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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