电力牵引传动控制系统
西南交通大学 冯晓云
2005年 10月
第七讲
交流传动机车主电路
主要内容
? 交流传动机车发展综述
? 交流传动机车主电路的组成
? 交流传动机车的技术分类
? 交流传动机车牵引特性
? 典型交流传动机车主电路工作原理
? 交流传动机车新技术及其发展方向
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性
好、易维护等
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性
好、易维护等
电力电子技术、微电子技术、新材
料、新工艺等
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性
好、易维护等
电力电子技术、微电子技术、新材
料、新工艺等
满足运输的需求
充分利用新技术
利用新材料
采用新工艺
二、交流传动机车的主要组成
动力制动模块
空气系统模块
辅助变频器
主变频器及电机驱动模块
通讯模块
电子设备
– 牵引变频器
? 逆变器 (电流源型、电压源型,PMW)
– 电机
? 同步电机、异步电机
– 设备与功率器件
交流传动系统主电路
变速箱
0,98
异步电机
0,95
逆变器
0,99
整流器
0,98
牵引变压器
0,94
1000kW
1020kW 1074kW 1085kW 1107kW
25000V
交直与交流传动机车主电路 比较
变速箱
异步电机
逆变器 整流器
牵引变压器
1085kW
25000V
变速箱
直流
电机
整流器
牵引变压器
25000V
滤波电抗器
励磁绕组
交直传动机车主电路
交流传动机车主电路
三,交流传动机车的技术分类
核心层技术
辅助层技术
相关层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技
术、牵引变压器技术、变频控制及
其网络技术
三,交流传动机车的技术分类
核心层技术
辅助层技术
相关层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技
术、牵引变压器技术、变频控制及
其网络技术
冷却与通风技术、辅助变流器技术
控制电源技术、保护技术、电磁兼
容与布线技术
三,交流传动机车的技术分类
核心层技术
辅助层技术
相关层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技
术、牵引变压器技术、变频控制及
其网络技术
冷却与通风技术、辅助变流器技术
控制电源技术、保护技术、电磁兼
容与布线技术
司机台操纵技术、车体轻量化技术
转向架技术、空气制动技术
高压测检测技术
本讲课要解决的问题
1 变频调速异步电机
如何控制能满足机车
牵引的要求？
2 牵引逆变器如何控
制能满足牵引电机对
机车牵引的要求？
机车牵引特性有哪些要求？
四、机车牵引特性
机车牵引特性要求,
1、能产生足够大的牵引力
2、能方便广泛调节速度
3、有较高的过载能力
4、充分发挥机车功率
5、先进的经济技术指标
交流电机（异步）的矩速特性
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22
1
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关键问题,
1、异步电机变频调速特性分析
（ 1） 变频调速时异步电机参数变化为,
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（ 2）用 表示的力矩公式 M
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恒压频比时最大转矩和起动转矩与频率的关系曲线
（ 3） 用 表示的力矩公式
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2
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2
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1
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结论：当
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1
1
3、机车牵引中异步电机的运行特性
（ 1） 恒力矩起动
① 采用恒压频比控制
低频时适当提高电压, 抵消
定子绕组内阻的影响 。
② 采用恒磁通控制
电机各参数与频率的关系,
c o n stI
c o n stM
c o n stfc o n stM
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(2) 恒功率运行
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恒功率 1,
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恒功率 2,
第一种恒功率的特点：最小逆变器，最大电机
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恒功率 1,
第二种恒功的特点：最大逆变器，最小电机
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恒功率 2,
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H A C
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C o u r a n t
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H A C
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C o u r a n t
PM
PC
T G V - A
T G V - R / 2 N
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P B K A
T G V - C o r 閑
E u r o S t a r
L o c B B 2 6 0 0 0
E M U Z 2 N
E M U U T 4 5 0
E M U M I 2 N
L o c B B 3 6 0 0 0
E M U S 閛 ul
PM
PC
L e s co n ve r t i ss e u r s d ' e n t r 閑
L e s co n ve r t i ss e u r s m o t e u r s
4 Q
H A C
M A S
O N D
T e n s i o n
O N D
C o u r a n t
S y n c h r o n e
O N D
C o u r a n t
A s y n c h r o n e
O N D
T e n s i o n
A s y n c h r o n e
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C o u r a n t
PM
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PC
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T e n s i o n
A s y n c h r o n e
A s y n c h r o n e
S y n c h r o n e
S y n c h r o n e
A s y n c h r o n e
P M, p o n t m i x t e P C, p o n t c o m p l e t H A C, h a c h e u r 4 Q, p o n t 4 q u a d r a n t s
A r l a n d a
T a i w a n P u s h - P u l l
P M C F五、典型交流传动机车主电路工作
法国 TGV, 西班牙 AVE机车主电路
（同步电机）
励磁
韩国 TGV机车主电路（同步电机）
励磁
电流型逆变器 (异步电机 )
GTO 电压型逆变器 (欧洲之星 TGV )
每一个动车一台逆变器，同时为 4台异步电机供电
典型的地铁牵引变频器
MAC
MAC
MAC
MAC
MRE_2563_FR B
H(O-M)
DJ(M)
CA
2(I
)T
FP
H(O-C)
DJ(C)
OND
CA
2(
I)-
ON
D
CA
1(
I)-
ON
D
M1
PT2
(15kV DB)
PT1
(25kV &
15kV CFF)
TFI
-Q
L(
M)
SF-FI-50
C(IS)FI-50
CAP-FI-50
H3-FI
RH
C(IS)PMCF1
C(IS)E(C)
R(PC)E(C)
C(PC)E(C)
CVS-AUX sur essieux 1 et 3
C(IS)PMCF2
Essieu 4
Essieu 3
Essieu 2
3 x
1
mF
x 3
C(PC)FI-50
H(O-15)
Palpage avec
éclateur
PF(C)
R(PC)FI-50
PF(M)
E-TFP
CA(I)DIFF
CA(U)EC
CA
(U
)P
MC
F
3 x 1,33 mF C
AP
-O
ND
CC-FI-50
CA
2(
I)P
MC
F
SF1-HACH
SF2-HACH
H-INV-CONT
H-INV-15 H-15
H-CONT CA
(I)
RH
R(
DC
)C
AP
-O
ND
CAP-2F
R(
DC
)C
AP
-2F
OND-RH PMCF
C(PC)PMCF R(PC)PMCF
Option "Filtre 50Hz"
Options non représentées,
- Chauffage
PT4
(1,5kV &
3kV SNCB)
Nota sur les pantographes pour le fonctionnement sous 3kV,
- Sur le démonstrateur,en configuration 3 pantographes,on
utilisera uniquement le pantographe 3 (PT3) avec un archet adapté
aux essais réalisés
H2-FI
H1-FI
SF1-FI
SF2-FI
CA
1(I
)T
FP
TFI
-50
R(DC)CAP-FI-50
7,2 mH
7,2 mH
2,835 mH
2,835 mH
10 mH
1 mF
PT3
(3kV FS)
CA
1(
I)P
MC
F
50?
50?
50?
3,7
适用于 4种电压供电的机车牵引变频器
(~25Kv/15kV,= 3kV/1,5kV)
DJ(C)
DJ(M) Ecrêteur
C(ALI)FI R(ALI)FI
SF1-FI
SF2-FI H-FI-XX
SF-FI-XX
CAP-FI-XX
} X 3
=
~ 380 V~
M1
AUX
PMCF OND
C(PC)PMCF R(PC)PMCF
CAP
-PM
CF
CAP
-ON
D
RH1
CA(I)PMCF
CA(U)PMCF CA(U)OND
FTR - 17/08/1998
Rev E - Page 2
Palpage
H(O-M)
CA(
U)1
/2-
ON
D
H(O-C)
CA1
(I)T
FP
CA2(I
)TF
P
CA(
U)1
/3-
ON
D
CA(I
)1-
ON
D
CA
(I)
2-O
ND
Q1L(M)
H-2F C(IS)E(C)
SF
2-2F
-FI
SF
1-2F
-FI
H4-PMCF
C(PC)E(C) R(PC)E(C) CAP-2F
C(PC)PMCF
牵引变频器
3种电压供电的机车 (~25Kv/15kV,=1,5kV)
六、交流传动机车新技术
? 大功率电力电子器件
? 交流电机驱动控制规则与控制理论
? 列车网络技术
? 列车控制系统软件
? e化列车（ eTrain ）
? eTrain 监控系统
? 音频系统
? 车地通讯新技术
? 典型的司机室无线通讯技术
谢谢！
西南交通大学 冯晓云
2005年 10月
第七讲
交流传动机车主电路
主要内容
? 交流传动机车发展综述
? 交流传动机车主电路的组成
? 交流传动机车的技术分类
? 交流传动机车牵引特性
? 典型交流传动机车主电路工作原理
? 交流传动机车新技术及其发展方向
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性
好、易维护等
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性
好、易维护等
电力电子技术、微电子技术、新材
料、新工艺等
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制
交流传动机车发展
交流电机的特点
科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、
灵活性、舒适性越高越好；
费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体
积、重量、技术水平、工艺水平
的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性
好、易维护等
电力电子技术、微电子技术、新材
料、新工艺等
满足运输的需求
充分利用新技术
利用新材料
采用新工艺
二、交流传动机车的主要组成
动力制动模块
空气系统模块
辅助变频器
主变频器及电机驱动模块
通讯模块
电子设备
– 牵引变频器
? 逆变器 (电流源型、电压源型,PMW)
– 电机
? 同步电机、异步电机
– 设备与功率器件
交流传动系统主电路
变速箱
0,98
异步电机
0,95
逆变器
0,99
整流器
0,98
牵引变压器
0,94
1000kW
1020kW 1074kW 1085kW 1107kW
25000V
交直与交流传动机车主电路 比较
变速箱
异步电机
逆变器 整流器
牵引变压器
1085kW
25000V
变速箱
直流
电机
整流器
牵引变压器
25000V
滤波电抗器
励磁绕组
交直传动机车主电路
交流传动机车主电路
三,交流传动机车的技术分类
核心层技术
辅助层技术
相关层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技
术、牵引变压器技术、变频控制及
其网络技术
三,交流传动机车的技术分类
核心层技术
辅助层技术
相关层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技
术、牵引变压器技术、变频控制及
其网络技术
冷却与通风技术、辅助变流器技术
控制电源技术、保护技术、电磁兼
容与布线技术
三,交流传动机车的技术分类
核心层技术
辅助层技术
相关层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技
术、牵引变压器技术、变频控制及
其网络技术
冷却与通风技术、辅助变流器技术
控制电源技术、保护技术、电磁兼
容与布线技术
司机台操纵技术、车体轻量化技术
转向架技术、空气制动技术
高压测检测技术
本讲课要解决的问题
1 变频调速异步电机
如何控制能满足机车
牵引的要求？
2 牵引逆变器如何控
制能满足牵引电机对
机车牵引的要求？
机车牵引特性有哪些要求？
四、机车牵引特性
机车牵引特性要求,
1、能产生足够大的牵引力
2、能方便广泛调节速度
3、有较高的过载能力
4、充分发挥机车功率
5、先进的经济技术指标
交流电机（异步）的矩速特性
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1、异步电机变频调速特性分析
（ 1） 变频调速时异步电机参数变化为,
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（ 3） 用 表示的力矩公式
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3、机车牵引中异步电机的运行特性
（ 1） 恒力矩起动
① 采用恒压频比控制
低频时适当提高电压, 抵消
定子绕组内阻的影响 。
② 采用恒磁通控制
电机各参数与频率的关系,
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1
2
1
恒功率 2,
第一种恒功率的特点：最小逆变器，最大电机
??
?
?
?
co n s ts
co n s tU 1
恒功率 1,
第二种恒功的特点：最大逆变器，最小电机
c o n sts
c o n st
f
U
?
?
1
1
恒功率 2,
MS
H A C
O N D
C o u r a n t
M A S
H A C
O N D
C o u r a n t
PM
PC
T G V - A
T G V - R / 2 N
A V E
P B K A
T G V - C o r 閑
E u r o S t a r
L o c B B 2 6 0 0 0
E M U Z 2 N
E M U U T 4 5 0
E M U M I 2 N
L o c B B 3 6 0 0 0
E M U S 閛 ul
PM
PC
L e s co n ve r t i ss e u r s d ' e n t r 閑
L e s co n ve r t i ss e u r s m o t e u r s
4 Q
H A C
M A S
O N D
T e n s i o n
O N D
C o u r a n t
S y n c h r o n e
O N D
C o u r a n t
A s y n c h r o n e
O N D
T e n s i o n
A s y n c h r o n e
MS
O n d
C o u r a n t
PM
ou
PC
M A S
PM
O N D
T e n s i o n
A s y n c h r o n e
A s y n c h r o n e
S y n c h r o n e
S y n c h r o n e
A s y n c h r o n e
P M, p o n t m i x t e P C, p o n t c o m p l e t H A C, h a c h e u r 4 Q, p o n t 4 q u a d r a n t s
A r l a n d a
T a i w a n P u s h - P u l l
P M C F五、典型交流传动机车主电路工作
法国 TGV, 西班牙 AVE机车主电路
（同步电机）
励磁
韩国 TGV机车主电路（同步电机）
励磁
电流型逆变器 (异步电机 )
GTO 电压型逆变器 (欧洲之星 TGV )
每一个动车一台逆变器，同时为 4台异步电机供电
典型的地铁牵引变频器
MAC
MAC
MAC
MAC
MRE_2563_FR B
H(O-M)
DJ(M)
CA
2(I
)T
FP
H(O-C)
DJ(C)
OND
CA
2(
I)-
ON
D
CA
1(
I)-
ON
D
M1
PT2
(15kV DB)
PT1
(25kV &
15kV CFF)
TFI
-Q
L(
M)
SF-FI-50
C(IS)FI-50
CAP-FI-50
H3-FI
RH
C(IS)PMCF1
C(IS)E(C)
R(PC)E(C)
C(PC)E(C)
CVS-AUX sur essieux 1 et 3
C(IS)PMCF2
Essieu 4
Essieu 3
Essieu 2
3 x
1
mF
x 3
C(PC)FI-50
H(O-15)
Palpage avec
éclateur
PF(C)
R(PC)FI-50
PF(M)
E-TFP
CA(I)DIFF
CA(U)EC
CA
(U
)P
MC
F
3 x 1,33 mF C
AP
-O
ND
CC-FI-50
CA
2(
I)P
MC
F
SF1-HACH
SF2-HACH
H-INV-CONT
H-INV-15 H-15
H-CONT CA
(I)
RH
R(
DC
)C
AP
-O
ND
CAP-2F
R(
DC
)C
AP
-2F
OND-RH PMCF
C(PC)PMCF R(PC)PMCF
Option "Filtre 50Hz"
Options non représentées,
- Chauffage
PT4
(1,5kV &
3kV SNCB)
Nota sur les pantographes pour le fonctionnement sous 3kV,
- Sur le démonstrateur,en configuration 3 pantographes,on
utilisera uniquement le pantographe 3 (PT3) avec un archet adapté
aux essais réalisés
H2-FI
H1-FI
SF1-FI
SF2-FI
CA
1(I
)T
FP
TFI
-50
R(DC)CAP-FI-50
7,2 mH
7,2 mH
2,835 mH
2,835 mH
10 mH
1 mF
PT3
(3kV FS)
CA
1(
I)P
MC
F
50?
50?
50?
3,7
适用于 4种电压供电的机车牵引变频器
(~25Kv/15kV,= 3kV/1,5kV)
DJ(C)
DJ(M) Ecrêteur
C(ALI)FI R(ALI)FI
SF1-FI
SF2-FI H-FI-XX
SF-FI-XX
CAP-FI-XX
} X 3
=
~ 380 V~
M1
AUX
PMCF OND
C(PC)PMCF R(PC)PMCF
CAP
-PM
CF
CAP
-ON
D
RH1
CA(I)PMCF
CA(U)PMCF CA(U)OND
FTR - 17/08/1998
Rev E - Page 2
Palpage
H(O-M)
CA(
U)1
/2-
ON
D
H(O-C)
CA1
(I)T
FP
CA2(I
)TF
P
CA(
U)1
/3-
ON
D
CA(I
)1-
ON
D
CA
(I)
2-O
ND
Q1L(M)
H-2F C(IS)E(C)
SF
2-2F
-FI
SF
1-2F
-FI
H4-PMCF
C(PC)E(C) R(PC)E(C) CAP-2F
C(PC)PMCF
牵引变频器
3种电压供电的机车 (~25Kv/15kV,=1,5kV)
六、交流传动机车新技术
? 大功率电力电子器件
? 交流电机驱动控制规则与控制理论
? 列车网络技术
? 列车控制系统软件
? e化列车（ eTrain ）
? eTrain 监控系统
? 音频系统
? 车地通讯新技术
? 典型的司机室无线通讯技术
谢谢！
