图2不同定子电流时，恒Eg12.简述四象限脉冲整流器的基本工作原理。
答：图1为忽略变压器牵引绕组电阻RN的脉冲整流器简化的等效电路。变压器牵引绕组的输出电压为uN 、漏电感为LN
LNiNuNuab
?1控制所需的电压-频率特性
图1 脉冲整流器的简化等效电路
脉冲整流器的电压矢量平衡方程为：
UN?j?LNIN?Uab
式中，UN为二次侧牵引绕组电压相量；IN为二次侧牵引绕组电流的基波相量；Uab为调制电压的基波相量。 当UN一定时，IN的幅值和相位仅由Uab的幅值及其与UN的相位差来决定。改变基波相量Uab的幅值和相位，就可以使IN与UN同相位或反相位。在牵引工况下，IN与UN的相位差为0°，该工况下的相量图如图2（a）所示，此时Uab滞后UN；而对于再生制动工况， IN与UN的相位差为180°，该工况下的相量图如图2（b）所示，此时Uab超前UN，电机通过脉冲整流器向接触网反馈能量。
jωLNINUNUabUabIN（a）IN（b）jωLNINUN
图2 脉冲整流器简化基波相量图
由四象限脉冲整流器等效电路及相量图,有：
22Uab?UN?(?LNIN)2kUN??LNINM?2Uab/Ud第5页共10页
式中：k—变压器短路阻抗电压的标幺值，牵引变压器一般取0.3～0.35；
M—整流器的调制度，一般取M=0.8～0.9； Ud—直流侧输出电压。 由上式计算可得到
Ud?2(1?k2)?UN/M
由此可见，Ud与UN成正比关系，与整流器的调制度M成反比关系。
13.简述牵引变流器的类型及特点。
答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，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。
牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源；电流型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。 现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。
根据逆变器输出交流侧相电压的可能取值情况，将电压型逆变器分为两电平式和三电平式。两电平式逆变器，可以把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需要更多的器件。
在交流传动领域，当中间电路直流电压U>2.7～2.8 KV时，主电路中变流器通常采用两电平式电路；当U>3KV时，宜采用三电平式电路结构。 14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。
答：脉冲整流器是利用电抗器的储能，达到整流、升压、稳压的目的，四象限脉冲整流器能够达到网侧功率因数接近1，并能实现电能的反馈。
四象限脉冲整流器能够执行脉宽调制和能量变换，即整流或反馈两方面的功能。这种整流器能够在输入电压和电流平面所在的四个象限中工作。作为电力牵引用的变流器，相应能够实现牵引、制动状态下前进、后退四种工况。
四象限脉冲整流器的突出优点是网侧功率因数高，可达到1，等效谐波干扰电流小。 15.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。
答：两电平脉冲整流器采用SPWM调制。理想电子开关的状态选择，通过PWM过程中调制波与载波间的相互关系产生，在调制波与载波交点时刻控制电路中开关元件的通断，按照A、B两端分别产生相应的开关状态值。A、B两端的调制信号相位相反，而载波信号相位相同，也可共用一个载波信号。调制方式如图1所示。
图1 两电平PWM信号调制方式
当A端调制波urA>uc，电子开关SA=l，否则SA=0。 当B端调制波urB>uc，电子开关SB=1，否则SB=0。
16.简述牵引变流器中间直流储能环节的作用和组成。
答：在交—直—交流变流器中，中间直流储能环节是连接四象限脉冲整流器和负载端逆变器之间的纽带。它不仅起到稳定中间环节直流电压的作用，而且还承担着与前后两级变流器进行无功功率交换和谐波功率交换的作用。
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电压型脉冲四象限变流器中间直流环节由两个部分组成：一个是相应于2倍电网频率的串联谐振电路（也可以取消），另一个是滤波电容器（支撑电容器）和过电压限制电路。
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。
答：CRH1型动车组牵引传动系统主电路主要由高压系统和牵引系统电路构成，此外CRH1型主电路还包括辅助供电系统。
高压系统：包括受电弓、主断路器、主变压器初级绕组、电流互感器、电压互感器、避雷器、接地开关、网侧滤波器、受电弓切断开关等部件。
牵引系统：从主变压器次级绕组开始,包括网侧变流器LCM、电机变流器MCM、滤波器箱、牵引电动机等。 辅助供电系统：包括辅助变流器、三相滤波器、三相变压器等和蓄电池系统。 18.简要分析CRH1型动车组辅助供电系统。
答：CRH1型动车组的辅助供电系统从牵引变流器的中间直流环节取流，经辅助变流器逆变为固定频率和幅值的三相交流电压，通过降压变压器降压和交流滤波器滤波后，输出400 V、50 Hz交流电至三相交流辅助电源母线并通过三相母线分配给不同的负载。
通过对辅助交流供电系统输出的三相电压的交-直变换获得DC110 V电源，为直流用电设备和蓄电池供电。其系统结构如下图所示。
CRH1型的辅助供电系统结构图
19.简要分析CRH2型动车组辅助供电系统。
答：CRH2型动车组的辅助供电系统由牵引变压器辅助绕组、辅助电源装置、蓄电池、辅助及控制用电设备、地面电源等几部分组成。辅助电源装置由辅助电源箱（Auxiliary Power Unit，简称APU）和辅助整流箱（Auxiliary Rectifier，简称ARf）两部分组成。其中辅助及控制用电设备包括各种交流及直流用电设备。
CRH2型的辅助供电系统从牵引变压器辅助绕组获取单相交流电，由辅助变流器经交-直-交变换后输出三相AC400 V的交流电，通过交流滤波器滤波后为三相交流辅助电源母线供电并通过三相交流辅助电源母线分配给不同负载。通过接至交流辅助电源母线的变压器获得单相AC100V、AC220 V电压。通过整流变压器和整流器获得DC110V电源，为直流用电设备和蓄电池供电。 其系统结构如下图所示
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CRH2型的辅助供电系统结构图
20.简述CRH2型动车组牵引传动系统的组成。
答：CRH2型动车组牵引传动系统主要包括高压电气设备、牵引变压器、牵引变流器和牵引电机。 （1）高压电气设备
高压电气设备主要包括受电弓、保护接地开关、高压电压互感器、高压隔离开关、真空断路器、避雷器、高压电流互感器等。 （2）牵引变压器
采用ATM9型牵引变压器，一个基本动力单元设置1台牵引变压器，全列车共2台。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。牵引变压器设置1个原边绕组（25 kV，3 060 kV·A）、2个牵引绕组（1 500 V，2×1 285 kV·A），一个辅助绕组（400 V，490 kV·A）。 （3）牵引变流器
采用CI11型牵引变流器，一个基本动力单元设置2台牵引变流器，全列车共配置4台牵引变流器，牵引变流器采用车下吊挂结构，冷却方式采用液体沸腾冷却。主电路采用3电平式结构，包括：脉冲整流器、中间直流电路、逆变器，不设2次谐波滤波装置和网侧谐波滤波器，牵引变流器采用脉宽调制方式（PWM）。中间直流电压为2 600 V～3 000 V（随牵引电机输出功率进行调整）。1台牵引变流器驱动4台并联牵引电机，牵引电机采用矢量控制进行调速。 （4）牵引电机
牵引电机采用MT205，每辆动车设置4台牵引电机，一个动力单元由两节动车组成，共计8台牵引电机，全列车设置16台。牵引电机为4极三相鼠笼式异步电机，采用架悬、强迫风冷方式，通过弹性齿型联轴节连接传动齿轮。
21.简述列车牵引网络控制系统的基本构成。
答：列车牵引网络控制系统划分列车级、车辆级和传动级。
列车级完成列车的综合信息管理和控制决策，给出与整个列车有关的给定目标和控制策略。从主司机室采集的司机控制指令、ATP运行控制指令和重联信号，通过列车级处理后，完成列车运行速度、加速度、牵引／制动力等运行目标优化，生产列车牵引控制指令，经列车总线传送到车辆级控制单元，实现列车的统一指挥。列车级控制由列车网络层主司机室的列车控制单元担当。
车辆级的主要任务是监测和管理车辆单元内的设备，接收列车级发来的牵引指令，决策车辆单元的控制策略、优化控制目标、协调控制行为、运行监控和性能评估等，实施主体是车辆控制单元。
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