2026年电动牵引考试试题及答案详解

2026年电动牵引考试试题及答案详解一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分。在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填在题后的括号内。）

1.在直流牵引电动机的调速方法中，通过改变电枢回路电阻进行调速的特点是（）。

A.效率高，经济性好

B.调速平滑，无级调速

C.有级调速，效率低，能耗大

D.只能进行弱磁调速

2.交流传动电力机车中，广泛采用的脉宽调制（PWM）技术，其主要目的是（）。

A.提高逆变器的效率

B.改善中间直流环节的电压波动

C.获得幅值和频率可调的正弦波交流电，并减少谐波含量

D.保护牵引变流器中的IGBT模块

3.串励直流牵引电动机的机械特性（转速-转矩特性）属于（）。

A.硬特性

B.绝对硬特性

C.软特性

D.垂直下降特性

4.在高速动车组牵引传动系统中，中间直流环节的电压支撑电容通常采用（）。

A.电解电容

B.纸介电容

C.涤纶电容

D.陶瓷电容

5.下列哪种制动方式属于动力制动？（）

A.闸瓦制动

B.盘形制动

C.再生制动

D.磁轨制动

6.交-直-交传动系统中，网侧变流器在牵引工况下通常工作在（）。

A.逆变状态

B.整流状态，且功率因数接近1

C.断续状态

D.旁路状态

7.当异步牵引电机实行恒转矩控制时，通常采用的控制策略是（）。

A.恒电压频率比（V/f）控制

B.恒功率控制

C.恒电压控制

D.恒电流控制

8.四象限脉冲整流器相比传统的相控整流器，其显著优点是（）。

A.电路结构简单，成本低

B.功率因数高，且谐波电流含量低

C.无需使用大容量平波电抗器

D.可以直接输出高压交流电

9.在电力牵引自动控制系统中，粘着控制的主要目的是（）。

A.防止车轮空转，最大化利用粘着系数

B.防止车轮滑行，减小制动距离

C.保护牵引电机过载

D.提高列车运行速度

10.牵引变压器在电力机车中主要作用是（）。

A.调节电压

B.隔离高压电网与牵引设备，并降压

C.滤除谐波

D.提供无功功率补偿

11.异步牵引电动机的转差频率与负载转矩的关系是（）。

A.负载转矩越大，转差频率越大

B.负载转矩越大，转差频率越小

C.负载转矩变化，转差频率不变

D.没有关系

12.高速列车受电弓的动态接触力变化过大会导致（）。

A.受电弓滑板磨损减小

B.离线产生电弧，损坏受流质量

C.接触网电压升高

D.取流功率增加

13.矢量控制（FOC）的核心思想是通过坐标变换，将交流电机解耦为（）。

A.两个独立的直流电机进行控制

B.两个独立的交流电机进行控制

C.一个直流电机和一个交流电机

D.一个恒压源和一个恒流源

14.牵引变电所采用AT供电方式（自耦变压器供电方式）的主要优点是（）。

A.供电电压等级低

B.变电所间距大，减少变电所数量，降低对通信线路的干扰

C.结构简单，维护方便

D.不需要设置吸流变压器

15.在再生制动工况下，能量流动的方向是（）。

A.电网->牵引变压器->牵引变流器->牵引电机

B.牵引电机->牵引变流器->牵引变压器->电网

C.牵引电机->制动电阻->大气

D.电池->牵引变流器->牵引电机

16.IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是现代牵引变流器中的核心功率器件，它具有（）的特点。

A.高输入阻抗，低导通压降

B.低输入阻抗，高导通压降

C.只能用于低压电路

D.属于电流控制型器件

17.列车运行基本阻力主要包括（）。

A.坡道阻力和曲线阻力

B.空气阻力、轴承摩擦阻力和轮轨滚动阻力

C.起动阻力和加速阻力

D.隧道风阻和桥梁阻力

18.为了限制起动电流，直流牵引电动机在起动时通常采用（）。

A.降低端电压

B.增大励磁电流

C.串入起动电阻

D.切除励磁绕组

19.在CRH系列动车组的主电路中，二次谐振滤波电路的作用是（）。

A.滤除接触网侧的高次谐波

B.吸收逆变器产生的无功功率

C.滤除中间直流环节的2倍网频纹波电压

D.保护主断路器

20.所谓“恒功速度区”是指牵引电动机（）。

A.电压恒定，电流随速度增加而增加

B.电压和电流的乘积恒定，转矩随速度增加而减小

C.转矩恒定，功率随速度增加而增加

D.励磁电流恒定，电枢电流恒定

二、多项选择题（本本大题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其代码填在题后的括号内。多选、少选、错选均不得分。）

21.交流传动电力机车相比直流传动机车，具有以下哪些显著优势？（）

A.功率因数高，谐波电流小

B.牵引电机无电刷和换向器，维护工作量小

C.恒功率调速范围宽

D.体积大，重量重

E.能更好地实现再生制动，节能效果显著

22.造成牵引电动机环火（闪络）的原因可能包括（）。

A.换向器表面状态不良

B.电刷压力过大或过小

C.电机过载导致换向严重恶化

D.绝缘材料完全干燥

E.电刷位置中性线偏移

23.列车在曲线上运行时，产生的附加阻力包括（）。

A.坡道附加阻力

B.曲线附加阻力

C.隧道空气附加阻力

D.车辆间连接装置的摩擦阻力

E.轮缘与钢轨侧面的摩擦阻力

24.异步牵引电动机的调速方法主要有（）。

A.变极调速

B.变转差率调速

C.变频调速

D.变压调速

E.改变转子回路电阻调速

25.牵引变流器中的热管理设计通常包含哪些部分？（）

A.功率器件的散热器

B.强迫风冷系统或水冷系统

C.温度传感器监测

D.过热保护逻辑

E.绝缘耐压测试

26.高速动车组制动系统通常采用复合制动方式，包括（）。

A.再生制动

B.空气制动（盘形制动）

C.电阻制动

D.涡流制动

E.磁轨制动

27.下列关于粘着系数的说法，正确的有（）。

A.粘着系数受轮轨表面状况影响大

B.速度越高，粘着系数通常越低

C.粘着系数是列车牵引力计算的重要参数

D.粘着系数是一个固定不变的常数

E.撒砂可以提高粘着系数

28.牵引变电所的主要电气设备包括（）。

A.牵引变压器

B.断路器

C.隔离开关

D.电压互感器和电流互感器

E.避雷器

29.直接转矩控制（DTC）与矢量控制（FOC）相比，具有以下哪些特点？（）

A.不需要复杂的坐标变换

B.动态响应速度快

C.转矩脉动较大

D.需要精确的电机参数

E.开关频率固定

30.防止列车空转（蠕滑控制）的主要措施有（）。

A.检测电机转速差异或加速度变化

B.迅速降低牵引电机转矩

C.自动撒砂

D.增加轴重转移

E.提高供电电压

三、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。请将答案填在题中的横线上。）

31.直流牵引电动机的调速特性中，维持励磁磁通不变，改变电枢端电压的调速方法属于________调速，此时电机输出转矩基本恒定。

32.交流异步电机旋转磁场的同步转速与电源频率f及极对数p的关系式为________。

33.在电力牵引系统中，将接触网上获得的电能转换为机械能驱动列车运行的设备称为________。

34.为了减少对铁路沿线通信线路的电磁干扰，电气化铁路供电系统中常采用________或AT供电方式。

35.当列车运行速度超过电机的额定转速后，通常采用________调速方式，此时电机的端电压保持不变，而磁通随速度增加而减小。

36.PWM变流器中，载波频率与调制波频率的比值通常被称为________。

37.列车的运行阻力一般分为基本阻力和________。

38.再生制动失败时，为了消耗牵引电机发出的电能，通常接入________将电能转化为热能。

39.牵引变流器的冷却方式主要有强迫风冷、________和油冷等，其中高速动车组多采用冷却效果更好的水冷方式。

40.在四象限脉冲整流器控制中，通过调节网侧电流的________和相位，可以实现单位功率因数整流。

四、简答题（本大题共4小题，每小题10分，共40分。）

41.简述串励直流电动机作为牵引电动机的主要优缺点。

42.请解释交-直-交电力机车传动系统的基本组成及其能量流动过程（牵引工况下）。

43.什么是粘着控制？为什么在电力牵引中必须实施粘着控制？

44.简述异步牵引电动机采用转子磁场定向矢量控制（FOC）的基本原理。

五、应用题（本大题共2小题，每小题25分，共50分。）

45.某动车组采用异步牵引电动机驱动，已知一台牵引电机的额定功率=300kW，额定转速=3000r/min，过载倍数λ=2.0。电机在恒转矩区运行，额定运行时的转差率=0.02，电网频率f=150Hz。

(1)计算该电机的同步转速、极对数p以及额定转矩。

(2)计算电机在额定运行时的转子电流频率。

(3)若电机在额定转速下进行恒功率弱磁调速，当转速升高到n=3600r/min时，计算此时电机的电磁转矩T（忽略空载转矩）。

46.一列重480吨的列车（包含机车重量），在平直道上运行。已知列车单位基本阻力=1.5+0.002v+0.0003（N/kN，其中v为速度，单位km/h）。列车运行速度v=80km/h时，机车发出的牵引力F=120kN。重力加速度取g=9.8。

(1)计算列车在80km/h时的总基本阻力。

(2)计算列车此时的剩余加速度a（单位：）。

(3)若列车进入坡度为i=10‰（千分之十）的上坡道，且保持牵引力不变，计算列车在该坡道上的加速度（假设速度暂且维持在80km/h计算阻力）。

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试卷答案及详解

一、单项选择题

1.C

解析：改变电枢回路电阻调速属于有级调速，且电阻上消耗大量电能，效率低，经济性差，但控制简单。A项错误，效率低；B项错误，不是无级；D项错误，这是弱磁调速。

2.C

解析：PWM技术的核心在于通过调节脉冲宽度来等效正弦波，从而控制输出电压的幅值和频率，并有效降低低次谐波，使电机运行更平稳。

3.C

解析：串励直流电动机的机械特性较软，即负载转矩增加时，转速显著下降。这种特性适合牵引，因为能自动调节负载，防止过载，且在起动时转矩大。

4.A

解析：中间直流环节需要大容量、高耐压的电容来稳定电压。电解电容具有容量大、成本适中的特点，广泛用于牵引变流器的直流支撑环节。

5.C

解析：动力制动是指利用牵引电机将列车的动能转换为电能，从而产生制动力的方式。再生制动和电阻制动都属于动力制动。A、B、D属于机械制动或摩擦制动。

6.B

解析：在牵引工况下，网侧变流器（脉冲整流器）将交流电变换为直流电，工作在整流状态。四象限整流器可以控制电流相位与电压同相，实现接近1的功率因数。

7.A

解析：在恒转矩控制区（即额定转速以下），为了保持转矩恒定，通常保持气隙磁通恒定，因此采用恒电压频率比（V/f=常数）控制方式。

8.B

解析：四象限脉冲整流器通过PWM控制，可以使输入电流波形接近正弦，且相位可调，因此能获得高功率因数（接近1）并降低谐波含量。相控整流器功率因数低且谐波大。

9.A

解析：粘着控制的主要目的是在轮轨粘着限制的范围内，通过调节牵引电机转矩，防止车轮因牵引力过大而打滑（空转），从而最大化利用可用的粘着系数，发挥最大的牵引力。

10.B

解析：牵引变压器是联系接触网（高压，如25kV）和牵引变流器/电机（低压）的关键部件，主要起降压和电气隔离作用。

11.A

解析：异步电机的电磁转矩与转差频率成正比（在线性工作段）。负载转矩越大，需要的电磁转矩越大，因此转差频率（转速差）越大。

12.B

解析：动态接触力不稳定会导致受电弓与接触网分离（离线），离线瞬间产生高压电弧，不仅烧蚀接触线和滑板，还会导致取流质量恶化，影响机车供电。

13.A

解析：矢量控制通过Clarke变换和Park变换，将定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量，并分别进行控制，从而实现像控制直流电机一样控制交流电机。

14.B

解析：AT供电方式利用自耦变压器提高供电电压和电流传输能力，能够显著延长供电臂长度，减少变电所数量，并且由于回流方式特殊，大大降低了对平行通信线路的电磁干扰。

15.B

解析：再生制动时，电机处于发电状态，产生的电能通过变流器逆向流动，经变压器升压后反馈回接触网，供给其他列车使用。

16.A

解析：IGBT结合了MOSFET（高输入阻抗、电压驱动）和GTR（低导通压降、大电流）的优点。

17.B

解析：列车基本阻力是指在平直道上运行时inherent的阻力，主要包括轴承摩擦、轮轨滚动摩擦以及空气阻力。坡道阻力和曲线阻力属于附加阻力。

18.C

解析：直流电机直接起动时电枢电流非常大（I=U/R），会损坏电机和换向器。因此起动时必须在电枢回路串入起动电阻来限制电流。

19.C

解析：在单相交流传动中，瞬时功率以2倍电网频率波动，导致中间直流电压产生2倍频纹波。二次谐振电路（LC串联电路）谐振于该频率，用于短路并吸收纹波电流，稳定直流电压。

20.B

解析：恒功速度区是指电机电压达到额定值后，无法继续升高电压，通过弱磁调速提高转速的区域。在此区域，电压和电流受限，功率近似恒定，转矩随转速增加而减小。

二、多项选择题

21.ABCE

解析：交流传动系统功率因数高、谐波小（A）；异步电机无电刷换向器，结构简单可靠（B）；调速范围宽（C）；再生制动容易实现，节能（E）。D项错误，交流传动系统体积更小、重量更轻。

22.ABCE

解析：环火主要原因是换向恶化。换向器表面脏污（A）、电刷压力不当（B）、过载（C）、电刷位移（E）都会导致换向火花加剧，最终引发环火。D项绝缘干燥是好事，不是原因。

23.BE

解析：曲线附加阻力主要源于：车辆轮缘在钢轨侧面的摩擦（E）以及车辆转向架通过曲线时，车轮在钢轨上的横向滑动（属于曲线阻力的成因）。B是总称。坡道阻力是独立的附加阻力。

24.ABC

解析：异步电机调速方法主要有：变极调速（A，有级）、变转差率调速（B，如绕线转子串电阻，但牵引中少用）、变频调速（C，主流）。变压调速不常用，改变转子电阻不适用于笼型电机。

25.ABCD

解析：热管理包括物理散热结构（散热器A）、冷却介质循环（风冷/水冷B）、监测（温度传感器C）和保护策略（D）。E是绝缘测试，不属于运行中的热管理。

26.ABCD

解析：高速动车组常用电制动（再生A、电阻C）优先，不足时由空气制动（盘形B）补充。涡流制动（D）在某些高速列车（如ICE3）上也有使用。磁轨制动（E）通常用于紧急制动，会损伤轨面，非常规复合制动主要部分。

27.ABCE

解析：粘着系数受环境（雨雪）影响大（A）；随速度升高而降低（B）；是牵引力上限的依据（C）；撒砂能提高（E）。D项错误，它是变量。

28.ABCDE

解析：牵引变电所是复杂的系统，包含变压器（A）、开关设备（B,C）、互感器（D）和防雷设备（E）等。

29.ABC

解析：DTC直接控制转矩和磁链，不需要复杂的坐标旋转变换（A），动态响应极快（B）。但DTC通常导致开关频率不固定（E错）且转矩脉动较大（C）。D项FOC对参数依赖性更强，DTC相对鲁棒性稍好，但也需要参数，此处选A、B、C最典型。

30.ABC

解析：防空转措施包括：检测空转信号（转速差、加速度A）、降低转矩（B）、撒砂（C）。增加轴重转移（D）是有害的，应减少轴重转移。提高供电电压（E）不能直接解决粘着问题。

三、填空题

31.恒转矩（或变电压）

解析：Φ不变，T∝，U变化改变n，属于恒转矩调速性质。

32.=60f/p

解析：同步转速公式，注意单位换算，f为Hz，n为r/min。

33.牵引传动系统（或牵引变流器与牵引电机）

解析：核心任务是实现电能到机械能的转换。

34.吸流变压器（BT）供电方式

解析：BT供电方式是早期为了减少通信干扰采取的主要措施之一。

35.弱磁（或磁场削弱）

解析：超过额定转速（额定电压）后，只能降低磁通来升高转速，即弱磁调速。

36.载波比

解析：定义为K=/，其中为载波频率，为调制波频率。

37.附加阻力

解析：阻力分类两大类：基本阻力和附加阻力（坡道、曲线、隧道等）。

38.制动电阻

解析：当电网无法吸收再生能量（如电网无负荷或电压过高）时，接通电阻消耗能量。

39.强迫水冷（或水冷）

解析：现代大功率变流器主流冷却方式。

40.幅值

解析：通过控制PWM调制深度或占空比来调节电流幅值，进而控制直流侧电压和功率。

四、简答题

41.简述串励直流电动机作为牵引电动机的主要优缺点。

答：

优点：

(1)软特性：串励电动机的机械特性较软，负载增加时转速自动下降。这对于牵引非常有利，因为：

起动时转矩大，能较快加速。

负载增大（如上坡）时自动减速，能发挥较大的牵引力而不易过载。

负载减小时转速自动升高，提高列车运行效率。

(2)功率利用好：串励电动机的功率随转速变化较小，在恒压供电下能较好地利用牵引变压器的容量。

(3)并联运行时负荷分配较均匀：即使电机特性有差异，由于软特性，各电机电流差异相对较小。

(4)起动性能好：同样的起动电流下，串励电机的起动转矩比他励电机大。

缺点：

(1)防空转性能差：软特性意味着一旦发生空转（粘着破坏），转速急剧上升，转矩下降不多，导致空转难以自行恢复，容易擦伤轮轨。

(2)需有级调速：传统上通过改变串联电阻数或磁场削弱级数进行调速，平滑性较差（现配合斩波器可改善）。

(3)有电刷和换向器：结构复杂，维护量大，换向条件限制了电机的转速和单机功率上限。

42.请解释交-直-交电力机车传动系统的基本组成及其能量流动过程（牵引工况下）。

答：

基本组成：

交-直-交传动系统主要由以下四部分组成：

1.网侧变流器（脉冲整流器）：通常为四象限变流器，负责将接触网的交流电转换为直流电。

2.中间直流环节：由直流支撑电容、二次滤波电路等组成，起储能、稳压和滤波作用，连接网侧变流器和电机侧逆变器。

3.电机侧逆变器：通常为电压型逆变器，将直流电逆变为电压和频率可调的交流电（VVVF）。

4.牵引电动机：通常是三相异步电动机或永磁同步电机，将电能转换为机械能。

5.齿轮传动装置：将电机扭矩传递给轮对。

能量流动过程（（牵引工况）：

1.电能输入：电能从接触网（高压交流，如25kV）经受电弓引入，通过主断路器进入牵引变压器原边。

2.降压与整流：牵引变压器降压后，副边绕组输出的交流电输送至网侧脉冲整流器。脉冲整流器工作在整流状态，将交流电变换为直流电，并控制输入电流波形和相位，保证高功率因数。

3.直流储能：直流电进入中间直流环节，电容进行储能和平波，维持直流母线电压稳定。

4.逆变：电机侧逆变器从中间直流环节吸取直流电，通过PWM控制技术将其逆变为频率和幅值可调的三相交流电，供给牵引电动机。

5.机械能输出：牵引电动机定子通入三相交流电产生旋转磁场，驱动转子旋转，产生电磁转矩。转矩通过齿轮箱传递给轮对，克服列车阻力，驱动列车运行。

43.什么是粘着控制？为什么在电力牵引中必须实施粘着控制？*答：

定义：

粘着控制是指列车在牵引或制动过程中，通过检测装置实时监测轮轨间的粘着状态（如轮对转速、加速度、蠕滑率等），并自动调节牵引电机转矩（或制动力），使轮轨作用力始终处于当前粘着极限之下，同时尽可能接近该极限，以获得最大可用牵引力或制动力的控制技术。

必须实施粘着控制的原因：

1.粘着限制：轮轨间的粘着力是有限的，受天气、轨面状况、速度等因素影响。牵引力或制动力一旦超过粘着极限，车轮就会发生空转（牵引时）或滑行（制动时）。

2.防止空转/滑行的危害：

空转：会导致牵引力下降，列车加速困难；擦伤轮轨表面，造成巨大振动和冲击，损坏走行部部件；增加电机转速，可能导致机械损坏。

滑行：会导致制动力丧失，延长制动距离，危及行车安全；擦伤轮踏面。

3.提高牵引能力：粘着系数是波动的。如果不加控制，为了安全起见，设计时只能取很低的粘着系数，导致机车功率发挥不出来。实施粘着控制可以实时跟踪最大可用粘着系数，在各种轨面条件下都能发挥出最大的牵引力，提高机车的平均运行速度和通过能力。

4.节能与效率：最大化利用粘着，意味着在相同能耗下获得更大的加速能力，或在相同加速度需求下降低能耗。

44.简述异步牵引电动机采用转子磁场定向矢量控制（FOC）的基本原理。

答：

转子磁场定向矢量控制（FOC）的基本原理是将异步电