电力牵引传动系统.ppt

电力牵引传动系统,青岛动车所主讲人：何明元,一、电气化接触网概述,1、电气化铁路牵引供电系统简述,电气化铁路的三大“元件”：牵引变电所、接触网、电力机车,AC220kV,避雷器,电压互感器,电流互感器,架空地线,主变压器,一、电气化接触网概述,2、电气化铁路牵引供电系统简述,(1)牵引变电所一次设备,单相变压器,AC220kV,AC27.5kV,主变压器,一、电气化接触网概述,3、电气化铁路牵引供电系统简述,(1)牵引变电所一次设备,AC27.5kV母线,27.5kV真空断路器,隔离开关,隔离开关控制手柄,27.5kV高压室,一、电气化接触网概述,4、电气化铁路牵引供电系统简述,(1)牵引变电所一次设备,一、电气化接触网概述,牵引网包括馈电线、接触网、钢轨、回流线、大地回路。馈电线是连接牵引变电所和接触网的电力供给线，多为铜绞线（TJ150）；钢轨在电气化铁路中有三大作用：列车导轨、牵引电流的电气回路、信号系统的信号回路；回流线是连接钢轨和牵引变电所的电连接线，主要为回流提供电气通路。接触网是牵引网的核心，是电气化铁道的主要供电设施，其功能是全天候不间断地向电力机车供电。,1牵引网,5、电气化铁路牵引供电系统简述,接触网,直接供电方式(TR),6、牵引供电系统与电力系统的相互关系,一、电气化接触网概述,一、电气化接触网概述,电连接线,接触线,分段绝缘器本体,承力索,硅橡胶绝缘子,消弧装置,电分段：为缩小接触网的停电事故范围，满足供电和检修需要而将区间接触网划分成若干个小区段。,一、电气化接触网概述,电分相：为使牵引变电所的A、B、C三相负载平衡供电，使不同区段供电相位不同。,电分相标志牌设置示意图,一、电气化接触网概述,7、接触网电分相设备,电力牵引系统的组成,电力牵引系统（即电气化铁路）是由电力机车/电动车组和牵引供电装置两大部分组成。牵引变电所将高压三相交流电变换成单相交流电接触网受电弓电力机车中牵引变压器的一次侧线圈钢轨回流线牵引变电所。,二、电力牵引传动系统概述,二、电力牵引传动系统概述,（一）电力牵引的特点,电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面：,（一）电力牵引的特点,1、电力机车的功率大内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。,（一）电力牵引的特点,2、电力机车的效率高由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。,（一）电力牵引的特点,3、电力机车的过载能力强机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。,（一）电力牵引的特点,4、电力机车的运营费用较低（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。,（一）电力牵引的特点,一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。此外，由于电力机车运行过程中不污染环境，对于大型铁路枢纽站及隧道长而多的线路而言，其意义重大。,（一）电力牵引的特点,4、电力机车的运营费用较低（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。,（一）电力牵引的特点,缺点：（1）对通讯方面所带来的谐波干扰问题；（2）相控调压所引起的功率因数较低的问题；（3）离不开牵引变电所和接触网等沿线的供电设备，使其机动性较差，且线路电气化投资较大。一般在客货运输特别繁忙的主要铁干线，线路坡道陡、隧道多又长的山区铁路干线，大运量的集中运煤专线，适宜采用电力牵引。,（二）电力牵引的发展,1、交直传动技术1958 使用引燃管作为整流器件1969大功率整流二极管 1978 可控型器件晶闸管 2、交流传动技术的发展 大功率牵引变流器的使用,（三）牵引动力及其配置,1牵引动力的型式（1）电力牵引具有牵引功率大、轴重小、经济性能较好、利于环境保护等一系列优点。但初始投资较大。（2）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。,（三）牵引动力及其配置,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。高速列车的牵引可以采用传统的机车牵引型式，也可采用动车组牵引型式。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。,2牵引动力的配置,（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。高速列车由台或几台机车集中于一端来牵引。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 km/h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于尚未电气化的区段，是种投资少、见效快的牵引方式。,2牵引动力的配置,（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挂车，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。机车模式两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力挂车即为般的客车，如德国的ICE高速列车。动车组模式两端的动力车与无动力挂车具有共用转向架和铰接机构，构成动车组，加法国的TGV高速列车。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。,2牵引动力的配置,（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：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。相对分散模式高速列车编组中大部分是动力车，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；中国的CRH，8辆编组中有4/5是动力车，4/3辆是拖车。,机车牵引的旅客列车,高速高效经济灵活,3.动车组技术特点,动车组旅客列车,4.动车集中和动力分散动车组,动 力 分 散,动力分散动车组优点: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 集 中,5、CRH1型动车组牵引传动能量转换,（四）电力牵引的传动方式,轨道交通车辆电力传动方式按接触网和牵引电动机所采用的电流制进行分类，分为：（1）直-直流传动；（2）交-直流传动；（3）直-交流传动；（4）交-直-交流传动。,1、直-直流传动,由直流接触网供电，机车采用直流牵引电机。直流电经直流变换器（DC-DC）向直（脉）流牵引电机供电。,2、交-直流传动,由交流接触网供电，机车采用直流牵引电机。交流电经整流器整流为直流电，向直（脉）流牵引电机供电。,牵引变压器,整流器,直流牵引电机,交流接触网,直流传动的特点：,调速方法比较简便，调节电机的电枢电流（电压）和励磁电流就可以调节直流电机的转矩和转速。直流串励电动机的转速特性较软，适合于动车牵引。弊端：直流牵引电机的具有换向器，在换向器与电刷之间容易出现火花甚至引起环火，电机结构复杂，耗铜，体积大，质量大，增加了车辆的轴重，动力学性能受到影响。,3、直-交流传动,由直流接触网供电，机车采用交流牵引电机。直流电经晶闸管或其他新型电力电子器件构成的逆变器将直流电转换为可调压、变频的三相交流电，再向交流牵引电机供电。,4、交-直-交流传动,由交流接触网供电，车辆采用交流牵引电机。交流电经整流器整流为直流电（中间直流环节），再经逆变器将直流电转换为可调压、变频的三相交流电，向交流牵引电机供电。,交流传动的特点：,交流电动机无换向器，具有结构简单、体积小、运行可靠等优点，不但可以提高单节机车的功率，而且由于其具有硬特性使机车具备良好的防止动轮空转打滑的性能。交流异步电动机的转速主要决定于它的供电电源的频率，因此交流电传动的关键是在电网电源和交流牵引电动机之间设置一个功率大、调频宽的变压变频装置（VVVF），以满足交流牵引电动机的调速要求。,五、CRH5牵引系统,