城市軌道交通

電力牽引系統城市軌道交通概論第九章電力系統術語

電力系統

PowerSystem

生產、輸送、分配、消費電能的發電機、變壓器、電力線路、各種用電設備聯系在一起組成的統一體。動力系統與電力系統動力部分：火電站的鍋爐、汽輪機；水電站的水庫、水輪機；熱電站的熱力網等。動力系統（DynamicSystem）：電力系統和“動力部分”的總和電力系統單線示意圖：G～發電機輸電線路降壓變壓器發電廠配電系統負荷BLB升壓變壓器F火力發電廠水力發電廠第一節概述第二節直流電力牽引系統第三節交流電力牽引系統第四節城市軌道車輛用直線感應電機思考題

本章目錄一、電力牽引系統的發展概況第一節概述接觸網（第三軌）受流器變流裝置牽引電機齒輪傳動箱輪對列車運行

二、軌道交通電力牽引系統主要類型第一節概述根據供電電壓制式可分為：

直流：600，750，1500，3000V(標稱值)

交流：6250，15000，25000V(標稱值)根據牽引電機可分為：

直流電力牽引系統交流電力牽引系統二、軌道交通電力牽引系統主要類型第一節概述直流傳動框圖交流傳動框圖三、軌道交通車輛的結構與特性第一節概述有軌電車電動車組特種電動車獨軌電動車輕軌車磁浮列車四、電動車組牽引特性第一節概述第二節直流電力牽引系統一、直流電機二、直流牽引調速系統三、牽引電動機的電氣制動四、牽引主回路及其控制一、直流電機第二節直流電力牽引系統極掌NS············NS極心勵磁繞組機座轉子直流電動機的磁極和磁路

直流電機由定子轉子兩部分構成。一、直流電機第二節直流電力牽引系統

直流電機各部分的作用：定子的作用是用來產生磁場，提供磁路和作為電機的機械支撐轉子部分是用來產生感應電勢和電磁轉矩從而實現機電能量轉換的主要部件轉子通過軸承與定子保持相對位置，使兩者之間有一個空氣隙一、直流電機第二節直流電力牽引系統

直流電機工作原理：一、直流電機第二節直流電力牽引系統

直流電機分類：根據勵磁繞組與電樞繞組的聯接方式主要分為他勵、并勵、串勵和復勵四種。一、直流電機第二節直流電力牽引系統

機械特性：電動機是用來拖動車輛運行的，而車輛運行對電動機提出的主要要求是轉速和轉矩。n0T串勵電動機機械特性他勵電動機機械特性二、直流牽引調速系統第二節直流電力牽引系統直流電機的基本調速方法直流牽引電動機調速的基本形式二、直流牽引調速系統-基本調速方法第二節直流電力牽引系統

在上式中，CE是常數，Id是由負載決定的，因此調節電動機的轉速可以有三種方法：調解電樞供電電壓U、減弱勵磁磁通Φ和改變電樞回路電阻R。二、直流牽引調速系統-基本形式第二節直流電力牽引系統（一）調壓法：（1）變阻控制

調節電阻的方法又可分為兩類，即采用有觸點組合式凸輪開關調阻和無觸點斬波調阻。有觸點開關調阻斬波調阻二、直流牽引調速系統-基本形式第二節直流電力牽引系統直流斬波電路原理直流斬波電壓波形（一）調壓法：（2）斬波調壓二、直流牽引調速系統-基本形式第二節直流電力牽引系統

改變負載平均電壓有三種典型的控制方法:

（1）定頻調寬控制（脈寬調制）：即保持斬波周期T不變，改變斬波器導通時間，從而改變負載平均電壓。二、直流牽引調速系統-基本形式第二節直流電力牽引系統

改變負載平均電壓有三種典型的控制方法:

（2）定寬調頻控制（頻率調制）：即保持斬波器導通時間不變，通過改變斬波器周期T來改變負載平均電壓。二、直流牽引調速系統-基本形式第二節直流電力牽引系統

改變負載平均電壓有三種典型的控制方法:

（3）調頻調寬混合控制：不但改變斬波器的工作頻率，而且改變斬波器的導通時間。二、直流牽引調速系統-基本形式第二節直流電力牽引系統

三種典型控制方法特點:

（1）定頻調寬控制：頻率固定，易于設計消除高次諧波的濾波器。（2）定寬調頻控制：控制方便，易發生共振及干擾通信信號。（3）調頻調寬混合控制：常用在需要大幅度改變輸入電壓，同樣帶來濾波器設計困難等問題。（二）調節主極磁通：第二節直流電力牽引系統二、直流牽引調速系統-基本形式三、牽引電動機的電氣制動第二節直流電力牽引系統（一）電阻制動：電機牽引工況他勵電阻制動工況三、牽引電動機的電氣制動第二節直流電力牽引系統（二）再生制動：四、牽引主回路及其控制第二節直流電力牽引系統第三節交流電力牽引系統一、交流牽引系統特點及發展概況二、三相異步電機三、交流電機調速系統四、交流傳動的脈寬調制技術一、交流牽引系統特點及發展概況第三節交流電力牽引系統

直流電力傳動優點：具有良好的調速性能

直流電力傳動缺點：防空轉性能較差；換向器與電刷，因而帶來了較大的體積與重量，容易產生環火以及繁雜的維護問題

交流電力傳動特點：電機結構簡單，成本較低；正作可靠，壽命長，維修、運行費用低；防空轉能力好一、交流牽引系統特點及發展概況第三節交流電力牽引系統

第一階段：交流電動機數學模型復雜，初期，人們對其調速特點沒有很好的掌握；第二階段：充分掌握其調速理論，受變流器本身限制，調速裝置無法實現；第三階段：電力電子器件的發展促進了交流電機的應用。交流牽引系統已被世界各國公認為近代最優越的牽引調速系統，交流牽引也是今后世界各國軌道交通發展的總趨勢。二、三相異步電機-基本結構第三節交流電力牽引系統1.定子鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵二、三相異步電機-基本結構第三節交流電力牽引系統2.轉子鼠籠轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)鼠籠式轉子

鐵芯槽內放銅條，端部用短路環形成一體。或鑄鋁形成轉子繞組。(2)繞線式轉子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯接)AXBYCZ1.旋轉磁場的產生o二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統oi:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600o2.轉動原理定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力F電磁轉矩TnAXYCBZ二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統FF二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統3、轉差率

由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流

轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統3、轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。二、三相異步電機-工作原理第三節交流電力牽引系統4、機械特性

OTS1OT三、交流電機調速系統第三節交流電力牽引系統

三相交流異步電機調速方法可分為改變極對數、調節供電頻率、調節轉差三大類。變頻調速是最為理想的調速方法。變頻調速是把交、直流電變換為可調電壓、可調頻率的交流電，向交流電機供電。三、交流電機調速系統第三節交流電力牽引系統四、交流傳動的脈寬調制控制技術第三節交流電力牽引系統

用于交流電傳動的變頻器實際上是變壓(VariableVoltage，簡稱VV)、變頻(VariableFrequency，簡稱VF)器，即所謂VVVF裝置。一、直線電機特點及發展概況第四節城市軌道車輛用直線感應電機優點：LTM車輛有著斷面小、爬坡能力強、轉彎半徑小、良好的牽引和制動性能、噪聲小、壽命長等優點。缺點：與普通的旋轉電機相比，它的效率和功率因數低。直線電機系統一次側和二次側的氣隙對LIM的性能影響較大，所以對軌道、反作用板、軌枕的尺寸精度及安裝精度，LIM的安裝精度及支撐結構都相應有較高的要求。一、直線電機特點及發展概況第四節城市軌道車輛用直線感應電機加拿大的多倫多、溫哥華，LIM驅動的輕軌車輛已運營多年馬來西亞也計劃建設同樣的交通系統在日本，LIM驅動方式也被用于地鐵車輛牽引，如大阪地鐵的鶴見綠地線電動車輛、東京地鐵的都營12號線電動車輛，都采用了LIM驅動方式，二、直線感應電機的基本工作原理第四節城市軌道車輛用直線感應電機二、直線感應電機的基本工作原理第四節城市軌道車輛用直線感應電機三、直線感應電機控制及在地鐵動車上的應用第四節城市軌道車輛用直線感應電機

車輛用直線感應電機的牽引控制原理與旋轉式異步電機的控制方法是一樣的，都采用變頻變壓控制，由VVVF逆變器完成牽引控制功能。控制方法既可采用較為簡單的轉差頻率控制，亦可采用高級的動態控制方法，如矢量控制、直接轉矩控制等。但車輛用直線電機的控制還必須考慮當電機氣隙變化時的頻率問題和反應板材料變化的相應控制。

電力牽引系統electrictractionsystem：

1、電力牽引供電系統

electrictractionsupplysystem—保證實現電力牽引方式且能夠安全可靠的、不間斷工作的電力供應系統

（1）牽引變電所

tractionsubstation

（2）牽引網

tractionnetwork

①饋電線feederline②接觸網overheadcontactline③鋼軌及回流線

rail,negativefeeder

2、電力機車electriclocomotive交流電力牽引系統概述G電力系統(發電廠）輸電線牽引變電所電力機車接觸網饋電線回流線鋼軌、地3、電力牽引系統組成原理圖電力牽引系統直流牽引供電系統概述

?

基本結構G電力系統(發電廠）輸電線直流牽引變電所接觸網饋電線回流線電動車輛走行軌主（降壓）變電站電力地鐵或者表示為：電力系統與電力牽引供電系統一、構成1.電力系統—是一個包括發電廠、輸電(線)、變電、配電、用電裝置的完整工作系統。2、電力牽引供電系統的組成部分與作用（1）牽引變電所:把電力系統供應的電能變換成適合電力機車牽引要求的電能。（2）饋電線:連接牽引變電所和接觸網的導線。它將牽引變電所變換后的電能送到接觸網。（3）接觸網:是一種懸掛在軌道上方，沿軌道鋪設的和鐵路鋼軌保持一定高度，牽引電能就由接觸網進入電動車組，從而驅動牽引電動機使列車運行。（4）軌道:在非電牽引情形下只作為列車的導軌。在電力牽引時，軌道除仍具有導軌功能外，還需要完成導通回流的任務。因此，電力牽引的軌道，需要具有良好的導電性能。

（5）回流線:是連接軌道和牽引變電所的導線。通過回流線把軌道中的回路電流導入牽引變電所的主變壓器。牽引網:通常將接觸網、饋電線、鋼軌回路(包括大地)和回流線稱為牽引網。牽引變電所和牽引網構成牽引供電系統。專用高壓輸電線路和牽引供電系統稱為電氣鐵路供電系統。3、牽引供電系統的其他供電設備（1）、開閉所—sub-feederswitchingpost：指不進行電壓變換而用開關設備實現電路開閉的配電所。位置：設在車站、貨場附近、電力機務段、樞紐站等大宗負荷處。作用：將供電臂分段，事故時縮小事故范圍，提高供電的可靠性、靈活性；減少變電所的復雜性；不改變電壓大小，只擴大饋線回路數，相當于配電所。（2）、分區亭（SP，分區所）—sectionpost：設置于兩個牽引變電所的中間，可使兩相鄰的接觸網供電區段實現并聯或單獨工作。

位置：設在兩個牽引變電所中間，增加供電的靈活性、可靠性

作用：分相；越區供電；縮小事故的范圍（3）、自耦變壓器站（AT所）—autotransformerpost二、牽引變電所一次側的供電方式(1)單邊供電：電能由一個方向送來(2)兩邊供電：就是牽引變電所的電能由電力系統中兩個方向的發電廠送來。(3)環形供電：若干個發電廠、地方變電所通過高壓輸電線連接成環形的電力系統，牽引變電所處于環形電力系統的一段環路之中。三、牽引供電系統的構成方式(1)牽引供電系統向接觸網的供電方式Ⅰ、單線區段①一邊供電②兩邊供電Ⅱ、雙線區段①同相一邊并聯供電②同相一邊分開供電③雙邊紐結供電(2)牽引供電系統向電力機車的供電方式直接供電方式(DF)Directfeed帶回流線的直接供電方式(DN供電方式)