(2025年)电力机车控制考试试题附答案

(2025年)电力机车控制考试试题附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.电力机车牵引控制系统中，粘着控制的主要目的是（）A.提高牵引效率B.防止轮对空转或滑行C.优化牵引特性曲线D.降低牵引变流器损耗答案：B2.采用直接转矩控制（DTC）的牵引变流器，其转矩响应时间通常小于（）A.5msB.10msC.15msD.20ms答案：A3.电空制动系统中，CCBII制动机的ERCP模块主要负责（）A.均衡风缸压力控制B.制动缸压力控制C.总风缸压力调节D.紧急制动触发答案：A4.牵引变流器的中间直流环节电容的主要作用是（）A.滤波并稳定直流电压B.存储能量供再生制动C.隔离交流侧谐波D.提高功率因数答案：A5.微机控制系统中，数字量输入模块（DI）的典型输入电压是（）A.DC110VB.AC220VC.DC24VD.AC380V答案：A6.再生制动时，牵引变流器工作在（）A.整流状态B.逆变状态C.斩波状态D.回馈状态答案：D7.牵引特性曲线中，恒转矩区对应的运行阶段是（）A.低速启动阶段B.中速加速阶段C.高速恒功阶段D.紧急制动阶段答案：A8.故障诊断系统中，基于模型的诊断方法需要（）A.大量历史故障数据B.系统数学模型C.人工神经网络D.专家知识库答案：B9.列车网络控制系统（TCN）中，MVB总线的传输速率是（）A.1.5MbpsB.2.5MbpsC.5MbpsD.10Mbps答案：A10.牵引电机温度保护的典型阈值是（）A.80℃B.120℃C.180℃D.220℃答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1.电力机车牵引控制的核心目标是实现（）与（）的最优匹配。答案：粘着利用牵引需求2.牵引变流器的主要拓扑结构包括（）、（）和三电平变流器。答案：两电平变流器中点箝位式变流器3.电制动包括（）、（）和电阻制动三种形式。答案：再生制动反接制动4.微机控制单元（TCU）的主要功能模块有（）、（）、保护逻辑模块和通信模块。答案：牵引控制模块制动控制模块5.粘着控制的常用算法包括（）、（）和模糊控制算法。答案：斜率法粘着系数观测法6.列车网络控制中，WTB总线的主要作用是（），MVB总线的主要作用是（）。答案：连接不同车辆单元连接同一车辆内设备7.牵引电机的冷却方式主要有（）和（）两种。答案：强迫通风冷却液冷8.制动电阻的功率计算公式为（），其中P为功率，F为制动力，v为速度，η为转换效率。答案：P=F·v/η9.故障诊断系统的三级诊断包括（）、（）和地面专家诊断。答案：车载实时诊断司机界面提示诊断10.牵引特性曲线的三个阶段是（）、（）和恒功区。答案：恒转矩区过渡区三、简答题（每题8分，共40分）1.简述电力机车牵引控制系统的组成及各部分功能。答案：牵引控制系统由牵引变流器、牵引电机、微机控制单元（TCU）、传感器及执行机构组成。牵引变流器将网侧交流电转换为适合电机的变压变频电源；牵引电机将电能转换为机械能驱动轮对；TCU负责根据司机指令和传感器反馈，计算并输出控制信号；传感器（如电流、电压、转速传感器）实时采集系统状态；执行机构（如接触器、斩波器）执行控制指令。2.比较恒流准恒速控制与直接转矩控制（DTC）的优缺点。答案：恒流准恒速控制通过调节电流维持恒流，低速段保证粘着利用，高速段切换恒速控制，优点是算法简单、可靠性高，缺点是动态响应较慢，转矩脉动较大。DTC直接控制电机转矩和磁链，通过空间电压矢量选择实现快速响应，优点是动态性能好、转矩响应快（<5ms），缺点是对电机参数敏感，低速段磁链观测精度要求高。3.说明电空制动系统中“常用制动”与“紧急制动”的区别。答案：常用制动是正常减速时使用的制动方式，制动力逐级施加，制动缸压力按预设斜率上升（如0.3-0.5bar/s），允许司机阶段缓解；紧急制动是紧急情况下的最大制动力施加，制动缸压力快速上升（如1.5-2bar/s），直接达到最大压力（通常6bar），且不可缓解，需司机复位后重新充风。4.简述牵引变流器过流故障的可能原因及处理流程。答案：可能原因：牵引电机短路、变流器IGBT模块击穿、电流传感器故障、控制算法误触发。处理流程：①TCU检测到过流信号（电流超过整定值，如1.5倍额定电流持续20ms）；②立即封锁门极驱动信号，切断变流器输出；③触发保护逻辑，断开主断路器（VCB）；④司机界面显示“牵引变流器过流”故障代码；⑤司机降弓断电，检查电机绝缘、变流器模块外观及传感器连接；⑥故障复位后重新升弓，测试空载电流，确认正常后恢复运行。5.分析列车网络控制系统（TCN）中冗余设计的必要性及实现方式。答案：必要性：TCN是机车控制的神经中枢，单点故障可能导致控制失效，冗余设计可提高系统可靠性。实现方式：①双总线冗余（主/备MVB、WTB），正常时主总线工作，故障时自动切换至备用总线；②控制单元冗余（如双TCU），主TCU故障时从TCU无缝接管控制；③电源冗余（双110V电源模块并联供电），单模块故障不影响系统供电；④通信协议冗余（支持TCP/IP与TCN协议切换），适应不同场景需求。四、分析题（每题10分，共20分）1.某电力机车在牵引工况下，网压显示25kV正常，但牵引电机无电流输出，司机台显示“牵引封锁”故障。试分析可能的故障原因及排查步骤。答案：可能原因：①牵引变流器故障（如IGBT驱动板损坏、中间直流电压检测故障）；②TCU控制逻辑异常（如牵引指令未发送、传感器信号丢失）；③司机控制器故障（牵引手柄位信号未输出）；④主断路器（VCB）虽闭合但主接触器（KM）未吸合；⑤电流传感器故障（信号异常导致TCU误判）。排查步骤：①检查司机控制器牵引位信号（DI模块输入是否为110V）；②查看TCU故障记录，确认是否有“变流器使能信号丢失”或“中间电压异常”代码；③测量主接触器KM线圈电压（应为110V），检查KM辅助触点是否闭合；④用万用表检测牵引变流器输入电压（中间直流环节应约3000V），若为0V则检查预充电电路；⑤测试电流传感器输出信号（正常应为4-20mA对应0-额定电流），若异常则更换传感器；⑥最终若硬件正常，可能为TCU软件逻辑错误，需重启TCU或升级程序。2.某机车在高速运行（160km/h）时，粘着控制触发频繁，轮对空转指示灯闪烁，制动力波动明显。结合粘着特性曲线，分析可能的原因及改进措施。答案：原因分析：高速运行时，轮轨粘着系数随速度升高而降低（粘着特性曲线斜率变缓），若牵引/制动力矩超过粘着极限（F=μ·P，μ为粘着系数，P为轮重），易触发空转/滑行。可能原因包括：①轮轨表面状态差（有水、油、霜）导致μ下降；②粘着控制算法参数未匹配当前速度（如高速段未降低力矩调整阈值）；③牵引电机特性不一致（某电机转矩输出偏差大）；④速度传感器误差（导致粘着控制误判）。改进措施：①撒砂装置自动激活，改善轮轨粘着（μ可提升0.1-0.2）；②TCU根据当前速度动态调整粘着控制参数（如高速段将力矩削减比例从30%降至15%）；③对牵引电机进行转矩均衡控制（通过电流闭环修正各电机输出）；④校准速度传感器（误差应<0.5%），避免误触发；⑤若频繁发生，需检查轮对踏面磨耗（踏面擦伤会加剧空转），必要时旋轮处理。五、综合应用题（20分）某型电力机车采用两电平牵引变流器+异步牵引电机的驱动方案，额定牵引功率5600kW（4轴，每轴1400kW），额定网压25kV，额定转速1800r/min，粘着系数设计值0.28（轮重21t/轴）。请完成以下计算与设计：（1）计算单轴额定牵引力（取g=10m/s²）。（2）设计粘着控制策略的核心逻辑（需包含传感器、控制算法、执行机构三部分）。（3）若机车以120km/h恒速运行，再生制动时回馈至电网的功率为3200kW（转换效率η=0.9），计算此时的制动力。答案：（1）单轴额定牵引力计算：牵引功率P=F·v/η（η取1，忽略机械损耗），v=π·D·n/60（D为轮径，假设D=1.25m），但更简单方法：额定功率P=1400kW=1400×10³W，额定速度v=（π×D×n）/60=（3.14×1.25×1800）/60≈117.75m/min=7.065km/h（此为额定转速下的轮周速度，实际机车额定速度通常指最高恒功速度，可能题目中额定转速对应额定速度，需调整）。正确方法：额定牵引力F=（P×3600）/（v×1000），假设额定速度v=100km/h（实际需题目给定，此处假设），则F=（1400×3600）/（100×1000）=50.4kN。但根据粘着限制，最大牵引力F_max=μ·P=0.28×21×10³×10=58.8kN，因此单轴额定牵引力应取较小值50.4kN（符合设计值）。（2）粘着控制策略设计：①传感器：轮对转速传感器（精度±0.1%）、电机转矩传感器（精度±1%）、轴重传感器（监测轴重转移）、轮轨表面状态传感器（红外检测湿度/污染物）。②控制算法：采用“斜率法+粘着系数观测”复合控制。实时计算轮对加速度（a=Δv/Δt），当a>阈值（如0.5m/s²）时，判定为空转；同时通过观测电机转矩与轮周力的差值（ΔF=T/(r)-μ·P）估计粘着系数μ，若μ<设定值（如0.25），触发力矩削减。高速段（>120km/h）降低力矩调整斜率（从10%/ms降至5%/ms），避免过制动。③执行机构：牵引变流器（快速调节电机转矩，响应时间<5ms）、撒砂装置（空