第四章 高速铁路的牵引技术（20061129）

null第四章 高速铁路的牵引技术第四章 高速铁路的牵引技术高速牵引动力涉及的新技术高速牵引动力涉及的新技术1）要实现比现有机车更大的牵引功率及牵引力的新型动力装置和传动装置； 2）牵引动力的配置己不能局限于传统的机车牵引方式，而要采用分散的或相对集中的动车组方式； null3）高速条件下新的制动技术； 4）高速电力牵引时的受电技术； 5）适应高速行车要求的车体及走行部的 结构以及减少空气阻力的新的外形设计等等。 这些都是发展高速牵引动力必需解决的具体技术问题。null 到目前为止，世界上已有日本、法国、德国、英国、意大利、瑞典、西班牙、美国、俄罗斯等国开行200公里／小时以上的高速列车。   null从速度看，己开行的高速列车的最高运行速度可以划分为三个等级： 1．第一速度级 最高运行速度为200-250公里／小时 2．第二速度级 最高运行速度为250-300公里／小时 3．第三速度级 最高运行速度为300公里／小时一、高速列车对牵引功率的需求一、高速列车对牵引功率的需求 高速列车对牵引功率的需求是根据高速列车的总质量、最高运行速度和该速度下的列车单位阻力来计算的，计算公式为： 牵引功率计算公式牵引功率计算公式 式中：式中：N —高速列车所需的牵引功率(千瓦)； Q —高速列车的总质量(吨)； w —高速列车的单位阻力(牛／吨)； Vmax一高速列车的最高运行速度(公里／小时)； K—裕量系数。 根据公式若列车总质量确定为 800吨(可运送旅客1000名) 根据公式若列车总质量确定为 800吨(可运送旅客1000名) null上述计算所得数据 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明： 从常规速度级提高到第一速度级，速度增加—倍，而所需的总牵引功率需要增加4倍。 这不仅是因为牵引功率与最高运行速度成正比(由公式可知)，更主要的是因为在高速情况下，列车单位阻力要比常速情况下大大增加的缘故。 null 同样质量的列车 在常规速度(100—110公里／小 时)时所需的总牵引功率仅为1600千瓦 应当指出，上述计算中都考虑了功率储备，以确保有一定的富裕加速功率或能达到略高于该档速度运行所需的功率。各国部分高速列车质量、最高运行速度 及牵引总功率一览表 各国部分高速列车质量、最高运行速度 及牵引总功率一览表 二、高速列车的阻力二、高速列车的阻力 列车运行时的阻力由列车运行基本阻力和各种附加阻力组成。运行基本阻力运行基本阻力 列车运行基本阻力是指机车或动力车及其附挂的客车或货车的运行基本阻力，它由列车的空气阻力和机械阻力(包括轮轨摩擦阻力、轴承等滚动部件的摩擦阻力)组成。 附加阻力附加阻力是指坡道附加阻力； 曲线附加阻力； 隧道空气附加阻力等。 列车运行基本阻力随运行速度的不同而异列车运行基本阻力随运行速度的不同而异1）低速运行时，机械摩擦阻力是主要的； 2）运行速度达到100公里/小时左右时，空气阻力与机械摩擦阻力大致各占一半； 3）当运行速度达到200公里／小时时，空气阻力占运行基本阻力的比重为70％； 4）若运行速度再提高，空气阻力所占的比重还将增大。 列车运行空气阻力值计算公式列车运行空气阻力值计算公式式中： ρ—空气密度(公斤／米3)； Cd 一空气阻力系数； V —列车速度(米／秒)； A一列车断面积(米2)； Cdp—列车压力阻力系数； λ —列车侧面气动摩擦系数； L —列车长度(米)； d —列车气动直径(米)粘着牵引力的计算公式粘着牵引力的计算公式 Fu=Pf×μj =(Pu×g) ×μj Pu —机车或动车的粘着重量全部动轴荷载之和； g —重力加速度； μj —计算粘着系数。null从公式可以得出 牵引力的大小： 与动轴的荷载 计算粘着系数有关。 粘着系数的大小与速度有关。 null 粘着系数μj 运行速度 粘着系数与运行速度的关系牵引的特性牵引的特性 牵引的特性（各类机车）都有相同的特点： 速度越高，牵引力下降越多，而速度越高，阻力越大D=f(v2),因此就可能出现牵引力无法达到的情况。解决方法： 解决方法： ①增加牵引轴吨位 轴重由23吨变成25吨 ②增加动轴数量 2轴变3轴 多台机车重联运行 动力分散成动车组运行三、牵引动力及其配置三、牵引动力及其配置1)牵引动力的型式 电力牵引和内燃电传动牵引同样都能满足牵引高速列车的要求。 从世界各国发展高速铁路的情况看，尽管电力牵引初始投资较大．但绝大多数国家的高速列车都采用电力牵引。电力牵引的优点电力牵引的优点电力牵引具有： 牵引功率大； 轴重小； 经济性能较好； 利于环境保护 这一系列优点，可以说电力牵引是高速铁路的最佳选择。 内燃电传动牵引内燃电传动牵引 因其投资少、见效快、经济性能好等特点，应用于高速列车的牵引也有成功的先例，如英国的HST高速列车、德国的VT610内燃动车组。 内燃电传动牵引可用于尚未电气化的高速铁路区段，也可作为加速发展高速铁路建设的一种过渡牵引型式。 动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式 高速列车的牵引可以采用电传统的机车牵引型式，也可采用功车组牵引型式。由于动车组的轴重低，可以减小对线路的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。 null国外典型的高速动车组nullnullnull德国 ICEnull西门子2）牵引动力的配置2）牵引动力的配置高速列车的牵引动力配置有以下几种方式： (1)牵引动力集中配置于—端方式 (2)牵引动力集中配置于两端方式 (3)牵引动力分散配置方式 (1)牵引动力集中配置于—端方式(1)牵引动力集中配置于—端方式 这是一种传统的牵引方式，即机车牵引客车方式。高速列车由一台或几台机车集中于一端来牵引。null法国 TGVnull 这种传统的机车牵引方式既有内燃机车牵引，也有电力机车牵引。 一般应用于既有线改造为客货混用的高速铁路上，其最高运行速度为第一速度级(一般在200公里／小时左右)。 它在高速化的初期为不少国家所采用，特别是内燃机车牵引用与尚未电气化的区段，是—种投资少、见效快的牵引方式。null 绝大多数国家采用的还是电力机车牵引，如英国采用91型电力机车(最高速度为225公里／小时)； 美国采用AEM—7型电力机车(最高速度为202公里/小时)； 俄罗斯采用SP200型电力机(最高速度为200公里／小时)作为牵引动力。null 这种牵引方式由于机车总功率较小，难以满足进一步提高速度的要求，因而仅局限于满足最高运行速度为200公里／小时的高速客运的需要以及低于该速度的货运需要。 (2)牵引动力集中配置于两端方式 (2)牵引动力集中配置于两端方式 高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的拖车，牵引采用前挽后推方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转向，并有利于前后端流线型处理。 集中于两端的动力车可以有几种模式集中于两端的动力车可以有几种模式1）机车模式 2）动车组模式机车模式机车模式 两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力拖车即为—般的客车。如德国的ICE高速列车，这种模式在列车长度方面机动性较大，可随意加大或缩小编组。 机车牵引模式图机车牵引模式图动车组模式动车组模式 两端的动力车与无动力拖车具有共用转向架和铰接机构，构成动车组，如法国的TGV高速列车。这种模式可保持整列车的载荷均匀，运行相对平稳，但由于编组固定，因而在列车长度方面的机动性较差。 法国 TGV-A高速列车法国 TGV-A高速列车具有铰接机构的动车组车端连接图具有铰接机构的动车组车端连接图动车集中动车组结构简图动车集中动车组结构简图(3)牵引动力分散配置方式(3)牵引动力分散配置方式 这是一种动车组牵引方式，也有二种模式： 1）完全分散模式 2）相对分散模式完全分散模式完全分散模式 高速列车编组中的车辆全部为动力车，如日本的0系列高速列车，16辆编组中全部是动力车。相对分散模式相对分散模式 高速列车编组小大部分是动力车，小部分为无动力的拖车。 如日本的100系列高速列车，16辆编组中有12辆是动力车，4辆是拖车； 300系列的高速列车，16辆编组中有10辆是动力车，6辆是拖车。动力分散动车组结构简图动力分散动车组结构简图动车组牵引是当前高速牵引的主要方式动车组牵引是当前高速牵引的主要方式 它将高度集中的牵引动力配置改为分散(或相对分散)配置，即将牵引动力分散到各个动力车上，克服了传统机车牵引方式总功率受限制的缺点，可以提高高速牵引的总功率，从而使运行速度进一步提高到第二速度级和第三速度级。 这种牵引方式主要应用于新建的高速客运专线和新建的客货混用高速线上，如日本、法国、德国、瑞典、意大利等国的高速铁路就采用这种牵引方式。 动力分散动车组动力分散动车组高速列车最高运行速度与牵引动力 发展的三个阶段高速列车最高运行速度与牵引动力 发展的三个阶段 高速列车最高运行速度的三个等级恰好反映了高速牵引动力发展的三个阶段。 第一代牵引动力第一代牵引动力 第一代牵引动力有传统的动力集中配置的机车牵引和动力分散配置的动车牵引两种形式。 传统的机车牵引传统的机车牵引 传统的机车牵引以英国IC225(inter city 225)高速列车的牵引为例，该列车由class 91型电力机车作牵引动力，共牵引8辆客车，电力机车为交直流传动，采用直流牵引电机，总牵引功率为4700千瓦，最高运行速度为225公里／小时。动力分散配置的动车牵引动力分散配置的动车牵引 动力分散配置的动车牵引如日本的0系列动车组，其编组为16辆，全部是动力车，采用交直流传动、直流牵引电动机，每辆动力车的牵引功率为4×185千瓦。总牵引功率为11840千瓦，最高运行速度为210公里／小时。null 继0系列之后又发展为200系列功车组，其编组为12辆，也全部是动力车，仍采用交直流传动，直流牵引电动机。只是每辆动力车的牵引功率增至4×230千瓦，总牵引功率达11040千瓦，与0系列相近，但由于编组减少4辆，最高运行速度就提高到240公里／小时。 第二代牵引动力第二代牵引动力 第二代牵引动力则以相对集中配置为特点，即由动力高度集中和动力全部分散转向动力相对集中。null 如法国的TGV—PSE动车组，其编组为10辆，两端为动力车．每端有3台动力转向架，动力车采用交直流传动、直流牵引电动机驱动，每台动力转向架的牵引功率为2×525千瓦，总牵引功率为6300千瓦，最高运行速度为270公里／小时；null 法国以后又发展为TGV—A动车组，其编组仍为10辆，两端为动力车，动力车改用三相交流传动同步牵引电动机驱动，每辆动力车的牵引功率为4400千瓦，总牵引功率达8800千瓦，比TGV—PSE动车组的总功率大1.4倍，因而其最高运行速度可达300公里／小时。第三代牵引动力第三代牵引动力 第三代牵引动力是目前广泛使用的新一代牵引动力，主要采用动力分散配置，并在传动技术上有新的突破，即采用三相交流异步牵引电动机驱动。null 这就可以使动力车的牵引功率大大增加(在不增加重量条件下)，且牵引粘着特性更为理想，从而使列车最高运行速度突破300公里／小时，进入第三速度级。 null 德国的ICE型、瑞典的X2000型、意大利的ETR500型动车组以及日本的300-700系列动车组、法国研制的TGV-N动车组，其设计最高运行速度达350公里／小时。 技术发展：从动力集中到动力分散技术发展：从动力集中到动力分散动力分散牵引方式的特点 动力分散牵引方式的特点 ① 多动力单元组成，冗余性高，运行可靠性高； ② 牵引力分散，降低车身强度要求，实现轻量化； ③ 全部车辆为乘客车厢，定员多，运量大，效率高；null④ 牵引设备分散在地板下，轴重轻且轴重分布均匀，对线路影响小； ⑤ 动轴数量多，粘着要求低，受气候等环境条件影响小； ⑥ 使用电气制动多，减小机械制动部件磨耗，节能； ⑦ 电气和机械制动联合使用，性能稳定，安全性高 牵引功率大 轴重小 启动加速性能好 可靠性高 列车利用率高 编组灵活 牵引功率大 轴重小 启动加速性能好 可靠性高 列车利用率高 编组灵活动力分散动车组是当今世界高速动车组技术发展的方向。动力分散动车组优点:第二节 高速受电弓技术第二节 高速受电弓技术 1．高速受电的特点 1．高速受电的特点 目前世界各国最高运行速度在200公里／小时以上的高速列车，除英国的HST高速列车由内燃动车牵引外，其余均采用电力牵引。 与常速列车的电力牵引相比较，高速列车电力牵引的受电有一些特点。特点一特点一 高速列车的行车速度较常速列车高得多，因化受电弓沿接触间导线移动的速度大大加快。这就使接触网与受电的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；特点二特点二 高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动力也是影响高速受电的一个重要因素； 特点三特点三 高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力、加大噪声，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电的问题。2．接触网-受电弓系统 2．接触网-受电弓系统 高速列车的受电是通过受电弓与接触网的接触导线紧密接触而实现的，因而受电是否正常直接取决于接触网-受电弓系统的技术状态。 一个工作可靠的接触网-受电弓系统是确保高速动力车良好取流的根本条件。 接触网-受电弓系统为弹性系统接触网-受电弓系统为弹性系统 由于接触网的接触导线是一根具有弹性的导线，受电弓也是一个弹性体，故而两者构成的是一个相互接触的弹性系统。 对高速接触网的要求对高速接触网的要求 接触网的基本功能是通过与受电弓的直接接触将电能供给动力车。对高速受电用的接触网应有更高的要求：null(1)在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保近正常供电； (2)应有更高的耐磨性和抗腐蚀(包括抗电蚀)能力； (3)对接触网的结构和布置应有更高的要求； (4)在接触网的悬挂方面，目前在常速列车供电中采用的弹性半补偿链形悬挂和弹性全补偿链形悬挂已不能适应高速的要求，应有更为先进的接触悬挂装置。 高速弓-网关系主要表现形式 高速弓-网关系主要表现形式 在高速运行条件下，接触网-受电弓系统的工作对受电产生的影响，表现在以下几个方面： (1)弓线间的接触压力的形成和变化(1)弓线间的接触压力的形成和变化受电过程中，弓线相互接触，受电弓对接触导线有一个抬升力，并使导线产生抬升量。 在两者不接触的地方，接触导线由于自重而有一个下垂力，产生下垂量。 静态时，抬升力就等于接触压力。当受电弓沿接触导线移动时，受电弓的高度就开始迅递变化．再加上受电弓还受到高速空气动力的作用，从而将引起接触压力的变化。 压力变化的后果压力变化的后果压力变小会造成受电弓离线，出现电弧，使弓、线烧伤； 压力变大会使接触导线过分升高，同时使受电弓滑板和接触导线的磨接加剧； 总之，接触网—受电弓系统的动态特性是高速受电的主要研究课题之一。 接触网—受电弓系统的动态特性测试接触网—受电弓系统的动态特性测试(2)接触导线的被动和噪声(2)接触导线的被动和噪声高速列车投入运用后，即暴露出由于接触导线波动而产生严重的电弧放电以及强烈的噪声问题。多弓的情况更为严重。 如日本100系列高速列车，有6个相距很近的受电弓同时工作(0系列高速列车升弓更多)。null 高速运行时，接触导线会产生复杂的多层横波，其后果是：受电弓无法追随处于波动中的接触导线以保持紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。 此外，6个受电弓同时升起与接触导线接触，犹如6把高速拉动的“琴弓”在一根“琴弦”上同时“奏乐”，产生极大的噪声。null 因此，如何解决接触导线的波动对接触网-受电弓系统工作的影响，以及解决多弓受电而引起的强烈噪声也是一个重要的研究课题。 (3)离线问题(3)离线问题 当接触网的连接系统不能适应列车运行速度的要求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。 高速运行时，受电弓的向上推力指使接触导线的位置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线产生波动；如果其传播速度赶不上高速列车的运行速度就会产生离线现象。离线的危害离线的危害1）造成供电时断时续，引起列车严重冲动； 2）会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀； 3）使两者的工作表面严重粗糙，进一步使弓、线磨损加速，工作寿命缩短； 4）会造成牵引电流的急剧变化，有损于牵引电机的技术状态； 5）会对通信线路产全干扰。 因此，对离线的研究也是高速受电的一个主要研究方向。 世界各国研究高速受电系统的方法世界各国研究高速受电系统的方法 目前世界各国都在开展高速受电的研究，其主要方法为： 1）对接触网-受电弓系统进行计算机仿真，探讨最佳高速受电方式； 2）在试验线上架设不同形式和结构的链式悬挂进行试验。 提高接触网-受电弓系统工作稳定性的主要措施提高接触网-受电弓系统工作稳定性的主要措施1）采用新型复合 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 制成的接触导线，以提高其抗拉强度； 2）增大接触导线和承力索的截面，以增加接触导线和承力索的张力； 3）减少接触网的跨度，并采用更为合理的悬挂方式，确定受电弓同时升弓工作条件下两个受电弓之间的最小间隔距离； 4）改进受电弓的结构设计。 3．受电弓3．受电弓 受电弓作为一种从接触网取用电能的装置是接触网-受电弓系统中的一个关键部件，其工作是否正常将直接影响受电质量。 对高速受电弓的要求对高速受电弓的要求用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求： 要求一：接触压力要求一：接触压力 受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。 受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过大或过小。 因此，受电弓的结构应保证滑板与接触导线在规定的受电弓工作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接触压力。 null 接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态持性(静止状态下接触压力与受电弓高度的关系)和动态特性(运行状态下受电弓上下运动的惯性力)有关。要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力 与常规受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，运行中，受电弓将随着接触导线高度变化而上下运动，在高速条件下，这种运动更为频繁，从而直接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。null 对于高速受电弓，除必须保证的机械强度和刚度外，应尽可能降低受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力。这样才能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。 要求三：良好的结构设计要求三：良好的结构设计 由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。 要求四：对滑板的要求要求四：对滑板的要求 滑板的材料、形状、尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。 不同形状的接触滑板不同形状的接触滑板要求五：受电弓的升降要求五：受电弓的升降 要求受电弓在其工作高度范围内升降时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降受电弓对接触网和底架过大的冲击载荷。 nullnull 高性能受电弓图高速受电弓外形 高速受电弓外形 null受电弓及附属装置第三节 传动方式与传动装置第三节 传动方式与传动装置null常见传动的种类： 离合器+机械变速装置 液力变扭器 电力传动+牵引电机 null 高速列车的牵引传动绝大部分采用电力牵引传动方式，即使个别采用内燃牵引的高速列车也采用电传动方式。因此可以说，高速列车的牵引传动毫无例外地一律采用电传动方式。 电传动方式电传动方式 电传动方式就是将外部输入的能源(如电力动力车)或本身产生的能源(如内燃动力车)通过一整套电能变换和传递装置，将电能转换为机械能，驱动动轮轮对以牵引列车。这种电能变换和传递装置称为电传动装置。电传动方式的分类电传动方式的分类 按照电传动装置所采用的牵引电动机的类型，电传动方式可分为两大类： (1)以直流(或脉流)牵引电动机为动力的直流电传动方式； (2)以交流牵引电动机为动力的交流电传动方式。 交流电传动方式又根据采用的同步或异步牵引电动机的不同分为交流同步电传动方式和交流异步电传动方式。null 早期投入运用的高速列车大部分采用直流电传动方式。但随着大功率可控硅变流技术的发展，使三相交流传功技术得到了实际应用，从而相继出现了交流同步传动方式、交流异步传动方式，这是科技进步的必然趋势。 1．直流电传动1．直流电传动直流电传动根据其牵引供电系统的不同分为： 直—直电传动 交—直电传动。 直—直电传动 是指由直流供电系统供电、直流牵引电动机为动力的传动方式原理图如下：直—直电传动 是指由直流供电系统供电、直流牵引电动机为动力的传动方式原理图如下：null 动力车通过受电弓从接触网获得直流电源(电源电压大多为1500伏或3000伏)，电能直接供给直流牵引电动机，转变为机械能后通过一整套齿轮传动装置驱动动力车的动轮。 null 法国最早开行的巴黎一波尔多间的高速列车(最高速度为200公里／小时)的动力车就是由1500伏直流供电系统受电，采用的直—直传动方式。 直—直电传动的特点直—直电传动的特点 直—直电传动的设备简单、技术可靠。 因此在铁路电气化早期发展阶段占有主导地位。null 但随着列车速度和重量的提高，要求牵引功率有更大的增长，而直—直电传动由于本身一系列的不足，如接触网电压受直流牵引电动机电压的限制而不能大幅度提高、接触网使用的有色金属较多、牵引变电所数量多等，故而直—直电传动不可能得到进一步的发展。 null 目前个别国家的高速列车动力车采用直—直电传动方式，是不得已沿用既有电气化铁路直流供电系统的结果。从50年代开始新建的电气化铁路则大都采用单相工频交流供电系统，其传动方式转为交—直电传动。 交—直电传动交—直电传动 交—直电传动是指由单相交流供电系统供电(供电频率可为工频或低频)、脉流牵引电动机为动力的传动方式。 交—直电传动动力车的原理图交—直电传动动力车的原理图null 动力车通过受电弓从接触网获取单相交流电源(电源电压为25干伏、频率50赫兹，个别北欧国家采用15千伏。162/3赫)，经电源变压器降压后再由整流装置将交流电变换为直流电，再经平波电抗器向脉流牵引电动机供电，实现电能向机械能的变换。 null 世界上一些国家的高速列车，如日本的0系列、100系列、法国的TGV-PSK、英国的IC225、意大科的ETR 450等高速列车均采用这种交—直电传动方式。 法国TGV—PSE高速列车动力简介法国TGV—PSE高速列车动力简介 该列车由前后2节动力车和中间8节拖车组成，动力车采用双流制的电传动方式，即能在两种不同的电流制式下工作的一种电传动方式。动力车(采用的直流牵引电动机)既能在直流供电制下、又能在交流供电制下工作。 这是法国为了解决直流供电与交流供电区段衔接而采用的一种方式(有的欧洲国家为了实现国际联运还采用三流制、四流制的电传动方式)。法国TGV—PSE高速列车原理图法国TGV—PSE高速列车原理图null TGV—PSE高速列车在旧线上运行时，由电压为1.5千伏的直流电网供电，最高速度不超过200公里／小时，在单相交流25千伏、50赫兹供电条件下运行时，动力车能发挥它的全部功率，最高速度可达260公里／小时。每台动力车设有三个电气柜，分别向同一转向架上安装的两台直流串激牵引电动机供电。 null 电力牵引从直流制转为交流制是铁路电气化的—大技术进步，因为单相工频交流制具有一系列的优点： (1)可以大大提高动力车的牵引功率，为高速运行提供最根本的前提条件； (2)可以实现高压输电，减少变电站的数量，从而降低电气化的初期投资； (3)大大减少有色金属用量(约可减少60％左右)； (4)可以降低能耗约l／3，从而减少运营支出； (5)可以避免直流电腐蚀地下设施。2、交流电传动2、交流电传动 交流电传动是以交流牵引电动机为动力的一种电传动方式。 交流牵引电动机包括： 单相整流子牵引电动机 三相同步牵引电动机 三相异步牵引电动机null 无换向器的交流牵引电动机，与直流牵引电动机相比具有功率大、转速高、体积小、重量轻、成本低、结构简单、运用可靠、维修方便等优点。 在相当长的—段时间内，采用这类交流牵引电动机为动力的传动方式终因调速不便和效率较低而未被应用。 null 直到70年代，由于电子技术的飞速发展，特别是晶闸管技术和大功率逆变技术的逐步成熟，使得在大功率条件下交流电的变频得以顺利实现，从而可以使交流牵引电动机的转速和转矩能够得到快速、平稳、精确的控制。null 在这一前提下，目前世界各国在选用高速列车的电传动方式时，竞相研究和开发三相交流电传动技术，纷纷采用以三相交流同步牵引电动机和三相交流异步牵引电动机为动力的电传动方式。 交流传动形式交流传动形式(1)交—直—交电传动 (2)交—交电传动(1) 交—直—交电传动(1) 交—直—交电传动 这种电传动方式的持点是在交流电源和交流输出之间有一直流环节。 null 动力车通过受电弓从接触网获得单相交流电源，经牵引变压器降压后由整流装置变换为直流电源，然后经中间环节—LC滤波和储能装置，送入逆变器，再经逆变器将交流电变换为振幅和频率可调的三相交流电，供给三相交流异步(或同步)牵引电动机。 牵引变压器牵引变压器 牵引变压器将电网的25kV 50Hz交流电变为牵引变流器输入所需要的交流电。牵引变流器外形图牵引变流器外形图牵引变流由： 整流器 中间直流电路 逆变器 组成。牵引变流器工作原理图牵引变流器工作原理图牵引变流器结构原理图牵引变流器结构原理图逆变器整流器 中间直流电路牵引电机牵引电机 牵引电机可根据牵引变流器输出三相交流电的幅值和频率的变化，来改变动车组的牵引力和速度。 列车制动时牵引电机可在发电状态下运行，将动能转化为电能，达到减速的目的。牵引控制系统牵引控制系统牵引高压设备牵引变流牵引驱动网侧变流控制器电机侧变流控制器车辆控制接触网受电弓主变压器变流器牵引电机钢 轨牵引系统关系链再生德国ICE高速列车德国ICE高速列车 德国ICE高速列车就是采用交—直—交三相异步电传动方式。ICE高速列车由前后2节动力车和中间14节附挂车组成。每节动力车有两台二轴转向架，共装有4台三相交流异步牵引电动机。每台异步牵引电动机的持续功率为1200千瓦．前后两节动力车的总功率为9600干瓦。 null 受电弓由接触网获取单相交流电源(电源电压为15千伏、频率为16 2／3赫兹)，主开关和输电线滤波器装在主变压器原边线圈上。牵引电流变频器将16 2／3赫兹的单相交流电转换为所需的电压及频率可变的三相交流电，用于驱动异步牵引电动机。null 电流变频器由—个四象限控制器和逆变器组成，这两个部分内中间环节直流链耦电路相连接。四象限控制器分别与主变压器的4个次级线圈相连接，电动机端的逆变器也分成4个功能块，每2块构成—个三相汇流排，向一台转向架的两台异步牵引电动机供电。 null三相交流牵引电动的优点三相交流牵引电动的优点 采用变压、变频三相交流传动是电传动技术的一项突破，因为三相交流牵引电动机具有一系列的优点，主要是： ①功率大，转速高①功率大，转速高 由于交流牵引电动机不存在换向器，因而电动机的最高转速不受换向器表面速度和换向性能的限制，只受齿轮传动的限制，牵引电动机的转速可达4000转／分，可在相同的转矩下有较大的功率，电动机的持续功率可提高到1400一2000千瓦，完全能够满足高速列车的牵引要求。 ②有较好的粘着性能②有较好的粘着性能 三相交流牵引电动机的机械特性硬，轮轨间的粘着利用和防空转性能好。 ③运行可靠，结构简单，坚固耐用。③运行可靠，结构简单，坚固耐用。 尤其是三相异步牵引电动机的鼠笼式转子，抗潮湿、耐冲击，起动时还可承受数倍的过载能力。 ④体积小，重量轻④体积小，重量轻 三相交流牵引电动机的体积和重量要比同等功率的其他电动机小，这样可以降低轴重，减轻轮轨间的动力作用，这对高速动力车而言是十分有利的。 (2)交—交电传动(2)交—交电传动 这种传动方式的特点是单相交流电源不经中间直流环节，直接变换为频率可调的三相交流电，供给同步或异步牵引电动机。交—交电传动动力车的原理电路图交—交电传动动力车的原理电路图null 动力车通过受电弓从接触网获取单相交流电源，经牵引变压器降压后，通过—个或几个变频装置，直接变换为可变频率的三相交流电，向三相交流同步或异步牵引电动机供电。 null 法国TGV—A高速列车就是采用的这种交—交三相同步电传动方式。从1979年开始，法国先后研究了多种可行系列的无换向器牵引电动机为动力的传动方式，经过对各种牵引电动机的研究，及重量、组成和成本比较、决定在TGV—A高速列车上采用电流源晶闸管逆变器三相交流同步牵引电动机，并利用单相混合桥式电路调节电压。null* 交流传动技术null这种传动方式的主要优点这种传动方式的主要优点1）电流从逆变器的—个支路转换到另一个支路是利用同步牵引电动机产生的电动势自然实现的； 2）电流源逆变器仅由6个晶闸管支路组成，结构简单； 3）采用的强制换向器的结构也非常简单，重量也轻； 4）牵引电动机还可在任何转矩下用蓄电池组实现励磁，转换为发电机工况运转，实现电阻制动。nullTGV—A高速列车由前后2节动力车和中间10节拖车组成。每节动力车有2台二轴转向架、共装有4台三相交流同步牵引电动机。每台同步牵引电动机的持续功率为1100干瓦，前后2节动力车的总持续功率为8800千瓦。 nullTGV—A动力车采用的STS44—396型同步牵引电动机的技术。 与TGV—PSE高速列车采用的直流牵引电动机相比、持续功率增加一倍，起动功率增加60％，而重量却减少110公斤，尺寸也略小。 本章完本章完