湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书

班 级 机车车辆0932班 学生姓名 指导教师 设计（论文）题目 机车交流传动与直流传动的分析比较 （1）从机车的传动形式了解交流传动的发展优势； 主要 研究 内容 （2）以HXD3型机车为例，深入分析交流传动的特点及电路结构，与SS4改机车做出对比分析。 （3）从传动主电路及相关保护、辅助电路等不同角度，探讨新技术在交流传动机车上的应用。 （1）比较分析交流电机与直流电机的区别及优缺点。 主要技 术指标 或研究 目标 （2）针对机车变流器存在的区别，深入分析交流传动的优势及发展前景。 （3）围绕主电路的传动形式，对交流传动与直流传动进行深入分析并比较优缺点。 （4）初步掌握交流传动机车上新技术、新装备的使用。 基本 要求 深入了解交流传动的使用为铁路机车带来的优势，初步掌握交流传动机车新技术的应用，进一步熟悉交流传动机车的基本原理及组成结构。 主要参 考资料 及文献 电力机车控制 华平主编 机车新技术 张中央，刘敏军 HXD3型电力机车 张曙光

1

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书

目录

1 电力传动形式的发展.............................................................................................. 1 2 交流传动与直流传动的比较.................................................................................. 1

2.1 机车工作原理的比较 .................................................................................................. 1

2.1.1 直流传动电力机车工作原理................................................................ 1 2.1.2 交流传动电力机车工作原理................................................................ 3 2.2 交流传动与交直流传动机车主电路的比较.................................................. 4

2.2.1 HXD3型机车和SS4改机车主电路特点比较 .................................... 5 2.2.2 HXD3型机车和SS4改机车变流装置比较 ........................................ 7 2.2.3 HXD3型机车和SS4改机车牵引电机比较 ..................................... 8

3 新技术在交流传动机车上的应用........................................................................ 10 4 总结........................................................................................................................ 11 致 谢.......................................................................................................................... 15 参考文献...................................................................................................................... 16

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书

1 电力传动形式的发展

从十九世纪七十年代开始,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。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。

1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。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。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。

与直流传动机车相比，交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。

2 交流传动与直流传动的比较

2.1 机车工作原理的比较

2.1.1 直流传动电力机车工作原理

直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电力机车。

直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切

1

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书

换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压)方式进行调速和控制的机车。

图1 直直型电力机车工作原理示意图

图1为一般工矿用4轴电力机车串并联切换加凸轮变阻的电传动装置原理示意图。工作过程为:机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QF，启动电阻R，向4台直流牵引电动机M1-M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。随着4台牵引电动机接通电源即行旋转，电能转变为机械能，分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮实现牵引运行。

交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的单相工频交流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流（脉流）牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。如图2所示。

2

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书

图2 交直型电力机车原理示意图

2.1.2 交流传动电力机车工作原理

交（直）交型电力机车是指由各种变流器供电的交流异步或同步电动机作为传动电机的电力机车或电动车组。交流传动电力机车的系统结构如图3所示。

图3 交流传动电力机车的系统结构

根据变流器是否带中间回路，分为交直交变流器和交交变流器两类。根据中间回路选择元件的不同，又分为电压型系统、电流型系统两种基本结构。因此电力牵引领域的交流传动机车基本上有两类：电流型变流器供电的同步或笼型异步电动机机车和电压型变流器供电的笼型异步电动机机车。

3