机城轨交通试验线牵引供电系统研究.pdf

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1、浙江大学电气工程学院硕士学位论文直线电机城轨交通试验线牵引供电系统研究姓名：熊才伟申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：叶云岳20080501浙江大学硕士学位论文摘要摘要随着我国经济建设飞速的发展，城市化进程在逐步加快，交通需求急剧增长，城市交通供需矛盾日趋紧张。于是城市轨道交通系统越来越受到重视，并得到大力发展。而新型的安全，快捷，舒适，经济，节能环保的直线电机城市轨道交通系统将成为将是2 l 世纪城市轨道交通的一个重要组成部分，是现代化城市轨道交通发展的必然趋势。广州地铁四号线的成功运营，让人们认识到了直线电机轮轨交通系统的优越性和广泛发展前景。直线电机轮轨交通系统技术国产化课题也受

2、到重视。本课题是浙江大学电气学院与上海南洋电机集团合作直线电机驱动轮轨交通系统实验线项目，研究直线电机轮轨交通系统的牵引供电系统，并为此试验线设计牵引供电系统，主要研究内容如下：(1)研究直线电机轮轨交通系统的特点，分析通常的城市轨道交通系统的牵引供电系统单元组成以及直线电机轨道交通系统中牵引供电系统中的不同点。(2)。论述了目前城市轨道交通供电系统外部电源供电模式和内部供电制式的组成，并对其中现行电压制式中D C 7 5 0 V 和1 5 0 0 V 以及受流方式中第三轨受流和架空接触网受流进行分析比较提出不同城市轨道交通系统在选择供电制式时应主意的问题。(3)介绍南洋试验线的具体功能，为其

3、设计了基于直流发电机组的牵引供电系统，并为直流发电机设计开关励磁电源和过流过压保护电路。然后对南洋实验线进行联合调试，结果表明此供电系统很好的满足了实验线的供电要求。关键词：城市轨道交通直线电机驱动供电制式牵引供电系统直流发电机浙江大学硕士学位论文A b s t r a c tA b s t r a c tW i t hf a s ta n dc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n du r b a n i z a t i o ni nC h i n a，i tw i l la r i s eal o to fd

4、e m a n df o ru r b a nt r a n s p o r t a t i o ni nt h ec o m i n gs e v e r a ld e c a d e s S o，u r b a nr a i lt r a n s i ts y s t e mr e c e i v e sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o na n dw i l lb ew i d e l yu s e d H o w e v e r，an e wl i n e a rm o t o rd r i v e nu r b a nr a i lt r a n

5、s i ts y s t e m,w h i c hi sf e a t u r e db ym o r er a p i d i t ya n dc o m f o r t，m o r es a f e t ya n dr e l i a b i l i t y，e c o n o m i c a la n dr a t i o n a l，g r e e na n de n v i r o n m e n t a lo r i e n t a t i o n,w i l lh a v eg o o dd e v e l o p i n gf o r e g r o u n di nt h

6、e21s tc e n t u r y T h eS U C C E S So fO u a n g z h o us u b w a yl i n ef o u r，w h i c ha d o p tt h el i n e a rm o t o rd r i v i n gt e c h n o l o g y，s h o wi t sg r e a t e re x c e l l e n c ea n dp r o m i s i n gf u t u r ei nc h i n a A tt h es a m et i m e t h el o c a l i z a t i o

7、no fl i n e a rm o t o rd r i v e nu r b a nr a i ls y s t e mi so fg r e a ti m p o r t a n c et oo u rC h i n e s er e s e a r c h e r s T h i sp r o j e c ti ss p o n s o r e db yS h a n g h a iN a n y a n gE l e c t r i c a lM o t o rC o m p a n ya n da c c o m p l i s h e db yc o l l e g eo fe

8、l e c t r i c a le n g i n e e r i n go fZ h e j i a n gU n i v e r s i t y T h i sp a p e ri sf o c u s e do nt h et r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e mi nl i n e a rm o t o rd r i v e nu r b a nr a i ls y s t e m T h e n，d e s i g nat r a c t i o np o w e rs y s t e mf o rt h i sN a n y a

9、 n ge x p e r i m e n tl i n e T h ec e n t r a lr e s e a r c hw o r k sa leb e l o w：(1)D o e sa ni n t r o d u c t i o no nl i n e a rm o t o rd r i v e nu r b a nr a i lt r a n s m i t T h e n，b a s e do nt h ea n a l y s e so ft h em a i nf u n c t i o nu n i t so fn o r m a lu r b a nr a i lt

10、r a n s m i tt r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m，a c q u i r et h es p e c i a l t yo ft h et r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e mi nl i n e a rm o t o rd r i v e nr a i lt r a n s m i ts y s t e m(2)R e s e a r c ho nt h ee x t e r n a lp o w e rs u p p l ym o d e sa n di n t e r

11、 i o rt r a c t i o np o w e rs u p p l ym o d e si nD Ct r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m；m a k ed e e pc o m p a r i s o n sb e t w e e nD C 7 5 0 Va n dD C15 0 0 Vf o rv o l t a g em o d e，a l s ob e t w e e no v e r h e a dc o n t a c tl i n ea n dt l l i r dr a i lf o rc u r r e n t

12、 c o l l e c t i o nm o d ei np o w e rs u p p l ys y s t e m F i n a l l y，i l l u s t r a t es o m es u g g e s t i o n sw h e nd i f f e r e n tc i t yc h o o s et h e i rt r a c t i o np o w e rs u p p l ym o d e si nu r b a nr a i lt r a n s m i t(3)B r i e f l ys u m m a r i z et h ef u n c t

13、i o n so ft h eN a n y a n ge x p e r i m e n tl i n e A c c o r d i n gt h er e q u i r e m e n ta n dr e a lc o n d i t i o no ft h el i n e，d e s i g nat r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e mb a s e do nD Cg e n e r a t o r，t h e nd e s i g nt h es w i t c h e de x c i t i n gp o w e rs u

14、p p l yf o rt h eD Cg e n e r a t o ra n dp r o t e c t i o nc i r c u i tt oa v o i do v e r-v o l t a g ea n ds h o r tc i r c u i t T h er e s u l to ft h eu n i t e dd e b u g g i n gf o rt h ee x p e r i m e n tl i n es h o w st h a tt h i sp o w e rs u p p l ys y s t e mc o u l dm e e tt h ed

15、e m a n d so ft h ee x p e r i m e n tl i n ew e l l K e yw o r d s：U r b a nr a i lt r a n s m i t,l i n e a rm o t o rd r i v e n，t r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m，P o w e rs u p p l ym o d e，D Cg e n e r a t o r-浙江大学硕士学位论文正文第一章绪论1 1 世界及我国城市轨道交通发展概述1 1 1 城市轨道交通的定义及意义“城市轨道交通”是一个包含范围较大的

16、概念。一般而言广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轮轨交通系统(有别于道路交通)，主要为城市内(有别于市际铁路，但可涵盖郊区及大都市圈范围)公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。2 0 世纪7 0 年代以来，伴随能源危机、城市化带来的资源短缺、道路交通拥挤、污染与事故的增加，各国普遍在寻找发展公共交通，均衡分配交通流，增强交通对城市的正面影响，减轻交通带来的负面效应的方法。相比传统的地面常规交通方式，城市轨道交通具有运量大，速度快，准时，能耗低，污染少，可靠性强，舒适性好以及占地面积小的优点。城市轨道交

17、通是对环境友好的“绿色交通，从而受到广大发达和发展中国家的普遍关注。作为城市最大规模的基础设施建设项目，城市轨道交通对城市发展有三大方面的作用：一是大大提高城市交通供给水平，缓解大城市日益拥挤的道路交通；二是引导城市格局按规划意图发展，支持大型新区建设，建设生态型城市；三是通过对城市轨道交通的巨大投入，从源头为城市经济链注入活力，并通过巨大的社会效益提高整个城市的综合价值。1 1 2 城市轨道交通的模式由于各国城市轨道交通发展程度不同，因而对城市轨道交通的分类标准也不尽相同，一般而言，城市轨道交通包括地下铁道、城市快速铁路(市郊铁路)、轻轨及独轨、新交通体系等多种模式，下面简单介绍这几种在城市

18、轨道交通体系中起主导作用的几种交通方式。1)地下铁道是城市快速轨道交通的先驱，是一种大容量的城市轨道交通系统，单向每小时运送能力可以达到3 0 0 0 0 7 0 0 0 0 人次左右。由于地铁具有自己的专用线路，不受气候、时间和其它交通方式的干扰，具有快捷，准时性强，噪声小，环境污染小，节约能源，安全性高，充分利用地下空间等优点。*1 人学学位论文f 文但是地铁线路和设备大部分在地r地铁的建设费用相当高，且建设周期长技术要求较复杂，大大增加了施 瑚难度，使见效慢。如图1-1 所示为北京地铁。闭1 1 北京地铁2 1 城村铁路建在城市内部或内外结合部，服务对象咀城i l】公共客流，即短途，通勤

19、旅客为十线路啦施，j T 线铁路基本柑H，但小乐担城际或省际的客货交流任务。通常把城市铁路分成市郊铁路和城市快速铁路。窨】j 铁路属于重轨铁路，主要指把城l h 郊区连接在一起的铁路，其设备与干线铁路相同，运行特点接近干线铁路，只是服务对象4：同。其运行效率和能源消耗等明显优于其他交通方式，运行速度一般可以达到l O O k m h。足城市铁路的主要形式。城市陕速铁路的速度较低，般4 0，一5 0 k m h。我国的大城市，一般同时也是铁路枢纽，由丁市郊铁路尚没有形成方便快捷的市郊联结走廊，而日我国铁路和城l 轨道交通分属不同部n 难以协调统一，因此，1 1】郊铁路的发展还根缓慢。3 1 轻轨

20、和独轨轻轨介于公共汽车与地铁之间，熊具两者的优点，乜括准地铁和现代有轨电车两种形式，属中等运量的客运交通系统(1 0 0 0 0 3 0 0 0 0 人次)，但工程造价却要比地铁减少2 3还多，为广大经济实力并不A 强的城市所接受，特挣J x,J 我国城市，一方山J 城市化进程加速带来严重的交通问题，另一方面经济基础薄弱又制约交通建设，所以选择轻轨交通既浙z r 大学硬学枉皓i可以免除地铁的昂贵投资，又具有中运量的特点，是极为适当的。例如，我国武汉，长春，大连，r 海天津等地都已经建立或者筹建轻轨交通，图1 2 所示为武汉的轻轨交通。独轨是和轻轨交通共同发展起来的另一种交通制式，指车辆在一根轨

21、道卜运行的轨道交通系统，分为跨座式和悬挂式两种，运量大，占地少，技术简单，造价低，适应复杂地形要求，在日本部分城市驶我国重庆进入实用。图1 2 武汉轻轨变通4 1 新交通系统特指令自动控制的中等运量的轨道快速客运系统，包括导轨交通，自动导向交通r A u t o m a t e dG u i d ew a yT r a n s i t)，磁浮交通(M a g n e t i cL e v i l a t i o n)等。以导轨交通为主要粪型。具有节约能源，运行效率高，机动灵活等优点，但是因为有独特的导向方式，车辆和轨道结构有别于其它轨道系统，所以兼容性不强。1 13 城市轨道交通的发展18 6

22、 3 年世界上第一条地下铁道于1 月1 0U 在伦敦建成。开始是采用蒸汽机车牵引。18 8 1 年第一辆有轨电车在德国柏林r 业博览会上展示。1 8 8 8 年美国弗吉尼咂州里士满市世界上第一条有轨电车系统投人运行。城市轨道交通经过一个多世纪的发展，特别经历了第三次、第四次工业革命的洗礼，城市轨道变通车辆经历了从蒸汽机车到电力机车，再从普通电力机车到直线电力机车，从单机牵引到动车组运行的一系列巨大变革；从铡轮钢轨发展到胶轮独轨，从轮轨接触走行模式发展到磁浮高速走行模式。这些发展都-0“大丁活动空间，给城市的各种活动带来了非常方便的条件。对于我国而言，1 9 0 8 年中国第一条有轨电车在上海建

23、成通车。1 9 6 9 年中国第一条地铁北京地铁一期丁程当年1 0 月建成。截至目前，北京、上海、广州、天津、大连等浙江大学硕士学位论文正文国内2 0 多个城市在建或准备建设和规划中新的轨道交通线，线路总长超过了4 0 0 0 公里，项目投资达到8 0 0 0 多个亿。1 2 直线电机驱动的城市轨道交通系统概述在传统的城市轨道交通系统中，列车牵引是以旋转电机为基础的轮轨粘着驱动方式，对曲线半径、线路纵断面坡度和隧道断面的限制要求高。随着城市规模的不断扩大，楼宇建筑和地铁路网建设的不断发展，城市多层立体轨道交通网络使城市地下隧道的埋深逐渐加深，线路坡度越来越大，曲线半径越来越小，传统的轮轨粘着驱

24、动技术已不能完全满足国内城市轨道交通建设的需要。于是，一种新型的利用直线电机驱动的城市轨道交通系统便逐步发展起来。1 2 1 直线电机的原理轨道交通用直线电机一般分为直线同步电机和直线感应电机两种类型，城市轨道交通中一般使用直线感应电机(L I M)，简称直线电机。直线电机是从旋转电机演变而来的。它的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同将旋转电机沿径向切开后展平而成。于是，其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。直线感应电机原理如图1 3。图1 3 直线感应电机的原理直线感应电机的工作原理类似于传统的旋转感应电机。即将旋转感应电机静止的定子(铁芯和绕组)安装在车辆的转向架上，将旋转的转子

25、(感应板)平铺设置在线路轨道的中间，当直线电机的定子绕组通过交流电流时，两部分产生的磁场相互作用，直接推动车辆前进；反之产生斥力，可使车辆制动。改变交流电的电压及频率，就可控制磁场的变化，从而完成列车的起、制动。1 2 2 直线电机城市轨道交通系统的特点直线电机交通系统在运营、设备及经济方面具有极高的先进性，与传统的旋转电机驱动具有以下优点：浙 I：大学硕士学位论文正文1)结构简单，可靠性好，降低造价由于直线电机为扁平设计，车辆的轮廓尺寸较传统的旋转电机车辆可减小3 0 0 m m 以上，因此，降低了车辆的底盘，实现了车辆的小型化，隧道直径可以减小，可大大节省区间土建的工程投资如果是采用高架线

26、方案，可使高架桥设计成轻型的结构，大幅度地降低工程造价(土建基本费用大约可以节省3 0)，并且去掉了原有的旋转电动机及齿轮箱等易磨擦损件，结构简单，极大地简化了维修，由于直线电动机为扁平式，因而缩小了隧道断面，降低了建设费用。如图1-4 所示为传统地铁与直线电机地铁隧道截面比较。加上取消了旋转电机驱动所必须的滚动轴承、传动齿轮等机械装置，减小了磨耗，大大提高了车辆运行的可靠性和可维护性，维修工作量较小，维护成本较低。2)爬坡能力强，适应恶劣天气由于车辆是非粘着驱动，而轮轨仅起导向和支撑作用，所以车辆的加减速可靠、磨耗少、爬坡能力强。可以由8 坡道从地下升到地面，大大缩短地下至地面的过渡平面距离

27、。可节省征地与费用，减少对环境的破坏。且列车运行受天气影响少，特别是在多雪地区，即使是大坡道也能顺利运行。a 5。m 4 0 4 3 m地铁列车煮线电机地铁列车图1-4 直线电机地铁与普通地铁的隧道截面图对照3)可采用径向转向架车轮不需要传送牵引功率，没有旋转动力源和机械变速传动系统，所以能简化车辆转向架设计，方便采用自导或迫导型径向转向架，直线电机技术能够使车辆运行在水平转弯半径更小(最小平面转弯半径可达8)的地段，为轨道线路提供较大选择范围。如图1 5 所示为传统转向架与径向转向架的比较。这样，有利于选线和布置停车场，同时可以降低车辆地板高度，实现车辆的小型化。浙江大学硕上学位论文正文图1

28、 5 传统转向架与径向转向架的比较4)安全，舒适，低噪音，环保采用扁平状直线电机牵引，使车辆的重心低了很多，同时直线电机初级和次级间还存在有一定的磁吸力，比较传统地铁车辆更不易出轨，安全性好。且由于无电动机旋转及齿轮啮合产生的噪音，加上径向转向架良好的曲线通过性能，对车辆急转弯时产生的噪音采取了相应降噪措施，做到了低噪音化，低振动，可比传统地铁低1 0 d B。有利于环境保护。5)良好的编组灵活性和运营适应性直线电机车辆采用电制动与电磁驱动轮轨制动联合作用”保证在所有条件下都有短的制动距离，减速度可达到1 1 m s 2 先进的移动闭塞信号系统及短的制动距离，允许列车间距小这就为实现较短的、省

29、钱的站台和优质的旅客服务一短编组、高密度和安静的列车运行创造了条件。任何先进的技术方式总有自己的相对缺点，直线电机驱动轮轨交通系统也不例外。其缺点如下：1)效率和功率因数较低城市轨道车辆上工程应用的直线感应电机，由于车载初级与地面次级是处在一个相对直线运动的弹性系统间，如图1-6 所示，不可避免会造成相互间隙变化，因此气隙设计较大，否则将会导致不安全因素，一般定在8 1 2 m m 之间。再加上直线感应电机有端部，并不是封闭的(旋转电机)，因此漏磁场较大，机电能量转化率低，因此电机效率较低，一般在0 7 O 8 之间，功率因数也较低，在0 5 0 8 之间。因此，直线电机系统每吨公里比旋转电机

30、系统多消耗大约2 0 的能量。根据东京都营地铁1 2 号线的经营经验，其主电路耗电量为1 5 4 k W 车k m)，与最新的旋转电机V V V F 驱动的地铁车辆相比，电耗要高出1 0 -2 0 左右。浙江大学硕士学位论文正文图1-6 直线感应电机与次级板的间隙轨道结构需增加感应板直线电机牵引系统轨道的特殊性，在轨道中间需加装直线电机次级感应板。感应板与固定在车上的直线电机定子相互作用，对车辆起到牵引作用。间隙要控制在8 1 2 m m，因此对轨道、反应板、轨枕的尺寸精度及安装精度、L I M 安装精度及支撑结构都有相应的较高的要求。如何确保运行中气隙的精度是直线电机轮轨交通系统中应予高度重

31、视的技术难题，为此所需的工作量和维护成本较高。然而，通过充分发挥其线路工程的主要优势，直线电机轮轨交通整体上仍是一种经济、高效的城市轨道交通模式。直线感应电机的控制方式与旋转感应电机相比没有本质的差别，在车辆牵引中，采用V W F 控制可以使直线电机达高效的运行。1 3 直线电机轮轨交通系统的国内外应用和发展1 3 1 国外的应用发展上世纪8 0 年代初，日本和加拿大几乎同步开始对直线电机轮轨交通系统的研究。日本和加拿大两国将直线感应电机驱动技术应用在轮轨交通方面，在国际上领先，都有成熟的产品，目前世界上直线电机轨道交通系统设备主要由加拿大和日本的有关公司制造。但是两国在技术上各有侧重，使用的

32、交通形式有所不同。加拿大主要生产地上直线电机车辆，在高架桥、跨海大桥建设上有成功经验，日本则主要是地下直线电机轨道交通，在小断面隧道建设上成效显著劝拿大为无人驾驶，日本为单人驾驶。两国在直线感应电机的设计中对各参数的选择也有不同。除了在本国有长时间的成功运营外，日本，加拿大的直线电机轮轨交通系统技术均实现了技术的出口。现在已经有了加拿大，日本，马来西亚，美国等数十条线得到应用。目前已运营的线路有：加拿大多伦多S c a r b o r o u g h 线、温哥华S k yt r a i nE x p o 线和浙江大学硕士学位论文正文M i l l e n n i u m 线、美国底特律P e

33、o p l em o v e r 线、日本大阪地铁7 号线(又称鹤见绿地线)、东京地铁1 2 号线(又称大江户线)、马来西亚吉隆坡P U T R A1 1 线、日本神户地铁海岸线、美国纽约J F K(肯尼迪)国际机场线、日本福冈市营地铁3 号线等，建设的还有日本横滨市营地铁4 号线、大阪市营地铁8 号线、仙台市营地铁东、西线等。1 3 2 国内的应用发展我国的许多城市，例如北京、上海、广州、重庆等城市都对直线电机系统进行了论证和研究。1)1 9 8 7 年，北京市地铁公司组织了有关部门对原规划路网中的西颐线(西直门至颐和园)所采用的制式进行了系统研究。因西颐线线路要经过中关村、北大、清华等高校

34、地区，为了减小对沿线的影响，当时通过充分论证，第一次在工程中推荐采用直线电机系统。但由于种种原因工程并未建设，当时对直线电机系统耗能问题的也有不同的看法。2)北京市在首都机场线的交通制式的选择过程中，对直线电机系统在机场线的应用进行了深入探讨作为奥运配套工程的北京市轨道交通首都国际机场线，是国内第一条无人驾驶直线电机驱动的地铁系统，最高运行时速可达到1 1 0 公里，远高于目前国内地铁8 0 公里的最高时速。3)广州地铁在我国率先引入了直线电机牵引轮轨系统技术。目前广州地铁四号线大学城专线已经建成，并成功运行。图1 7 所示为广州地铁四号线的直线电机车辆示意图。规划中的广州地铁五号线、六号线、

35、七号线也将采用直线电机轮轨交通系统。4)重庆市也对直线电机牵引系统技术进行了深入地研究和论证，并将在城市轨道交通系统中预留了直线电机轮轨交通系统。5)国家为了支持直线电机在城市轨道交通领域的应用研究工作，浙江大学在国家交通部的支持下正筹划成立国家轨道交通研究院，中国科学院电工研究所与哈尔滨市民营企业哈尔滨泰富电气有限公司也签订合作协议，共同研究开发新型非黏着节电型直线电机轨道交通系统。在国家为强大的后盾下以及企业的积极参与下，相信直线电机系统作为一项新型的轨道交通系统，将带动新的产业的发展，具有良好的发展前景。*人学颇i 学位硷女1 4 课题背景和研究意义自改苷开放以柬，我国的城市规模和经济建

36、设都有了飞速的发展，城巾化进程在逐步加快，城市人口在急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出行和物资交流频繁，使城市交通面临着严峻的局势。当前，全同大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象而城市轨道交通是一种快捷高效、安全舒适、节能环保的大容量城市客运交通方式。大力发展城市轨道交通，被广泛认为是解决这些矛盾和问题的有效途径。但是由于轨道交通建设需要巨额的投资，传统的轮轨驱动的轨道交通系统对曲线半径，线路的坡度，隧道断面的限制要求很高，这又限制了它的快速发展，为解决这个矛盾，国内外工程技术人员对城市轨道系统进行了人量的、系统的研究T 作。通过引入新技术达到节能，保护环境，降低成木，

37、从结构和|生能卜采取措施，不断完善轨道交通系统，以保持其先进 生，利用直线电机传动便是城市轨道交通模式的一种新的选择。我国的许多城市，例如北京、上海、1 州、重庆等城市都对直线电机系统进行了论证和研究。在广州地铁四号线以及重庆城市轨道变通系统中采_ L f J 了直线电机轮轨交通系统，但整个运行系统的设备如电机，控制系统，驰动系统等人部都是引进国外技术。我国对城市轨道交通的核心技术研究应用还不成熟，离城市轨道技术先进国家尚有差距中浙江大学硕士学位论文正文国北车、中国南车、哈尔滨泰富公司等单位已经通过引进、消化、吸收掌握了一定的技术，但对直线电机驱动方式的城市轨道车辆相关研究不多。浙江大学电气工

38、程学院与上海南洋电机集团合作建造了直线感应电机驱动的城市轨道交通实验线，设计牵引供电及其控制系统，测试直线电机的动、静态性能，为以后直线电机轮轨交通系统设备的国产化打好基础。本文研究和设计的牵引供电系统正是针对此直线电机城市轨道交通试验线。1 5 本文主要工作及其特色论文广泛收集了现有城市轨道交通技术，特别是新型直线电机轮轨交通系统的资料，进行了详细的整理和深入的分析。对城市轨道交通系统牵引供电系统技术进行深入研究，研究了牵引供电系统供电制式中不同电压制式和受电制式的优缺点，完成了供电系统功能单元分析和分解，为实际工作指明方向。论文在实现对牵引供电系统技术系统技术分析后，将其应用于南洋直线电机

39、城市轨道交通实验线的开发。全文共分七章。第一章绪论，论述了课题的研究背景和意义，叙述了本文的主要工作，对城市轨道交通的定义、模式、发展，直线电机轨道交通系统的特点，发展作了必要的介绍。第二章城市轨道交通牵引供电系统，首先介绍了城市轨道交通系统的构成，接着对普通城市轨道交通系统牵引供电系统的功能单元组成进行分解和分析。最后介绍了直线电机轨道交通系统的牵引供电系统的特点。第三章城市轨道交通牵引供电系统外部电源供电模式以及内部供电制式的研究，分析了外部电源供电模式中集中供电模式和分散供电模式的特点，介绍了供电系统供电制式中的两大部分：电压制式和受流方式，分别对电压制式中的D C 7 5 0 V 和D

40、 C l 5 0 0 V，以及受流方式中的接触轨受流和架空接触网受流进行比较分析，提出在选择城市轨道交通系统供电制式时应主意的几个问题。第四章南洋直线电机城市轨道交通系统实验线牵引供电系统的设计，简介了南洋轨道交通实验线的目的和结构功能，针对此实验线的要求和实际情况，进行牵引计算，设计了南洋实验线的供电系统的供电制式以及应用直流发电机组的牵引供电系统。第五章供电系统用直流发电机用励磁电源及保护电路设计，为发电机设计可调的开关励磁电源，包括主回路，控制电路，驱动电路，过流过压保护电路的设计。浙江大学硕士学位论文正文第六章第七章供电系统运行结果和南洋城市轨道交通实验线联合调试，对设计的励磁电源，直

41、流发电机组，保护电路以及整个供电系统进行调试，然后对南洋实验线进行联合调试，并对结果和遇到的问题进行分析。总结和展望，对全文内容进行了总结，点出本文的主要内容，并总结所做的工作及不足，并对以后的工作进行了展望。浙江大学硕上学位论文正文第二章城市轨道交通的供电系统2 1 城市轨道系统的组成概述城市轨道交通是一个庞大复杂的技术系统，其专业涵盖了土建、机械、电气、电子信息、环境控制、运输组织等各个门类。城市轨道交通系统由一系列相关设施组成，这些设施包括车站、线路、车辆及车辆段、供电系统、通信信号、环控系统以及给排水系统等，要求各部分能够有机结合，协同动作，最大限度地完成输送任务。它们的协调工作是为用

42、户提供满意服务的保证。2 2 城市轨道交通电力牵引制式发展随着经济和科学技术的不断发展，用于轨道交通的电力牵引方式有许多不同的制式出现。这里所提及的牵引制式是指供电系统向电动车辆或电力机车所采用的电流和电压制式，如直流制和交流制，即直流牵引供电和交流牵引。直流牵引一般采用直流串励电动机或以串励为主、并励为辅的复励电动机作为牵引动力。交流牵引一般采用交流三相异步电动机作为牵引动力。八十年代前，城市轨道车辆一直采用直流传动方式，这种传动方式受到直流电机本身性能的影响。直流电机表面换向线速度、换向电流等的允许极限，限制了电机转速(n)和功率(P)的提高，无法适应高速和重载的需要，换向器和电刷可靠性差

43、、故障率高、成为车辆的薄弱环节：电枢与换向器直径大，加大了电机转子惯量，体积无法减小，不利于车辆的轻量化发展。随着大容量电力电子器件的广泛应用以及计算机技术的发展，特别是可变频变压的逆变器(V V V F 逆变器)解决了交流电动机的调速控制问题。采用异步牵引电动机驱动的交流传动系统正在我国迅速崛起，并使城市轨道交通迈向一个更高的阶段。与直流电机相比，交流异步牵引电机克服了上述不足，它的结构简单、转速高、功率大、体积小、重量轻、成本低、易于维修、可靠性高，可以减小车辆的簧下重量，对线路的动力影响小。采用三相异步牵引电机，有利于实现城市轨道交通车辆的轻量化、低地板、小转弯半径，从而大大地提高了车辆

44、的性能。由于异步牵引电机机械特性硬，使动车牵引的粘着利用好：采用变频驱动，可使异步牵引电机发挥出优越的牵引性能，大大减少维修量，减少经营部门的工作量，具有明显的经济效益和社会效益。城市轨道车辆交通几乎都采用直流供电制式，这是因为城市轨道交通运输的列车功率并不是很大，其供电半径(范围)也不大，因此供电电压不需要太高。而且由于直流制的电抗压降较小，直流制比交流制的电压损失也较小(同样电压等级下)。另外，由于城市内的轨道交通，其供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宣太高，以确保安全。浙江大学硕士学位论文正文这是因为城市轨道交通的列车功率并不是很大，供电电压近期轨道交通虽采用交流异步牵引电动机的电

45、动车辆，但其供电电压还是直流的。车辆主要从供电网上获得直流电，然后经过电压源逆变器将直流电变成三相交流电，同时根据控制指令还可以为三相异步电机提供调频调压控制，以满足电动机的牵引任务。目前世界上城市轨道中的直流牵引供电等级繁多，其发展趋向是I E C 标准中的6 0 0，7 5 0 和1 5 0 0 伏；中国国家标准地铁直流供电系统的电压及其波动范围如表2 1 所示：表2-1 直流牵引供电系统电压标准(单位：V)标准最低最高7 5 05 0 09 0 01 5 0 01 0 0 01 8 0 02 3 城市轨道交通供电系统构成2 3 1 城市轨道交通供电系统概述供电系统是为城市轨道交通运行提供

46、所需电能的系统，它不仅为城市轨道交通电动列车提供牵引用电，而且还为城市轨道交通运营服务的其他设施提供电能，如照明、通风、空调、给水排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。在城市轨道交通的运营中，供电一旦中断不仅会造成城市轨道交通运输的瘫痪，而且还会危及乘客生命安全和造成财产的损失。因此，高度安全、可靠而又经济合理的电力供给是城市轨道交通正常运营的重要保证和前提。城市轨道交通供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和城市轨道交通供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给城市轨道交通各类用电设备。其一般包括外部电源、主变电所(或电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控

47、系统。其中，牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明配电系统。城市电网一次电力系统由国家电力部门建造与管理，它包括发电厂、传输线、区域变电所。发电厂是发出电能的中心，一般可分为火力发电厂、水力发电站和原子能核电站等。发电厂的发电机发出的电能，要先经过升压变压器升高电压，然后以1 1 0 k v 或2 2 0 k v的高压，通过三相传输线输送到区域变电所。在区域变电所中，电能先经过降压变压器降低电压等级(如1 0 K V 或3 5 K V)再经过三相输电线输送给本区域内的牵引变电所和降压变电所，并再降为城市轨道交通所需的电压等级(如D C l 5 0 0 V、

48、D C 7 5 0 V)。图2 1 为城市电网一次系统和城市轨道供电系统的示意图，图中虚线上部为城市电网一次电力系统，虚线下部为城市轨道供电系统。浙江大学硕士学位论文正文钢轨图2 1：城市电网一次系统和地铁供电系统E、最一城市电网发电厂；旦、E、晟一城市电网区域变电所；玩、鼠一城市轨道牵引变电所：绞一城市轨道降压变电所城市轨道交通系统是一个重要用电部门，它不同于一般工业和民用的用电，为一级负荷。一级负荷规定出两路独立的电源供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电。牵引变电所的电源进线应来自两个区域变电所或区域变电所的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源自动

49、投入，使牵引变电所从区域变电所不间断地获得三相交流电。在城市轨道交通供电系统中，根据用电性质的不同可分为两部分，即由牵引变电所为主的牵引供电系统和降压(动力)变电所为主的动力供电系统。2 3 2 城市轨道交通牵引供电系统如图2 2 所示，城市轨道交通电力牵引供电系统主要包括直流牵引变电站、馈电线、接触网(或地面供电线)、走行轨道及回流线等部分组成。来自城市电网的电经过降压，整流，达到规定的直流电压值。一般将接触网、馈电线、走行轨道、回流线总称为牵引网。牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成，其中牵引变电所和接触网是牵引供电系统的主要组成部分。浙江人学硕士学位论文正文警、飞静67甬图2-2：牵引供

50、电系统组成示意图l 发电厂；2 升压变压器；3 一电力网；卜主降压变压器；5 一直流牵引变电所；嗍电线；7 接触网；8 走行轨道；卜回流线2 3 3 城市轨道交通的动力照明供电系统动力照明供电系统提供车站和区间各类照明，扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源。它由降压变电所和动力照明配电线路组成，示意图如图2 3 所示。各部分功能简述如下：1)降压变电所：将三相电源进线电压降压变为三相3 8 0 V 交流电，降压变电所的主要用电设备是风机、水泵、照明、通信、信号、防灾报警设备等。2)配电所：配电所(室)仅起到电能分配作用。降压变电所通过配电所(室)将三相3 8 0 V