相量图如图2（a）所示，此时Uab滞后UN；而对于再生制动工况， IN与UN的相位差为180，该工况下的相量图如图2（b）所示，此时Uab超前UN，电机通过脉冲整流器向接触网反馈能量。图2 脉冲整流器简化基波相量图由四象限脉冲整流器等效电路及相量图,有：式中 k变压器短路阻抗电压的标幺值，牵引变压器一般取0.30.35M整流器的调制度，一般取M=0.80.9Ud直流侧输出电压由上式计算可得到由此可见，Ud与UN成正比关系，与整流器的调制度M成反比关系。6.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。答：两电平脉冲整流器采用SPWM调制。理想电子开关的状态选择，通过PW