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1、1,电力电子与现代生活Power Electronics Technology and Modern Life,电力电子与现代生活,第5章 电力电子技术在交通领域的应用,3,第5章 电力电子技术在交通领域的应用,5.1 电力电子技术在火车中的应用 5.2 电力电子技术在磁悬浮列车中的应用 5.3 电力电子技术在汽车中的应用 5.4 电力电子技术在电动自行车中的应用 5.5 电力电子技术在电梯中的应用,4,5.1 电力电子技术在火车中的应用,5.1 电力电子技术在火车中的应用 在各种运输工具中，动力装置是核心。随着现代科技的发展，动力装置逐渐由机械化向机电一体化、电气化、自动化方向发展，其中电力
2、电子技术起着越来越重要的作用。主要运输工具：火车、汽车、飞机、轮船等。火车由机械部分、动力部分、通信、轨道等组成。在此主要从牵引动力的发展演化过程讨论。火车上采用的牵引动力机车，按照发展历程，有三种基本形式，即蒸汽机车、内燃机车和电力机车。,5,5.1 电力电子技术在火车中的应用,5.1.1 蒸汽机车 1、蒸汽机车的发展 蒸汽机的发展过程大致可分为三个时期。1）形成时期（18041830年）瓦特发明蒸汽机(1769年)后，1804年英国R特里维西克创造了一辆铁路蒸汽机车。,这就是世界上最早的蒸汽火车。燃料：煤炭,6,5.1 电力电子技术在火车中的应用,1814年7月英国G 斯蒂芬森造出“布鲁克
3、”号蒸汽机车，这通常被认为是第一台成功的机车。1829年斯蒂芬森造出“火箭”号蒸汽机车，并在比赛中获奖。它行驶速度达47公里/小时，创造了当时地面行驶车辆最高速度。,图“火箭”号蒸汽机车,7,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2）发展时期（18311920年）1831年以后，美国等国家先后开始制造蒸汽机车。1884年瑞士A马利特发明关节式机车，这种车牵引力大,四年以后即制成投产运用。,18751900年广泛地应用蒸汽两次膨胀原理，提高了机车热效率。19001920年由于采用蒸汽过热和给水加热等装置，机车的热效率、牵引力和功率又有进一步提高。,8,5.1 电力电子技术在火车中的应用,3）探求新
4、设计时期（1920年以后）这一时期，蒸汽机车的性能进一步得到改善。20世纪20 50年代，进一步提高了机车的锅炉压力、过热蒸汽温度，车速、效率不断提高。经过不断改进，到50年代，蒸汽机车基本定型。,9,5.1 电力电子技术在火车中的应用,蒸汽机车缺点：热效率只有59%，保养维修量大、污染严重、日运行里程短。对比：火力发电效率35%42%.,比如，火车运送的煤，1/4被它自己“吃掉”了，每行驶80千米100千米就要加水，行驶200千米300千米就要加煤，行驶5000千米7000千米还要洗炉。,10,5.1 电力电子技术在火车中的应用,行驶中要排放黑烟，污染环境，尤其是在过山洞时，浓烟难以散出去，
5、影响旅客和车上工作人员的健康 正是由于这些原因，曾经辉煌一时的蒸汽机车开始退出历史舞台，逐渐被新一代的电力机车和内燃机车所取代。美国于1960年、英国于1968年、法国于1972年、日本于1975年、德国和前苏联均于1977年相继停止使用蒸汽机车。中国于1988年12月21日，大同机车厂停止生产蒸汽机车，标志着中国蒸汽机车制造史的结束。中国于1992年停止使用蒸汽机车。,11,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2、蒸汽机车的工作原理蒸汽机车是通过蒸汽机，把燃料的热能转换成机械能，用来牵引列车的一种机车。蒸汽机车主要由锅炉、汽机、走行部、车架、煤水车、车钩缓冲装置以及制动装置等部分组成。,汽机
6、是将蒸汽的热能转变为机械能的设备。它由汽室、汽缸、传动机构和配汽机构所组成。,12,5.1 电力电子技术在火车中的应用,蒸汽机车的工作原理,13,5.1 电力电子技术在火车中的应用,5.1.2 内燃机车1、内燃机车的发展历史及传动方式,14,5.1 电力电子技术在火车中的应用,内燃机燃料：大多用柴油，少量用天然气。内燃机车的原动机是柴油机。从柴油机到机车轮对之间需要一套速比可变、满足牵引特性的中间环节传动装置。内燃机车有三种传动方式：机械传动：只在小功率的地方铁路和矿山应用。液力传动：是指由液力变矩器或液力偶合器构成。电力传动：应用最多。可分为三类：1、直流电力传动（直-直传动）2、交直流电力
7、传动 3、交流电力传动（交-直-交传动，交-交传动）,5.1 电力电子技术在火车中的应用,液力变矩器的结构与原理：,15,发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶片从内缘向外缘甩出，这部分工作液既具有随泵轮一起转动的圆周方向的分速度，又有冲向涡轮的轴向分速度，其功能是将发动机的动能转变为工作液动能；工作液冲击涡轮叶片，推动涡轮与泵轮同方向转动，将动力传至机械式变速器的输入轴，完成工作液动能向机械能的转变；导轮带有单向离合器，对工作液流动起导向作用，同时对涡轮具有增扭作用。,16,5.1 电力电子技术在火车中的应用,20世纪初，国外开始探索试制内燃机车。1924
8、年，苏联制成一台电力传动内燃机车，并交付铁路使用。同年，德国将蒸汽机车改装成为机械传动内燃机车。1925年，美国将一台220 kW电传动内燃机车投入调车作业。20世纪30年代，内燃机车进入试用阶段，并开始在内燃机车上采用直流电力传动装置和液力传动装置，但内燃机车仍以调车机车为主。,17,5.1 电力电子技术在火车中的应用,第二次世界大战以后，内燃机车多数配装了废气涡轮增压系统，功率比战前提高约50%，配置直流电力传动装置和液力传动装置的内燃机车的发展加快，到了20世纪50年代，内燃机车数量急骤增长。20世纪60年代期，大功率硅整流器研制成功，并应用于机车制进，出现了交直流电力传动的2940 k
9、W的内燃机车。,内燃机车的交-直流电力传动装置,18,5.1 电力电子技术在火车中的应用,在20世纪70年代，随着电子技术的发展，联邦德国在1971年试制出1840 kW的交-直-交电力传动内燃机车（晶闸管），从而为内燃机车和电力机车的技术发展提供了新的途径。中国从1958年开始制造内燃机车，先后有东风型等3 种型号机车最早投入批量生产。1969年后相继批量生产了东风4等15种新机型。现在，内燃机车仍然是铁路运输的主力机型。,内燃机车的交-直-交流电力传动装置,19,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2、内燃机车的结构与原理 内燃机车由内燃机、传动装置、辅助装置、车体走行部（包括车架、车体、
10、转向架等）、制动装置和控制设备等组成。,内燃机是机车动力装置，按照使用的燃料的不同可分为柴油机和燃气轮机。其主要结构包括汽缸数、汽缸排列形式、汽缸直径、活塞冲程、增压与否等。,内燃机的外形,20,5.1 电力电子技术在火车中的应用,结构：主要由气缸、活塞、连杆、曲轴和飞轮组成，还包括供油系统、点火系统、配气机构、润滑系统、冷却系统、起动装置等。功率不同，需要汽缸的容积和缸数也不同。例如1.6L的汽车，一般为4 缸。内燃机车一般为12、16、18 缸。缸的排列：有直列、V型、对分型等。,六缸直列柴油机的结构,1866 年，德国人奥托首先制成了一种燃烧煤气的新型发动机燃气轮机。柴油机是德国人鲁道夫
11、狄塞尔于1892年发明的。柴油机有四冲程和二冲程两种工作方式。,21,5.1 电力电子技术在火车中的应用,活塞式内燃发动机的工作原理：工作原理：将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能，在气缸内产生高温高压的气体。气体膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或将机械功输出，驱动从动机械工作。四冲程发动机：是指发动机曲轴每旋转两转，即活塞上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的发动机。工作循环：是指发动机由进气、压缩、燃烧膨胀（做功）、排气行程所组成的工作进程，也称一个周期。,22,5.1 电力电子技术在火车中的应用,四冲程发动机的一个工作循环：,a)进气行程 b)压缩行程 c)燃烧膨胀作功行
12、程 d)排气行程 图 四冲程发动机的工作原理,23,5.1 电力电子技术在火车中的应用,四冲程发动机的一个工作循环：第一行程-进气行程：图a)，活塞自上而下运动，进气门开启，可燃混合气被吸入气缸。第二行程-压缩行程：图b)，活塞自下向上运动，进气门和排气门都处于关闭状态，可燃混合气被压缩。第三行程-燃烧膨胀作功行程：图c)，在压缩行程结束时，火花塞电极间发出火花，将可燃混合气点燃。气缸内温度和压力急剧升高，活塞由上向下运动，通过连杆驱使曲轴旋转而作有用功。第四行程-排气行程：图d)，在燃烧膨胀行程结束后，排气阀开启，活塞由下向上运动，废气通过排气门排出。,24,5.1 电力电子技术在火车中的应
13、用,星型排列的内燃机的工作图,25,5.1 电力电子技术在火车中的应用,5.1.3 电力机车 电力机车：本身不带原动机，靠接受沿线接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动的机车。1、电力机车的发展简史1842年，苏格兰R戴维森，最早造出第一台标准轨距电力机车。由40组蓄电池供电，但没有实用价值。1879年5月，德国W西门子设计制造了一台能拉三辆“客车”的电力机车，由自己发明的直流发电机（150V）驱动，采用第三轨外部供电，这是电力机车首次成功试验。1881年，法国在巴黎展出了第一条由架空导线供电的电车线路，这就为提高电压，采用大功率牵引电动机创造条件。,26,5.1 电力电子技术在火车中的应
14、用,1895年，美国在巴尔的摩俄亥俄间5.6 km长的遂道区段修建了直流电气化铁路。1903年，德国的三相交流电力机车创造了每小时210km 的高速记录。1904年，瑞士架设了单相交流电压1.5万伏的高压线，为500马力的BB型电力机车供电，从此，电气化铁路迅速发展起来。战后，内燃机车的发展超过了电力机车。20世纪70年代初，欧洲大陆以及亚洲的日本基本上实现了主要铁路干线电气化。1973-1974年爆发石油危机，电力牵引受到世界各国青睐。到20世纪80年代初期，全世界已有50多个国家和地区修建了电气化铁道。,27,5.1 电力电子技术在火车中的应用,我国电力机车的发展：1958年，中国第一台电
15、力机车诞生于湖南株洲，命名为“6Y1”型，为中国铁路步入电气化立下了汗马功劳。1968年，在“6Y1”型的基础上改进研制成韶山1型（SS1型），成为中国电气铁路干线的首批主型机车。1969年SS2型机车制成。个别技术不能配套，未能批量生产，仅生产一台。1978年研制成功的SS3型机车，成为中国第二种主型电力机车。1985年又研制成功了SS4型8轴大功率货运电力机车，已成为中国重载货运的主型机车。9094年，陆续研制了SS5、SS6、SS7、SS8型电力机车。,28,中国电力机车的研制开始于1958年。株洲电力机车工厂在协助湘潭电机厂制造工矿电力机车的同时，设计并试制铁路干线电力机车。1958年
16、12月28日，中国第一台干线铁路电力机车试制成功，命名为6Y1型。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,29,1968年，经过对6Y1型10年的研究改进，在中国半导体工业发展的条件下，将引燃管整流改为大功率半导体整流，试制出韶山1型，代号SS1。1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台。机车持续功率3780kW，最大速度90km/h，车长19400mm。韶山1型电力机车获全国科学大会奖。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,30,1969年，株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车，代号SS2。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,31,株洲电力机车工
17、厂1978年设计试制的大功率电力机车韶山3型客货两用干线电力机车、代号SS3。1989年开始批量生产至今。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,32,韶山4型干线货运电力机车，代号SS4。株洲电力机车工厂1985年设计试制的8轴货运电力机车。最大速度100km/h。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,33,韶山5型准高速电力机车，代号SS5。为准高速铁路试制的样车。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,34,韶山6型干线客货运电力机车，代号SS6。株洲电力机车工厂制造的国际招标中标机车。机车功率持续4800kW，最大速度100km/h，车长20200mm。,5.1 电力电子技术在火车中的应用
18、,35,韶山7型干线客货两用电力机车，代号SS7。是大同机车工厂自行研制开发的新型电力机车，该机车填补了我国山区小曲线区段线路客、货运电力机车的空白，荣获国家级科技进步二等奖及铁道部科技进步一等奖。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,36,韶山7E型客运电力机车，代号SS7E。是最新开发的客运机车。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,37,韶山8型快速客运机车，代号SS8。株洲电力机车厂于1994年研制成功，成为我国快速客运的主型机车。曾创造了中国铁路机车的最高速度240km/h。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,38,韶山9型干线客运电力机车，代号SS9。以成熟的韶山型系列电力机车技
19、术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。机车功率持续4800kW，最大速度170km/h。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,39,“春城”号电动车组，长春客车厂为迎接“99”昆明世界园艺博览会开发制造的中国首列商业运行电动车组。该电动车组采用动力分散型交直传动方式，以一动一拖为一个动力单元，一列6辆编组，可运用于标准轨距电气化线路上，动车组总功率为2160kW，设计速度120km/h。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,40,5.1 电力电子技术在火车中的应用,1999年5月26日，中国株洲电力机车厂生产出第一台时速超过200km的DDJ1-0
20、01号“子弹头”电力机车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高速列车的行列。交直传动。,DDJ1-001号“子弹头”电力机车,41,“先锋”号交流传动电动车组，是国家计委列为“九五”重点科技攻关项目，南京浦镇车辆厂负责总体研制的我国第一列交流传动动力分散电动车组，首列电动车组命名为“先锋”号。于2001年研制成功。列车运营速度200km/h，最高试验速度250km/h，总定员424人。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,42,“中原之星”交流传动电动车组，适用于中、短途快速旅客运输。由株洲电力机车厂、四方机车车辆股份有限公司、株洲电力机车研究所三家单位联合研制生产。首列动车组于2001年10
21、月生产下线，配属郑州铁路局，于郑武线上运营。最高运营速度160km/h，总定员1178人。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,43,“大白鲨”高速电动车组，株洲电力机车厂研制的中国第一台正式进入高速领域的动力集中式高速动车组，采用交直流电传动，是我国强大机车家族的又一精心完美之作。动车组编组为1节动车6节拖车，6节拖车中有1节双层二等座车、1节单层一等座车、3节单层二等座车和1节带司机室的二等座车。持续功率4000 kW，最大速度200km/h。,5.1 电力电子技术在火车中的应用,44,“蓝箭”交流传动高速电动车组是为满足广深线“小编组、高密度、高速度”的公交化客运要求，由株洲电力机车厂、
22、株洲电力机车研究所、长春客车厂和广铁集团于2000年共同研制的新一代交流传动高速电动旅客列车组。基本编组定员为421人，连挂编组定员约800人。最大速度220km/h。引进ABB技术,5.1 电力电子技术在火车中的应用,45,5.1 电力电子技术在火车中的应用,1999年 2003年在生产交-直传动机车的同时，研制成功多种型号的交流传动机车（大熊猫、蓝剑、澳星、中原之星、中华之星等），并出口到乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦等。从2005年起，引进技术合作生产CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等多种型号的高速动车组。,“中华之星”高速电动车组（鸭嘴兽）,46,“中华之星”的故事,2001年4月，铁
23、道部下达“270km/h高速列车设计任务书”，“中华之星”高速列车正式展开研发。采用动力集中式设计，包括2节动力车及9节无动力拖车组成，并由头尾两辆动力车作推拉式牵引。“中华之星”项目集中了中国铁路机车车辆制造和研发的核心力量联合进行。使用JD128型交流牵引电动机及株州电力机车研究所研发的TEP28WG01型GTO牵引逆变器。2002年9月，“中华之星”开始编组调试。2002年11月27日，以两辆机车及三辆客车的短编组“中华之星”在新建的秦沈客运专线进行高速试验，其最高速度创造了当时的“中国铁路第一速”321.5km/h，成为轰动一时的时事；该记录直到CRH2C型动车组在2008年4月24日
24、才被打破。2002年11月28日，时任铁道部部长傅志寰视察并计划试乘“中华之星”列车空车试载，驶回基地前出现A级重大故障：因一根有问题的法国进口部件（车辆轴承）温度高达109摄氏度，触动了车载轴温报警系统。于是铁道部领导决定停止试验。,47,“中华之星”的故事,国内自主研发的“中华之星”高速轮轨计划虽已取得重大成果，但“中华之星”在试验中也曾多次出现安全故障，而且朱镕基离休后铁道部领导（刘志军）改为采用购买国外高速轮轨技术的意见重占上风，因此“中华之星”像飞机“运十”般夭折，成为辉煌刹那的“流星”。2004年铁道部展开为用于中国铁路第六次大提速、时速200公里级别的第一轮高速动车组技术引进招标
25、，“中华之星”率先出局。此车款使用动力集中式设计，乃出局原因之一。2003年1月至2005年初期间，“中华之星”持续在秦沈客运专线上进行运行考核，每天不载客来回往返沈阳及秦皇岛一次，总运行里程达到53.6万公里。随后“中华之星”正式配属沈阳铁路局，于2005年8月1日起正式投入载客运营，运行秦沈客运专线，担当来往沈阳及山海关的临时准高速列车，车次为L517/8次，其最高运营速度限制为160 km/h。“中华之星”自2006年8月2日停运，存放在沈阳车辆段，直到2009年底。2010年初转移到通化。,48,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2、我国电力机车传动技术的发展电力机车的供电系统：,4
26、9,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2.1 交-直传动技术交-直流传动方式：交流电源供电、直流牵引驱动。交-直流传动方式是我国长期使用的一种传动方式，国产韶山(SS)系列和进口的6K、8K电力机车等均采用。这些机车的主要差别在于整流方式和控制方式的不同。,50,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2.1.1 第1代电力机车传动大功率二极管整流技术我国第1代有级调压、交-直传动电力机车SS1型电力机车于1968年试制成功，1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台。变压器抽头调压。,第1代特点：直流传动二极管整流变压器 抽头调压,51,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2.1.
27、2 第2代电力机车传动晶闸管相控(有级)调压技术晶闸管的出现，使机车电传动技术跨上了一个新台阶。SS3为典型代表，1978年底，由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所共同研制成功。,SS3B型电力机车变流器主电路原理图,第2代特点：直流传动晶闸管整流 调压（有级）,52,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2.1.3 第3代电力机车传动相控无级调压技术大功率晶闸管性能的提高，相控技术成熟应用到机车电传动领域，其代表车型为SS4型。SS4型机车是1985年开发的相控无级调压、交-直传动8轴重载货运电力机车，是我国相控机车“代表作”，后续开发SS5、SS6、SS7、SS8及SS9型电力机车，构成我国
28、晶闸管相控调压、交-直传动的系列产品，是我国干线货运主型机车。,SS7型电力机车变流器主电路原理图,滤波,励磁,第3代特点：直流传动晶闸管整流 调压（无级）,53,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2.2 交-直-交传动技术交-直-交传动方式：使用交流电源供电，经降压整流变成直流，再将直流逆变成频率和电压可调的交流电，驱动交流牵引电动机的传动方式。其结构如图所示。,54,5.1 电力电子技术在火车中的应用,交-直-交传动：属于第4代电力机车传动技术变频调速技术80年代以前，在机车牵引领域，电力电子器件主要用于直流传动系统中的整流器和斩波器以及辅助传动系统，电力电子器件主要是大功率二极管和晶闸
29、管。进入80年代，随着电力电子器件的发展，交流传动技术日趋成熟，其在牵引领域的应用主要包括：整流器、斩波器、电力制动、逆变器以及辅助传动系统。主要采用晶闸管和GTO。90年代以后，交流传动在电力机车、内燃机车及动车上得以大量地推广应用，使电力电子器件在机车牵引领域中有了更广阔的应用前景。这一时期在牵引领域中主要采用的是GTO和IGBT。我国的大熊猫、蓝剑、澳星、中原之星、中华之星等都是采用交流传动。,55,5.1 电力电子技术在火车中的应用,变频调速技术实例“中华之星”高速电动车组：2001.08，开始试制。设计时速270km；试验，创造了321.5km/h的当时“中国铁路第一速”。,第4代特
30、点：交流传动变频器调速,56,5.1 电力电子技术在火车中的应用,5.1.4 高速铁路与高速火车1.中国的高速铁路 铁道部规定：高速铁路是指营运速度大于200km/h的铁路。中国高铁的建设，始于1999年所兴建的秦沈客运专线。经过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，中国目前已经拥有世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。正在建设四纵、四横铁路网。截止2010年10月底，国内运营时速200公里以上的高速铁路运营里程已经达到7431公里。到2012年，中国高速铁路总里程将超过1.3万公里。,57,5.1 电力电子技术在火车中的应用,58,5.1 电力电子技术在火车中的应用,A、“四纵
31、”客运专线：(1)北京上海客运专线，全长1318公里，纵贯京津沪和冀鲁皖苏四省，连接环渤海和长江三角洲两大经济区。2011年6月30日京沪客运专线正式运营。(2)北京武汉广州深圳客运专线，全长约2260公里，连接华北和华南地区。武汉至广州段全长995公里，2005年6月开工。2009年12月26日，武广客运专线（CRH3）正式运营。(3)北京沈阳哈尔滨(大连)客运专线，全长约1700公里，连接东北和关内地区。秦皇岛至沈阳段400 公里已于2003年建成。(4)杭州宁波福州深圳客运专线，全长约1600公里，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。,59,5.1 电力电子技术在火车中的应用,B、“四横
32、”客运专线：(1)徐州郑州兰州客运专线，全长约1400公里，连接西北和华东地区。郑州至西安段455公里最先开工，于2010年2月6日郑西高速客运专线正式投入商业运营。(2)杭州南昌长沙客运专线，全长约880公里，连接华中和华东地区。(3)青岛石家庄太原客运专线，全长约770公里，连接华北和华东地区。已开工建设建设石家庄至太原段205公里(4)南京武汉重庆成都客运专线，全长约1600公里，连接西南和华东地区。已开工建设南京至合肥段、武汉至合肥段、宜万段、成遂渝段。,60,5.1 电力电子技术在火车中的应用,C、三个城际客运系统(1)长江三角洲地区：以上海、南京、杭州为中心，形成“Z”字型主骨架，
33、形成连接沪宁杭周边重要城镇的城际客运铁路网络。(2)珠江三角洲地区：以广深、广珠两条客运专线为主轴，形成“A”字型线网，辐射广州、深圳、珠海等9个大中城市，构建包括港澳在内的城市1小时经济圈。现已开工建设的广深客运专线约105km线路，从新广州站到深圳约30分钟时程。(3)环渤海地区：以北京、天津为中心，北京天津为主轴进行建设，形成对外辐射通路。已建设完工的京津城际轨道交通，全长约115km。,61,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2、中国的CRH系列“和谐号”动车组动车组技术，是一种动力分散技术。把动力装置分散安装在车厢上，既有牵引力，又可载客，这样的客车车辆叫做动车。动车组：几节自带动
34、力的动车，加几节不带动力的拖车编成一组。运行的时候，不光是车头带动，车厢也会“自己跑”，这样把动力分散，更能达到高速的效果。普通列车：依靠机车牵引，车厢不具有动力，是动力集中技术。中国铁路第六次大提速上线运行的动车组名称为“和谐号”，英文名CRH系列(China Railway High-speed)，铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产的高速车辆均命名为“和谐号”。目前CRH系列有CRH1CRH5几种型号。这些型号分别从加拿大、日本、德国、法国等国引进先进技术，并消化吸收及国产化，成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列。,62,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH系列动车组CR
35、H1：四方-加拿大庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司CRH2：四方机车车辆股份有限公司+日本川崎（原型车：新干线E2-1000)CRH3：唐山轨道有限责任公司+德国西门子（原型车：德国VELARO-E)CRH5：长春轨道客车股份有限公司+法国阿尔斯通（原型车：法国SM3),63,5.1 电力电子技术在火车中的应用,64,5.1 电力电子技术在火车中的应用,A、CRH1型电动车组CRH1型电动车组，是2004年铁道部向加拿大庞巴迪运输公司和青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司（BSP）订购的CRH系列高速电力动车组车款之一。CRH1共有三个派生车型，它们分别是CRH1A、CRH1B和CRH1E。CR
36、H1A：CRH1A采用交流传动、动力分布式，最高运营速度为200km/h。编组方式是全列8节，包括5节动车及3节拖车（5M3T）。列车全部由中外合资企业 BSP在青岛厂房生产。第一组列车于2006年8月30日在青岛出厂，并在同年9月至12月试验。,65,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2007年2月1日，CRH1A动车组正式开始在广深线投入载客试运行，首发车次为T971次，由广州东站出发前往深圳。,66,5.1 电力电子技术在火车中的应用,67,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH1B：CRH1B是在CRH1A基础上扩编至16节车厢的大编组座车动车组，共20列。包括10节动车配6节拖
37、车（10M6T）。最高运营速度为200250km/h，车体外观不变。2009年3月5日，第一列CRH1B型动车组完成了BSP公司内部的环形线测试。2009年4月配属上海铁路局，运行上海南京、上海南杭州的城际列车。CRH1E：CRH1E以庞巴迪新研发的ZEFIRO系列为原型，共20列，为16节车厢大编组卧铺动车组，包括10节动车配6节拖车(10M6T)，最高运营速度为250km/h，世界上第一种高速卧铺动车组。采用的车次为：D313/4，北京南-上海,68,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH1动车组的牵引传动系统:CRH1动车组的编组和牵引传动系统的主电路原理图：高速受电弓将牵引接触网2
38、5kV单相工频交流电导入车载工频变压器，经牵引变压器降为1860V后送给牵引变流器，通过牵引变流器，变成电压（01400V）和频率（0152Hz）均可调节的三相交流电，驱动三相交流异步牵引电机工作。CRH1动车组采用8辆编组，5动3拖，包括2动1拖和1动1拖两种基本动力单元。全列牵引传动系统共计2个受电弓、3个牵引变压器、5个牵引变流器、20台牵引电动机，列车正常运行时一个受电弓工作，另一个受电弓备用。,69,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH1编组和牵引系统主电路图,70,电力牵引机车的转向架,71,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH1一组牵引变流器的电路结构：牵引变流器采用
39、3300V/1200A等级的IGBT，冷却介质采用去离子水。,CRH1一组牵引变流器的电路结构,CRH1 牵引变流器主电路,72,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH1动车组辅助供电系统：,73,5.1 电力电子技术在火车中的应用,B、CRH2型电动车组CRH2型电力动车组，是铁道部为进行中国铁路第六次大提速，向日本川崎重工及中国南车集团四方机车车辆股份有限公司订购的CRH系列高速动车组车款之一。（日车、日立）中国以引进国外先进技术并吸收的方式，由南车集团四方机车公司在国内生产，并实现自主创新。CRH2系列为动力分布式、交流传动的电力动车组。CRH2A以川崎重工E2-1000型动车组为基
40、础，编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），首尾设司机室，可双向驾驶，营运速度200km/h，最高速度250km/h。,74,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH2B为16节大编组，在CRH2A基础上扩编至16节。CRH2E为16节大编组卧铺动车组。CRH2C作为京津城际用车，在2008年8月投入使用，标称时速300公里，最高营运时速为350公里。CRH2A的编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），每4节为一个单元，牵引功率为4800千瓦，最高营运时速为250公里，标称时速200公里，列车装有两副受电弓。合同总价值93亿元人民币，订单中首批60列时速200公里级别动车组随后被正式定型
41、为CRH2A。根据合同，60列当中有3列在日本完成，并完整地运往中国；另有6列以散件形式付运，由中方负责组装；其余51组将透过日本的技术转移，由南车四方公司在国内生产。,75,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH2型电动车组,76,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH2型电动车组,77,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH2动车组编组结构图：CRH2A型：编组形式为8辆编组，动力配置为4动4拖，相邻两动车为1个基本动力单元，全车共2个基本动力单元。,78,CRH2A型动车组一个动力单元主电路简图,5.1 电力电子技术在火车中的应用,每个动力单元具有独立的牵引传动系统，包括1台
42、牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机及其相关设备。每台牵引变流器给1辆动车的4台牵引电机供电。一个动力单元主电路：,79,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH2A型动车组主变流器由单相3电平式脉冲整流器、中间直流环节、3电平式逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及牵引控制装置、控制电源等控制设备组成。主变流器的电气原理图：,CRH2一辆动车的牵引变流器主电路,80,5.1 电力电子技术在火车中的应用,C、CRH3型电动车组CRH3型电动车组，是铁道部为城际铁路及客运专线，向德国西门子公司和中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司订购的CRH系列高速动车组车款之一。CRH3的原型为德国铁路
43、的ICE-3列车，中国以引进西门子公司先进技术并吸收的方式，由北车唐山轨道客车在国内生产。2004年8月，铁道部展开第一轮高速动车组技术引进招标，西门子因提出高昂的转让技术、车辆造价费用（原型车每列3.5亿元人民币，技术转让费3.9亿欧元），而无法获得任何订单。至2005年11月，铁道部与西门子在“以市场换技术”的原则下签订协议，西门子因而获得60列时速300公里的高速列车订单，总值6.69亿欧元（原型车每列2.5亿元人民币，技术转让费8000万欧元），最终被定型为CRH3C。(3列西门子、57列北车唐山),81,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH3型电动车组,82,5.1 电力电子技
44、术在火车中的应用,CRH3型电动车组,83,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH3C型采用动力分布式、交流传动电力动车组。每列8节编组，共4节动车和4节拖车（4M4T），最高运营速度达350km/h。随着京津城际铁路于2008年8月1日正式通车运营，CRH3C型动车组也于当日起投入运营，商用运营时速达350km/h，是当今世界日常运营时速最快的轮轨高速铁路。CRH3D 是以CRH3C为基础的16节车厢的大编组动车组，2009年3月，西门子及北车集团获得铁道部100列的订单。已用于2011 年建成的京沪高铁。,84,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH3动车组编组结构图：CRH3C型
45、动车组：编组形式为8辆编组，动力配置为4动4拖，采用电力牵引交流传动方式。,85,5.1 电力电子技术在火车中的应用,14车厢电气结构图：（58车厢与此相同）,86,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH3C 动车组中，装有2台牵引变压器，4个完全相同且互相独立的动力单元。每个动力单元，有一个牵引变流器，4个并联的牵引电动机以及1个制动电阻器单元。,87,5.1 电力电子技术在火车中的应用,D、CRH5型电动车组CRH5型电动车组，是铁道部为实行中国铁路第六次大提速，向法国阿尔斯通和中国北车集团长春轨道客车股份有限公司订购的CRH系列高速动车组车款之一。，铁道部和阿尔斯通正式签订总值6.2
46、亿欧元的合同。根据合同，阿尔斯通将7项关键技术转移给中国，并有3组列车由阿尔斯通生产，并完整付运中国；另有6组以散件形式付运，由中方负责组装；其余51组透过法国的技术转移，由长春轨道客车在国内生产。这批高速列车定型为CRH5A，是目前CRH5系列的唯一车型。CRH5A采用动力分布式、交流传动，每列8节编组，共5节动车和3节拖车（5M3T），设计营运速度为250 km/h。列车可透过两组联挂方式增至16 节。,88,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH5型电动车组,89,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH5型电动车组,90,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH5型电动车组,9
47、1,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2007年1月28日，首组阿尔斯通生产的CRH5A（CRH5001A）列车，抵达大连港口。2007年4月，第一组由中国生产的CRH5A（CRH5010A）在北车集团长春轨道客车厂出厂。2007年4月18日起，随着中国铁路第六次大提速的实施，CRH5A动车组正式运行于京哈线上。运行时速200250公里，在秦沈段以250km/h的速度持续运行。在耐寒性方面，CRH5比CRH1及CRH2型动车组优胜，其承受温度范围可达40，因此大多数被安排于中国东北地区运用。,92,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH5A动车组编组结构图：CRH5A：5动3拖，8辆编组
48、，包括2个基本动力单元，3动1拖和2动2拖。与其它动车不同的是：每个转向架只有一台驱动电机。,转向架,93,5.1 电力电子技术在火车中的应用,牵引传动系统:主要由网侧高压电气设备、牵引变压器、牵引变流器、三相交流异步牵引电动机等组成。全列共计2个受电弓，动车组正常时升单弓运行，另一个受电弓备用。,94,5.1 电力电子技术在火车中的应用,全列共有2台牵引变压器，1台牵引变压器带2个或3个牵引变流器，全列共计5个牵引变流器。图为CRH5A型动车组一个牵引变流器的主电路简图:,1,1,95,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH5A 主电路结构：,96,5.1 电力电子技术在火车中的应用,9
49、7,5.1 电力电子技术在火车中的应用,E、CRH380A型电力动车组CRH380A型电力动车组，原称CRH2-380型，是铁道部为营运新建的高速城际铁路及客运专线，由南车青岛四方机车车辆股份有限公司在CRH2C（CRH2-300）型电力动车组基础上自主研发的CRH系列高速动车组，也是“中国高速列车自主创新联合行动计划”的重点项目，最高营运速度380公里/小时。其中8辆编组的动车组被命名为为CRH380A，而16辆编组的动车组被命名为为CRH380AL.CRH380A系列为动力分散式、交流传动的电力动车组，采用了铝合金空心型材车体。,98,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH380A型电
50、力动车组,99,5.1 电力电子技术在火车中的应用,上海世博会上展出的CRH380A 的车头,100,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH380A,101,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH380A型电力动车组,102,5.1 电力电子技术在火车中的应用,CRH380A型电力动车组,103,5.1 电力电子技术在火车中的应用,2010年9月，CRH380A-6001CRH380A-6010相继开始配属上海铁路局，及进入沪宁城际高速铁路和沪杭客运专线进行高速试验。2010年9月28日，CRH380A在沪杭客运专线进行高速试验，并先后两次刷新“中国铁路第一速”，并刷新了世界上“正常营
