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1 绪论 1

1.1 电力牵引传动的发展历程 1

1.1.1 电力牵引传动控制系统的概念 1

1.1.2 电力牵引传动的发展历程 1

1.2 电力牵引供电方式及供电系统 7

1.2.1 电力牵引供电方式 7

1.2.2 电力牵引供电系统 8

1.3 电力牵引控制系统的类型 10

1.3.1 直流-直流（直-直）牵引系统 11

1.3.2 交流-直流（交-直）牵引系统 11

1.3.3 交流-直流-交流（交-直-交）牵引系统 12

1.3.4 直流-交流（直-交）牵引系统 13

1.4 电力牵引传动的控制方式 14

复习与思考题 15

能力培养题 15

2 牵引理论基础 16

2.1 动轮与钢轨间的黏着与蠕滑 16

2.1.1 黏着 16

2.1.2 蠕滑 17

2.2 牵引力的形成及限制 17

2.2.1 牵引力的形成 17

2.2.2 黏着对牵引力的限制 18

2.2.3 黏着系数的影响因素及计算黏着系数 18

2.3 制动力的产生 20

2.3.1 制动力的概念及制动方法 20

2.3.2 制动力的产生 21

2.4 空转与滑行的产生及黏着的控制 22

2.4.1 空转与滑行的产生及防止 22

2.4.2 黏着控制的意义及分类 23

2.5 牵引运行及特性 24

2.5.1 列车运行过程 24

2.5.2 列车阻力 26

2.5.3 列车牵引特性 27

复习与思考题 29

能力培养题 30

3 电力牵引控制系统常用的电力电子器件 31

3.1 普通晶闸管 31

3.1.1 晶闸管的结构与工作原理 31

3.1.2 晶闸管的特性 33

3.1.3 晶闸管的主要参数 33

3.1.4 晶闸管的触发电路 35

3.1.5 晶闸管的串并联 39

3.1.6 晶闸管的应用与保护 41

3.2 门极可关断晶闸管 41

3.2.1 GTO的结构与工作原理 41

3.2.2 GTO的主要参数特性 44

3.2.3 GTO的门极驱动电路 47

3.3 绝缘栅双极晶体管 51

3.3.1 IGBT的基本结构与工作原理 51

3.3.2 IGBT的特性 53

3.3.3 IGBT的擎住效应与安全工作区 54

3.3.4 IGBT的驱动与保护技术 55

3.4 功率集成电路 63

3.4.1 PIC技术 64

3.4.2 智能功率模块 65

3.5 缓冲电路 67

3.5.1 缓冲电路的作用与基本类型 67

3.5.2 缓冲电路的基本结构 68

3.5.3 缓冲电路中Cs和Rs值的确定 70

复习与思考题 71

能力培养题 71

4 电力牵引变流器 72

4.1 斩波电路（斩波器 72

4.1.1 降压斩波电路 72

4.1.2 升压斩波电路 81

4.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 84

4.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 86

4.1.5 复合斩波电路和多相多重斩波电路 87

4.2 整流电路（整流器） 93

4.2.1 入端整流器概述 93

4.2.2 电压型四象限脉冲整流器 97

4.3 逆变电路（逆变器） 111

4.3.1 基本逆变电路 111

4.3.2 正弦波脉宽调制逆变电路 116

4.3.3 感性负载下三相桥式逆变器的电流波形和能量反馈 124

4.3.4 三点式（三电平）逆变电路 127

复习与思考题 132

能力培养题 133

5 直流牵引系统 134

5.1 直流牵引电动机的牵引性能 134

5.1.1 牵引电动机之间的负载分配 136

5.1.2 电压波动对牵引电动机工作的影响 136

5.1.3 直流牵引电动机的功率利用 137

5.1.4 直流牵引电动机的黏着特性 138

5.2 直流牵引系统的牵引特性 138

5.2.1 恒电压牵引特性 139

5.2.2 恒功率牵引特性 139

5.2.3 恒电流牵引特性 140

5.2.4 恒速度牵引特性 140

5.2.5 组合牵引特性 141

5.3 直流牵引系统的控制 141

5.3.1 直流牵引电动机的调速 142

5.3.2 直流牵引系统的控制方法 142

5.4 SS9型电力机车直流牵引控制系统 146

5.4.1 SS9型电力机车牵引系统概述 146

5.4.2 SS9型电力机车牵引系统的主要技术参数 147

5.4.3 SS9型电力机车牵引系统的主电路 147

5.4.4 机车特性 147

5.5 DF11型内燃机车直流牵引控制系统 152

5.5.1 DF11型内燃机车概述 152

5.5.2 DF11型内燃机车的牵引特性 155

5.5.3 DF11型内燃机车的功率控制 156

5.5.4 DF11型内燃机车的主电路 160

5.5.5 DF11型内燃机车的速度控制 162

5.6 城市轨道交通车辆直流牵引控制系统 163

5.6.1 变阻控制 163

5.6.2 斩波调压控制 167

复习与思考题 179

能力培养题 180

6 交流牵引系统 181

6.1 概述 181

6.2 交流异步电动机的调速 182

6.2.1 交流异步电动机的机械特性 183

6.2.2 交流异步电动机的调速特性 184

6.3 交流牵引系统的逆变器 185

6.3.1 牵引逆变器的基本电路 185

6.3.2 牵引逆变器的主电路 186

6.3.3 牵引逆变器的控制 188

6.4 交流牵引系统的控制 194

6.4.1 牵引特性 194

6.4.2 交流牵引系统的主电路 195

6.4.3 交流牵引系统的控制方法 198

6.4.4 牵引控制单元 200

6.5 HXD3型电力机车的交流牵引系统 201

6.5.1 HXD3型电力机车概述 201

6.5.2 HXD3型电力机车的牵引特性 202

6.5.3 HXD3型电力机车的电路 204

6.5.4 HXD3型电力机车的矢量控制 208

6.6 CRH1型动车组交流牵引系统 210

6.6.1 CRH1型动车组的技术特点 210

6.6.2 CRH1型动车组的主要性能参数 212

6.6.3 CRH1型动车组牵引系统的主电路 213

6.6.4 CRH1型动车组的控制 213

6.7 城市轨道交通车辆的交流牵引系统 215

6.7.1 城市轨道交通车辆牵引传动系统的主要设备和工作原理 215

6.7.2 VVVF控制下的城市轨道交通车辆牵引特性 216

6.7.3 磁场定向式矢量控制系统 217

6.7.4 直接转矩控制系统的结构及原理 221

复习与思考题 222

能力培养题 223

7 电气制动控制系统 224

7.1 概述 224

7.1.1 电气制动的种类 224

7.1.2 电气制动的特点 225

7.2 电气制动的基本原理 225

7.2.1 电阻制动和再生制动的基本原理 225

7.2.2 电磁制动的基本原理 227

7.3 电阻制动 230

7.3.1 直流牵引系统的电阻制动 230

7.3.2 电阻制动的控制 232

7.3.3 加馈电阻制动 234

7.4 再生制动 235

7.4.1 直-交牵引系统的再生制动 235

7.4.2 交-直牵引系统的再生制动 236

7.4.3 交-直-交牵引系统的再生制动 238

7.5 电气制动控制系统实例 238

7.5.1 SS9型电力机车的加馈电阻制动系统 238

7.5.2 ND5型内燃机车的电阻制动系统 240

7.5.3 DF11型内燃机车的电阻制动系统 242

7.5.4 HXD3型电力机车的扩展再生制动系统 249

7.5.5 城市轨道交通车辆的制动控制系统 250

复习与思考题 259

能力培养题 260

8 黏着控制系统 261

8.1 概述 261

8.2 黏着控制模式 262

8.2.1 黏着控制的功能目标 262

8.2.2 黏着控制的基本模式 262

8.2.3 黏着状态检测 263

8.2.4 黏着控制策略 264

8.3 黏着控制系统的性能指标 265

8.4 内燃机车的黏着控制系统 266

8.4.1 概述 266

8.4.2 轮径校正 267

8.4.3 速度与加速度信号处理 268

8.4.4 控制基准的产生 268

8.4.5 控制信号的形成 269

8.5 电力机车的黏着控制系统 269

8.5.1 防空转和防滑行系统概述 270

8.5.2 轮径修正 270

8.5.3 速度差、加速度、加加速度信号的检测 271

8.5.4 防空转、防滑行系统的电流修正 272

8.5.5 记忆最大黏着系数时电流值的电路 273

8.6 城市轨道交通车辆的黏着控制系统 273

8.6.1 电牵引与电制动的防空转与防滑行保护系统 274

8.6.2 空气制动的滑行保护系统 274

复习与思考题 275

能力培养题 275

9 列车微机控制系统 276

9.1 列车微机控制系统的结构 277

9.1.1 微机控制系统的结构模型 277

9.1.2 微机控制系统的功能结构 279

9.2 车载微机的组成 279

9.2.1 车载微机的功能结构 279

9.2.2 车载微机的机械结构 281

9.2.3 车载微机的软件结构 282

9.3 列车控制网络 283

9.3.1 列车通信网络标准——TCN标准 283

9.3.2 World-FIP协议 288

9.3.3 IEEE 1473标准和Lon-Works总线 290

9.3.4 ARCNET总线 292

9.4 微机控制系统的应用实例 294

9.4.1 SIBAS系统 294

9.4.2 MITRAC系统 295

9.4.3 AGATE系统 296

9.4.4 TIS信息系统 298

复习与思考题 300

能力培养题 300

10 高速磁悬浮列车控制系统 301

10.1 概述 301

10.2 直线牵引电动机 301

10.2.1 直线电动机的基本结构 301

10.2.2 直线电动机的工作原理 304

10.3 直线磁悬浮电动机 306

10.3.1 概述 306

10.3.2 直线磁悬浮电动机的分类与结构 307

10.3.3 直线磁悬浮电动机的性能指标 307

10.4 直线电动机驱动的磁悬浮列车 309

10.4.1 概述 309

10.4.2 常导吸浮型磁悬浮列车 310

10.4.3 超导斥浮型磁悬浮列车 312

复习与思考题 316

能力培养题 316

11 电力牵引传动与电磁兼容 317

11.1 电磁兼容的基本概念 317

11.2 电磁干扰量及其传播途径 318

11.3 电气化铁路的电磁干扰问题 319

11.4 电力牵引系统的干扰 321

11.5 改善电磁兼容的措施 322

复习与思考题 324

能力培养题 324

参考文献 325

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