城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文（共7篇）

篇1：城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

摘要： 本文结合实际教学，对《城轨车辆牵引传动技术》课程教学进行了研究，从教学内容，教学方法与手段、考核方式等方面进行探讨。

关键词：教学模式；教学方法；考核方式

从1890年12月18日世界上第一条真正的电气化地下铁路诞生以来，城市轨道交通车辆几乎都已经采用了电力牵引，随着科学技术和城市化的发展，大运量的轨道交通在现代大城市中的重要作用尤显突出。重视城轨车辆牵引传动技术课程的教学，是高校培养21世纪高素质车辆工程技术人才的迫切要求，也同样对城轨车辆牵引传动技术的教学提出了新的挑战。城轨车辆牵引传动系统荟萃了电力电子、计算机检测与控制、电机与电器制造等学科的先进技术。必须及时反映城轨车辆牵引传动技术该课程的相关技术的最新成果，才能保持教学内容、教学方法和教学手段的先进性。

一、教学改革的必然性

随着21世纪的到来，尽快应用现代教学方法和手段，全面推进素质教育，以适应国家发展和社会竞争的需要，培养信息时代知识经济所需要的人才，是教学改革的目的所在。

城轨车辆牵引传动技术作为城市轨道车辆专业方向的一门主干专业课程，是一门理论性和实践性都很强的课程，传统的教学模式就是一块黑板、一支粉笔，在讲解相对复杂的原理图时，教师只能依托课本来讲解，学生学习感觉繁难、困惑，不知所以。使得讲课的效果大打折扣，教学效果很不理想。因此教学改革是势在必行的，二、课程的教学方法、手段的研究

(一)采用传统教学与可信息化的课堂教学相结合的教学手段。

尽管近年来教育的信息化发展一直异常火爆，可信息化的课堂教学中也出现了这样的不良倾向：人们把信息技术从最现代的科技变成了课堂教学中的点缀品，教学改革还停留于教学表演形式上，学生的学习方式、教师的教学方式并没有得到质的改普，一些传统的教学理念和手段(如：教师的板书、语言等特有的人文素养和人格魅力)正在淡化和消失，师生课堂上情感的交流日渐减少，学生的主动精神和主体意识难以发挥，更谈不上创新能力的培养和终身学习能力的发展了。马克思主义的唯物辨证观认为：世界上任何事物都是“一分为二”的，不存在完美无缺的事物。可信息化的课堂教学与传统教学也不例外，它们既具有各自的优势，也存在各自的不足。采用传统教学与可信息化的课堂教学相结合的教学手段，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。将这二者结合起来，使二者优势互补，有助于改变现行课堂教学的上述缺憾，是有效促进信息技术与学科课程整合，获得最佳学习效果的关键和难点，也是我们教学发展的重要方向。采用传统教学与多媒体教学相结合的教学手段，旨在于寻找、生成、应用教学优势互补的智慧，使基于信息技术环境下的教学与传统教学取长补短、相互交融，使我们的课堂教学进入更精、更细、更人性的美妙境界，实现《新课程标准》中倡导的“师生互动、共同发展”教学理想。

(二)课堂教学方法的研究

课堂教学一定要体现学习自主性、建构性的新思考。学生学习不应该是一个传输过程，也不应是一个接受过程。它应该是师生交互建构知识的过程。学习的结果也不仅仅是学生用口袋“装”知识，而是在教师指导下创建实际成果，培养创新精神。本课程灵活运用多种先进的教学方法，有效调动学生的学习积极性，促进学生积极思考，发展学生的学习能力。除了常规性教学以外，还采用有以下几种教学方法：

1、采用探究式课堂教学模式

采用“工程实际问题→引出概念及所需理论基础→探索解决方法与理论→应用提高”的探究课堂教学模式。探究式教学模式遵循认知规律，体现科学探索与工程实现过程，通过对对实际工程问题的分析，深化对基本概念和原理的理解，使学生在探究中掌握创新思维方式，培养学生分析与解决问题的能力。

2、“融入、转化、结合”一体化的教学理念

将科学研究方法、教改成果等及时融入课堂教学，将科研工作中所研究的问题通过合理的简化提炼后作为案例引入课堂教学、将科研成果与研制开发出的产品转化为实验教学平台，理论教学与实践教学、课堂教学与课外科技实践密切结合。充分利用现代化教学手段、灵活多样的教学方法，培养学生的独立思考能力、激发学生的学习兴趣，为培养学生对所学专业的热爱和确定未来的发展目标奠定基础。

3、“师生互动、共同发展”的教学理念

教师教学的主要任务不是单存的传授知识，而是让学生获取学习方法、感受学习过程、促进知识的有效迁移和重组，教师要扮好“指导者”的角色，主要任务是导学、导读、导看、导行，给学生更多自学、自渎、自练、自做的机会，增强课堂互动环节，其中包括讨论、课堂提问等多种教学环节，不但能够充分发挥学生学习知识的主观能动性，活跃课堂气氛，同时能增强教师了解学生对知识的掌握情况，及时发现教学中存在的问题。

(三)考核方式的研究

当今，教师了解学生的学习情况大多采用平时成绩(考勤、作业)、实验成绩和期末考试成绩相结合的方式。这种方式存在极大的弊端，缺乏必要的动态管理过程，同时评价手段过于单一。最后势必导致最终的成绩并不能真正反映学生知识掌握的程度。根据从事教学过程中学生的具体情况认为应改革课程的考核方式，形成以学生为主导的课程考核方式。

平时成绩主要包括考勤和作业，但是单单从这两方面是很难体现一个学生平时的学习情况，目前大学生的作业存在严重的抄袭现象，因此单靠考勤和作业不能实际了解一个学生的平时表现以及对知识的掌握情况。为此将过去比较单一的评定平时成绩改为综合评定，其中增加了课堂提问以及随堂小考或单元考试，这样就能全面了解学生平时的学习情况。这样即可以检查教学中存在的问题，又能够促进教学质量的提高。同时也将过去单一的仅靠实验报告评定成绩改为综合评定即：实验预习10％、课堂提问20％、实验技能操作考核20％、结果验收20％、实验报告40％。考核采取学生现场随机抽签的方式，这样以来，可以大大激发学生对实验课的重视程度，实验教学质量也能得到明显改善。

三、结束语

随着知识经济的到来和信息化进程的加速，高等教育的教学改革已经全面展开，非常愿意与其他同行一起，取长补短，共同切磋。为社会培养更多更好的应用型高素质的车辆工程技术人才。

篇2：城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

目前,国内外城轨车辆采用蓄电池牵引技术项目的应用环境多数为地铁车辆列车出库时或简单调车时,而且列车的运行距离以及运行速度比较低,但该项技术的引入极大地提高了列车蓄电池的利用率,减少了列车和出库前的准备时间以及维护成本,保证了操作人员的安全。随着该项技术的成熟应用,用户已经不满足于低速短距离运行的工况,而是希望将该项技术引入到正线自救中来。以目前国内外城轨车辆为例,一旦隧道或地面的高压电源因故断开,列车只能等待救援机车救援至最近的车站清客、回库。而一旦此类事故发生,整条列车线至少一二十列列车同时救援可能会因为隧道设计的原因花费相当长的时间,在这段时间内,乘客的舒适度以及安全是无法保障的,极有可能引起不必要的恐慌,造成伤亡。此外,蓄电池自救技术的应用还可以缩短或取消隧道内逃生通道,在当前土建费用占90%的费用的城轨项目建设中,节省的成本将是一笔不小的数目。

二、蓄电池牵引技术在当前城轨车辆的应用

庞巴迪作为世界上第一个将蓄电池牵引技术应用在城轨车辆上的牵引供货商,已成功将该技术应用在多条地铁项目中:第一个采用该技术的项目是瑞典首都斯德哥尔摩市一条线路的地铁列车,之后庞巴迪牵引商先后将该项技术成功应用在国内的北京4号线、北京大兴线以及泰国曼谷的地铁项目中。

2009年9月开始正式运营的北京地铁4号线,供电电压DC750V,受电方式为第三轨上部受流,列车设计时速80km/h,基于合同的要求,车辆厂为列车配备了两组180Ah的蓄电池。该蓄电池组的容量完全能满足车辆45分钟应急环境用电量和列车移库所用的电量。目前,大兴线和北京4号线蓄电池牵引技术主要应用于车辆段或调试库做移车的用途,列车速度为3 km/h,设计理论运行距离为50米,而实际试验下来,列车以3 km/h的速度运行距离能达到750米左右的距离。

泰国曼谷的地铁是世界上第三个采用蓄电池牵引技术的地铁项目。该车采用2组蓄电池并联供电的方式,每组蓄电池的容量为180Ah,设计运行时速为3~5 km/h范围内,该车在空载状况下,在坡道不超过5‰的坡道上,运行距离为250m。

上海16号线是西门子首次将蓄电池牵引技术引入到国内地铁领域中的项目。该车为3编组车辆,受电方式为第三轨受电,受电电压为DC1500V。列车采用蓄电池牵引技术的设计时速为3~5 km/h,用于空车条件下的移库。

通过近几年蓄电池牵引技术在多个项目中的应用看来,蓄电池牵引技术是一种成熟、可靠的技术,将是未来城轨车辆必须具备的一种功能。

三、蓄电池牵引技术在城轨车辆自救应用中的研究

当前蓄电池牵引技术主要用作在列车出库或入库的断电区移车。而列车在正线运营时,一旦出现由于其他外部因素导致线路高压供电中断的工况时,势必会造成乘客的未知恐慌,从而可能会引发人员伤亡、车辆受损的后果。基于以上情况,目前已有车辆采购方提出将蓄电池牵引技术应用到列车正线自救的环境中。

(一)蓄电池牵引自救模拟环境

列车的模拟模型、运营工况如下表1:

(二)蓄电池牵引自救的供电方式

可用于蓄电池牵引供电方式主要有三种方式:第一种是采用制动斩波升压的方式:将蓄电池DC110V电压斩波到直流几百伏的电压,这样就保证了电机在高压输入下能输出更大的转矩,从而带动列车的坡道运行。该项技术的实施必然会需要一个额外的斩波控制箱,无论对于成本还是车下布置困难程度都是一种考验,而且该项技术控制复杂,目前还没有成熟的业绩,不适用于坡道自救的情况。

第二种是直接采用DC110V蓄电池作为动力来源:将蓄电池DC110V不经过任何变换,通过一个接触器连接到牵引系统的输入端。目前国内外大多数低速运行的城轨车辆都是采取此类供电方式。由于列车在30‰坡道AW3的载荷条件下运行时所需要的能量以及蓄电池放电电流都比较大,没有合适的蓄电池组能够满足;同时在该种条件下电机的电压只有几十伏,不能输出足够的转矩来带动列车的运行。因此,该方案不能应用于坡道自救的工况。

第三种是采用蓄电池组串联供电的方式:将两组容量一样的蓄电池组采用串联供电的方式给列车的牵引系统供电。由于该种方式的牵引系统供电电压能达到DC220V,电机的输出转矩足以带动整列车的坡道自救。

(三)蓄电池牵引自救的技术说明

蓄电池牵引自救的直流供电的原理图如下图

原理说明:

在正常牵引情况下,蓄电池牵引模式开关处于OFF位,DC1500V高压经弓网通过受电弓传送到列车高压箱HV-BOX。列车控制系统控制高速断路器HSCB吸合,DC1500V高压电经高压箱传送给牵引控制箱VVVF经IGBT斩波转换成一个三相变压变频电压(AC1000V左右),并供应给牵引电机。

在蓄电池牵引模式下,蓄电池牵引模式开关处于ON位,TCMS和VVVF接收到司机发出的蓄电池牵引模式指令后,首先TCMS控制高速断路器HSCB断开,其次控制蓄电池组串联接触器BOC3闭合,实现蓄电池的串联输出,再次将蓄电池牵引断路器BOC1、BOC2吸合。通过蓄电池中蓄积的DC220V电源为VVVF供电。VVVF将输入的DC220V供电电压转换成一个三相变压变频电压(AC100V左右),并供给牵引电机。功率转换使用由微处理器逻辑控制的IGBT完成。

蓄电池组的选取:

通过仿真计算,列车运行于表1模拟工况时,瞬间启动电流在2500A左右,时间持续在2S左右。稳定后工作电流稳定在1800A左右,运行600米,耗时5分33秒,平均运行速度为6.5km/h。

通过模拟计算,蓄电池牵引自救时所需要的整车的蓄电池容量为350Ah左右。考虑到蓄电池的温度,浮充电等系数,所需要的蓄电池容量为430Ah,列车6分钟应急工况所需要的蓄电池的容量为42AH,最终选取230Ah的蓄电池组4组作为列车的能源。正常供电时采用4组蓄电池组并联充放电的工作方式;无高压电源时,采用两并两串的供电方式,为列车牵引设备提供DC220V的应急电源。由于列车应急工作设备电源均为DC110V,为保证自救过程中,列车直流设备的正常工作,采用从两个串联蓄电池组的中间抽头的供电方式,作为列车短时间的应急供电用。

四、蓄电池牵引自救技术存在的问题及分析

(一)蓄电池选型

目前国内外应用于铁路行业的蓄电池主要有三种:酸性蓄电池、碱性蓄电池以及锂电池。通过三种蓄电池各方面的对比看出:

铅酸蓄电池由于其放电倍率较低,能量质量比小,不能满足蓄电池大电流放电的性能;锂电池虽然能量质量比大,但由于其自身的温度特性以及充电条件苛刻,而且存在安全隐患,没有在城轨车辆上使用的业绩,目前也是仅仅处于一个研究阶段。因此不适用于城轨车辆中。

最终选用高倍率放电的碱性镍镉蓄电池,高蓄电池组的最大放电倍率为7倍率放电,完全能够满足列车启动时2500A的直流电流和持续1800A的恒定电流的输出,而且对蓄电池寿命本身没有影响。

(二)蓄电池发热

由于蓄电池牵引自救时蓄电池的放电电流比较大,较大的放电电流必然会导致蓄电池的发热,进一步引起蓄电池内阻增加的工况的发生。因此,选用蓄电池时必须考虑蓄电池是否具备大电流放电的能力,同时还要考虑大电流放电对蓄电池内阻的影响。若是内阻过大,蓄电池压降会过大,从而引起输出电压降低的情况。

(三)牵引系统的发热

蓄电池牵引自救时,牵引逆变器的输入电流瞬时达到2000A左右,恒定电流在1500A左右,在这种情况下就必须考虑半导体器件的散热问题。在蓄电池牵引自救时,导致列车不能正常运行的原因不是蓄电池本身的性能,大部分出在逆变器的温度保护上。

(四)技术应用的利弊

蓄电池牵引自救技术的引入,列车上的蓄电池组的数量须由原来的2组扩充至4组,每组由原来的160Ah变为230Ah,重量由原来的900×2kg变为现在的1.05吨×4,与原来相比重量增加了2.4吨,可能导致整车重量超标。由于蓄电池组数量变多,对车下布置也是一个极大的考验。此外,蓄电池自救技术的应用概率比较低,一年或是数年都很难用一次,因此列车耗能会增加。但采用了该技术,可以在第一时间躲避险情,取消了车辆段内的高压供电设施,以及调车用的机车,减少了运营成本和维护成本。

五、结语

目前,蓄电池牵引技术在城轨车辆上有着很好的应用前景,在车辆段内的移车的作用是很大的,同时节省了建设成本和运营的维护成本。随着人们对安全认识的提高,已经不满足于仅仅在车辆段内的应用要求,将蓄电池牵引技术应用在车辆自救的工况的渴求会越来越大。蓄电池牵引自救技术能够迅速地规避各类突发情况,将列车运行至最近站点,疏散乘客,保证乘客的安全。但该项技术对于蓄电池本身和牵引系统有着很高的要求。随着技术的发展,该项技术必然会成为城轨车辆项目中不可或缺的一项技术。

参考文献

[1]肖世雄,范忠胜,温志强.蓄电池紧急牵引技术在地铁列车上的应用[J].机电设备技术(增刊)2011,(S1)

篇3：城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

关键词：交流牵引传动；互馈试验台；双逆变器；DCT控制

中图分类号： TM921.2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-195-2

0 引言

本文研究的牵引传动试验平台由交流牵引传动变流系统、计算机控制系统、计算机测试系统组成。采用“双逆变器—电机”的能量互馈技术，由两套变流器-电机联轴背靠背组成，两台电机的能量互馈。用以模拟轨道交通车辆牵引传动系统的牵引、制动等各种工作状况，完成对其系统部件如变流器、牵引电机、脉冲整流器的各种试验，以及列车牵引特性试验。

1 交流牵引传动试验台设计

1.1 交流牵引传动变流系统

牵引传动系统采用“双逆变器—电机”的能量互馈技术，其主电路如图1所示。由低压开关柜、四象限整流器、牵引变流器、负载变流器、辅助变流器、牵引电机、UPS电源等构成。

两组“逆变器—电机”机组互为牵引和负载。当牵引机组处于牵引工况运行时，负载机组为制动工况；同样，当牵引机组为制动工况时，负载机组工作在牵引工况，给牵引变流器提供恒定的制动负载，解决系统负载问题及能量利用率问题。接受并执行试验操作台模拟的地铁列车司机操纵指令；进行牵引电机转矩控制，混合电制动控制，防冲击控制，空转/滑行控制，空重车控制，牵引/制动切换控制等反转保护，进行系统控制逻辑检测和故障诊断、显示、记录。

牵引变流器采用大功率IGBT构成的电压型调压调频（VVVF）变流器，变流器采用PWM控制技术，由牵引控制单元控制IGBT的开通与关断。当地铁列车在牵引工况时，三相逆变器将直流电变为电压和频率可调的三相交流电，控制4台并联牵引电机的转矩和转速；当地铁列车再生制动时，将牵引电机输出的三相交流电整流成直流电反馈回电网。当电网吸收能力不足或不能吸收時，斩波相则提供再生制动能量释放的通道。

1.2 计算机控制系统

试验台配备计算机控制系统，通过软件实现对地铁列车的牵引制动的控制，由主变流器DSP牵引控制单元、工控机、控制台电控部分构成。工控机与DSP牵引控制单元通过CAN总线连接。通过工控机对变频电源的控制，实现在允许速度、功率范围内，依据给定速度指令恒速运行；在允许转矩、功率范围内，依据给定转矩指令恒转矩运行。

主变流器DSP牵引控制单元完成对变频器的核心控制算法（DTC直接转矩控制）、上位机进行通讯获取控制指令，反馈变频器的工作状态，并通过开关量输入输出接口测取转速和控制台主令电器的控制指令，输出对主开关的控制信号。

工控机运行牵引传动试验系统各单元的控制程序，直接实现被试件的运行控制，同时实现试验系统的自检、系统初始化、通信管理等，显示各变频电源、电机、电源等主要设备的工作情况和运行参数，进行故障信息显示和记录，显示主要参数波形图、数据表。

电控部分通过操作台上的司机控制器、按钮、旋钮、仪表及指示灯进行控制调节和显示，实现电机的启动、运行和停机以达到城轨列车各种运行试验工况。

1.3 计算机测试系统

测试系统是一个网络通信系统，由测试主计算机、功率分析仪、测量转换电路、转矩转速传感器、电压测量模块、电流传感器等组成。随时监控着控制台的网络信号反馈。与控制计算机配合运行，可替代司机控制台对列车的控制。

2 交流牵引传动试验台工作原理

牵引变流系统通过一组四象限脉冲整流器为模拟列车牵引部提供直流动力电源，列车母线电源为DC 510V，母线电源分别为列车牵引变流器、模拟负载变流器及列车辅助变流器提供动力电源。负载变流器为与牵引变流器同等功率的电源，与牵引变流器可互为牵引和负载，且可以四象限运行。牵引变流器控制牵引电机处于牵引工况运行时，负载变流器控制负载电机为制动工况，给牵引变流器及电机提供负载，给定的负载既可以是恒定的，也可以随牵引力的变化而变化。同样，当牵引变流器控制牵引电机工作在制动工况时，负载变流器此时工作在牵引工况，给牵引变流器提供恒定的制动负载。无论整个牵引变流系统处于牵引工况还是处于制动工况，总有一组变流器是工作在发电工况的，且发出的电

能可以通过变流器的四象限控制，回馈到直流母线上。回馈到直流母线上的直流电源也将再供给用电工况的变流器使用，如列车辅助变流器在供电直流母线侧取动力电源，来模拟通风，空调等设备的实际电源，构成了电源的系统内部循环。

3 交流牵引传动系统控制特性研究

牵引变流器控制采用DCT直接转矩控制技术，将上位机给定值和控制指令转换成变流器用的控制信号，对整流器、变流器、牵引电机进行控制。DSP牵引控制单元每25μs将测量的电机电流值和直流回路电压值输入到一个自适应的电机模型，并精确地计算出电机的转矩和磁通。磁通和转矩比较器把实际值与磁通和转矩控制器计算的给定值进行比较。根据转矩误差，磁链误差及磁链的相位，采用优化策略，选择合适的电压矢量及电压矢量作用的时间，在较低的开关频率下，达到最小的转矩脉动和转矩的快速响应的性能，从而最好地满足牵引特性要求，实现对陪试电机的精确控制。

试验证明，控制系统具有精确的速度控制特性，速度控制器基于PID算法，静态速度误差为电机额定转速±0.1%（不带脉冲编码器），动态速度误差的典型值在100%；负载转矩阶跃下，为±0.2%… 0.5 %sec；动态速度误差取决于速度控制器的调节。

相较于电流矢量控制，DCT直接转矩控制能使逆变器的开关直接由电机的核心变量磁通和转矩控制，不需要轴的速度和位置反馈，每个逆变器的开关过程单独确定，在70%转速时，转矩阶跃时间少于3ms，不需要速度和位置编码器即可满足性能要求。

4 结语

本文对交流传动互馈试验平台的功能、原理、结构、控制特性进行了研究，系统采用双DSP技术的全数字化控制硬件系统，可快速高效地实现复杂的控制策略，采用先进直接转矩控制（DTC），其控制结构简单，控制手段直接，可实现对负载电机静动态性能的高效和高精度控制，使得电机的驱动及调速控制更加灵活、简易，控制精度更高。同时能够利用小功率等级的电源进行大功率等级的系统试验研究，具有较好的节能效果。

参 考 文 献

[1] 霍连文，郭建斌.采用双变流器——电机能量互馈的交流传动试验系统[J].机车电传动，2004（04）.

篇4：城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

牵引逆变器是交流电动车上的重要设备,安装在列车动车底部。其主要功能是把来自接触网上的1 500 V或者750 V直流电逆变成为频率可调、电压可变的三相交流电,平行供给2 个动车转向架上的4 台牵引交流电机,对电机进行调速,实现列车的牵引、制动控制。牵引逆变器输入端能承受最大的瞬时电流、输入回路因故障突然接地的电流。

某列城轨车辆在运营线上出现牵引故障,第2节车出现主电机电流超限、接地故障,为了不影响车辆运行,司机将第2 节车的牵引逆变器控制开关断开,断开后列车监视系统显示第2 节车牵引逆变器通讯错误和第1 节车2 个牵引逆变器不运转故障。

2 牵引逆变器故障诊断分析

2. 1 故障预判断及检修工具材料准备

检修人员根据司机报的故障现象预判断有下列4 种原因:列车监视系统故障、牵引逆变器门控单元故障、牵引逆变器的RS485 传输线故障或牵引逆变器硬线传输故障。

工具材料准备:车辆原理图纸、车辆接线图纸、便携式检测装置、数据线、万用表、司机室钥匙、手电、基本工具等。

2. 2 故障现象确认及初步诊断

检修人员首先用便携式检测装置下载了该车组的事件记录仪、列车监视系统和第2 节车牵引逆变器数据,并向司机询问了故障发生时的车辆状况及处理措施。维修人员将第2 节车的主电机电流超限以及接地故障修复后,进行试车时发现把第2 节车的牵引逆变器控制开关切除,列车监视系统仍报出第1 节车2 个牵引逆变器不运转和牵引逆变器通讯错误2 个故障代码。通过分析认为2 个牵引逆变器不运转的故障代码为误报情况,即只有切除的第2节车为真正的故障车辆,另一节车的故障信息为虚拟信息。

故障排查过程中,为了确认误报车辆,又分别对第4、5 节2 个动车进行“牵引逆变器控制”开关断开试验。首先将第5 节车的牵引逆变器控制开关断开,此时列车监视系统报“牵引逆变器通讯错误”、“2 个牵引逆变器不运转”与第2 节车的现象一致;恢复第5 节车的牵引逆变器控制开关,将第4 节车牵引逆变器控制开关断开,此时列车监视系统只报“牵引逆变器通讯错误”。随后采用对比方法对库内其他车组进行同样操作,得出的结论是:正常情况下切除任何一个车的牵引逆变器控制开关只报牵引逆变器通讯错误,只有切除2 个车牵引逆变器控制开关才报2 个牵引逆变器不运转。因此,根据交集集合概念将故障点集中在第4 节车上,初步分析是由于第4 节车始终发出牵引逆变器故障信号,列车监视系统中央控制单元始终接收并记录这一信息。根据车辆电器原理图分析,牵引逆变器与列车监视系统的通讯是通过RS485 传输线进行的,初步将故障点锁定在下列2 个原因:第4 节车牵引逆变器的RS485 传输线故障,第4 节车牵引逆变器硬线传输故障。

2. 3 故障实际查找过程及确认

经过回忆整理前一阶段的排查过程,检修人员认为此故障与车辆外部配线有关,尤其应重点排查与牵引逆变器主故障继电器相关的接线。同时通过查看事件记录仪发现第4 节车的牵引逆变器主故障继电器2 始终处于“0”低电平状态,即TIL78—T24- 2B触点未闭合,第2 节车和第5 节车的牵引逆变器主故障继电器2 为“1”高电平状态;而第2、4、5节车的牵引逆变器主故障继电器1 始终处于高电平状态,即TIL38—T24 - 1B触点闭合,这一发现为排查工作指明了方向。

检修人员根据车辆布线图查找了T24 - 2B线的所有接线位置(见图1),确认列车监视系统与牵引逆变器之间的连线在车上直流电器柜的端子排上有节点,按接线图发现端子排上49#端子的T24 - 2B线错接在了46#端子的T24 - 1B线上,造成列车监视系统与牵引逆变器之间的T24 - 2B线出现断路故障。

2. 4 故障解决方法

将T24 - 2B线插入正确位置49#端子上,送电试车对列车监视系统“接口信号检查”界面进行确认,其第4 节车牵引逆变器主故障继电器2 恢复为“1”高电平状态。同时再次分别切除第2 节车、第5节车的牵引逆变器控制开关,列车监视系统只报“牵引逆变器通讯错误”而不再报“2 个牵引逆变器不运转”,至此故障现象完全消失。

3 牵引逆变器故障原因分析

“2 个牵引逆变器不运转”故障虽然是在2 台牵引逆变器停止时检测出来的,但列车监视系统会认定牵引逆变器停止工作的条件一个是牵引逆变器主故障继电器1 状态为“0”或牵引逆变器主故障继电器2 状态为“0”,另一个是牵引逆变器通信错误。在本案例中,因为第2 节车牵引逆变器控制开关切除而导致的第2 节车通讯不良,并且由于第4 节车的T24 - 2B线接线错误造成牵引逆变器主故障继电器2 状态为“0”,使得列车监视系统认为第2、第4两节车的牵引逆变器停止工作,由此检测出2 个牵引逆变器不运转的故障。

因该车组还未进入修程,接错线的情况应该是发生在车辆生产阶段,所以此故障为车辆出厂时的既有隐性故障。由于列车监视系统分为Ⅰ系和Ⅱ系,Ⅰ系监控牵引逆变器主故障继电器1,Ⅱ系监控牵引逆变器主故障继电器2,当Ⅰ系、Ⅱ系共同工作时,为防止重复检测,仅Ⅰ系进行故障检测,Ⅱ系只在Ⅰ系停止时作为备用进行故障检测,因此,一旦两系同时工作,当牵引逆变器主故障继电器1 状态为“1”,牵引逆变器主故障继电器2 状态为“0”的情况下,也不会检测为牵引逆变器主故障。所以即使因接错线造成Ⅱ系通道工作不正常时,列车监视系统也不会显示故障提示。

4 故障处理总结

此故障是在车辆生产过程中配错线造成的,并且发生在车辆监视系统Ⅱ系,属于隐性故障,平时不易察觉,为杜绝隐患对所有车组进行了专项检查,即翻查列车监视系统的数据传输检查界面,若出现牵引逆变器主故障继电器2 状态为“0”时,须立即对相关车辆的设备及接线进行排查。

篇5：城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

关键词：高职教育；城市轨道；校企合作；课程建设

一、城市轨道交通的现状

城市轨道交通的英文为：Rail Transit。具有运量大、速度快、安全、环保、节约资源及能源等有点的特有的交通方式。城市轨道交通范围其实很广，包括我们常见的地铁、轻轨、快轨、有轨电车等。城市轨道交通，相比较公交系统、私家车出行等传统的交通工具，运输能力大大增强，运转密度非常高，由于在专门的有轨线路上运行，列车行车时间间隔短，行车速度高，人员的专业性强，其运输能力远远超过现有的公交车。

二、城轨车辆课程的定位

城轨交通需要涉及多个专业相关知识。城轨交通的组成通常涉及到轨道路线、车站、车辆、维护检修基地、供变电、通信信号、指挥控制中心等。我院原有铁路方向的铁道机车车辆专业及铁道车辆两个铁路专业，在此基础上，铁道车辆专业发展为铁道车辆系，在铁道车辆系基础上，开设了城市轨道交通车辆专业，城轨车辆课程，主要研究城市轨道交通当中的车辆、车体，及车辆附属装置。此课程适应城市轨道交通车辆专业要求，又适应区域经济发展需求。

三、城轨车辆课程建设着眼点

（一）合理的人才培养模式。由于高职院校的性质和特点，加强学生的动手能力成为了关键。在本科生阶段培养的是学术型人才，研究生培养的是专门方向的学术研究型人才，而高职生既兼顾了本科生学术的特点，需要有一定的理论知识背景做支撑，但是主要还是重视应用，即应用型本科发展。学生学习理论是要为实践服务的，因此理论知识基础，并不会太深入研究，知道用什么，怎么用，怎么查资料就够了。更注重的是学生动手能力和实践经验的培养。为此城轨车辆的课程目标一定要和现场实际相结合。为此，我们特别设置在高职的第三年整年为实习期，学生有长达一年的时间吃住在现场，顶岗实习，为的就是学生能尽快适应现场环境，为以后工作打下基础。

在教学大纲的制定上，以《车辆检修工》所附的“在岗培训作业指导书”为基础，此教材为与企业合作编写的紧贴现场实际的工学结合教材。紧紧围绕“以企业需求为导向，以职业能力为核心”的思路编写。

（二）完善的师资队伍建设机制。（1）以老带新制度的实施。以前都讲究学徒制，师傅带徒弟，现在学院出台了以老带新制度，有多年丰富的讲课经验及现场实践经验的老教师与新晋教师签订师徒协议，结成对子，老教师一方面传授自己的讲课经验，另一方面把现场实际东西传授给新教师。（2）教师不定期参加学校组织的课改人员的理论知识的培训。通过培训，新教师之间也可以互相交流心得，对学校环境有进一步的熟悉。（3）重视教师的现场实践能力培养。学院制定了教师参加定岗实习和生产实践制度。教师一方面在校内参加校内的生产性实训基地建设，另一方面，在每年的寒暑假期间，外派到各地铁、轻轨单位参加生产实习和实践。

（三）创新改革教学方法。首先，利用搬迁新校区的优势，每个教师都安装了多媒体演播设备，应用此设备，教师可以播放自制的ppt演示文稿，教学视频，由单一的讲解变为全方位立体演示，这大量减少了老师板书的劳动性，同时极大的调动了学生的积极性，提高了课堂效率。对学生实行讨论式、启发式教学。把原来的知识理论体系打破，按照现场实际分成多个项目，按照项目式教学，每个兴趣小组组员之间进行讨论，各组之间也相互讨论渗透，教师由原来的教授变为引导。学生通过做一个一个项目，不知不觉间把理论知识掌握了。这既尊重了学生的特性，教师与学生之间的互动性也大大增加了。教师也通过学生思维的启迪，更容易了解学生的易错点，有的放矢的把精力放在学生容易出错的地方，教学相长明显。

（四）贴近企业现场的校本教材。为了能更好的和现场实际结合，特别选择了人力资源和社会保障部教材办公室和广州市地下铁道总公司组织编写的《车辆检修工》为主要的参考教材。该教材因为以广州市地铁总公司为合作单位，全面结合了广州地铁的实际需求，包含内容比较全面，全面系统地阐述了城市轨道交通车辆检修工所应该掌握的全面知识和技能。为了避免一本教材可能造成的结构单一问题，同时辅助以北京交通大学编写的《城轨车辆总体》为参考，使学生的教学内容更充分、全面。

由于城轨车辆课程是一门新开设课程，课程基础还比较薄弱，本文仅在人才培养模式、师资队伍建设、课程教学方式、方法，及工學结合的校本教材几个方面，对城轨车辆课程建设进行初步的探讨和实践，取得一定成效，今后更要在这些方面进一步改进，加强与企业的合作沟通，进一步深化与企业的合作，突出高职院校职业特点，争取把这门课程保质保量建成精品课程。

参考文献：

[1] 陈超.我国城市轨道交通车辆产业发展战略研究[D].大连交通大学.2010

篇6：城轨车辆牵引传动技术课程教学研究论文

本文研究的牵引传动试验平台由交流牵引传动变流系统、计算机控制系统、计算机测试系统组成。采用“双逆变器—电机”的能量互馈技术, 由两套变流器-电机联轴背靠背组成, 两台电机的能量互馈。用以模拟轨道交通车辆牵引传动系统的牵引、制动等各种工作状况, 完成对其系统部件如变流器、牵引电机、脉冲整流器的各种试验, 以及列车牵引特性试验。

1 交流牵引传动试验台设计

1.1 交流牵引传动变流系统

牵引传动系统采用“双逆变器—电机”的能量互馈技术, 其主电路如图1所示。由低压开关柜、四象限整流器、牵引变流器、负载变流器、辅助变流器、牵引电机、UPS电源等构成。

两组“逆变器—电机”机组互为牵引和负载。当牵引机组处于牵引工况运行时, 负载机组为制动工况;同样, 当牵引机组为制动工况时, 负载机组工作在牵引工况, 给牵引变流器提供恒定的制动负载, 解决系统负载问题及能量利用率问题。接受并执行试验操作台模拟的地铁列车司机操纵指令;进行牵引电机转矩控制, 混合电制动控制, 防冲击控制, 空转/滑行控制, 空重车控制, 牵引/制动切换控制等反转保护, 进行系统控制逻辑检测和故障诊断、显示、记录。

牵引变流器采用大功率IGBT构成的电压型调压调频 (VVVF) 变流器, 变流器采用PWM控制技术, 由牵引控制单元控制IGBT的开通与关断。当地铁列车在牵引工况时, 三相逆变器将直流电变为电压和频率可调的三相交流电, 控制4台并联牵引电机的转矩和转速;当地铁列车再生制动时, 将牵引电机输出的三相交流电整流成直流电反馈回电网。当电网吸收能力不足或不能吸收时, 斩波相则提供再生制动能量释放的通道。

1.2 计算机控制系统

试验台配备计算机控制系统, 通过软件实现对地铁列车的牵引制动的控制, 由主变流器DSP牵引控制单元、工控机、控制台电控部分构成。工控机与DSP牵引控制单元通过CAN总线连接。通过工控机对变频电源的控制, 实现在允许速度、功率范围内, 依据给定速度指令恒速运行;在允许转矩、功率范围内, 依据给定转矩指令恒转矩运行。

主变流器DSP牵引控制单元完成对变频器的核心控制算法 (DTC直接转矩控制) 、上位机进行通讯获取控制指令, 反馈变频器的工作状态, 并通过开关量输入输出接口测取转速和控制台主令电器的控制指令, 输出对主开关的控制信号。

工控机运行牵引传动试验系统各单元的控制程序, 直接实现被试件的运行控制, 同时实现试验系统的自检、系统初始化、通信管理等, 显示各变频电源、电机、电源等主要设备的工作情况和运行参数, 进行故障信息显示和记录, 显示主要参数波形图、数据表。

电控部分通过操作台上的司机控制器、按钮、旋钮、仪表及指示灯进行控制调节和显示, 实现电机的启动、运行和停机以达到城轨列车各种运行试验工况。

1.3 计算机测试系统

测试系统是一个网络通信系统, 由测试主计算机、功率分析仪、测量转换电路、转矩转速传感器、电压测量模块、电流传感器等组成。随时监控着控制台的网络信号反馈。与控制计算机配合运行, 可替代司机控制台对列车的控制。

测试项目包括:

2 交流牵引传动试验台工作原理

牵引变流系统通过一组四象限脉冲整流器为模拟列车牵引部提供直流动力电源, 列车母线电源为DC 510V, 母线电源分别为列车牵引变流器、模拟负载变流器及列车辅助变流器提供动力电源。负载变流器为与牵引变流器同等功率的电源, 与牵引变流器可互为牵引和负载, 且可以四象限运行。牵引变流器控制牵引电机处于牵引工况运行时, 负载变流器控制负载电机为制动工况, 给牵引变流器及电机提供负载, 给定的负载既可以是恒定的, 也可以随牵引力的变化而变化。同样, 当牵引变流器控制牵引电机工作在制动工况时, 负载变流器此时工作在牵引工况, 给牵引变流器提供恒定的制动负载。无论整个牵引变流系统处于牵引工况还是处于制动工况, 总有一组变流器是工作在发电工况的, 且发出的电能可以通过变流器的四象限控制, 回馈到直流母线上。回馈到直流母线上的直流电源也将再供给用电工况的变流器使用, 如列车辅助变流器在供电直流母线侧取动力电源, 来模拟通风, 空调等设备的实际电源, 构成了电源的系统内部循环。

3 交流牵引传动系统控制特性研究

牵引变流器控制采用DCT直接转矩控制技术, 将上位机给定值和控制指令转换成变流器用的控制信号, 对整流器、变流器、牵引电机进行控制。DSP牵引控制单元每25μs将测量的电机电流值和直流回路电压值输入到一个自适应的电机模型, 并精确地计算出电机的转矩和磁通。磁通和转矩比较器把实际值与磁通和转矩控制器计算的给定值进行比较。根据转矩误差, 磁链误差及磁链的相位, 采用优化策略, 选择合适的电压矢量及电压矢量作用的时间, 在较低的开关频率下, 达到最小的转矩脉动和转矩的快速响应的性能, 从而最好地满足牵引特性要求, 实现对陪试电机的精确控制。

试验证明, 控制系统具有精确的速度控制特性, 速度控制器基于PID算法, 静态速度误差为电机额定转速±0.1% (不带脉冲编码器) , 动态速度误差的典型值在100%;负载转矩阶跃下, 为±0.2%…0.5%sec;动态速度误差取决于速度控制器的调节。

相较于电流矢量控制, DCT直接转矩控制能使逆变器的开关直接由电机的核心变量磁通和转矩控制, 不需要轴的速度和位置反馈, 每个逆变器的开关过程单独确定, 在70%转速时, 转矩阶跃时间少于3ms, 不需要速度和位置编码器即可满足性能要求。

4 结语

本文对交流传动互馈试验平台的功能、原理、结构、控制特性进行了研究, 系统采用双DSP技术的全数字化控制硬件系统, 可快速高效地实现复杂的控制策略, 采用先进直接转矩控制 (DTC) , 其控制结构简单, 控制手段直接, 可实现对负载电机静动态性能的高效和高精度控制, 使得电机的驱动及调速控制更加灵活、简易, 控制精度更高。同时能够利用小功率等级的电源进行大功率等级的系统试验研究, 具有较好的节能效果。

参考文献

[1]霍连文, 郭建斌.采用双变流器——电机能量互馈的交流传动试验系统[J].机车电传动, 2004 (04) .

篇7：车辆流体传动与控制课程教学探讨

车辆流体传动与控制课是车辆工程专业的一门专业基础课,是汽车设计等专业课的先修课程,旨在培养学生了解和掌握流体力学的基础知识、液压、气压和液力传动的基本原理、系统组成和设计分析计算。此课程还使学生了解车辆上一些典型液压、气压、液力机构的应用,将来学生在从事车辆设计、制造、维修、检测等工作时具有分析解决液压气动液力问题的基础和初步能力。车辆流体传动课程具有理论与实际密切相关的特点,例如课程前面涉及流体力学的基础理论知识,后半部分涉及工程中尤其车辆工程中具体液压气动液力系统,如ABS液压系统、自动变速器液压系统、空气悬架和液力变矩器等典型系统。为了适应新时期工程技术的发展,以培养学生实践工作和动手能力,同时锻炼学生创新能力为本课程建设目标,对课程教学方法进行探讨完善,提高课程的教学效果。

二、课程教学方法探讨

1.上好第一次课:即在第一次课时介绍好这门课程的脉络,要讲清楚这门课程的学习意义,激发学生学习这门课程的兴趣。要借助多媒体等手段生动地展示生活、工程中常见的典型液压、气压系统,要使学生明白流体传动是与机械、电气传动并列的而且是工程中尤其是基础设施建设中一种必不可少、不可替代的传动方式。学生学好流体传动与控制这门课程,他们的工程世界将会再建一城。我们在教学中列举地铁建设中的大型盾构机及其关键的液压系统,使学生了解液压技术的强大。总之通过第一次课的介绍,要激发学生热情,鼓励学生“技术立业”,做工程知识全面、懂液压传动的汽车工程师,鼓励学生通过学习感受液压工程技术的强大与雄壮。

2.举例式教学:在车辆流体课的课堂讲授教学中要将举例常态化,通过例子加深学生的理解。要联系日常生活的例子,尤其联系工程中的实例。有时讲十句百句不如讲一个实例,例如在讲到液体粘性随温度变化时举日常生活中的米粥在高温时发稀而黏度小,而在低温时活力下降而凝在一起因此黏度增大的例子,通过这个例子就使学生很容易记住温度对粘性的影响。在讲到双向液压锁时要把后面的汽车起重机部分的相关知识点拿过来,通过汽车起重机竖直支腿的液压缸的工作过程说明为何需要液压锁。在讲到流体连续性时,以大河流动为例:河面较宽时河水流速较慢而河面较窄处水流较快,这是流体流动连续性的体现。在讲到流线、流管和流束时,以捆扎包装的花束为例来说明,使学生对这三个概念有一个对比的认识。要多尝试用工程的实例以及生活常见现象、生活经验帮助理解记忆。

3.设问式教学:对于流体这门技术性特别强的课程,里面涉及很多具体结构,要多作设问,问问学生为什么是这样,而不是那样,如果那样,又会怎么样。通过设问引发学生的思考,让学生感受设计者的意图和设计的精巧之处。例如在讲到压力基本回路中溢流阀的限压安全保护作用时,问问学生如果系统超载,同时溢流阀实效,系统会怎样。例如讲到液控单向阀的图形符号时,问问学生为何液控单向阀外画个方框,另外在讲到换向阀图形符号里面的箭头不一定表示真实流向时,问问学生,既然不代表真实流向,那么干脆不画箭头好不好,激发学生思考。

4.翻转式教学:有时要提问学生在座位处回答,同时鼓励学生上台来讲。在讲到一些阀的结构、或者基本液压回路时,如果阀或回路的结构不是很复杂,难度适中,可以先让学生预研几分钟,然后点学生上台来“当老师”给同学们和老师讲,通过角色翻转促使学生积极思考,锻炼学生自学能力和表达能力。

5.讲授与自学相结合:大学课程不能采用满堂灌式的填鸭式教学,这早已经是人们的共识,课堂上采取讲与学生自学相结合,在理顺车辆流体课程知识结构和内在联系之后,合理安排好教学节奏,宜将讲授和自学部分穿插结合,简单易学、非重点内容安排学生自学,做到重点突出、详略得当,讲授与自学相结合,实现教师为主导、学生为主体的学习方式,利用有限学时最终使学生形成完整且有效的知识结构和体系。

6.有效利用网络、MOOC教学等现代教学学习手段,把课程中的重点、难点做成独立的电子课程,供学生课后上网学习,早在五年前课程团队就自行开展了流体传动课程教学网页的开发,申请了课程教学网络平台的建设项目,为重点课程制作平台提供优质教学资源,只有通过网络教学才能实现各种资源的共享,起到示范作用,为课程的建设提供方便。当前利用学校提供的强大的课程学习中心平台,课程平台的内容包括主要有师资队伍介绍、课程教学大纲、课程简介、多媒体课件、习题、实验指导书、教师和学生互动平台、自测平台等项目,形成较完备的网络教学环境,达到知识网络共享,为学生提供一个自主学习的平台。

7.加强实验实践教学,实验实践教学是巩固课堂教学的有效方法,我们在原有ABS实验台、汽车气压制动实验台、各种车辆液压气压元件、液力变矩器实物教具等基础上,在2010年新购进了PLC液压教学实验平台、可以完成各种液压、气动基本回路的连接与控制实验。增强了实物教学硬件部分并与PLC等控制方法结合加强学生的课程学习。自编了车辆液压传动与控制实验指导书,该实验教材针对目前开设的实验课程,分别进行实验指导。目前在实验课程的进行中,将基于新试验台增加设计型实验、综合性能实验,提高学生的学习兴趣和感性认识,注重学生的学习积极性、主动性、独立学习、独立设计、实际动手能力的培养。进一步进行开放式性能实验,培养学生创新思维和综合实践能力和素质。

8.结合课程开展本科生科研训练项目,利用本门课程知识并结合机械原理、机械设计等知识组织学生开展车用或者一般的液压、气动、液力系统的设计。这种训练项目还可以利用大学生创新创业训练项目、大学生科研训练项目的资助进行。车辆流体传动与控制课程最大的特色是:它不仅在内容上与各专业课程紧密相扣,而且与生产实践联系紧密。因此,授课教师往往能将该课程建设、实验室建设、毕业设计、课题研究等相互配合、彼此促进,收到事半功倍的效果,结合实际科研项目、大学生创新创业项目以及指导毕业设计,使学生在实战能力上得到实在的提高。

9.教师的学习与提高,车辆流体传动与控制技术的发展与时俱进,要求授课教师也要不断更新知识,提高认识,不断了解这一领域的发展方向和趋势。在每一轮的课程教学中,要尽力引入新的内容。教师自己要热爱这个课程,热爱这个本职工作,在每一轮甚至每一次课前都要思考如何进一步把这门课程提高,思考改进幻灯片,思考改进讲法和内容,从各方面多角度地思考改进课程。几年来本课程教师团队通过参加车辆工程年会等形式积极参与各院校在课程的教学研究、教学改革、教材规划和建设等方面的研究、交流和研讨,了解国内教学的基本情况,对指导、推进教学工作起了积极作用。课程团队将根据当今的科技动态和生产实际,及时地对教学内容加以补充,扩大学生的知识视野,缩小理论与实际的差距。

三、结束语

以上是讲授车辆流体传动与控制课程的点滴浅见,总之车辆流体传动与控制课程是一门实战性强且很有趣的专业基础课,为教师提供了很大的空间,未来将继续探讨这门课的特点和规律,与时俱进调整课程的教学内容,加强教学和实践教学环节,完善多媒体教学课件,大力进行教学方法改革,完成课程的网络化建设,进一步提高教学质量,努力把车辆流体课建设成精品课程。

参考文献

[1]郭温,周小勇,蔡霞,赵孟文,王芳.液压与气动技术课程教学改革探索[J].西安航空学院学报,2015,33(3).

[2]杨洁,杨云,瞿珏,王崴,高虹霓.微课程在液压技术课程教学建设中的应用研究[J].高教学刊,2016,(5).