《动车组传动与控制》课程复习资料
一、名词解释：
1.异步电动机的机械特性 2.ATP
3.电流型牵引变流器 4.两电平式逆变器 5.PI调节器
6.准圆形磁链轨迹控制
二、简答题：
1.简述动车组的几种传动方式。 2.简述交流传动系统的优点。
3.CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有哪些绕组？分别向哪些设备供电？ 4.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪几种方案？ 5.简述异步电动机的工作原理。
6.简要分析比较动力分散方式和动力集中方式动车组的特点。 7.简述异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段。 8.简述异步电动机矢量控制的基本思想。 9.简述异步电动机直接转矩控制的基本思想。
10.直接转矩控制(DTC)与矢量控制(VC)在控制方法上有何异同？ 11.异步电动机转差频率控制的规律是什么？ 12.简述四象限脉冲整流器的基本工作原理。 13.简述牵引变流器的类型及特点。
14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。 15.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。
16.简述牵引变流器中间直流储能环节的作用和组成。
17.简述CRH1型动车组牵引传动系统主电路的组成、各组成部分所包括的主要设备。 18.简要分析CRH1型动车组辅助供电系统。 19.简要分析CRH2型动车组辅助供电系统。 20.简述CRH2型动车组牵引传动系统的组成。 21.简述列车牵引网络控制系统的基本构成。
三、综合分析题：
1.试分析CRH2型动车组牵引传动系统的特点。
2.试分析高速动车组牵引传动系统所采用的新技术。
3.试分析下图所示异步电动机转差频率控制系统的控制过程。
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参考答案
一、名词解释：
1.异步电动机的机械特性：异步电动机的机械特性是指其转差率与电磁转矩之间的关系Tem=f(s)。
2.ATP：列车自动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。
3.电流型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。根据中间直流环节滤波元件的不同,牵引变流器可分为电压型和电流型两种。电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感,相当于恒流源,向逆变器输出的是恒定的直流电流。 4.两电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。
5.PI调节器：即比例积分调节器。它克服了积分调节器动态响应慢的缺陷，利用了比例调节器动态响应迅速的特点，将比例调节器和积分调节器结合起来，使得输出静态准确，动态响应迅速。
6.准圆形磁链轨迹控制：磁链轨迹准圆形控制的基本思想是定子磁链空间矢量Ψ1的端点轨迹不允许超出限定范围，即以给定磁链幅值为半径的圆形偏差带，应满足不等式
控制方法：准圆形磁链控制是在1/6周期中交替采用两个电压矢量，即使用两个开关状态，控制系统需要适时计算磁链矢量的幅值和相位角。准圆形磁链运动轨迹取决于相应电压矢量的作用时间，也就是说，取决于相应电压矢量的采样周期。电压矢量的作用时间可通过几何生成法或定子磁链差值滞后比较法得到，以确定逆变器开关元件的切换规则。 二、简答题：
1.简述动车组的几种传动方式。
答：动车组的传动方式有：交-直传动方式；交-直-交、交-交传动方式。
交-直传动：指机车或动车组采用交流供电而采用直流电动机驱动动车组运行的传动系统。为了能够用电网提供的交流电驱动直流电动机工作，系统采用变流器，将交流电转换成直流电，并通过对变流器的控制来调整直流电动机的工作速度。
交流传动：指由各种变流器供电的异步或同步电动机作为动力的机车或动车组传动系统。目前变流器主要有直接式变流器(即交-交变流器)和带有中间直流环节的间接式变流器(即交-直-交变流器)两大类。
2.简述交流传动系统的优点。 答：交流传动系统有以下优点： （1）有良好的牵引性能
合理地利用系统的调压、调频特性，可以实现宽范围的平滑调速，使高速列车的高速利用功率Kp=1，恒功率调速比Kn≥2；能使列车启动时发挥出较大的启动力矩。 （2）电网功率因数高、谐波干扰小
电源侧采用脉冲整流器，通过PWM控制技术，可以调节电网输入电流的相位，并能在广泛的负载范围内使高速列车的功率因数接近于1；使所取电流接近正弦波形，谐波干扰小。 （3）单位质量体积的牵引功率大
由于异步电动机无换向器，转速可达4 000 r/min或更高，且质量轻、体积小、单位质量体积的牵引功率大、运行可靠。
（4）动态性能和黏着利用好
由于交流异步电动机有较硬的自然特性，其防空转（黏着利用）性能较好。特别是牵引控制采用矢量控制或直接力矩控制策略，不仅能使系统稳态精度高，而且能获得高的动态性能，可以使牵引力沿着轮轨之间蠕滑极限进行控制，更适合于高速、重载牵引的要求。
3.CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有哪些绕组？分别向哪些设备供电？
答：CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有3个绕组。2个二次绕组，1个三次绕组。
2个二次绕组，分别向M1(牵引电动机1)、M2(牵引电动机2)的驱动电路——牵引变流器提供电力； 1个三次绕组(辅助绕组)，向以下设备提供电力：
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⑴照明电路；
⑵空调，压缩机、通风机等辅助电路； ⑶控制电路； ⑷通信电路。
4.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪几种方案？ 答：动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配方案：
⑴最大电机最小逆变器方案； ⑵最小电机最大逆变器匹配方案； ⑶介于两者之间的折中方案。 5.简述异步电动机的工作原理。
答:异步电动机是利用电磁感应原理,在三相对称定子绕组中通入三相对称电流后将产生圆形旋转磁场；此旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中感应出电势，产生电流，进而在转子上形成电磁转矩，对外输出机械能拖动负载。
旋转磁场是三相异步电动机实现机电能量转换的前提条件。 6.简要分析比较动力分散方式和动力集中方式动车组的特点。
答：可从如下几个方面来分析动力集中与动力分散动车组之间的特点： （1）牵引总功率和轴功率
动力分散方式动车组的轮径和车体底下空间位置比动力集中方式的小（实际上也不需要大），所以就单轴功率而言，动力分散方式的小。就动车组总功率而言，由于动力分散方式动轴多，其总功率比动力集中方式大，从而可牵引更多的旅客。启动加速度快。 （2）最大轴重和簧下质量
动力集中方式电动车组一般轴重大，规定不超过17 t，但ICE车高达19.5 t，所以就最大轴重而言，动力集中方式比动力分散方式大，对线路不利。
但对轨道的破坏不只是轴重，簧下质量也起着同样重要的作用。如果簧下质量不变，即使减轻轴重，对轨道的破坏不会有太大的好转，簧下质量必须与轴重一起减少。 （3）黏着利用
动力分散方式一般轴重较轻，单轴黏着力也较小，但由于动轴多，可以发挥的黏着牵引力大，而动力集中方式虽然轴重大，单轴黏着力大，但由于动轴少，单轴黏着利用接近极限，可以发挥的总的黏着牵引力小。 （4）制动
动力分散方式的一个主要优点是动轴多，对每个动轴都可以施加电力制动和盘形制动，制动功率大，甚至可以超过牵引功率，使列车迅速停车。动力集中方式动轴少，制动功率没有动力分散那么大。 （5）制造成本
采用动力分散方式电动车组，电气设备分散、总重大、造价高。 （6）维修费用
由于动力分散方式电动车组的每辆动力车均装有一套电气设备，维修工作量大。
7.简述异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段。 答：异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段如下：
（1）普通功能型Uf控制方式的通用变频器。其转速开环控制，不具有转矩控制功能。
（2）高功能型的转差频率控制。其转速需要闭环检测，具有转矩控制功能，能使电机在恒磁通或
恒功率下运行，能充分发挥电机的运行效率，其输出静态特性较Uf控制方式有较大改进。 （3）高性能矢量控制或直接力矩控制。可以实现直流电动机的控制特性，具有较高的动态性能。
前两种方法都是基于异步电动机稳态数学模型建立的。而矢量控制是基于异步电动机动态数学模型的基础上建立的。
8.简述异步电动机矢量控制的基本思想。
答：将三相异步电动机经3/2变换、2s/2r变换，变换到以转子磁场定向的M、T同步坐标系，并使M轴定向在转子磁链ψ2方向，就可实现励磁电流iM和电流iT的独立控制，使非线性耦合系统解耦，将其等效成直流电动机模型。
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然后仿照直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，再经过相应的反变换，即可以控制异步电动机。这就是矢量定向控制的基本思想。 9.简述异步电动机直接转矩控制的基本思想。
答：将逆变器控制模式和电机运行性能作为一个整体考虑。
它有两层含义：一是保持定子总磁通链不变，二是对电机转矩进行直接控制。
通过对逆变器的开关控制，既可以实现磁链的幅值控制，又能实现电机转矩的控制，两者都可以通过闭环控制实现。
图1 按定子磁链控制的直接转矩控制系统
10.直接转矩控制(DTC)与矢量控制(VC)在控制方法上有何异同？
答：相同点：DTC系统与VC系统，数学模型本质相同，都是转速(转矩)和磁链闭环控制，都能获得较高的静、动态性能。
不同点： DTC系统采用定子磁链控制，受电机参数变化的影响小；转矩采用Band-Band控制，但有转矩脉动；采用静止坐标变换，较简单。
磁链闭环控制的VC系统采用转子磁链控制，受电机转子参数变化的影响；转矩连续控制，比较平滑；采用旋转坐标变换，较复杂。
矢量控制和直接转矩控制都采用对输出转速、磁链分别控制，都需要解耦。矢量控制采用两相旋转坐标按转子磁链定向，使定子电流的转矩分量与励磁分量解耦；直接转矩控制为双闭环控制系统，其转矩控制环作为内环，转速控制环作为外环，这可抑制磁链变化对转速子系统的影响，使转速和磁链子系统近似解耦。
11.异步电动机转差频率控制的规律是什么？ 答：（1）在?s≤?sm的范围内，如图1所示，转矩Te基本上与?s成正比，条件是气隙磁通?m不变。
（2）在不同的定子电流值时，按图2的函数关系Us?f??1,Is?控制定子电压和频率，就能保持气
隙磁通?m恒定。
图1 按恒?m值控制的Te?f第4页共10页
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