电力牵引传动与控制课件

电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制课程主要内容：电力牵引传动控制概述电力牵引交直传动与控制电力牵引交流传动与控制2电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵引传动与控制电力牵电力牵引传动与控制课程主要内容：电力牵引传动控制概述电力牵引交直传动与控制电力牵引交流传动与控制2电力牵引传动与控制2

主要参考书：胡汉春.机车电传动与控制.中国铁道出版社，2012.05张喜全.电力牵引传动及控制.中国铁道出版社，2012.08郭世明.机车动车牵引交流传动技术.机械工业出版社，2012.03王俭朴.城市轨道交通电力牵引与控制.国防工业出版社，2011.12黄彧.电传动控制系统.北京交通大学出版社，2012.10冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统.高等教育出版社，2009.12王书林.电力牵引控制系统.中国电力出版社，2005.宋雷鸣.动车组传动与控制.中国铁道出版社，2009.连级三.电力牵引控制系统.中国铁道出版社，2004.胡崇岳.交流电动机直接转矩控制.机械工业出版社，2010.01.

主要参考资料：机车电传动[J].株洲电力机车研究所内燃机车[J].大连内燃机车研究所机车车辆（CRH1-6,HXD1-3,HXN3,HXN5,DF4-DF11,SS4-SS9,…等）资料及专刊等3主要参考书：3第一章电力牵引传动与控制 系统概述

系统组成与功用 系统分类 发展历史与现状

4第一章电力牵引传动与控制 系统概述4第一章电力牵引传动与控制系统概述

一、系统组成与功用电力牵引传动与控制系统组成内燃机车、内燃动车组：柴油机控制系统牵引发电机变流器牵引电动机传动齿轮箱与动轮电力传动与控制系统图1-1a5第一章电力牵引传动与控制系统概述一、系统组成与功用

电力机车、动车组（交流AC供电）：

AC电网受电弓控制系统牵引变压器变流器牵引电动机传动齿轮箱与动轮电力传动与控制系统图1-1b6 AC电网控制系统牵引变压器变流器牵引电动机传动齿轮箱电力传

地铁、城轨车辆（直流DC供电）：

DC电网受流装置控制系统变流器牵引电动机传动齿轮箱与动轮电力传动与控制系统图1-1c DC电网控制系统变流器牵引电动机传动齿轮箱电力传动与控制系内燃机车理想牵引特性曲线

机车轮轴功率：

F·V=3.6η·N

式中：

F机车牵引力（KN）

V机车速度（Km/h）

N原动机功率（KW）

η

传动效率

理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：

F·V=3.6η·N=const.图1-2机车理想牵引特性曲线（牛马特性）8内燃机车理想牵引特性曲线 机车轮轴功率： 图1-2机内燃机车电传动装置的功用电传动装置的功用：充分利用和发挥机车动力装置的功率；扩大机车牵引力F与速度V的调节范围；提高机车过载能力，解决列车起动问题；改善机车牵引控制性能。图1-3柴油机功率和扭矩特性---柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求9内燃机车电传动装置的功用电传动装置的功用：图1-3柴油第一章电力牵引传动与控制系统概述

二、系统分类

按电流制式不同分为三大类：直-直电力传动系统交-直电力传动系统交-直-交电力传动系统｝直流传动系统交流传动系统10第一章电力牵引传动与控制系统概述二、系统分类 ｝直直-直电力传动系统

内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。调速性能优良，系统简洁。直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。一般在2200KW以下。车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。

图1-4内燃机车直-直电传动11直-直电力传动系统 内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电交-直电力传动系统

内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。适用于大功率机车。车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。

图1-5内燃机车交-直电传动12交-直电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交交-直-交电力传动系统

内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。图1-6a内燃机车交-直-交电传动

采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好良好的粘着性能 适用于大功率控制系统复杂车型：DF4DAC,NJ1;DJ,DJ2,DJJ1,DJ4;HX、CRH系列等13交-直-交电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单电力牵引传动与控制课件交-直-交电力机车传动系统

图1-6b电力机车交-直-交电传动代表性车型：和谐型系列电力机车（HXD）15交-直-交电力机车传动系统图1-6b电力机车交-直-第一章电力牵引传动与控制系统概述

三、国内外机车（动车组）传动控制技术 发展历史与现状

大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展

主要趋势：电力传动16第一章电力牵引传动与控制系统概述 三、国内外机车（动德国：液力传动机车创始国，但从上世纪60年代起 转向研制交流传动。1971年成功推出DE2500

交-直-交内燃机车。日本：液力传动机车主要生产和使用国（主要由于 轴重限制原因）。但随着电气化和交流传动 技术的发展，普及了电力传动。客运以动力 分散型电力牵引动车为主。英国：内燃化初期两种传动方式并存发展，1962年 为配合铁路全盘电气化，英国铁路总局宣布 不再生产液力机车。美国：1925年制造出第一台直流电传内燃机车，之 后几乎全部生产电传机车。中国：80年代末基本停止了大功率液传机车的生产， 资阳，二七，四方转产电传机车），确定了 主要发展电力传动的方针。17德国：液力传动机车创始国，但从上世纪60年代起17电力传动形式的发展：

直-直

交-直

交-直-交

发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动 大功率―单轴功率1100-1600KW

高性能―高恒功速比，高粘着利用等 节能―低损耗，高效率，功率因数≈1.0

可靠性高，维护性好，谐波干扰小18电力传动形式的发展：

直-直交-直1920-1960年代初：世界各国，直-直形式，功率<2200KW。 （30多年！）1964：法国首创交-直内燃机车BB67036。开创了交-直传动和大功率机车的时代。（巨大进步！）

美国：C36-73600马力

法国：CC720004000马力

CC780005000马力

前苏联：TЭΠ756000马力

中国：DF4A-4B3300马力

DF4C3600马力

DF4D4000马力

DF54500马力

韶山系列电力机车单轴功率800-900KW

我国1958年大连厂试制成功2000马力直-直机车，同年田心厂试制成功SS1型电力机车，64年DF型批量生产，69年试制成功4000马力DF4和SS2，78年SS3，85年SS4，…94年SS8，98年SS9-5400Kw

191920-1960年代初：世界各国，直-直形式，功率<22东风4B型内燃机车1984年由大连、资阳、大同机车厂生产的干线客货运内燃机车。机车标称功率增加到1985kW。最大速度，货运100km/h，客运120km/h，车长20500mm，轴式C0-C0，传动方式为交-直流电传动东风4型内燃机车（4A-4E）东风4B型内燃机车1984年由大连、资阳、大同机车厂生产的干东风11型内燃机车

南车戚墅堰机车公司研制

最高试验速度186KM/H。装车功率为3860KW。

16280ZJA型柴油机。

JF204C型同步主发电机。

ZD106型牵引电动机。机车走行步采用高圆簧旁承,电动机架悬式悬挂,轮对空心轴六连杆驱动的转向架,机车装有微机控制系统,速度监控系统,具有自负荷功能的电阻制动装置,电控制动系统及轴温检测显示装置

21东风11型内燃机车

南车戚墅堰机车公司研制最高试验速SS3B型电力机车SS3B型电力机车为2002年株电厂开发的新型重载货运6轴电力机车，通过内重联环节连接组成的12轴重载货运电力机车，每节车为一完整系统持续制功率8700kW

持续速度48km/h

最高速度100km/h22SS3B型电力机车SS3B型电力机车为2002年株电厂开发的SS4型货运电力机车韶山4（SS4）型电力机车是由各自独立且又互相联系的两节车组成，每节车均为一个完整的系统。额定功率6400kW持续牵引力436.5kN最大牵引力627.8kN持续速度51.5km/h最大速度100km/h23SS4型货运电力机车韶山4（SS4）型电力机车是由各自独立且SS6B型货运电力机车1994年研制成功，交直型6轴货运电力机车持续制功率4800kW持续速度50km/h最高速度100km/h起动牵引力485kN持续牵引力337.5kN

24SS6B型货运电力机车1994年研制成功，交直型6轴货运电力韶山8型电力机车1994年研制的快速客运电力机车，曾创造了中国铁路机车的最高速度240km／h轴式Bo-Bo额定功率3600kW持续牵引力126kN最大牵引力208kN持续速度100km/h最大速度170km/h25韶山8型电力机车1994年研制的快速客运电力机车，曾创造了中SS-9高速机车26SS-9高速机车26SS9G型客运电力机车六轴干线大功率准高速客运交直传动电力机车。采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车机车持续功率4800kW最大功率5400kW轴式C0-C0牵引工况恒功速度范围为99-160km／h最高速度为170km／h27SS9G型客运电力机车六轴干线大功率准高速客运交直传动电力机1965：英国研制成功Hawk型内燃机车（BRUSH公司），采用静止式半导体变频器，Vmax=120Km/h，1030KW，异步牵引电动机，但变频器欠可靠。1971：德国BBC和Henschel，DE2500：交-直-交，1840Kw，Vmax=140Km/h，异步牵引电动机，试验和干线运行证明机车牵引性能良好，运行经济性好，可靠性高，维护方便，取得了巨大成功，开创了交流牵引的时代。1980年首台BR120交流传动干线电力机车在德国投入试运行。70年代之后：世界各铁路发达国，争相研制交流传动机车，交流传动技术特别在电力机车应用方面取得了 极大完善。1996：中国,AC4000交-直-交原型车，标志着我国机车交流传动技术进入实质性研究和应用阶段。2000年“蓝箭”，2001年DJ2”奥星”号，…2006年以后DJ4、HXD、HXN、CRH1-3、CRH5动车组等

交流传动技术发展历程281965：英国研制成功Hawk型内燃机车（BRUSH公司），AC4000型交-直-交电力机车29AC4000型交-直-交电力机车29DJ2型号交流传动电力机车我国第一台具有自主知识产品的商用型交流传动电力机车。主要用于既有干线客运牵引和高速专线牵引通用型客运电力机车轴式Bo-Bo电传动方式交-直-交持续制功率4800kW持续速度74km/h最高运营速度200km/h最大起动牵引力264kN持续牵引力233kN再生制动功率4400kw(108-210km/h)最大制动力150kN(10-108km/h)

30DJ2型号交流传动电力机车我国第一台具有自主知识产品的商用型DJJ1(蓝箭)电动旅客列车株电、株所、长客和广铁集团于2000年共同为广深线研制的新一代交传高速电动旅客列车组基本编组M+5T+TC

两列连挂编组：M+10T+M持续制功率：4800kW持续制速度：105km/h最高速度：210km/h起动牵引力：211kN持续牵引力：164kN最大电制动力：150kN（5～108km/h）电制动功率：4400kW(108～230km/h)31DJJ1(蓝箭)电动旅客列车株电、株所、长客和广铁集团于“中原之星”动车组2001年10月生产，动力分散型交流传动电动车组。由株电、四方、株所联合研制生产。电传动方式：交－直－交持续制牵引功率6400kW最高运营速度：160km/h平均启动加速度（0～52.5km/h，额定载荷）不小于0.4m/s232“中原之星”动车组2001年10月生产，动力分散型交流传动电中华之星电动车组为我国京一沈快速客运通道研制的动车组。列车最高运营速度可达270km／h，是目前我国运行时速最快的电动车组电传动方式交－直－交传动最大运行速度270km/h起动牵引力200kN（0～5km/h）持续制功率2*4800kW

2002年11月27日，中华之星在秦(皇岛)沈(阳)客运专线上创造了中国铁路试验速度的最高记录：312.5公里/小时！

33中华之星电动车组2002年11月27日，中华之星在秦(皇岛出口乌兹别克斯坦电力机车轴式B0-B0-B0电传动方式：交－直－交用途：铁路干线客货通用持续制功率6000kW持续速度53km/h最高运行速度120km/h起动牵引力450kN持续牵引力410kN(半磨耗轮)电制动方式：再生制动最大电制动力：285kN轮周制动功率：5400kW34出口乌兹别克斯坦电力机车34和谐型大功率交流传动机车电力机车株洲电力机车有限公司：HXD1型八轴9600kw大同电力机车有限公司：HXD2型八轴9600kw大连机车车辆有限公司：HXD3型六轴7200kw内燃机车大连机车车辆有限公司：HXN3型六轴4413kw戚墅堰机车车辆厂：HXN5型六轴4413kw截至2013年，全国铁路机车拥有量为2.08万台，其中和谐型大功率机车7017台，比2012年增加972台。电力机车占52.1%，

内燃机车占47.8%。截至2014年，全国铁路机车拥有量为2.11万台，其中和谐型大功率机车8423台，比2013年增加1406台。电力机车占55.0%；内燃机车占45.0%。35和谐型大功率交流传动机车电力机车截至2013年，全国铁路机车和谐号大功率机车一览表型号主要性能参数研发制造运用初期订购情况和谐1型电力机车HXD1(DJ4)交流传动，双机重联，单机轴式Bo-Bo，8轴9600kW，最高时速120KM/h德国西门子公司与南车株电公司在EuroSprinter机车技术平台联合开发大秦线牵引运煤列车。至2007年底，株厂共造出120多台2004年12月铁道部订购180辆，2008年11月取消其中40辆订单HXD1B交流传动，轴式Co-Co，6轴9600kW，最高时速120KM/h南车株电公司德国西门子公司单机牵引7000吨重载列车2007年8月铁道部订购500辆HXD1C交流传动，轴式Co-Co，6轴7200kW，最高时速120KM/h南车株电公司单机牵引5000吨2008年铁道部订购300辆和谐2型电力机车HXD2交流传动，双机重联，单机轴式Bo-Bo，8轴9600kW，最高时速120KM/h阿尔斯通交通股份公司与北车大同电力机车公司在PRIMA机车技术平台联合开发单机牵引7000吨重载列车，三机重联满足20000吨以上重载列车2005年铁道部订购180台HXD2B交流传动，轴式Co-Co，6轴9600kW，最高时速120KM/h北车大同电力机车公司阿尔斯通交通股份公司单机牵引7000吨重载列车2007年铁道部订购500台和谐3型电力机车HXD3(DJ3)交流传动，轴式Co-Co，6轴7200kW，最高时速120KM/h日本东芝公司与北车大连机车公司联合研发单机牵引5000吨2004年铁道部订购60辆，后增订180辆；2008年再增购400台HXD3B交流传动，轴式Co-Co，6轴9600kW，最高时速120KM/h加拿大庞巴迪公司北车集团大连机车公司单机牵引7000吨重载列车2007年2月铁道部订购500辆和谐3型内燃机车HXN3交流传动，轴式Co-Co，6轴EMD16V265H柴油机，装车功率4400kW，最高时速120KM/h北车大连机车公司与美国EMD内燃机车公司联合设计制造双机牵引5000吨，时速120km/h2005年铁道部订购300台和谐5型内燃机车HXN5交流传动，轴式Co-Co，6轴，额定功率4460kW，最高时速120KM/h南车戚墅堰机车公司与美国通用电气（GE）公司合作研发生产双机牵引5000吨，时速120km/h2005年铁道部订购300台36和谐号大功率机车一览表型号主要性能参数研发制造运用初期订购情我国和谐型大功率机车发展和谐型电力机车（HXD） 型号：HXD1/1B/1C/1D，HXD2/2B/2C，HXD3/3B/3C/3D

其中：HXD1D/3D为新型交流传动160km客运机车

轴式：HXD1与HXD2为2（B0-B0），其余均为C0-C0

功率：HXD1/1B，HXD2/2B，HXD3B为9600KW，其余 HXD为7200KW和谐型内燃机车（HXN） 型号：HXN3，HXN5 轴式：均为C0-C0

功率：均为4000KW左右我国和谐型大功率机车发展和谐型电力机车（HXD）HXD1型()38HXD1型()38HXD1(DJ4)型大功率交流传动电力机车主要技术特点

DJ4型大功率交传电力机车是由两节完全相同的4轴电力机车通过内重联环节连接组成的8轴重载货运电力机车，每节车设有一个司机室，为一完整系统，机车总功率为9600kW，单轴功率为1200kW，单节轴式为BO-BO,轴重为23T/25T（可调）。主电路形式：机车采用交-直-交电传动技术，每节车配装一台水冷IGBT变流器，给四台三相异步动机供电，辅助逆变器集成在主变流器中；

控制系统采用西门子SIBAS32系列的微机控制，TCN网络通讯技术；采用分布式控制；代表世界重载快速货运领域的先进水平，可满足2万吨重载列车的牵引，将主要用于长达630km的大秦铁路晋煤外运。车体采用中央梁承载方式，转向架，采用低位牵引杆，基础制动采用轮盘制动；空气制动系统采用CCBII制动系统,电制动采用再生制动；

39HXD1(DJ4)型大功率交流传动电力机车主要技术特点39HXD1B大功率交流传动电力机车

（南车株电总装现场--HXD1B0001号车）40HXD1B大功率交流传动电力机车

（南车株电总装现场--HHXD1B大功率交流传动电力机车

（南车资电总装现场）41HXD1B大功率交流传动电力机车

（南车资电总装现场）41HXD1C大功率交流传动电力机车

（南车资电总装现场）42HXD1C大功率交流传动电力机车

（南车资电总装现场）42和谐5型（HXN5）大功率交流传动内燃机车南车戚墅堰机车有限公司与美国GE公司联合设计制造（2008年）轴式：C0-C0

轨距：1435mm

轴重：25t

总重量：150t

传动方式：交-直-交额定功率：4460kW

最高速度：120km/h和谐5型（HXN5）大功率交流传动内燃机车轴式：C0-和谐3型大功率交流传动内燃机车大连机车车辆公司与美国EMD内燃机车公司联合设计制造2008年7月2日44和谐3型大功率交流传动内燃机车44引进交流电传动高速动车组200-250公里/时动车组CRH1：庞巴迪-四方-鲍尔（BSP）生产，原型是庞巴迪为瑞典AB提供的Regina。编组形式2(2M+1T)+(1M+1T)，8节编组：Mc+Tp+M+M+T+M+Tp+Mc。总功率5300kW，轴功率265kW，共20个轴，每个动车4个动轴。CRH2：南车四方（联合日本财团）生产，原型日本川崎新干线E2-1000。编组形式为4M+4T，8节编组：Mc+T+M+Tp+M+Tp+M+Tc。总功率4800kW，轴功率300kWCRH5：北车长春客车厂（联合阿尔斯通）生产，原型阿尔斯通为芬兰国铁提供的SM3型。总功率5500kW，轴功率550kW，编组形式(3M+1T)+(2M+2T)，8节编组：Mc+M+Tp+M+T+Tp+M+Mc。300-350公里/时动车组CRH3：北车唐山机车厂（联合西门子）生产，原型ICE3。编组形式为，4M4T。轴功率550kW，全车共16根动轴，总功率8800kW，轴重：≤17t

。第一列国产化CRH3C（CRH3-001C）于2008年6月24日上午9时13分在京津城际铁路的试验中创下了394.3公里的最高时速

我国交流电传动高速动车组发展45引进交流电传动高速动车组200-250公里/时动车组我国交CRH1动车组46CRH1动车组46CRH2动车组47CRH2动车组47CRH3动车组48CRH3动车组48CRH5动车组49CRH5动车组49CRH5动车组50CRH5动车组50我国高速动车组新发展至2014年底，全国运营“和谐号”动车组1411组、13696辆，增加103组、3232辆

。

CRH动车组谱系化。已形成系列：CRH1～6；CRH2有CRH2A～

CRH2E以及CRH380A～D等.新一代高速列车CRH380最高运营时速可达380公里。已用于建成后的武广、沪杭、京沪高铁等。CRH380A高速动车组，在沪杭高铁从杭州到上海虹桥试运行途中，最高时速达到416.6公里，再次刷新世界铁路运营试验最高速。动车组统型化51我国高速动车组新发展至2014年底，全国运营“和谐号”动车组2010年12月5日，CRH380B型动车组在京沪高铁先导段的最高试验速度达457公里/小时。2011年1月9日，CRH380B采用特殊试验编组（8M4T）的CRH380B-6402L动车组再次进行京沪高速铁路徐州至蚌埠先导段的运行试验。当天下午5点，列车由徐州东站出发，在启动后6分钟之内就达到了380公里/小时，并于5时15分创造了每小时487.3公里的最高试验速度。

522010年12月5日，CRH380B型动车组在京沪高铁先导2010年12月5日，CRH380B型动车组在京 沪高铁先导段的最高试验速度达457公里/小时。2011年1月9日，CRH380B采用特殊试验编组（8M4T）的CRH380B-6402L动车组再次进行京沪高速铁路徐州至蚌埠先导段的运行试验。当天下午5点，列车由徐州东站出发，在启动后6分钟之内就达到了380公里/小时，并于5时15分创造了每小时487.3公里的最高试验速度。532010年12月5日，CRH380B型动车组在京 沪高铁我国研究开发的部分动车组技术参数车型编组设计运营速度（km/h）列车总功率（kW）牵引电机传动方式备注CRH2C第一阶段6M2T：2（3M+1T）3007200MB-5120-A300kW交-直-交沪宁、京沪、武广高铁；郑西客运专线等运用CRH2C第二阶段3508760YQ-365365kWCRH380A6M2T持续350最高380试验≥4009600YQ-365365kWCRH2C第二阶段基础上研发；京沪、武广高铁等运用CRH380AL14M2T20440CRH380B4M4T持续350最高380试验≥4009200575kWCRH3C

基础上研发；京沪、沪杭高铁等运用CRH380BL8M8T1840054我国研究开发的部分动车组技术参数车型编组设计运营速度（km/CRH380A型动车组新技术特性采用了新一代高速列车低阻力流线头型方案，实际运行时新头型的阻力系数小于0.13，尾车升力系数小于0.08。振动模态系统匹配：优化了转向架设计参数并改善车厢内部结构，以配合动车组车体的自然震动频率，有效抑制列车在高速运行时的车体结构性共振，同时提高了乘坐舒适度。采用了高强度气密性设计，车厢内压力从4000帕下降到1000帕实际大于180秒，气压变化值小于200帕/秒。高速转向架技术，使用SWMB-400/SWTB-400型无摇枕转向架，由CRH2C第二阶段使用的SWMB-350/SWTB-350改良而来。实验结果表示，当CRH380A型动车组运行速度为386.3公里/小时，其最大脱轨系数为0.34，而CRH2A型动车组以250公里/小时运行时最大脱轨系数为0.72。55CRH380A型动车组新技术特性采用了新一代高速列车低阻力流噪声控制技术：列车采用各种新型噪音吸收和阻隔技术材料，CRH380A型动车组在时速350公里/小时的情况下车厢内噪声保持67至69分贝，与CRH2A型动车组以250公里/小时运行时的情况相若。而低阻力新头型的使用亦减少超过5%的气动噪音。高性能牵引系统：采用南车株洲电机有限公司的YQ-365型牵引电动机，和株洲南车时代电气股份有限公司的CI11型IGBT牵引逆变器，并降低了传动比和加大制动盘热容[4]。车辆减重：轴重仍维持在15吨的水平。当CRH380A动车组维持380公里/小时的旅行速度时，平均每位旅客的每百公里能量消耗小于5.2千瓦小时。高效率再生制动：再生能量回馈电网效率达瓦到90%

56噪声控制技术：列车采用各种新型噪音吸收和阻隔技术材料，CRH我国研制成功时速500公里高速试验列车

2011年12月25日在中国南车四方股份公司诞生2014年01月南车青岛四方机车车辆股份有限公司：该试验列车台架试验时速达605公里（持续10分钟）。探索500公里以上超高速列车的技术。我国研制成功时速500公里高速试验列车

2011年12月25我国研制成功时速500公里高速试验列车

2011年12月25日在中国南车四方股份公司诞生2014年01月南车青岛四方机车车辆股份有限公司：该试验列车台架试验时速达605公里（持续10分钟）。探索500公里以上超高速列车的技术。我国研制成功时速500公里高速试验列车

2011年12月25我国成功研发高速列车永磁同步牵引系统

2014年11月，中国南车集团株洲所研制的新一代高速列车永磁同步牵引系统成功通过国家铁道检测试验中心的地面试验考核。自主研发的JD188型大功率永磁同步牵引电动机额定功率达到了690千瓦。牵引系统技术是高铁的核心技术，永磁技术在国内高铁动力应用上的突破，将使中国高铁在世界舞台上更具核心竞争力。

特点：节能高效、体积小、重量轻、转速稳、噪声低、可靠性高等

我国成功研发高速列车永磁同步牵引系统2014年11月，中国电力牵引传动控制系统技术的发展

集成模块化控制系统 分布式计算机网络控制 多参数综合优化控制和智能化60电力牵引传动控制系统技术的发展60Groupwork(2-4人/组)：课程小论文主题：电力牵引传动与控制技术现与发展要求：1.学术论文格式；

2.参考文献资料10-15篇以上；

3.课程结束前交。61Groupwork(2-4人/组)：课程小论文6162第二章电力牵引交-直传动与控制主要内容：直流牵引电动机交流牵引发电机内燃机车恒功调速系统传动装置参数电力机车传动与控制系统黏着控制与主电路保护电阻制动62第二章电力牵引交-直传动与控制63第二章电力牵引交-直传动与控制

一、直流牵引电动机 电机工作原理与结构 基本方程 工作特性与牵引性能分析 速度调节 绕组结构* 电枢反应与换向*

63第二章电力牵引交-直传动与控制64一、直流牵引电动机直流电机工作原理与结构单线圈电机模型：磁极，导体，换向片（器），电刷，转轴等图2-1a直流电机工作原理64一、直流牵引电动机直流电机工作原理与结构图2-1a直65直流电动机的工作原理图2-1b直流电机工作原理65直流电动机的工作原理图2-1b直流电机工作原理66②

导体所受电磁力大小：fx=Bx·L·Is

方向：左手定则判定旋转导体感应电势大小：es=Bx·L·V

方向：右手定则判定 （式中：Bx为导体所处位置的磁通密度；L为导 体有效长度；V为导体线速度；Is为导体电流） 换向片的作用：对转动导体中的电流进行换向，使导体所受电磁力矩方向恒定；换接转动导体中的感应电势，使电刷两端电势方向保持恒定。*电机可逆原理：在一定的外部条件下，（直流或交流）电机能量转换的方向可以改变。66②导体所受电磁力大小：fx=Bx·L·Is直流电机工作原理67直流电机工作原理67直流电机可逆工作原理68直流电机可逆工作原理68多线圈直流电机线圈数目增加 换向片数目相应增 加。 电磁转矩和电刷两 端电势脉动减小， 趋向平稳。图2-2八线圈直流电机示意图

实际直流电机：可以有数对磁极，由励磁绕组通以励磁电流形成磁场。转动导体有多个线圈，线圈两有效边相距约一个极距，嵌放在转子铁芯槽内，并通过换向片和电刷的连接作用，构成数条并联支路。69多线圈直流电机线圈数目增加图2-2八线圈直流电机示意图 ⑥直流电机的分类—励磁方式按励磁方式分类：他励，并励，串励，复励。70⑥直流电机的分类—励磁方式按励磁方式分类：他励，并励，串直流电机的结构示意图71直流电机的结构示意图71⑦直流电机的结构

定子：主磁极和主极线圈，换向极和换向极线圈，机座，电刷装 置，端盖及轴承等（静止部分）

转子：转子铁芯，电枢绕组（线圈），换向器，转轴等（旋转部分）

72⑦直流电机的结构

定子：主磁极和主极线圈，换向极和换向电机结构图73电机结构图73转子的结构转轴、电枢铁心、电枢绕组换向器74转子的结构转轴、电枢铁心、电枢绕组换向器747575直流电机的结构76直流电机的结构76直流电机基本方程

电枢感应电势：

Es=CeΦsn（v）（2-1）

电枢电磁力矩：

M=CmΦsIs（N·m）（2-2） 式中：

n电机转速（r/m）

Φs

每极下磁通量（wb)

Is电机电枢电流（A）

Ce=pN/60a（电机电势常数）

Cm=pN/2πa（电机扭矩常数）

p极对数；

a电枢绕组并联支路对数；

N电枢绕组有效导体总数。感应电势和电磁力矩77直流电机基本方程 电枢感应电势：感应电势和电磁力矩77电势平衡方程

以串励电动机为例：

Us=Es+IsRs+Ls

（2-3） 稳态时有：

Us=Es+IsRs（2-4） 式中：

Us电机端电压；

Rs电枢回路总电阻；

Ls电枢回路总电感。78电势平衡方程 以串励电动机为例：78转矩平衡方程式

转矩方程：

M=Mz+Mo+J

（2-5） 稳态时有：

M=Mz+Mo（2-6） 式中：

M电磁转矩；

Mz负载阻力矩；

Mo电机空载阻力矩；

ω

电机角速度；

J电机与负载等效转动 惯量。79转矩平衡方程式 转矩方程：79电机转矩电机扭矩常数Cm能量（功率）平衡方程电磁功率=机械功率由（2-4）式可得：

UsIs=EsIs+Is²Rs（2-7a） 输入电功率=电磁功率+电机内铜(电阻)损耗

EsIs=（CeΦsn）*Is =（pN/60a）*（60ω/2π）*

Φs

Is =（pN/2πa）*

Φs

Isω

=（Cm

Φs

Is

）ω

=Mω

（2-7b）

Mω=Mzω

+Moω

（2-8）机械功率=负载功率+电机空载损耗80电机转矩电机扭矩能量（功率）平衡方程电磁功率=机械功率由（2UsIsEsIs=Mω铜损铁损空载机械摩擦损耗MZωMoω输出机械功率输入电功率图2-8直流电动机功率流图Is²Rs直流电动机功率流图（第2讲）81UsIsEsIs=Mω铜损铁损空载机械摩擦损耗MZωMoω输直流电动机的工作特性

转速特性：n=f（Is） 转矩特性：M=f（Is） 机械特性：n=f（M）

条件：不对电源电压和励磁电流进行人为 调节。82直流电动机的工作特性 82转速特性n=f（Is）

由（2-1）和（2-4）式可得：

n=(Us-IsRs)/(CeΦs) =Us/(CeΦs)-IsRs/(CeΦs) （2-9） 他励电机：Φs≈const.

n=no-kIs------（硬特性） 串励电机：Φs≈k’Is（磁路未饱和时）

n=a/Is-b------（软特性） 其中no=Us/(CeΦs)；k，k’，a，b为常数。83转速特性n=f（Is） 由（2-1）和（2-4）式可得：8转矩特性M=f（Is）他励电机：M=CmΦsIs=kIs（2-10）串励电机（磁路未饱和时Φs与Is成正比）故有：M=CmΦsIs=k’Is²

（2-11）84转矩特性M=f（Is）84机械特性n=f（M）n=(Us-IsRs)/(CeΦs)=Us/(CeΦs)-MRs/(CeCmΦs²)（2-12）85机械特性n=f（M）n=(Us-IsRs)/(CeΦs)直流电动机特性86直流电动机特性86直流电动机的稳态工作点稳态时：M=Mz+Mo≈Mz87直流电动机的稳态工作点稳态时：87

牵引电动机—负载系统稳定运行条件？哪一种直流电动机更适合于作机车牵引？

思考：88

牵引电动机—负载系统稳定运行条件？思考：88牵引特性机械稳定性分析稳定性条件：式中：Wo和F分别为负载阻力和电机牵引力

直流牵引电动机（除差复励外）的特性曲线都具有负斜率，均满足列车牵引时的机械稳定性条件。直流电动机牵引特性分析与比较特性F1：稳定特性F2：不稳定89牵引特性机械稳定性分析直流电动机牵引特性分析与比较特性F1：牵引特性电气稳定性分析由（2-3）电机电势平衡方程式有：Ls(dIs/dt)=Us

–(Es+IsRs)式中：Es=CeΦsn电机电枢反电势；Is

电机电枢电流；Us

电机输入端电压；Rs

电枢回路总电阻；Ls

电枢回路总电感。

设Us

为恒定，当负载扰动引起∆Is时，电机系统中Ls(dIs/dt)的符号应与∆Is相反，从而使电机恢复到原来的平衡状态。----电气稳定性条件特性1：稳定特性2：不稳定90牵引特性电气稳定性分析由（2-3）电机电势平衡方程式有：特性串励和他励电动机牵引特性电气稳定性

一般情况下，串励和他励电动机具有电气稳定性。但他励电机稳定余量较小，对于无补偿绕组的电机，由于电枢反应的去磁作用，在大电枢电流时，有可能进入不稳定状态（B点）。91串励和他励电动机牵引特性电气稳定性一般情况下，串励多台牵引电动机并联工作时，负载分配性能分析比较

当多台牵引电动机并联工作、电机特性有差异时，串励电机比他励电机负载分配不均匀程度要小得多。92多台牵引电动机并联工作时，负载分配性能分析比较

同一台机车动轮直径有差异时，采用串励牵引电动机比他励电机负载分配均匀。93同一台机车动轮直径有差异时，采用串励牵引电动机比他励输入电压波动对电机电流和牵引力的影响分析

当外加电压突变时，由于他励电动机励磁不变，电枢反电势不能及时增加，将使过渡过程开始阶段电枢电流冲击过大，串励电机电流冲击要小得多。94输入电压波动对电机电流和牵引力的影响分析当外加电压突变牵引电动机功率利用分析比较

串励牵引电动机具有软特性，转速随转矩的增大而自动降低，故串励电动机的功率变化比他励牵引电动机要小，接近恒功率曲线，可以更合理地利用与牵引功率有关的电器设备容量。95牵引电动机功率利用分析比较串励牵引电动机具有软特性，粘着性能分析比较

---空转发生与空转速度96粘着性能分析比较

---空转发生与空转速度96

由上图所示的牵引电动机特性与空转的关系可知，串励电动机由于特性较软，空转发生后的稳定滑动速度V4高于他励电动机的稳定滑动速度V3。从粘着重量的利用观点出发，他励牵引电动机优于串励牵引电动机（第3讲）97由上图所示的牵引电动机特性与空转的关系可知，串直流电动机速度调节由（2-9）式：

n=(Us-IsRs)/(CeΦs)

改变Rs，

Us，Φs均可调速，但后两者才是经济的调速方法。 可分别通过改变Us或Φs调速，两者独立。改变Us调速

n2/n1≈Us2/Us1

（2-13）

（假定IsRs≈0时）98直流电动机速度调节由（2-9）式：989999改变Φs调速（磁场削弱调速）根据电机转速公式，可得调速前后转速比为：

近似有：

n2/n1≈Φs1/Φs2

（2-15）100改变Φs调速（磁场削弱调速）根据电机转速公式，可得调速前后转101101思考：

恒功率控制条件下，牵引电动机磁场削弱前后的工作状态如何变化？102思考：

恒功率控制条件下，牵引电动机磁场削弱前后的恒功率（PF=const.）条件下的磁场削弱调速由于磁场削弱瞬间，n不变，故M亦不变，电流和磁通满足：

M=CmΦs1Is1=CmΦs2Is2

Is1/Is2=Φs2/Φs1结果：

a.磁场削弱后瞬间电机电枢电流增大,电压减小（恒功控制系统作用）；

b.根据扭矩平衡方程可知，若外界阻力Mz不变且电磁力矩M与Mz已处于平衡状态，则电机转速将保持不变。但若在Mz<M时进行磁场削弱，则电机转速可增大，机车速度增加。103恒功率（PF=const.）条件下的磁场削弱调速由于磁场削弱恒功磁场削弱调速过程及优缺点分析经济调速，可重复使用主发电机的恒功曲线，扩大机车恒功调速比。使牵引电动机换向条件恶化，运行可靠性降低。104恒功磁场削弱调速过程及优缺点分析经济调速，可重复使用主发电机直流电机绕组结构*单迭绕组为例：绕组元件：一匝或多匝的线圈。极距τ：

在电枢表面上相邻异性磁极中心线之间的距离。可用总槽数Z和极对数p表示为：

τ=Z/2p(2-16)105直流电机绕组结构*单迭绕组为例：105单迭绕组结构绕组元件数S与换向器的换向片数H

因每个元件的两端分别 接到两个换向片上，而每一个换向片和两个元件相连 接，故有：

S=H(2-17)第一节距Y1

元件两有效边在电枢表面的距离，用所跨的槽 数表示。

Y1=Z/2p±ε=整数（0≤ε<1）(2-18)

根据直流电机原理，应使：

Y1≈τ换向片节距YH

元件首尾两端所连接的两个换向片在换向器 表面的距离，用所跨过的换向片数表示。 单迭绕组：YH=±1(2-19)并联支路数2a及电刷位置

单迭绕组并联支路数：2a=2p(2-20)

电刷位置：应使两电刷之间能得到最大电动势---磁极 中心线上106单迭绕组结构绕组元件数S与换向器的换向片数H因每个元件直流电机的绕组结构（第4讲）107直流电机的绕组结构（第4讲）107注：图中所示方向为感应电势方向例：四极直流电机绕组

2p=4Z=S=H=16

τ=Z/2p=16/4=4YH=+1Y1=Z/2p±ε

=16/4±0=4108注：图中所示方向为感应电势方向例：108绕组16个元件通过换向器连接成闭合环路：109绕组16个元件通过换向器连接成闭合环路：109通过电刷与换向器接触将16个元件对称分割成四条并联支路：110通过电刷与换向器接触将16个元件对称分割成四条并联支路：11111111ZQDR-410直流牵引电动机总槽数（实槽数）Z=50S=H=2002p=4Y1=Z/2p-ε=50/4-2/4=12YH=1每个槽内嵌放4个元件(4对元件边)（第5讲）112ZQDR-410直流牵引电动机总槽数（实槽数）Z=50（第5直流电机电枢反应与换向问题*电枢反应 电枢电流磁场对主极磁场的影响。

电枢反应的结果： 电机气隙合成磁场发生畸变，主极极面下有一半磁通密度增加，另一半减少，物理中性线与几何中心线不再重合。----换向器片间电压升高，换向元件中不平衡电势增加，电机换向条件恶化。电机气隙合成磁场被削弱，因磁路饱和引起的去磁作用影响转速和转矩。113直流电机电枢反应与换向问题*电枢反应113两极电机中电枢电流磁场对主极磁场的影响114两极电机中电枢电流磁场对主极磁场的影响114电枢反应主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线115电枢反应主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条直流电机换向问题换向及换向过程

旋转的电枢元件从一条并联支路经过电刷进入另一条支路时，该元件中电流从一个方向变为另一个方向，这种电流方向的改变称为换向。这一过程称为换向过程。116直流电机换向问题换向及换向过程116117117118118换向元件中的不平衡电势和附加电流

∑e=er+es+eh （2-21）

Δi=

∑e/rh （2-22）式中：

er电抗（自感和互感）电势，与Is和n成正比；

es电枢反应电势，与Is和n成正比；

eh换向电势，亦应与Is和n成正比；

rh

换向元件闭合回路总电阻。

不平衡电势引起的附加电流Δi是造成换向问题的主要原因！119换向元件中的不平衡电势和附加电流119改善换向的措施（电磁方面）减小换向元件中的合成不平衡电势∑e

换向极正确安装； 换向极励磁电流必须与电枢绕组串联； 换向极磁路不饱和（采用第二气隙）等。增加换向回路中的电阻rh

选用接触电阻和电阻系数较大的电刷； 采用分裂式电刷等。120改善换向的措施（电磁方面）减小换向元件中的合成不平衡电势∑e第二章电力牵引交-直传动与控制二﹑同步交流牵引发电机 同步交流牵引发电机工作原理 等效电路与电势矢量图 同步发电机工作特性 同步发电机电枢三相绕组*121第二章电力牵引交-直传动与控制二﹑同步交流牵引发电机二﹑同步交流牵引发电机同步交流牵引发电机工作原理 基本组成与结构

转子（磁极（励磁 绕组和铁芯），滑 环，转轴等）

定子（三相绕组， 机座，电刷，轴承 等）----电枢

122二﹑同步交流牵引发电机同步交流牵引发电机工作原理122三相正弦交流电势转子磁极下气隙磁密按正弦分布：

Bx=B1Sinx（2-23）定子导体电势：

e1d=BxLV=√2E1dSinωt

（2-24）定子电势频率：

f=pn/60（2-25）123三相正弦交流电势123同步交流牵引发电机工作原理定子每相电势（有效值）：

E1=√2

πW

Kr

zΦ1f（2-26） 式中：W为每相绕组串联总匝数；

Kr

z

绕组系数；

Φ1每极磁通量；124同步交流牵引发电机工作原理定子每相电势（有效值）：124等效电路与电势矢量图 E0=U+I（jXT+Rs）（2-27）...125等效电路与电势矢量图 E0=U+I（jXT+Rs）（2-同步发电机工作特性在n,IFL，cosφ为常数条件下求得的自然外特性：

UF=f（IF）126同步发电机工作特性在n,IFL，cosφ为常数条件下求得的

在n,IF，cosφ为常 数条件下求得的负 载特性：

UF=f（IFL）

127 在n,IF，cosφ为常 数条件下求得的负 载特性：12在机车恒功率控制条件下，同步发电机的调整特性：IFL=f（IF）128在机车恒功率控制条件下，同步发电机的调整特性：IFL=f（I同步牵引发电机结构129同步牵引发电机结构129同步发电机电枢三相绕组*TQFR-3000：p=9，z=108，α=30ْ

，在每个极内分相130同步发电机电枢三相绕组*TQFR-3000：p=9，z=10采用短距绕组

消除或减小高次谐波电势原理（第6讲）131采用短距绕组

消除或减小高次谐波电势原理（第6讲）131电力牵引传动与控制课件第二章电力牵引交-直传动与控制三、交-直型内燃机车恒功调速系统系统任务与要求励磁调节及主电路电路组成结构牵引发电机恒功励磁控制系统基本工作原理（组成、原理、性能指标）采用液力调节器的恒功励磁（东风4）电子恒功励磁系统（ND5）Microcomputer-based恒功励磁系统133第二章电力牵引交-直传动与控制133三﹑交-直型内燃机车恒功调速系统机车恒功系统的任务与要求 机车柴油机恒功辅助功率+牵引功率恒定辅助功率变化时，调节牵引发电机励磁恒功 机车柴油机恒功（辅助功率不变）牵引功率恒定牵引发电机恒功输出恒功励磁调节 要求：机车全功率运行---﹥柴油机额定工况机车部分功率运行---﹥柴油机按经济特性运行宽广的调速范围（恒功调速比等）良好的起动性能（启动牵引力，平稳性等）其他牵引性能要求（粘着利用，节能，可靠性，维修性等）134三﹑交-直型内燃机车恒功调速系统机车恒功系统的任务与要求13

恒功调压比：

Kpu=UFpmax/UFde（2-28）内燃机车牵引发电机理想外特性135 恒功调压比：

Kpu=UFpmax/UFde136136系统电路组成结构牵引发电机励磁调节系统电路组成结构间接控制方式控制信号功率小，时延，惯性大直接控制方式系统简洁，动态性能较好，但需要较大的控制功率137系统电路组成结构牵引发电机励磁调节系统电路组成结构137138138主电路结构采用牵引电动机全并联﹑磁场削弱调速139主电路结构采用牵引电动机全并联﹑磁场削弱调速139现代大功率的交-直机车多采用全并联主电路形式，电路简洁，粘着利用较好采用磁场削弱调速较经济地扩大了机车恒功调节范围磁场削弱系数：

β=IDL/ID=Rx/（Rx+RDL）

（2-29）最深磁场削弱系数用βmin表示140现代大功率的交-直机车多采用全并联主电路形式，电路简洁，粘着C1～C5为主电路转换控制接触器开关b）牵引电动机串并联或串-并联换接结构141C1～C5为主电路转换控制接触器开关b）牵引电动机串并联或串牵引电动机串并联或串-并联换接结构主电路中支路数较少扩大了牵引发电机的调压范围，可有效地增大机车恒功调速比粘着利用较全并联方式差换接比：

Kh=ADde/ADpmin（2-30） 式中：ADde和ADpmin分别为换接前后每 条支路中串联的牵引电动机台数142牵引电动机串并联或串-并联换接结构主电路中支路数较少142机车恒功励磁控制系统基本工作原理原理框图：143机车恒功励磁控制系统基本工作原理原理框图：143144144组成框图各单元及其作用：

给定信号单元 检测单元 比较环节调节器 执行元件 被调对象145组成框图各单元及其作用： 给定信号单元145恒功励磁系统的工作原理任何闭环控制系统均基于“检测偏差，纠正偏差”原理工作。调节过程举例： 设系统初始状态工作在平衡点a，对应发电机励磁电流IFL1。调节过程如下： 负载阻力变化（减小）瞬间→发电机励磁未变，工作点沿自然外特性1上升至c点→偏离恒功曲线，使Ji>Gi，偏差信号Ei<0→调节器输出调节信号Ti减小→执行元件使发电机励磁减小至IFL2，发电机外特性下降至2→发电机输出功率减小→调节过程直至新的稳定工作点c’,此时Ji=Gi，系统重新进入平衡状态。采用具有积分环节的调节器，可使系统静态误差为0，成为无“静差”系统。146恒功励磁系统的工作原理任何闭环控制系统均基于“检测偏差，纠正147147恒功励磁系统性能指标静态特性：系统在稳定状态下所测得的特性。 用机车水阻试验测得的牵引发电机外特 性与理想外特性的符合程度，即两者的 偏差来衡量动态特性：系统在调节过程非稳定状态下测得的特性。 衡量指标包括：稳定性，超调量，过渡 过程时间等。对实际机车恒功励磁系统， 过渡过程时间是衡量系统性能好坏的 重要指标。148恒功励磁系统性能指标静态特性：系统在稳定状态下所测得的特性。图中：C（t）和R（t）分别为系统激励和响应（输入和 输出）；σ为超调量；Tp为过渡过程时间；Cm和

C∞分别为系统响应最大值和稳态值。149图中：C（t）和R（t）分别为系统激励和响应（输入和 输出）恒功励磁系统分类按采用的调节器类型分为两类：采用液力调节器的恒功调节系统；采用电子调节装置的电子恒功系统。150恒功励磁系统分类按采用的调节器类型分为两类：150采用液力调节器（联合调速器）的恒功励磁系统联合调速器原理 对柴油机实行以恒转速和恒供油量为目 标的控制。 用柴油机全制式调速器与液力励磁调节 控制单元结合组成联合调速器。151采用液力调节器（联合调速器）的恒功励磁系统联合调速器原理15恒供油量励磁控制系统原理152恒供油量励磁控制系统原理152全制式调速器恒速控制原理第7讲153全制式调速器恒速控制原理第7讲153联合调速器框图154联合调速器框图154东风4机车液力恒功励磁控制器（联合调速器）系统调节原理

（参照图3-12） 调节器为液力伺服器，是积分元件：

y=∫xdt

x--液力伺服器功调滑阀位移（偏差信号）；

y--液力伺服器输出角位移（调节信号）。 只有当偏差x=0时，调节信号y才不再变化。故此系统是“无静差”系统。

155东风4机车液力恒功励磁控制器（联合调速器）系统调节原理155156156牵引发电机限压，限流控制方法

通过限制各手柄位下牵引发电机的最大励磁电流进行限压和限流控制。 优点：简单157牵引发电机限压，限流控制方法 通过限制各手柄位下牵引系统特点以维持柴油机恒功为控制目标；采用了具有积分环节的液力调节器，为无静差系统；在高手柄位下有良好的静态特性；因各转速下的供油给定值是通过线性关系的函数变换器给出，不能确保各手柄位功率值均达到理想要求，特别是低手柄位下功率值偏低；动态性能较差，过渡过程时间长，对柴油机运行不利；起动性能较差。158系统特点以维持柴油机恒功为控制目标；158电子恒功励磁系统系统原理框图159电子恒功励磁系统系统原理框图159ND5机车CHEC电子恒功控制系统CHEC：ConstantHorsepowerElectronicControl美国GE公司于上世纪七十年代开发的全电子化恒功控制系统系统特点：采用大规模集成模拟电路，实现了包括牵引工况恒功励磁，电阻制动恒流恒励磁及防空转（防滑）等机车的综合控制，改善了机车牵引性能系统以牵引发电机恒功为控制目标，采用励磁机励磁直接控制方式，同时采用了斩波器作为励磁调节执行元件，使系统具有良好的动态性能将柴油机废气涡轮增压器的转速、超速信号引入励磁控制系统，使司机提升手把位时，柴油机功率的提升速度与与涡轮转速(柴油机空气进气量）有良好的配合，改善了柴油机的燃烧状态，同时也为柴油机运行提供了简单可靠的海拔高度补偿和涡轮超速保护设置有“功率斜坡”单元，一方面使有效的功率给定和电流给定信号按一定的时间斜率上升，改善了机车的起动性能；另一方面与机车防空转检测（SENTRY）等系统共同作用，实现机车空转快速保护和粘着恢复后的功率控制，提高了机车的粘着利用并实现多参数综合控制。160ND5机车CHEC电子恒功控制系统CHEC：Constant161161组成电路原理简图162组成电路原理简图162工作原理给定单元6

产生8个手柄位下的功率﹑限流﹑限压给定信号：upg

﹑uig

﹑uug，极性均取正，增益分别为：300kw/v﹑1000v/v﹑150A/v；涡轮增压器转速检测单元7

产生涡轮转速信号uw（极性为正）和涡轮超速信号uwc（极性：未超速时为0，超速时为负）；电流、电压和功率检测单元1、2和3（乘法器）产生牵引发电机实际电流、电压和功率信号：uij﹑uuj

和upj

，极性分别取正、正和负，增益同单元6；163工作原理给定单元6产生8个手柄位下的功率﹑限流﹑限压给定空转检测（sentry）系统信号根据机车轮对间的转速差和加速度及其变化情况产生生级轮对空转信号：ΔVL1、ΔV2、ΔVL3、ΔVL4，其中后三者送入恒功励磁控制系统（单元8）；“功率斜坡”单元8upg

﹑uig

﹑uw﹑

upj﹑功调电阻Rgt信号以及ΔV2、ΔVL3、ΔVL4等等，进入“功率斜坡”单元，产生经修正后、起实际控制作用的功率和限流给定信号：u’pg

和u’ig,极性均为正；比较及调节器运算单元9

运算放大器F1（反相加法器）、F2（差分放大器）和F3（差分放大器）分别进行如下比例运算（设各输入电阻值相等）：

u1=-k1（u’pg-upj-uwc

）

u2=-k2（u’ig-uij

）

u3=-k3（uug-uuj

） 调节器为比例放大器，因此系统是一个有静差系统，但