城市軌道牽引方式發展與選擇論文-資料下載頁

　　

【正文】 通過上述的比較，我們不難發現，最適合大眾化的就是交流異步電機。但是異步電機分類很多，交流電動機分為單相交流異步電動機和三相交流電動機兩類，三相交流電動機又分為同步和異步電動機兩種類型。在電力拖動系統中交流電動機應用最廣泛，尤其是三相異步電動機，可以說是其中的熱門，所以選擇就是三相異步電動機。4三相交流異步電動機相異步電動機主要由定子和轉子構成，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子與轉子之間有一定的氣隙。定子由鐵心、繞組與機座三部分組成。轉子由鐵心與繞組組成，轉子繞組有鼠籠式和線繞式。鼠籠式轉子是在轉子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環上而組成；線繞式轉子繞組與定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉子鐵心槽里。鼠籠式與線繞式兩種電動機雖然結構不一樣，但工作原理是一樣的。三相異步電動機的工作原理是基于定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用。假設定子只有一對磁極，轉子只有一匝繞組。在旋轉磁場的作用下，轉子導體切割磁力線（其方向與旋轉磁場的旋轉方向相反），因而在導體內產生感應電動勢e從而產生感應電流i。根據安培電磁力定律，轉子電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力F（其方向用左手定則決定），這力在轉子的軸上形成電磁轉矩，且轉矩作用方向與旋轉磁場的旋轉方向相同，轉子受此轉矩的作用，按旋轉磁場的旋轉方向旋轉起來。 最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場 當wt=00時，AX繞組中無電流；為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向。當wt=1200時，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向。當wt=2400時，CZ繞組中無電流；為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向。可見，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場。旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。三相異步電動機具有結構簡單，運行可靠，堅固耐用，價格便宜，維修方便等一系列優點，特別是它可以延長設備的使用壽命，并且具有強大的降噪功能，操作智能化等特點。與同容量的直流電動機相比，異步電動機還具有體積小，重量輕，轉動慣量小的特點。因此，在工礦企業中異步電動機得到了廣泛的應用。三相異步電動機的控制線路大多由接觸器、繼電器、閘刀開關、按鈕等有觸點電器組合而成。三相異步電動機分為鼠籠式異步電動機和繞線式異步電動機，二者的構造不同，啟動方法也不同，其啟動控制線路差別很大。鼠籠式異步電動機結構簡單、制造容易、成本低、運行維護方便，它被廣泛地應用在工農業生產中，作為電力拖動的原動機。它的缺點是調速性能差，啟動力矩較小，因此在一些要求平滑調速和啟動力矩很大的場合常用其他類型電動機來完成。在許多工礦企業中，鼠籠式異步電動機的數量占電力拖動設備總數的85%左右。在變壓器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動機應該盡可能采用全電壓直接起動，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工作量。電動機單向起動控制線路常用于只需要單方向運轉的小功率電動機的控制。例如小型通風機、水泵以及皮帶運輸機等機械設備。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環、電刷與外部變阻器連接。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動和調節電動機的轉速。繞線式電動機最大的優點就是啟動轉矩大，所以使用在啟動轉矩要求較高的場合。比如冶金、起重等。三相異步電動機切除電源后依慣性總要轉動一段時間才能停下來。而生產中起重機的吊鉤或卷揚機的吊藍要求準確定位；萬能銑床的主軸要求能迅速停下來。這些都需要對拖動的電動機進行制動，其方法有兩大類：機械制動和電力制動。機械制動主要采用電磁抱閘、電磁離合器制動，兩者都是利用電磁線圈通電后產生磁場，使靜鐵芯產生足夠大的吸力吸合銜鐵或動鐵芯(電磁離合器的動鐵芯被吸合，動、靜摩擦片分開)，克服彈簧的拉力而滿足工作現場的要求。電磁抱閘是靠閘瓦的摩擦片制動閘輪．電磁離合器是利用動、靜摩擦片之間足夠大的摩擦力使電動機斷電后立即制動。電磁抱閘制動在起重機械上廣泛應用，如行車、卷揚機、電動葫蘆(大多采用電磁離合器制動)等。其優點是能準確定位，可防止電動機突然斷電時重物自行墜落而造成事故。電動機在切斷電源的同時給電動機一個和實際轉向相反的電磁力矩(制動力矩)使電動迅速停止的方法。最常用的方法有：反接制動和能耗制動。反接制動：在電動機切斷正常運轉電源的同時改變電動機定子繞組的電源相序，使之有反轉趨勢而產生較大的制動力矩的方法。反接制動的實質：使電動機欲反轉而制動，因此當電動機的轉速接近零時，應立即切斷反接轉制動電源，否則電動機會反轉。實際控制中采用速度繼電器來自動切除制動電源。反接制動制動力強，制動迅速，控制電路簡單，設備投資少，但制動準確性差，制動過程中沖擊力強烈，易損壞傳動部件。因此適用于l0kw以下小容量的電動機制動要求迅速、系統慣性大，不經常啟動與制動的設備，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。能耗制動：電動機切斷交流電源的同時給定子繞組的任意二相加一直流電源，以產生靜止磁場，依靠轉子的慣性轉動切割該靜止磁場產生制動力矩的方法。能耗制動平穩、準確，能量消耗小，但需附加直流電源裝置，設備投資較高，制動力較弱，在低速時制動力矩小。主要用于容量較大的電動機制動或制動頻繁的場合及制動準確、平穩的設備，如磨床、立式銑床等的控制，但不適合用于緊急制動停車。 能耗制動還可用時間繼電器代替速度繼電器進行制動控制。 總結城軌車輛牽引系統直接決定著車輛運行性能,關系到車的安全性、運行質量及對能源的消耗。與一般交通工具相比, 城軌車輛具有客運量大、站間距離短、行車密度大等特點。早期城軌車輛常采用直流電機來實現牽引系統。隨著電力電子技術的進步，更為先進的異步電機牽引系統得到了廣泛應用, 替代了直流電機牽引系統 。 與直流電機相比,異步電機沒有換向器,維修減少,同時可做到小型輕量化。其中的三相交流異步電機以它結構簡單，運行可靠，堅固耐用，價格便宜，維修方便等一系列優點，從眾多“兄弟姐妹”中脫穎而出。尤其是它可以延長設備的使用壽命，具有強大的降噪功能，操作智能化等特點讓它成為國內外首選城軌電機。但沒有什么是不變的，即使三相交流異步電機通用性強，也還是有不足之處。隨著交通事業高速發展需要，城軌牽引電機的體積、質量要進一步減小。這是牽引電機的又一個發展方向, 并且其固有的特點不能完全滿足現在能源和環保的要求。所以，時代在進步，電機也會越來越高效節能，真正達到“一站到達，短時高速”的未來交通面貌。致謝首先，也是最主要感謝的是我的指導老師，武靜悅老師。在整個過程中他給了我很大的幫助，在論文題目制定時，他首先肯定了我的題目大方向，但是同時又幫我具體分析使我最后選擇城軌車輛牽引方式的發展與選擇這個具體目標，讓我在寫作時有了具體方向。在論文提綱制定時，我的思路不是很清晰，經過老師的幫忙，讓我具體寫作時思路頓時清晰。在完成初稿后，老師認真查看了我的文章，指出了我存在的很多問題。在此十分感謝武老師的細心指導，才能讓我順利完成畢業論文。 其次，要感謝幫我查資料的舍友，后期因為自己事情關系，不能隨時去學校的圖書館查閱資料，在此也十分感謝他。最后要感謝在整個論文寫作過程中幫助過我的每一位人。參考文獻[1] 唐任遠 現代永磁電機理論與設計[M]北京:機械工業出版社, 2006。[2] 陳世坤 [M] 北京:機械工業出版社,2010。[3] 孫亦詮 永磁同步電機的發展前景[J]電工電能新技術，2013(3):915。[4] 李鐘明，劉衛國，劉景林等，電機[A]，北京：國防工業出版社，2012；[5] 《人民鐵道網財經報》 4月20日[6] 中國學術期刊網[7] 城市軌道交通，中國鐵道出版社[8] [M].北京:中國電力出版社， [9] [D].華中科技大學碩士論2005 [10] [D].廣東工業大學碩士論文，2005[11] 宋聚明，蘇彥民．基于精確建模下的永磁同步電機最佳效率控制研究[J] 電工電能新技術，2004 [12] 李建超．永磁同步電機直接轉矩控制技術的研究[D] 哈爾濱工業大學碩士論文，2007 [13] 李秋菊，郭恒．空調用永磁同步電動機直接轉矩控制系統的仿真建模研究 [J]．水利電力機械，2006，28（7） [14] 湯新舟．永磁同步電機的矢量控制系統[D]．浙江大學碩士論文，2005[15] 張志強，夏立，馬豐民，隨機脈寬調制技術的感應電機矢量控制系統研究[J]．海軍工程大學學報，2005，17[16] 戴文進，李暉齡．永磁同步電機直接轉矩控制系統分析[J].微特電機，2001[17] 李季．永磁同步電機矢量控制系統仿真[D]．遼寧工程技術大學碩士論文， 2005 [18] 楊貴杰．空間矢量脈寬調制方法的研究[J] .電機工程學報，2001，2 [19] 季畫．永磁同步電機調速控制系統矢量控制的研究[D]．南京航空航天大學碩士論文，2004 [20] 陳吉紅，朱志紅，熊清平．發展我國伺服驅動產業的探討[EB／OL]．：中國第一機械網，200756：