第一篇：電力傳動內燃機車
內燃機車電力傳動控制
內燃機車交流傳動及其控制系統
1、概述
電力傳動系統的各項功能是通過一定形式的電路驅動各種電氣設備得以實現的，電傳動內燃機車上的電路，按其作用可以分為主電路、調節電路、輔助電路和控制電路四大系統。
主電路
將產生機車牽引力和制動力的各種電氣設備連成一個系統，實現機車的功率傳輸，是電傳動機車最重要的組成部分之一，不但決定電傳動機車的類型，而且在很大程度上決定該型機車的基本特性。因此主電路性能的優劣，在很大程度上決定了機車性能的好壞、投資的多少及運行費用的高低等主要技術經濟指標。
調節電路
在交-直流傳動中通常是內燃機車上保證柴油機發電機組恒功率運行的勵磁調節系統，它包括牽引發電機的勵磁回路及恒功率勵磁調節回路等;在交-直-交流傳動中則是指保證柴油機發電機組恒功率運行的牽引發電機勵磁調節和逆變器變壓變頻調節系統。調節電路應盡可能擴大牽引電機的恒功率范圍，使機車在寬廣的速度范圍內都能充分發揮柴油機的功率，獲得良好的經濟運行特性，滿足內燃機車牽引性能的要求。
輔助電路
將機車上的各種輔助電氣設備和輔助電源連成一個系統，成為保證機車正常運轉不可缺少的電氣裝置。機車上的輔助電氣設備包括：通風機、空氣壓縮機、油泵等的拖動電機、起動輔助發電機、蓄電池、照明設備等。輔助傳動系統通常為直流傳動，由輔助發電機在電壓調整器(或微機)的控制下向輔助電路提供110V的直流電，再由各種直流電動機驅動輔助裝置運轉。由于是恒定的110V直流電壓供電，各輔助直流電動機基本不能調速，只能按工況以一定的轉速運轉或停止，使輔助系統并非保持在最佳工況下運轉，工作效率不高。另有一部分輔助裝置則是由機械或液壓驅動，工作效率同樣不高。因此，為提高機車整個輔助系統的性能及效率，近年來開始發展輔助交流傳動系統，輔助裝置的拖動電機為交流電動機，能夠根據工況的變化進行變頻或變極調速，使輔助系統處于最佳工作狀態及工作效率。
控制電路
將控制主電路和輔助電路各電氣設備的控制電器、信號裝置和控制電源連成一個電氣系統，實現對機車的操縱和控制?？刂齐娐钒ǜ鞣N控制開關、繼電器和電空閥等。司機通過控制電路的作用，可以控制主電路和輔助電路的各種電器按照一定的順序動作(接通或斷開)，從而使機車按照司機的操作意圖運行?，F代機車的控制電路已從復雜的繼電器邏輯電路開始過渡到可編程邏輯控制器(PLC)或微機邏輯控制系統，使控制電路趨于簡單可靠。
隨著電子技術、計算機技術的發展，電子控制系統及計算機控制系統已經應用于機車，實現了機車的自動控制。這些現代控制技術的應用提高了機車的牽引性能和運行的安全可靠性，也是提高機車各項技術經濟指標的有效措施之一。
2、電力傳動控制
通過對機車電傳動系統的控制實現機車起動、調速運行、動力制動的全過程。
內燃機車起動控制
由于列車起動時存在較大的摩擦阻力，并且需要較大的起動加速度以保證列車起動加速快、運行平穩，因此，機車應以較大的恒定牽引力起動，對牽引電動機及機車動輪來說稱為恒轉矩起動。機車的起動牽引力是由司機控制器主手柄位所決定的，每個手柄位的起動牽引力恒定。機車起動時，從低手柄位開始提升手柄，隨著手柄位的提高，牽引力也隨增大，使列車能夠快速平穩地達到正常的運行速度。機車的起動牽引力與其牽引噸位及坡道有關，當牽引重載列車在上坡道上起動時，需要較大的起動牽引力方能起車,但要防止超過輪軌之間的最大黏著牽引力而出現輪對空轉現象。
在內燃機車交-直流傳動系統中，司機控制器各手柄位的起動恒轉矩是通過控制各手柄位的最大起動電流來實現直流牽引電動機的輸出轉矩恒定。同步牽引發電機經整流裝置向牽引電動機供電，控制各手柄位下牽引發電機的勵磁電流即可控制輸出電流恒定。根據同步發電機的外特性，也可直接控制各手柄位的最大勵磁電流恒定來限制最大起動電流，從而近似達到恒轉矩控制。按照機車起動加速快及平穩的原則，要求從最低手柄位開始起動，各手柄位的最大起動電流逐位增加，在較低手柄位電流增加幅度較大，而在較高手柄位電流增加較緩。
在內燃機車交-直-交流傳動系統中，司機控制器各手柄位的起動恒轉矩是通過控制中間直流電壓和逆變器輸出電壓、頻率的變化規律來實現的。當手柄位一定時，通過調節牽引發電機勵磁電流使中間直流電壓恒定(電壓源逆變器所要求)，通過脈寬調制控制使逆變器輸出的電壓與頻率近似呈正比變化，并保持轉差頻率恒定，即可使異步牽引電動機的輸出轉矩恒定。為了較精確地控制轉矩恒定，可加入恒電流控制，根據電流偏差信號對輸出電壓進行補償調節。隨著手柄位的提高，中間直流電壓增加，逆變器輸出電壓正比于頻率的變化率也增加，異步牽引電動機的輸出轉矩隨之增大。
內燃機車恒功率調速控制
為了充分發揮柴油機的功率，并使柴油機按其經濟特性運行，司機控制器每給定手柄位都對應柴油機的規定轉速及其輸出功率，當手柄位一定時，柴油機的轉速及輸出功率應恒定。機車在起動時，柴油機欠功率工作;機車起動完成后，柴油機應按恒功率工作。機車柴油機一般都裝有全制式調速器進行恒轉速控制，而其輸出功率則取決于負載，因此，只要負載恒功率運行就能保證柴油機恒功率運行，能同時完成柴油機恒轉速和恒功率調節任務的控制器通常稱為聯合調節器。柴油機的直接負載是牽引發電機、變流裝置及輔助裝置，通過控制牽引發電機或變流裝置可實現柴油機恒功率。在恒功率工作狀態，機車的速度與牽引力呈反比關系，機車牽引力要隨列車運行阻力變化而變化，以達到力的平衡，機車速度也隨之變化。當列車阻力小于機車牽引力時，剩余牽引力將對列車加速，使機車速度隨之提高，牽引力也隨之減少，直到與列車阻力平衡時為止;當列車阻力大于機車牽引力時，將引起機車減速，牽引力也隨之增大，直到與列車阻力平衡時為止。
在內燃機車交-直流傳動系統中，其變流裝置一般為不可控的硅整流裝置，只能通過調節牽引發電機的勵磁電流使其輸出外特性U= f(I)按恒功率的要求變化，向牽引電動機提供按此規律變化的電壓和電流。當柴油機負載功率增加時，控制系統根據功率偏差信號使勵磁電流減小，牽引發電機輸出功率隨之減小;當柴油機負載功率減小時，則勵磁電流增大，牽引發電機輸出功率隨之增大，從而維持柴油機輸出功率恒定。因此，該系統又被稱為恒功率勵磁控制系統。由于牽引發電機的功率較大，其勵磁電流也較大，因此一般由專門的勵磁發電機(簡稱勵磁機)提供勵磁電流，通過控制勵磁機來實現牽引發電機恒功率。勵磁機一般為交流發電機，其輸出的交流電需整流為直流電。有的勵磁調節裝置采用可控整流裝置，通過調節晶閘管的導通角進行整流和調節，也可先經二極管整流器整流，再采用斬波器來進行勵磁調節。這種直接調節牽引發電機勵磁電流的方式稱為直接控制的勵磁方式，其調節過程的時間常數較小，動態調節性能較好，但對調節元件的容量要求較大。為了減小調節元件的容量，有的勵磁調節裝置采用間接控制的勵遠方式，對勵磁機的勵磁電流進行調節，甚至還加入中間放大環節，但調節過程的時間常數相對較大，不利于提高系統動態調節性能。
在內燃機車交-直-交流傳動系統中，當司機手柄位一定時，中間直流回路電壓恒定，即牽引發電機經不可控整流裝置輸出的直流恒定，不可能通過道節牽引發電機勵磁電流來達到恒功率運行，而是通過牽引逆變器對異步牽引電動機進行變頻調速來實現恒功率運行。當柴油機負載功率增加時，控制系統根據功率偏差信號使牽引逆變器輸出電壓頻率降低，異步牽引電動機的轉速及功率隨之降低;當柴油機負載功率減小時，則牽引逆變器輸出電壓頻率提高，異步牽引電動機的轉速及功率隨之增大從而維持柴油機輸出功率恒定。因此，該系統又被稱為恒功率變頻調速控制系統。
擴大恒功率調速范圍的方法
作為機車恒功率調速系統，它有兩個主要問題需要解決：①在機車運行時(即速度、牽引力變化時)充分利用柴油機功率的問題。②如何擴大這種恒功率運行速度范圍的問題。我們知道，機車在一定功率(即一定的司機手柄位)下運行時，機車運行速度主要取決于外界阻力，它不能人為控制。因此當外界阻力變化，使機車速度超出恒功率范圍時，柴油機功率將得不到充分利用，此時機車牽引功率下降，牽引效能減低。為此，我們必須設法擴大機車恒功率的運行速度范圍，以滿足運行要求。除機車起動的低速范圍內所必需的恒轉起動外，核心的問題就是如何擴大高速運行的恒功率范圍。
在內燃機車交-直流傳動系統中，擴大牽引發電機恒功率區段電壓范圍，可以擴大機車恒功率速度范圍，但是采用這種方法會提高牽引力發電機容積功率，從而增加牽引電機制造成本和體積，因而牽引發電機恒功率電壓調節范圍受到限制。目前采用擴大機車恒功率速度范圍的方法有兩種：牽引電動機磁場削弱的方法和牽引電動機串-并聯換接或牽引發電機電樞繞組并-串聯換接的方法。
在機車上對牽引電動機一般采用磁場分路的有級磁場削弱方法來提高恒功率速度范圍，即在牽引電動機勵磁繞組的兩端并聯一級或數級分路電阻，當分別接通各級分路電阻時，部分電流從分路電阻流過，使勵磁電流減少，從而達到磁場弱的目的，該方法雖然單，但在磁削瞬間會引起電流沖擊，因此，級數越多，越有利于減小這種沖擊，但電路則相對復雜，目前一般不超過三級。有的機車是先降低牽引發電機功率輸出，再進行磁場削弱，以免電流沖擊引起柴油機短時過載。防止電流沖擊的最佳方式是無級磁削弱。另外值得注意的是，磁場削弱不利于電機換向，因此，為了保證電機換向的磁場穩定性，磁場削弱的深度受到限制。
在牽引發電機容積功率的范圍內，通過牽引電動機串-并聯換接或牽引發電機電樞繞組并-串聯換接，可以增加牽引電動機的恒功率調壓范圍，從而達到增大機車恒功率調速范圍的目的。在牽引電動機串-并聯換接方式中，主電路中每條支路的電機串聯臺數和并聯支路數可以通過換接來加以改變。當機車在較低速度下運行時，需發揮的牽引力較大，此時牽引電動機應處于低壓大電流工作狀態，因此電動機串聯臺數較多，并聯支路數較少(如3串2并);當機車運行到較高速度時，牽引力相對較小，此時牽引電動機應處于高壓小電流工作狀態，通過牽引電動機串-并聯換接，使電動機串聯臺數減少，并聯支路數增多(如2串3并)。這樣，在保證牽引發電機的輸出電壓和電流不超出容積功率所允許的范圍內，對每臺牽引電動機來說，增大了其電壓和電流的恒功率調節范圍。在牽引發電機電樞繞組并-串聯換接方式中，牽引發電機有兩組電樞繞組。當機車在較低速度下運行時，兩組電樞繞組并聯，其輸出電壓等于一組電樞繞組的電壓，而輸出電流等于兩組電樞繞組輸出電流之和，牽引發電機向牽引電動機提供低電壓大電流;當機車運行至較高速度時，進行電樞繞組并—串聯換接，使牽引發電機兩組電樞繞組串聯，其輸出電壓將增加一倍，輸出電流相應減少一倍，牽引發電機向牽引電動機提高電壓小電流。這樣將使牽引發電機輸出電壓的調壓比增加一倍。ND5型機車即采用這種方式。但對于換接的主電路，其電氣線路較復雜，換接過程中存在牽引力的中斷和沖擊現象，而且在主電路中有串聯工作的牽引電動機，當機車動輪發生空轉后，空轉電機端電壓未受到限而隨之升高，使空轉現象不易消失，因此這種連接方式在中國內燃機上基本未采用。
在內燃機車交-直-交流傳動系統中，由于異步牽引電動機的結構和性能的優越性，其功率容量比直流牽引電動機高得多，直流牽引電動機一般不超過1000kW，而異步牽引電動機功率可達1600 kW～1800kW，其輸入壓等級可以在1500V以上，電機轉速也可達4 000r/min以上。應該說交-直-交流傳動系統可比交-直流傳動系統的恒功調速范圍做得大，特別在高速區，不會出現像直流牽引電動機的諸如高電壓限制、磁場削弱深度限制等問題，因此現代高速機車一般均采用交流傳動。但是，擴大內燃機交-直-交流傳動系統的恒功率調速范圍并不是僅靠增加異步牽引電動機的電源頻率就可達到的，而是要綜合考慮柴油機、同步牽引發電機、牽引逆變器及異步牽引電動機的最佳匹配問題，如中間直流電壓值的選擇、恒功率運行調節方式的選擇、各裝置容量和結構尺寸的確定等，以期使各部分的功率能得到充分、合理的利用。但隨著恒功率區的擴大，各裝置的充分利用程度都會隨之下降，所以應根據實際運用需要來合理地選擇恒功率區的寬度。由于變流器的價格相對較為昂貴，目前大都考慮按小逆變器的方式進行系統優化。
內燃機車變功率迅速控制
恒功率調速是機車的基本操作，此時機車速度隨著列車運行阻力而變化。然而在列車運行過程中，從列車起動加速、平穩運行、線路坡道的變化、線路的限速區段到列車減速、進站停車，均需要司機合理地操縱主手柄來改變車引功率(牽引力)調節速度，從而達到“超車加速快，途中速度高，利用惰力好，進站減速穩，停車位置準”的目的，使列車能安全、正點、優質高效地運行。
司機控制器主手柄位的改變即改變了柴油機的轉速和輸出功率。一般當需要增加機車速度時，要提升手柄位，便柴油機的轉速和輸出功率增加;當需要機車減速時，應降低手柄位，使柴油機的轉速和輸出功率減小。傳動系統的輸出功率應隨著柴油機功率的改變而改變。在內燃機車交一直流傳動系統中，隨著柴油機功率的改變來調節牽引發電機的勵磁電流增加，輸出功率增加，從而使直流牽引電動機的輸出轉矩增加，機車牽引力增加，引起機車加速，以達到較高的速度平衡點。在內燃機車交-直-交流傳動系統中，隨著柴油機功率的改變來調節牽引逆變器的輸出電壓及頻率，使其輸出功率改變。例如柴油機功率增加，控制系統調節牽引發電機的勵磁電流使中間直流電壓增加，同時使牽引逆變器的輸出電壓及頻率增加，從而使異步牽引電動機的輸出轉矩及轉速增加，即機車牽引力和機車速度增加。
內燃機車電阻制動控制
電阻制動是電傳動內燃機車的重要工況。在電阻制動工況時，列車的慣性力驅動牽引電動機旋轉，根據電機可逆原理，此時的電動機進入發電機工況，產生制動轉矩，從而產生與機車運行方向相反的制動力，制動列車。其發電所產生的電能消耗在制動電阻上，轉換成熱能，散失于大氣中。運用情況表明：實施電阻制動可以提高列車的制動能力(特別在長大下坡道上尤為明顯);可最小限度地使用空氣制動，從而大大降低機車車輛輪箍的磨耗，減小輪箍和閘瓦或摩擦片的發熱，因而也提高了空氣制動的效果;同時，由于列車上配備了兩套制動系統，因而更能保證列車安全運行。
在電阻制動工況下，機車電路要進行必要的轉換，要按照機車電阻制動特性進行控制，既要充分發揮電阻制動的能力，盡可能擴大電阻制動調速范圍，又要避免超過制動系統的容量，造成設備過載而引發故障，同時要避免因制動力過大，超過輪軌黏著力而引起車輪打滑。
3、微機控制
微機控制包括以CPU為核心的微型計算機、存儲器以及將微機與機車設備相連接的數字量和模擬量接口裝置等硬件和采樣、數據處理、控制程序等軟件所組成的車載微機系統。它與模擬電子控制的本質區別在于，許多復雜的控制功能都可以通過計算機的數字運算來實現，從而大大簡化了電路結構，即所謂用編程軟件代替硬件。微機控制能更方便地綜合多種信號，實現各種復雜的邏輯控制及各種特殊規律的控制，微機能完成各種控制算法從而實現系統的最優控制。采用微機控制，不僅可使控制系統結構簡化、調試容易、成本降低、抗干擾能力增強，而且能獲得更多更復雜的控制功能，更好的調節品質及控制精度。此外，采用微機控制還能方便地實現機車運行參數的自動顯示、存儲及故障報警等功能。特別是微機系統的功能改變及功能擴展十分容易，通常僅需改變軟件設計即可達到。由于微機控制的優越性能，它的功能范圍已遠遠超出了人們最初的想像力。在機車上采用的微機系統往往已不僅限于恒功率控制，它還包括柴油機控制、輔助功率控制、站著(防空轉和防打滑)控制、優化操縱以及故障診斷等功能?？梢哉f，內燃機車裝備微機系統是現代化機車的重要標志。
1977年，前聯邦德國開始把微機系統應用到電傳動內燃機車的控制上。隨后，美國、英國、澳大利亞、加拿大、芬蘭、丹麥、荷蘭、匈牙利、前蘇聯、奧地利、西班牙等國家也陸續將微機系統用到內燃機車上來。中國從20世紀80年代開始了這方面的研究，并于1985年前后把微機應用到車載上，從比較簡單的或功能單一的微機裝置發展到較復雜的或多功能的微機系統。1989年制造出第一臺裝備較完備的微機多功能控制系統的東風6型內燃機車;此后又有微機系統裝于東風5 型、東風4 型內燃機車;1992年開始生產的東風1 1型準高速客運內燃機車，1994年生產的東風10 D型重載貨運內燃機車及1997年生產的東風8B型重載貨運內燃機車均裝備了功能較完備的微機控制系統。中國內燃機車采用微機技術已經有了一個良好的開端。
東風11型內燃機車的微機控制系統具有代表性，見下圖。整個微機控制系統按功能模塊設計，通過FE總線(包括電源線、數據線、地址線和控制線)與各功能模塊之間相連接。各功能模塊主要包括：以16位機80C186CPU為核心的主控制板，存儲器/串行口輸入輸出板，(開關信號)數字量輸入板，(繼電器/接觸器)數字量輸出板，(傳感信號)模擬量輸入板，(轉速脈沖)頻率輸入板，脈寬調制(PWM)勵磁控制板。完成的主要功能有：①牽引特性控制，包括各手柄位下恒功率勵磁控制、功率加載/減載的速率控制、主發電機電流上升/下降的速率控制;②電阻制動特性控制，包括各手柄位下恒流制動特性和恒勵磁制動特性控制、牽引電動機換向條件的限流控制以及勵磁電流的加載率控制;③空轉/滑行保護控制，包括牽引工況的空轉保護和電阻制動工況的滑行保護控制;④故障診斷與保護，包括柴油機系統與電氣系統的監測參數和故障信息的顯示與記錄及相應的保護控制。
國際上典型的內燃機車微機系統有：德國BBC公司開發的MICAS車載微機系統;德國西門子公司開發的SIBAS車載微機系統;德國 KRAUSS-MAFFEI公司開發的KM車載微機系統;美國GM公司開發的EM 2000車載微機系統;美國GE公司開發的車載微機系統;法國阿爾斯通公司開發的AGATE車載微機系統。這些系統的中央處理單元(CPU)都由16位發展到32位，存儲容量由千字節擴展到兆字節，微機處理的功能、速度、實時多任務的能力均大大增強。有的是單機系統，有的是分式多機系統。按功能模塊化、標準化設十，設計成對各種傳動系統都適用的模塊式結構的控制系統，只要添加不同功能的組件及相應的軟件(程序模塊)，就能滿足各種不同的功能需要。值得一提的是，這些系統中有的不僅可用于內燃機車，還可用于電力機車;不僅可用于交一直流傳機，還可用于交流傳動，具有很強的通用性及兼容性。
東風11型內燃機車微機控制系統原理框圖
現代機車控制已發展到了以整列車為目標的三級控制，即列車控制級、機車控制利傳動控制級。列車控制級：對列車總線進行控制，處理來自機臺或列車控制裝置的信息并進行顯示，實施列車優化操縱，產生與整個列車(包括多臺機車或動車)有關的控制變量，最重要的輸出量是牽引力或制動力給定值。機車控制級：根據列車控制級傳來的控制指令和給定值，實現對本機車的優化控制功能，主要包括限制牽引力和制動上的變化速率以提高運行的平穩性與舒適性，向傳動控制級提供所需的輸入信號，進行防空轉防滑行控制以提高黏著利用率,進行電空聯合制動以達到將制動力接經濟和安全的原則分配給各制動系統，對輔助裝置進行優化控制以達到降低鋪助功率消耗的效果，對主要設備進行狀態監測、故障診斷與自我保護。傳動控制級：根據機車控制級傳來的控制指令和給定值，實現對動力裝置和傳動系統的優化控制功能，主要包括對油機進行控制并采用電子調速器和電控燃油噴射系統以提高柴油機的調速性能和經濟性，對主發電機進行恒功率勵磁控制以保證柴油機按經濟特性運行，對牽引變流器(包括各種整流器、四象限變流器、逆變器)進行控制，以達到控制牽引電動機的轉矩和轉速的目的。
4、交流傳動的恒功調速控制
內燃機車交流恒功率調速系統(AC-DC-AC constant power speed regulating system for diesel locomotive)滿足交—直—交流電傳動內燃機車牽引性能要求，實現恒功率調速的變壓變頻(VVVF)控制系統。交—直—交流傳動機車通常由異步牽引電動機驅動。根據異步電動機的轉速公式
可知，改變電機磁極對數p只能有級地改變電機的轉速n，因此為滿足機車平滑調速的要求就必須連續地調節電源頻率f1 ，并控制轉差頻率f2。
在機車上，交流牽引機發電機的頻率正比于柴油機的轉速，而柴油機在功率恒定時其轉速是不變的，所以在恒功率條件下發電機的頻率也是不變的。因此，由柴油機驅動交流牽引發電機所發出的三相交流電經硅整流裝置整流為直流電，再經過逆變器(可設一臺或數臺逆變器)，將直流電轉變為電壓和頻率可變(VVVF)的交流電，供給數臺異步牽引電動機。通過這樣的間接變頻，使逆變器輸出的三相交流電的頻率與牽引發電機發出的三相交流電的頻率沒有任何關系。在機車起動和調速的整個工作范圍內，逆變器輸出的三相交流電壓和頻率的平滑調節應使異步牽動機的機械特性和電氣特性滿足機車恒轉矩起動、恒功率運行的牽引性能要求。
由異步牽引電動機穩定工作的機械特性可知，轉差率S(S=f2/f1)極小，電機電流可近似表示為 (1)
式(1)中R′2 為轉子等效電阻，對于給定的電機R′2 一般為常數。電機轉矩可近似表示為
(2)
或寫成
(3)
式(2)和式(3)中C為常數。在機車恒轉矩起動的低速區，要保證M為常數，由式(2)可知,應當控制U1/f1恒定(即磁通恒定)并保指揮持轉差率f2為常數，即端電壓 U1隨著電源頻率f1 線性增長。實際上在低頻時，電機定子電阻不容忽略，此時電壓U1相對有所提高。由式(1)可知，電機電流I1保持恒定，在機車恒定功率運行區，要求Mf1為常數，由式(3)可知，可有不同的控制方式。為了擴大機車恒功率的調速范圍，可在開始階段采用U21 /f1=常數、f2不變的恒功率控制方式，即端電壓超壓U1 仍隨頻率f1 增加而增加，保持磁通近似恒定，電流I1則隨著U1的增加呈反比減小，從而使機車牽引力(電機轉矩)隨機車速度(供電頻率)的增加成反比下降，機車保持恒功率運行;當電壓U1升高到受逆變器輸出電壓的限制時，采用U1不變、f1/f2=常數的恒功率控制方式，即轉差頻率f2隨電源頻率f1的增加而線性增長，電流I1也保持恒定。在恒電壓下，隨著供電頻率f1的增加使牽引電動機產生磁場削弱的效果，同樣使機車牽引力隨機車速度的增加呈反比下降而保持恒功率運行。當f2增大到受電機傾覆轉矩所限制的最大轉差頻率時，f2保持不變，此時M f1隨著f1的增加呈反比下降，機車入降功率運行。機車牽引運行的電氣與機械特性曲線見圖1。
圖1 機車牽引運行的電氣與機械特性
基于機車牽引運行電氣與機械特性的要求，可采用如圖2的轉差頻控制系統方案，由司機手柄位控制，通過f2 函數發生器、I1 函數發生器和功率函數發生器分別發出各手柄位的二轉差頻率給定值f20 、電流給定值I1g和功率給定值Pg 。在機車恒轉矩起動階段，轉差頻率實行開環控制，△f2不起作用，f20=f2 =常數，牽引電動機轉子頻率fn與f2相加得到電源頻率控制信號f1，即f1 =fn+f2;按照起動階段電壓U1變化的規律，f1/U1變換器發出U10信號;由于f1/U1=常教，只能近似保持磁通恒定，因此加入恒電流閉環調節，將電流檢測到信號I1 與給定值I1g比較，其偏差值比功率偏差值為小，由它發出電壓調節的補償信號△U1;將△U1與U10相加得到電源電壓控制信號U1;將f1信號和U1信號送入脈寬調制(PWM)控制器，控制逆變器輸出頻率f1和電壓U1，使機車恒轉矩運行。機車進入恒功率運行階段后，開始仍保持f2恒定，按照恒功率階段電壓U1變化的規律，f1/U1變換器發出U10信號，同時加入恒功率閉環調節，將功率檢測信號P與給定值Pg比較，其偏差值比電流偏差值為小，由它發出電壓調節的補償信號△U1 ,當U1增大到一定值時保持恒定，轉差頻率閉環控制起作用，一方面按照恒功率運行的要求f2函數發生器發出與f1成正比的f20信號，另一方面加入功率閉環調節，根據功率偏差值發出轉差頻率補償信號△f2 ，f20與△f2相加得到f2，從而得到電源頻率信號f1 ,即f1 =f20+△f2+fn?？梢娫诤愎β孰A段是先調節電壓U1后調節轉差頻率f2，盡可能地擴大恒功率調速范圍，直到f2增大到最小轉矩裕量所允許的轉差頻率時為止，f2保持不變，機車進入降功率運行區段。
圖2 交—直—交電傳動內燃機車的轉差頻率控制系統方案
交流異步電動機是一個復雜、非線性、多變量的控制對象，而且在鼠籠結構中無法直接檢測轉子電流。因此，交流傳動不像直流電動傳動系統那樣只是直接對磁通、電樞電流和電壓進行控制，有一種標準的控制結構，而是先后開發出各種各樣的控制方法。除了上述較早開發的轉差頻率控制方法外，后來開發的磁場定問矢量控制方法和直接轉矩控制方法在交流傳動址車和動車組上得到普遍應用。應當注意的是，無論控制結構如何復雜，或采用什么樣的反饋環和反饋量，逆變器只有兩個控制變量，即電壓和頻率，故一般通稱為VVVF(變壓變頻)逆變器。
第二篇：電力電子與電力傳動專業考研院校排名
來源： 2011-01-20 10:07:58 編輯：sunrain 瀏覽次數：8329 網友評論 0 條轉播至:我很喜歡這篇文章!收藏到網摘:
對電力電子與電力傳動專業的介紹電力電子與電力傳動學科主要研究新型電力電子器件、電能的變換與控制、功率源、電力傳動及其自動化等理論技術和應用。它是綜合了電能變換、電磁學、自動控制、微電子及電子信息、計算機等技術的新成就而迅速發展起來的交叉學科，對電氣工程學科的發展和社會進步具有廣泛的影響和巨大的作用。學科研究范圍:電力電子器件的原理、制造及其應用技術;電力電子電路、裝置、系統及其仿真與計算機輔助設計;電力電子系統故障診斷及可靠性;電力傳動及其自動控制系統;電力牽引;電磁測量技術與裝置;先進控制技術在電力電子裝置中的應用;電力電子技術在電力系統中的應用;電能變換與控制;諧波抑制與無功補償。研究方向:1 )諧波抑制與無功補償2 )電力電子電路仿真與設計3 )計算機控制系統4 )電氣系統智能控制技術5 )現代控制理論及其電氣傳動中的應用6 )系統故障診斷技術及應用7 )現代交、直流電機調速技術8 )功率變換技術的研究該學科對實踐動手能力要求很高，難度較大。本科是電氣工程、自動化、電子信息工程的適合報考這個專業。該專業需要的基礎是電路基礎，模擬電路與數字電路，電機學，單片機技術，計算機控制技術，電力電子技術，電力拖動自動控制系統，數字信號處理。電力電子與電力傳動
排名學校名稱等級排名學校名稱等級排名學校名稱等級
1清華大學A+7哈爾濱工業大學A13中國礦業大學A
2西安交通大學A+8華北電力大學A14山東大學A
3華中科技大學A+9西北工業大學A15合肥工業大學A
4浙江大學A+10上海交通大學A16天津大學A
5南京航空航天大學A11西安理工大學A17北京交通大學A
6華南理工大學A12西南交通大學A
B+等(26個)： 武漢大學、上海海事大學、河北工業大學、大連交通大學、武漢理工大學、江蘇大學、燕山大學、東南大學、湖南大學、南京理工大學、沈陽工業大學、上海大學、東北大學、遼寧工程技術大學、河海大學、江南大學、西華大學、大連海事大學、北京航空航天大學、蘭州交通大學、西安電子科技大學、湖北工業大學、同濟大學、中南大學、電子科技大學、東華大學
B等(25個)：哈爾濱理工大學、大慶石油學院、中國農業大學、北方工業大學、江蘇科技大學、長春工業大學、東北電力大學、遼寧工學院、鄭州大學、安徽理工大學、蘭州理工大學、安徽工業大學、黑龍江科技學院、西安科技大學、南昌大學、湘潭大學、石家莊鐵道學院、上海理工大學、貴州大學、哈爾濱工程大學、北華大學、廣東工業大學、西安工程大
學、廣西大學、太原理工大學
C等(18個)：名單略
第三篇：電力電子與電力傳動實訓報告模版
電氣工程學院2008級
電力電子與電力傳動實訓報告
項目名稱：
項目負責人： 項目成員：
負責老師： 郭育華 盧國濤 指導老師：
2012年 01月 日
實訓題目。。。。。。。。。。。
項目成績：
評閱人：
指導老師：
年 月 日
項目負責人：姓名 (簽名)
項目成員： 姓名 (簽名)
項目成員： 姓名 (簽名)
電力電子與電力傳動時訓報告
學號
學號
學號
摘
要
本項目完成。。。。。。那些工作。。。。。。。，得到什么結果。 (描術項目的內容，做的工作和得到結果。)
實訓題目。。。。。。。。。。。
目 錄(3號黑體)
1、 項目技術目標.................................1 2、 項目主電路設計...............................
2.1.整流電路
2.1.1.整流橋 2.1.2.濾波電容。
2.2.。。。。。 2.3.。。。
3、 項目的控制電路設計
說明：
1、目錄到3級，
2、字體和間距：1級4號宋體加黑，2級和3級小4，行間距1.5倍，)
電力電子與電力傳動時訓報告
實訓題目。。。。。。。。。。。
1、 項目技術目標(1級題目：4號宋體加黑)
本項目是。。。(內容：小4宋體，間距1.5倍)。。。。。。。。
(本章主要對項目的技術目標，技術指標(輸入電壓范圍、頻率、輸出功率、范圍、精度等)、所采用的技術等相關問題進行全面的介紹)
1. 1指標(2級題目，4號宋體加黑)
從兩個方面。。。。。。。。(內容：小4宋體，間距1.5倍) 1.1.1電壓(2級題目，小4號宋體加黑)
。。。。。。。。
1.2
2、 項目的主電路設計
(本章對項目的主電路設計方案、工作原理和參數選擇進行全面介紹)
2.1.。。。。。 2.2.。。。。。。 2.3.。。。。。。 。。。。。。。。。
3、 項目控制電路設計
(本章對項目的控制電路方案、工作原理和參數選擇進行全面介紹)
3.1.。。。。 3.2.。。。。 。。。。。。 4、 系統仿真
(仿真的目標在于驗證讓電路和控制電路的正確性，仿真平臺介紹、項目的主電路和控制電路系統仿真模型建立、系統仿真：對靜態性能、動態性能、紋波電壓、紋波電流、負載調整率、輸入電壓調整率等與項目相關的技術指標。)
電力電子與電力傳動時訓報告
實訓題目。。。。。。。。。。。
4.1.。。。。 4.2.。。。。 4.3 。。。。。。 5、 實驗分析
(實驗平臺介紹(采用模塊、圖片)實驗過程描述、各種指標測量結果波形、出現的問題及解決方法等)
5.1... 5.2...
6 結論、問題和體會
(通過上述過程是否達到目標，有那些結論、還存在那些問題上、有何體會)
6.1.。。 6.2..。。 6.3.。。
說明：
1、 各章的格式見第一章寫標所標注
2、 內容按每章要求，可以根據自己理解調整
3、 內容中有公式按每章來標，如第一章公式1， 1-1，
4、 內容中的圖按章來標，如第一章圖2，標上圖1-2，圖標采用楷體五號加黑 5、 內容中的表按章來標，如第一章表3，標上圖1-3，表標采用楷體五號加黑 6、 要求文字通順，圖表清楚。 7、 目錄可采用自動生成
電力電子與電力傳動時訓報告
第四篇：列車電力傳動與控制-第5次作業
列車電力傳動與控制(Ⅴ)
李俊
201203909 ?.比較兩電平電壓型逆變器和三電平電壓型逆變器的區別。 解答：⑴.結構上：兩電平式逆變器可以把直流中間環節的正極或負極電位接到電動機上，結構簡單，需要開關元件少;三電平式逆變器除了把直流中間環節的正極或負極接到電動機上外，還可以把直流中間環節的中點電位送到電動機上去。三電平式逆變器結構復雜，需要開關元件多。
⑵.功能上：三電平式逆變器相對于兩電平式逆變器，電網電流波形更接近與正弦波，諧波分量減小，具有更好的輸出性能和可靠性。
⑶.應用上：兩電平式逆變器在電力機車應用廣泛;而三電平式逆變器應用很少，如CRH2。
?. 簡述變流器中間儲能環節的作用及組成。
解答：①.電壓型脈沖四象限變流器中間直流環節由兩個部分組成：ⅰ.相應于2倍電網頻率的串聯諧振電路(也可以取消);ⅱ.是濾波電容器
支撐電容器和過電壓限制電路。 ②.在交—直—交流變流器中,中間直流儲能環節的作用：ⅰ.是連接四象限脈沖整流器和負載端逆變器之間的紐帶;ⅱ.起到穩定中間環節直流電壓的作用;ⅲ.承擔著與前后兩級變流器進行無功功率交換和諧波功率交換的作用。 ?. 分析兩電平式電壓型逆變器的工作過程及輸出特征。
解答：⑴.電壓型兩電平式六階波型三相逆變器： ⅰ.工作過程：六階波型三相逆變器中各相采用縱向換流，每次換流都是在同一相上下2個橋臂之間進行，每個開關元件在一個周期中導通180°電角度，其他兩相也是如此，只不過三相對應元件相差120°電角度輪流導通，使VT1~VT6各元件每隔60°電角度輪換導通。在每一時刻都有3個開關元件同時導通，可能是上面一個橋臂，下面2個橋臂;也可能是上面2個橋臂下面一個橋臂。如下圖所示：
ⅱ.輸出特征：對于A相， 當橋臂1導通時UAN=Ud/2;當橋臂4導通時，UAN=-Ud/2，即UAN的波形是幅值為Ud/2的方波。B、C相的情況與A相類似，其波形UAN,UBN,UCN相同，只是在相位上依次相差
120°。其線電壓和相電壓特性見上圖所示。 當逆變器按照六階波方式輸出時，其相電壓波形為六階波、線電壓為矩形波。六階波的變化趨勢基本上接近于正弦波。 當逆變器以六階波電壓對牽引電動機供電時其電流波形在負載電感的作用下將趨于平滑，其平滑程度將于六階波的頻率有關。 當電壓頻率較高時，將獲得接近于正弦波的電流波形，當電壓頻率較低時電流波形將與電壓波形接近;頻率越低電流波形也越接近六階波，但其中的高次諧波成分也越多。如下圖所示：
⑵.電壓型兩電平式三相PWM逆變器：
ⅰ.工作過程：逆變器電路采用雙極性調制方式，a、b、c、三相的PWM控制共用一個三角形載波UC調制信號，Ura、Urb、Urc依次相差三分之一周期。三相控制規律相同。以a相為例進行分析，當Ura?Urc時，給上橋臂開關元件VT1以導通信號、下橋臂開關元件VT4以關斷信號，則a相相對于直流電源假想中點N的輸出電壓UaN=Ud/2。當Ura?Urc時，給VT4以導通信號，給VT1以關斷信號，則有UaN=-Ud/2。VT1和VT4的驅動信號始終是互補的。當給VT1(VT4)施加導通信號時，可能是VT1(VT4)導通，也可能是二極管VD1(VD4)續流導通，這要由感性負載中電流的方向來決定。
ⅱ.輸出特征：相對直流電源假想中點N的各相電壓波形，都只有2種電平，即Ud/2,-Ud/2。線電壓
有±2Ud/
3、±Ud/3和0共5種電平組成。
?. 分析三電平式脈沖整流器的工作過程。 當開關元件VT1和VT6導通時Uab?Ud，當VT3和Uab?UaN?UbN，線電壓可有三種電平，即Ud,-Ud,0。和VT6導通時Uab?0。逆變器輸出相電壓PWM波形VT4導通時Uab??Ud,當開關元件VT1和VT3或VT
4解答：在整流(牽引)或逆變(再生)工況下Us?Ud、Us??Ud各對應1種導通回路。Us?Ud/
2、Us??Ud/2各對應2種導通回路。而Us?0則對應著3種導通回路。根據脈沖整流器等效電路，若忽略Us與iN高次諧波，只考慮其基波Us1與iN1，則UN=iN1Z+ Us1,調整Us1的幅值和相位，可使iN1在4個象限內隨意變化。在牽引工況下，iN
1、UN同相位。在逆變工況下iN
1、UN反相位。功率因數接近1。四象限脈沖變流器的就是按照這一基本原理工作、調節控制的。
⑴.牽引工況調節過程: 設系統原穩定運行于A點,此時iN1與UN同相位,二者夾角θ=0,功率因數為1。當負載增加時，中間直流環節電壓Ud瞬時下降,同時Us1的幅值也下降,系統工作點由A點移至A’點運行,電流iN1與電壓UN之間出現相位角,導致θ=θ1>0(假定順時針方向為正,下同);通過控制電路調整Us1的幅值及相位角φs使它們逐步增大，電流iN1與電壓UN之間的相位角θ相應在減小，其工作點將由A’點調整到A’’點θ=0恢復到iN1與UN同相位。此時O A’’>O A輸入電流iN1也相應地增加。系統將在A’’點建立起新的平衡狀態適應負載增加。若負載減小時，Ud瞬時上升，Us1的幅值也瞬時上升，電流iN1與電壓UN之間出現相位角，系統工作點由A點移至B’點運行，導致θ=θ2<0。
通過控制電路調整Us1的幅值及相位角φs使其減小，電流iN1與電壓UN之間的相位角θ相應地在逐步增大，可將Us1由B’點逐步調整到B”點。θ=0，iN1恢復到與UN同相位。此時O B”
⑵.再生制動工況調節過程: 設系統原穩定運行于A點,此時iN1與UN相位相反,即φ=θ=180°、cosφ=-1。當再生制動回饋電能增加時Ud瞬時上升使得Us1幅值也瞬時上升,系統工作點由A點移至B’點運行電流iN1與電壓UN之間的相位角θ順時針轉過一角度,將導致θ=θ2<180°。通過控制回路調整Us1的幅值| Us1|及φs，增大| Us1|減小φs(逆時針方向)可使B’
iN1與UN反相位。調整到B”，θ=180°，同時O B’’>O A,表明逆變過程輸出電流增加，即回饋到電網的電流增加，以適應再生回饋能量的增加。
若再生回饋能量減小時，Ud瞬時下降，將導致Us1的幅值| Us1|也瞬時下降，系統工作點由A點移至A’點運行;將出現θ=θ”>0.通過調整Us1的幅值| Us1|及φs，可使A’調整到A’’點。此時電流iN1與電壓UN之間的相位又恢復到θ=180°,同時OA”
第五篇：內燃機車與電力機車分別是怎樣運行的
內燃機車，電力機車分別是如何運行的?
1.說具體點，能舉出例子!2.內燃機車有12缸的柴油機，而大家說內燃機車不是由柴油機車提供動力，那柴油機是干什么的?3.液力傳動和電傳動分別是什么意思?
問題補充：
4.柴油機也提供動力，電動機也提供動力，為什么內燃機車不直接用柴油機提供動力呢?
1 】內燃機車分兩種，柴油機車和燃氣輪機車。
我國普遍用的是柴油機車，柴油機車的動力源是柴油機，屬于自給式機車。而柴油機車的傳動方式有機械傳動，液力傳動，電力傳動，其中電力傳動應用最為普遍，以牽引電機驅動輪對。
而電力機車則是通過從接觸網上傳來的電流經主回路傳給牽引電機，驅動輪對，屬于非自給式機車。
①相比于內燃機車來說，電力機車有如下優點
功率大(不受裝機功率限制)
牽引力大
起動加速度大
爬坡能力強
過載性能好
構造速度大
環保性好
運營交路長
運營成本低
②相比于內燃機車來說，電力機車有如下缺點
受不可抗因素影響大，如天氣等自然災害，或者戰爭
初期建設成本高，難度大
2】糾正一下，一般內燃機車用的是16缸的柴油機。內燃機車的動力源是柴油機，動力的來源是柴油機，但是并不是由柴油機直接驅動輪對的。
舉個例子，拿交--直電傳動內燃機車來說，有這樣的一個傳動路線。柴油機→交流發電機→
整流器→牽引電機→軸箱齒輪→輪對
3】電傳動見二。
液力傳動就是傳動裝置中含有液力元件(液力變矩器，液力耦合器)，柴油機車上應用的是液力變矩器(相比于液力耦合器，導輪，可以改變輸出扭矩的大小，而液力耦合器不行)。
從機車的軸式來看，液力傳動的內燃機車一般都是 B-B 就是說是轉向架機車，有兩個兩軸轉向架，每個轉向架有兩個動軸，并且是成組驅動(并非單軸驅動)。
我國的電傳動內燃機車是東風系列的。液力傳動內燃機車有北京系列的，東方紅系列的。建國初期最先發展的是液力傳動的內燃機車。
液力傳動的內燃機車一般分為三類
①普通液力傳動內燃機車
②液力機械傳動的內燃機車
③液力換向的內燃機車
液力傳動內燃機車相比于電傳動的內燃機車有如下優點
①內燃機輸出有效功率較小時，效率高
②整機比功率大(功率比上整備質量)
③結構較為簡單，成本低
④適用于工礦機車，或者調車機車，因為電傳動內燃機車可能會產生電火花，調車運營過程中可能會造成運輸的液體，粉塵的爆炸，而液力傳動內燃機車不存在此問題
液力傳動內燃機車相比于電傳動內燃機車有如下缺點
①內燃機輸出有效功率較大時，效率低(受液力變矩器材料，以及傳動過程中大量熱損失) ②由于①的關系不容易發展成單機大功率內燃機車，因此多用于工礦機車或者調車機車，較少用于干線機車
4】內燃機車的動力來源是柴油機，而大多采用電傳動，由柴油機帶動發電機，經一系列的傳動把功率傳遞至牽引電機，由牽引電機驅動輪對，也就是說牽引電機的動力是來自于柴油機的，牽引電機只是傳動系的一部分，并不是動力源。
相比于內燃機車，電力機車不會受到裝機功率的限制，因為柴油機功率有限，因此發出的電流和電壓都有限，而電力機車直接從接觸網上得到電能，功率較大，牽引電機也可以做的較大，動力性就好。
一般電力機車的輪徑為1250mm，而內燃機車的輪徑為1050mm，和牽引電機的大小也有關，是上述道理的直接體現
柴油機車有三種傳動方式，機械傳動，液力傳動，電力傳動。液力傳動內燃機車多用于工礦機車，調車機車，電傳動內燃機車多用于干線，調車，工礦也有應用。機械傳動內燃機車原
理類似于汽車。但是內燃機車需要牽引千噸貨物，負載極大，如果用機械傳動的話，機件會很快被磨損殆盡，并且類似于汽車的操縱方式麻煩又費力。因此機械傳動內燃機車很少采用，只在一些小型機車上采用。
電力傳動相比于機械傳動有許多優點
①傳動機件非剛性連接，可以靈活布置，節省空間
②磨損小，壽命長
③傳動性能好，效率高，損耗少
④控制性能好，電機可以通過改變勵磁繞組重的電流來實現正轉反轉
⑤調節性能好，通過改變電機兩端的電壓就可以改變電機的轉速
電力傳動相比于機械傳動的缺點有
①成本較高
②電機所占體積較大，一般普通的汽車(往復式活塞內燃機機為源動力，不含電動汽車)上不會應用，一般都在負載較大的大型車輛上應用，如重型礦山自卸卡車，電傳動內燃機車
柴油機的優點
①比質量小，比功率大，升功率大
②熱效率高
③功率范圍寬
④冷啟動性好
柴油機的缺點
①污染較重
②燃料要求過高
③不可反轉(除船用內燃機，大多不可反轉)
④不可低于最低轉速，阻力距較大時，容易熄火
之所以不可將柴油機直接驅動輪對，是因為柴油機轉速較高，并且轉速范圍窄，且輸出轉矩小，與車輛的牛馬特性不符，并且無法調控輸出的轉度和轉矩。此要應用傳動系，降速增距，易于調控