动车牵引 复习题答案.docx

第8题（找不到答案）
第9题（有可能答案不全）
第17题（没找到标准答案）
1．城市轨道交通车辆的工况有哪些特点？对其电力牵引系统有什么要求？
答：城市轨道交通车辆的工况
线路条件：通过曲线半径小、坡度大、站间距短
客流量：大而集中，乘客上下频繁，高峰超载
运行状况：地面、地下运行，速度高，起制动加速度大。
要求：对电力牵引系统提出了驱动功率大，效率高，装置体积小和重量轻；适应负载大的变化；自动化程度高，车辆控制系统能适应列车灵活编组，具有驱动控制能力，能耗低、安全可靠等的要求。
2.动车组牵引特性受哪几方面限制？画出牵引特性曲线
牵引特性定义：牵引力随车辆运行速度变化的规律Fk=f(V)，称作轨道车辆的牵引特性。

为保证安全，动车组的牵引特性受到以下方面限制：
　　受粘着条件的限制，动车的牵引力应小于由动轮与钢轨间粘着条件所决定的极限粘着力；
　　受牵引电动机允许的最大电流限制，动车所发挥的最大牵引力应保证牵引电动机的电流小于由电机绕组发热所决定的最大电流，有时动车的牵引力在受到此限制以前，已受粘着条件所限制；
　　受车辆构造速度的限制，动车的运行速度应小于由车辆构造所决定的最大安全速度；
　　对于直流传动的动车组，受直流牵引电动机安全换向的限制，动车在任一运行状态下的牵引力和速度，均应保证直流牵引电动机的安全换向。
3. 直流传动动车组调速方法有哪几种？简述每种方法调速途径
直流串励牵引电动机的转速nd：
其中，
　　Ud为牵引电动机端电压；
　　I为牵引电动机的负载电流；
　　åR为牵引电动机电枢回路中的电阻；
　　Fd为牵引电动机的主极磁通；
　　Cn为牵引电动机的结构常数。
　　串励电动机励磁电流Il和电枢电流Id相等，所以电动机的负载电流I就与Il和Id相等。通常电枢绕组电阻åR很小，在主磁路不饱和时，主极磁通Fd与I成正比，即Fd =KI，K为常数。所以(2-1)式可以写成
直流串励牵引电动机的调速方法：
　　改变牵引电动机的端电压Ud；
　　改变牵引电动机的主极磁通Fd(即改变电动机的励磁电流Il)；
　　改变电枢回路电阻åR。
改变牵引电动机端电压的调速方法：
改变牵引电动机的连接法，例如串并联的方式，但由于串并联的方式有限，所以可调的电压等级也有限，同时将导致电动机连接的复杂化；
在电动机与电源之间串接斩波器，通过调节斩波器的导通比来改变电动机的端电压平均值，这一方法控制简单、性能优良、能耗小，从而得到了广泛应用。
改变牵引电动机主极磁通的调速方法：
这种方法主要采用在主极绕组上并联分路电阻，使电流的一部分流经分路电阻，从而减少励磁电流、磁势和磁通。
改变电枢回路电阻åR的调速方法：
　　在电动机的电枢回路中串接不同阻值电阻的调速方法，因其消耗较多的电能，经济性较差而不推荐使用。

通常，直流串励电动机在恒电压下削弱磁场时，电动机电流会增加，电动机的功率和牵引力也随之增加。
若电机在恒功率条件下削弱磁场，则不能提高动车的牵引力和功率，但可以使电机的恒功率范围扩大。
需要注意，削弱磁场的深度是有限的，因为在高速度大电流时削弱磁场会导致电机换向困难，可能产生火花甚至环火。

4.直流传动动车组电阻制动如何实现
电阻制动：
　　电气制动时牵引电动机产生的电能，如果利用电阻将其转化为热能散发掉，这种电气制动方式称作电阻制动。
　　直流串励牵引电动机在进行电阻制动时，通常励磁绕组由其他电源供电，电枢绕组与制动电阻RZ相连接，这种方式称作他励式电阻制动。改变他励绕组的励磁电流和磁通，可以调节电机的制动电流和制动力。
5.交流传动动车组的调速方法有哪几种？最常用的是？为什么？
异步电动机的调速方法：
　　改变供电电源频率；
　　改变异步电机的极对数；
改变电机的转差率。
主要采用变频调速方法，即改变电动机供电电源频率f1的方法进行调速。
从调速范围、平滑性以及调速过程中，电动机的性能等方面来看，变频调速很优越，可以和直流电动机相媲美。
改变磁极对数的缺点：由于是有限级变换，换接电路复杂，可靠性差，所以在轨道交通车辆调速中较少采用。
改变转差率的缺点：异步电动机的运行特点就是在接近同步转速工作时，机械性能较硬，效率和功率因数都较高。如果远低于同步转速（s较大），各方面的性能都要变差。
6.直流传动动车组中斩波调压控制工作原理

直流脉宽调制周期T为 ton为一个周期中直流脉宽调制器的导通时间；
　toff为一个周期中直流脉宽调制器的关断时间。
导通比负载电压平均值可见只要调节a，即可调节负载的平均电压，这就是通常所说的导通比控制。动车一般使用定频调宽控制，即脉宽调制，保持T不变，改变导通时间。另两种定宽调频控制（频率调制）和混合控制使用比较少。
7.交流传动有哪几种基本形式，请简述
采用交流电动机作为牵引电动机的交流传动系统，由于所用的供电电源不同，交流电动机的形式不同，电源侧交流装置和电动机侧交流装置的不同，以及他们之间可能组合的方式不同，有：
一、直---交系统这种系统的电源由直流电网供电，经过滤波器、直流斩波器，在保持电压不受网压波动的影响下，用逆变器将直流电变成三相交流电，向交流电动机供给三相变频调压电源。
二、交——直——交系统这是一种在交流电源和交流输出之间有直流环节的系统，它使用交流电源。从交流变为直流可采用二极管整流、相控整流或四象限变流器等形式。
三、交——交系统这是把交流电源直接变为牵引电动机所需要变频电源的系统。系统通过三相变频器获得三相变频电源。

9.交流传动逆变电路调压哪几种方法？
1.调节逆变器与负载之间接入的输出变压器的输出电压；
2.调节逆变器的直流输入电压；
3.利用多台同频率的逆变器不同相位输出电压叠加实现调压。
10.什么是正弦脉宽调制技术(SPWM)？
由于期望逆变器既可调压又可以调频，且逆变器的输出电压波形为正弦波。为此可以把一个正弦半波作i等分，把正弦曲线每一等分所包含的面积，都用一个与其相等的等幅矩形脉冲来代替。这样，由数量足够多的等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半波等效，而另半波也可用相同的方法得到。
较为实用的方法是利用通讯技术中的“调制”概念，以期望的正弦波作调制波，对它进行调制的等腰三角波称为载波。当等腰三角波与正弦波相交时，用交点控制逆变器开关的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于正弦曲线函数值的矩形波，这就是正弦脉宽调制调制技术(SPWM)。根据输出电压波的极性不同，又可分为单极性(或不对称)SPWM波和双极性(或对称)SPWM波。
11.什么是单极性与双极性SPWM？
根据输出电压波的极性不同，又可分为单极性(或不对称)SPWM波和双极性(或对称)SPWM波。
单极性SPWM是指逆变器输出相电压在任何半周内始终为一个极性。正弦调制波的频率即为逆变器输出电压的频率，每个正弦半波中三角形载波数为整数，这样输出的电压波形对称，谐波分量较少。

双极性SPWM是逆变器输出半个周期内，同一桥臂的上下两个元件作互补式通断工作的控制方式，所以在逆变器输出相电压的任意半个周期内，都有正负极性的电压交替出现，由此取其基波，可得交变的正弦波电压。

12. 请画出三相桥式逆变电路

13.180°导通型和120°导通型三相桥式逆变电路：
由电路结构可知，可控电路用来实现直流到交流的逆变，不可控电路为感性负载电流提供续流回路，完成无功能量的续流或反馈。因此与GTO并联的六个二极管D1～D6称为续流二极管。
　　根据各管导通时间的长短，有180°导通型和120°导通型两种。
　　180°导通型──对于瞬时完成换流的理想情况，这种逆变电路在任意瞬间都有三个管子导通，各个管子的导通时间为180°。同相中上下两桥臂中的两个管子称为互补管，它们轮流导通，如A相中的T1和T4各导通180°，但相位也相差180°，不会引起电源经T1和T4的贯穿短路。所以180°型三相桥式逆变电路每隔60°导通，各管的导通依次是T1、T2、T3；T2、T3、T4；T3、T4、T5；……T6、T1、T2。
　　120°导通型──该逆变器电路中各管导通时间为120°，任意瞬间只有不同相的两个管子导通，同一桥臂中的两个管子不是瞬时互补导通，而是有60°的间隙时间，所以逆变器的各管间隔60°导通，依次为T1、T2；T2、T3；T3、T4；……T6、T1。当某相中没有逆变管导通时，该相的感性电流经该相中的二极管流通。
180°导通型逆变器的电压波形：

120°导通型逆变器的电压波形：

14.二点式（二电平）和三点式（三电平）逆变电路：
1) 二点式（二电平）逆变电路

以直流侧中点N’为参考点，对于U相来说，桥臂1通时，uUN'=Ud/2，4通，uUN'=-Ud/2，V、W类似。电路的输出相电压只有Ud/2 和-Ud/2两种电平。这种电路称为二电平逆变电路。两电平逆变电路的输出线电压有±Ud和0三种电平
三点式（三电平）逆变电路

三电平逆变电路也称中点钳位型（Neutral Point Clamped）逆变电路。每桥臂由两个全控器件串联构成，两者中点通过钳位二极管和直流侧中点相连。三电平逆变电路的输出线电压有±Ud、±Ud/2和0五种电平。三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路。
15.逆变电路中缓冲电路作用、最典型缓冲电路图：
缓冲电路作用是抑制电力电子器件的内因过电压，du/dt或者过电流，di/dt，减少器件的开关损耗。
对于串并联RLCD缓冲电路，串联的Ls用于抑制di/dt的过量，并联的Cs用于吸收器件上的过电压，即器件在关断时Cs通过快速二极管Ds充电，吸收器件上出现的过电压能量，由于电容电压不会跃变，所以限制了重加dv/dt。当器件开通时Cs上的能量经Rs泄放。

16.什么是矢量变换控制的变频调速？
通过坐标变换，实现电流励磁分量与转矩分量的解耦，将交流电机等效为直流电机，对转矩和磁链分别进行间接控制。缺点：过分依赖电机数学模型，易受电机参数影响，需要进行坐标变换，计算复杂，系统结构复杂。
17.什么是直接转矩控制的调速？
1) 直接在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，不需进行复杂的坐标变换，简化了系统结构，缩短了运算时间。
2）通过开关的变换，控制电压，电压控制磁链，磁链控制磁场，磁场控制转矩，实现调速。（第二条纯属个人理解。。。。。）