湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书1城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计毕业设计目 录摘 要1引 言1第1章电力牵引交流传动技术的概述21.1 电力牵引交流技术的组成21.2 电力牵引交流传动技术的发展4第2章 交流牵引电机的构造分析62.1 交流牵引电机的简介62.2 交流牵引电机的结构72.3 交流牵引电机的工作原理92.4 交流牵引电机的工作特性10第3章城轨车辆交流传动控制系统123.1交流传动控制系统概述123.2交流传动控制系统的组成133.3交流传动系统的控制方式143.4城轨车辆交流传动系统的控制原理16第4章城轨列车网络控制系统194.1 TCN及LonWorks网络194.2 ARCNET网络和CAN总线234.3 CAN总线264.4 CAN2.0总线规范274.5 常见的几种网络拓扑结构28第5章 HXD3交流传动系统组成结构功能和原理345.1 HXD3型电力机车技术特征345.2 HXD3型机车主变压器的结构365.3 HXD3型机车交流传动系统的功能385.4 HXD3型机车主变压器的制动原理39第6章城轨车辆电力牵引交流控制系统的故障排除436.1 常见的故障分析方法436.2 城轨列车牵引交流传动控制系统的常见故障456.3 城轨列车牵引交流传动控制系统的故障故障分析476.4 城轨列车牵引交流传动控制系统的常见故障处理措施50第7章 结论52心得体会53参考文献54附 图55摘 要随着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐步代替了早期的直流牵引传动系统，在城市轨道交通领域得到了广泛的应用，成为轨道交通实现高速和重载运输的唯一选择和主要发展方向。而交流传动控制系统是城轨电力牵引传动控制系统的核心部件，是城轨列车运行的神经中枢系统。通过分析城轨车辆牵引传动控制系统的构造和原理，掌握常见故障的处理方法有着非常重要的现实意义。本设计主要分析城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的组成构件，各组成部件的主要功能和原理，以及常见的各种故障类型，对该系统常见的故障进行分析，掌握处理故障的有效方法。 关键词：城轨车辆 交流传动 控制系统 故障排除 AbstractWith the development of power electronic technology, electric traction drive system gradually took the place of early DC traction drive system, in the city rail transportation has been applied extensively, become the orbit traffic to achieve high speed and heavy haul transportation only option and the main direction of development The AC drive control system of city rail electric traction drive control is a core component of the system, is the city rail train in the central nervous system Through the analysis of urban rail vehicle traction control system structure and principle, to grasp the common breakdown processing method has a very important practical significance The design of the main analysis of city railway vehicle AC drive control system in electric traction components, each component of the main function and the principle, as well as the common fault types, the system common fault analysis, fault handling method.Key words: urban rail vehicle AC drive control system trouble shooting1引 言随着国民经济的发展，城市规模在不断扩大，城市人口急剧增加，随之出现的交通拥堵问题日趋严重。城市轨道交通新的交通运输方式以其不可比拟的优势快速发展起来，在城市公共交通中发挥着越来越大的作用。因此，做好此项工作，保障城轨列车的运行安全是全体城轨工作人员的神圣职责。随着城轨电力牵引列车的运行速度和载客量日益提高，确保列车的运营安全，具有十分重要的意义，一旦发生行车事故，不仅经济损失是巨大的，甚至可能造成不良的政治影响。城轨车辆电力牵引交流控制是一个高度集中的大系统，为了不断提高运营能力，防止各类事故的发生，就要求我们熟悉城轨车辆牵引传动控制系统的构造和原理，掌握常见故障的处理方法。才能保证这个大系统的有机统一，保证城轨运营的畅通无阻。作为城市轨道交通控制专业的专业学员，城轨机车车辆运营质量的好坏，与我们技术要求水平的高低关系极大，因此，如何科学地使用好城轨交流传动电力机车，充分发挥它的效能，掌握它的运行规律，以提高列车牵引重量和运行速度，安全正点的完成运营任务，是我们必须研究的课题。只有了解和掌握了城轨车辆电力牵引交流的控制性能，以及列车运行的一般规律和有效的故障排除，才能正确操纵城轨列车，及时有效的排除列车故障，安全正点，多快好省地完成运营任务。城市轨道交通作为国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化的交通工具,它负担着城市人员交流的主要运输任务，在实现经济社会又好又快发展中肩负着重大责任，承担着艰巨任务。城市轨道交通具有占地少、污染小、能耗低、成本低、运量大、全天候的比较优势，加快城市科技创新步伐，对加快构建符合科学发展要求的我国综合交通运输体系，具有不可替代的重要作用。我国城市轨道交通技术发展的总目标是实现城市轨道交通现代化，重点发展方向是乘客运输快速化、高速化，货物运输重载化、快捷化，安全装备系统化，牵引动力系统化逐步建立一个具有中国城市轨道交通特点的技术体系.随着近年中国经济持续增长，城市轨道交通需求也随之增加，自2006年以来，大功率交流传动机车诞生及批量投入运用，标志着我国铁路机车行业成功实现了由直流传动向交流传动的转化，机车技术平台达到世界先进水平，机车装备现代化和机车装备制造业现代化发展迈入了新的历史阶段。第1章电力牵引交流传动技术的概述1.1 电力牵引交流技术的组成从很早的年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。电力牵引交流传动系统主要由牵引变压器、牵引电机和牵引变流器组成。其主要组成如图1-1所示通讯模块器 动力制动模块器辅助变频器电子设备器主 变 频 器空气系统模块动器图1-1 交流传动机车主要组成交流传动电力牵引的技术主要分为：核心层技术、辅助层技术和相关层技术。其核心层技术主要包括：牵引变频器技术、变频控制及其网络技术、交流驱动电机技术和牵引变压器技术。其辅助层技术主要包括：冷却与通风技术、辅助变流器技术、控制电源技术、保护技术和电磁兼容与布线技术。其相关层技术主要包括：司机台操纵技术、车体轻量化技术、转向架技术、空气制动技术和高压测检测技术。电力牵引作为电气传动的一个单独类别，过去一起采用直流电动机牵引或脉流电动机牵引。近20年来，由于电子技术尤其是大功率变流技术的发展、控制理论和控制技术的完善、以及静止变频器研究技术的成熟，使三相交流电动机在机车牵引中的应用得到了关键性突破，获得了极为迅速的发展。（1）牵引传动制式。牵引传动制式分为直流传动制式和交流传动制式。目前我国干线铁路使用的电力机车仍以直流传动制式为主，交流传动机车虽然已经有了运用，但在电力牵引动力中所占的比重很小。由于交流传动机车性能的优越性，国外的主要机车生产商早已停止了直流传动机车的生产，基本上都是采用交流传动方式的牵引技术。我国铁路牵引的交流传动技术应用才刚刚开始，技术上远未达到成熟的程度。（2）动力配置方式。按牵引动力配置方式可以分为动力集中方式和动力分散方式。动力集中方式就是传统的机车牵引方式，这是我国目前电力牵引的主要模式，也是我国铁路运用比较成熟的牵引模式。动力分散型动车组是日本首创的，动力分散方式是城市地铁牵引模式的进化和发展，是一种发展迅速的牵引模式。欧洲国家近年来也纷纷采用动力分散型动车组的模式。目前我国也已经有了这种牵引模式的动车组，如“中原之星”动车组,“先锋”号动车组以及CRH系列动车组，但无论在技术上还是在运用管理上都只是刚刚起步。（3）运行速度等级。我国已经有了120kmh及以下等级、160kmh等级、200kmh等级、250kmh等级以及300kmh的电力机车或动力分散型动车组。160kmh及其以下等级的机车在技术上已经比较成熟，也有了较为成熟的运用和管理经验；但对于250kmh及其以上等级机车的应用才刚刚开始，技术上也还不够成熟。（4）车载牵引功率。车载功率可以从总功率和单轴功率两个方面来看：我国直流传动机车的车载总功率最大为6400kW(SS4型机车)，单轴功率最大为900kW(SS8型机车)；交流传动机车的车载总功率最大为7200kw(SSJ3型机车)，单轴功率最大为1200kW(“中华之星”动车组)。作为单轴1200kW的交流传动机车来说，已经达到了较高的水平，只是在技术上还不够成熟。（5）牵引控制系统。我国铁路机车已经普遍采用微机作为牵引控制系统，但在直流传动机车上仍有相当数量的模拟电子控制系统。动车组上已经开始使用列车和车厢的通信网络实现控制和信息交换，初步形成了分布式控制的雏形。但目前还没有我们自己的、成熟可靠的微机控制系统产品，控制网络的应用尚待完善。由此可见,电力电子技术这门综合学科对牵引动力交流传动系统的发展产生了强大的推动力。微计算机和微处理器品质不断提升,由8位进步到32位、64位,由定点运算进步到浮点运算,处理能力大幅提升,构筑了以高速数字信号处理器为核心的实时控制器。1.2 电力牵引交流传动技术的发展为追踪世界新型“交-直-交”电力机车新技术，更为了满足社会经济发展的要求, 推动轨道交通装备技术进步, 我国研究、应用交流传动技术, 经历了技术探索( 理论认识与基础开发)、引进应用( X2000动车组)、合作研制(“蓝箭”动车组和NJ1内燃调车等)、自主开发几个阶段。