軌道交通車輛電力牽引控制系統

《軌道交通車輛電力牽引控制系統》是2014年6月20日出版的圖書，作者是劉敏軍、宋平崗、許期英。

內容簡介

本書是普通高等教育教材、“卓越工程師計畫”本科教材，主要介紹電力牽引傳動的發展歷程、電力牽引供電方式及供電系統、電力牽引控制系統的類型、電力牽引傳動的控制方式、電力牽引的基本原理、電力牽引控制系統常用的電力電子器件、電力牽引變流器等基本理論知識，以及直流牽引控制系統、交流牽引控制系統、電氣制動控制系統、黏著控制系統、列車微機控制系統、高速磁懸浮列車控制系統、電力牽引傳動與電磁兼容等知識。

本書為車輛工程專業（鐵道機車車輛方向、城市軌道交通車輛方向、高速動車組方向）、電力牽引及電氣傳動控制專業的“卓越工程師計畫”本科生教材，也可作為普通本科生、專科生教材，還可作為從事車輛工程專業或電力牽引及電氣傳動控制專業技術工作的工程技術人員的參考書。

前言

電力牽引是我國最主要的軌道交通車輛的牽引方式。我國軌道交通車輛發展迅猛，從以往單一的鐵路形式發展成為包括高速鐵路、城際客運專線、城市捷運和輕軌以及磁懸浮列車等在內的多種形式，通過軌道交通車輛出行已經成為人們最重要的交通方式。隨著軌道交通車輛的發展，電力牽引技術也得到了極大的提高和發展。目前電力牽引系統已經發展到了交直交的交流傳動系統，並得到了空前的套用。微機、網路、FPGA和智慧型控制等先進技術都在電力牽引系統中獲得了廣泛的運用，新型的電力牽引和控制系統在不斷湧現。
為了適應軌道交通車輛電力牽引控制系統的發展現狀，使學生所學知識與現場技術發展同步，本書在編寫的過程中力求體現以下特點：
（1） 反映當前電力牽引系統的狀態和水平，在理論上有一定的深度。
（2） 內容結合實際，將當前實際套用的系統和技術與本書相結合。
（3） 介紹有關方面套用的先進技術。
（4） 對電力牽引系統做一個比較全面的介紹，以滿足從事車輛工程專業（鐵道機車車輛方向、城市軌道交通車輛方向、高速動車組方向）、電力牽引及電氣傳動控制專業的學生學習和不同層次、不同專業方向相關專業技術人員工作的需求。
（5） 書中帶“”符號的章節為學生課後閱讀內容，帶“”符號的章節為選學內容，教師可根據專業方向進行選擇。
（6） 每章後有基本理論知識複習與思考題，以及能力培養題。在鞏固加深所學理論知識的同時，注重學習能力和科研創新能力的培養。
全書共分11章，第1章介紹電力牽引傳動的發展歷程、電力牽引供電方式及供電系統、電力牽引控制系統的類型和電力牽引傳動的控制方式； 第2章介紹牽引理論基礎； 第3章介紹電力牽引控制系統常用的電力電子器件； 第4章介紹電力牽引變流器； 第5章介紹直流牽引系統； 第6章介紹交流牽引系統； 第7章介紹電氣制動控制系統； 第8章介紹黏著控制系統； 第9章介紹列車微機控制系統； 第10章介紹高速磁懸浮列車控制系統； 第11章介紹電力牽引傳動與電磁兼容。
本書由華東交通大學劉敏軍、宋平崗、許期英合作完成，劉敏軍統稿。
本書在編寫過程中得到了華東交通大學有關領導及專家、學者的大力支持和協助，也得到了南昌鐵路局、上海捷運公司等有關技術人員的鼎力支持，在此對他們表示感謝。在本書的編寫過程中參考了許多文獻資料，在參考文獻中一一列出，以示謝意！
由於編著者的水平所限，書中可能存在錯誤和不妥，殷切期望讀者批評指正。

編者

2014年4月

目錄

1緒論

1.1電力牽引傳動的發展歷程

1.1.1電力牽引傳動控制系統的概念

1.1.2電力牽引傳動的發展歷程

1.2電力牽引供電方式及供電系統

1.2.1電力牽引供電方式

1.2.2電力牽引供電系統

1.3電力牽引控制系統的類型

1.3.1直流直流（直直）牽引系統

1.3.2交流直流（交直）牽引系統

1.3.3交流直流交流（交直交）牽引系統

1.3.4直流交流（直交）牽引系統

1.4電力牽引傳動的控制方式

複習與思考題

能力培養題

2牽引理論基礎

2.1動輪與鋼軌間的黏著與蠕滑

2.1.1黏著

2.1.2蠕滑

2.2牽引力的形成及限制

2.2.1牽引力的形成

2.2.2黏著對牽引力的限制

2.2.3黏著係數的影響因素及計算黏著係數

2.3制動力的產生

2.3.1制動力的概念及制動方法

2.3.2制動力的產生

2.4空轉與滑行的產生及黏著的控制

2.4.1空轉與滑行的產生及防止

2.4.2黏著控制的意義及分類

2.5牽引運行及特性

2.5.1列車運行過程

2.5.2列車阻力

2.5.3列車牽引特性

複習與思考題

能力培養題

3電力牽引控制系統常用的電力電子器件

3.1普通晶閘管

3.1.1晶閘管的結構與工作原理

3.1.2晶閘管的特性

3.1.3晶閘管的主要參數

3.1.4晶閘管的觸發電路

3.1.5晶閘管的串並聯

3.1.6晶閘管的套用與保護

3.2門極可關斷晶閘管

3.2.1GTO的結構與工作原理

3.2.2GTO的主要參數特性

3.2.3GTO的門極驅動電路

3.3絕緣柵雙極電晶體

3.3.1IGBT的基本結構與工作原理

3.3.2IGBT的特性

3.3.3IGBT的擎住效應與安全工作區

3.3.4IGBT的驅動與保護技術

3.4功率積體電路

3.4.1PIC技術

3.4.2智慧型功率模組

3.5緩衝電路

3.5.1緩衝電路的作用與基本類型

3.5.2緩衝電路的基本結構

3.5.3緩衝電路中Cs和Rs值的確定

複習與思考題

能力培養題

4電力牽引變流器

4.1斬波電路（斬波器）

4.1.1降壓斬波電路

4.1.2升壓斬波電路

4.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路

4.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路

4.1.5複合斬波電路和多相多重斬波電路

4.2整流電路（整流器）

4.2.1入端整流器概述

4.2.2電壓型四象限脈衝整流器

4.3逆變電路（逆變器）

4.3.1基本逆變電路

4.3.2正弦波脈寬調製逆變電路

4.3.3感性負載下三相橋式逆變器的電流波形和能量反饋

4.3.4三點式（三電平）逆變電路

複習與思考題

能力培養題

5直流牽引系統

5.1直流牽引電動機的牽引性能

5.1.1牽引電動機之間的負載分配

5.1.2電壓波動對牽引電動機工作的影響

5.1.3直流牽引電動機的功率利用

5.1.4直流牽引電動機的黏著特性

5.2直流牽引系統的牽引特性

5.2.1恆電壓牽引特性

5.2.2恆功率牽引特性

5.2.3恆電流牽引特性

5.2.4恆速度牽引特性

5.2.5組合牽引特性

5.3直流牽引系統的控制

5.3.1直流牽引電動機的調速

5.3.2直流牽引系統的控制方法

5.4SS9型電力機車直流牽引控制系統

5.4.1SS9型電力機車牽引系統概述

5.4.2SS9型電力機車牽引系統的主要技術參數

5.4.3SS9型電力機車牽引系統的主電路

5.4.4機車特性

5.5DF11型內燃機車直流牽引控制系統

5.5.1DF11型內燃機車概述

5.5.2DF11型內燃機車的牽引特性

5.5.3DF11型內燃機車的功率控制

5.5.4DF11型內燃機車的主電路

5.5.5DF11型內燃機車的速度控制

5.6城市軌道交通車輛直流牽引控制系統

5.6.1變阻控制

5.6.2斬波調壓控制

複習與思考題

能力培養題

6交流牽引系統

6.1概述

6.2交流異步電動機的調速

6.2.1交流異步電動機的機械特性

6.2.2交流異步電動機的調速特性

6.3交流牽引系統的逆變器

6.3.1牽引逆變器的基本電路

6.3.2牽引逆變器的主電路

6.3.3牽引逆變器的控制

6.4交流牽引系統的控制

6.4.1牽引特性

6.4.2交流牽引系統的主電路

6.4.3交流牽引系統的控制方法

6.4.4牽引控制單元

6.5HXD3型電力機車的交流牽引系統

6.5.1HXD3型電力機車概述

6.5.2HXD3型電力機車的牽引特性

6.5.3HXD3型電力機車的電路

6.5.4HXD3型電力機車的矢量控制

6.6CRH1型動車組交流牽引系統

6.6.1CRH1型動車組的技術特點

6.6.2CRH1型動車組的主要性能參數

6.6.3CRH1型動車組牽引系統的主電路

6.6.4CRH1型動車組的控制

6.7城市軌道交通車輛的交流牽引系統

6.7.1城市軌道交通車輛牽引傳動系統的主要設備和工作原理

6.7.2VVVF控制下的城市軌道交通車輛牽引特性

6.7.3磁場定向式矢量控制系統

6.7.4直接轉矩控制系統的結構及原理

複習與思考題

能力培養題

7電氣制動控制系統

7.1概述

7.1.1電氣制動的種類

7.1.2電氣制動的特點

7.2電氣制動的基本原理

7.2.1電阻制動和再生制動的基本原理

7.2.2電磁製動的基本原理

7.3電阻制動

7.3.1直流牽引系統的電阻制動

7.3.2電阻制動的控制

7.3.3加饋電阻制動

7.4再生制動

7.4.1直交牽引系統的再生制動

7.4.2交直牽引系統的再生制動

7.4.3交直交牽引系統的再生制動

7.5電氣制動控制系統實例

7.5.1SS9型電力機車的加饋電阻制動系統

7.5.2ND5型內燃機車的電阻制動系統

7.5.3DF11型內燃機車的電阻制動系統

7.5.4HXD3型電力機車的擴展再生制動系統

7.5.5城市軌道交通車輛的制動控制系統

複習與思考題

能力培養題

8黏著控制系統

8.1概述

8.2黏著控制模式

8.2.1黏著控制的功能目標

8.2.2黏著控制的基本模式

8.2.3黏著狀態檢測

8.2.4黏著控制策略

8.3黏著控制系統的性能指標

8.4內燃機車的黏著控制系統

8.4.1概述

8.4.2輪徑校正

8.4.3速度與加速度信號處理

8.4.4控制基準的產生

8.4.5控制信號的形成

8.5電力機車的黏著控制系統

8.5.1防空轉和防滑行系統概述

8.5.2輪徑修正

8.5.3速度差、加速度、加加速度信號的檢測

8.5.4防空轉、防滑行系統的電流修正

8.5.5記憶最大黏著係數時電流值的電路

8.6城市軌道交通車輛的黏著控制系統

8.6.1電牽引與電制動的防空轉與防滑行保護系統

8.6.2空氣制動的滑行保護系統

複習與思考題

能力培養題

9列車微機控制系統

9.1列車微機控制系統的結構

9.1.1微機控制系統的結構模型

9.1.2微機控制系統的功能結構

9.2車載微機的組成

9.2.1車載微機的功能結構

9.2.2車載微機的機械結構

9.2.3車載微機的軟體結構

9.3列車控制網路

9.3.1列車通信網路標準——TCN標準

9.3.2WorldFIP協定

9.3.3IEEE 1473標準和LonWorks匯流排

9.3.4ARCNET匯流排

9.4微機控制系統的套用實例

9.4.1SIBAS系統

9.4.2MITRAC系統

9.4.3AGATE系統

9.4.4TIS信息系統

複習與思考題

能力培養題

10高速磁懸浮列車控制系統

10.1概述

10.2直線牽引電動機

10.2.1直線電動機的基本結構

10.2.2直線電動機的工作原理

10.3直線磁懸浮電動機

10.3.1概述

10.3.2直線磁懸浮電動機的分類與結構

10.3.3直線磁懸浮電動機的性能指標

10.4直線電動機驅動的磁懸浮列車

10.4.1概述

10.4.2常導吸浮型磁懸浮列車

10.4.3超導斥浮型磁懸浮列車

複習與思考題

能力培養題

11電力牽引傳動與電磁兼容

11.1電磁兼容的基本概念

11.2電磁干擾量及其傳播途徑

11.3電氣化鐵路的電磁干擾問題

11.4電力牽引系統的干擾

11.5改善電磁兼容的措施

複習與思考題

能力培養題

參考文獻