電力牽引傳動與控制重點技術的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、電力牽引傳動與控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展（湖南長沙410075）摘要：簡要簡介了機車電力傳動形式日勺轉(zhuǎn)變歷程，回憶了交流傳動日勺發(fā)展 歷史，揭示出電力電子技術與電傳動技術勺密切關系，重點論述了國內(nèi)電力牽引 技術勺發(fā)展與現(xiàn)狀，并展望了以交流傳動技術為方向勺國內(nèi)鐵路機車車輛裝備制 造業(yè)勺發(fā)展前景。核心詞：機車電傳動；交流傳動；牽引；控制；電力電子器件；發(fā)展The Present Condition and Development of Electric DriveTechnology for LocomotiveAbstract: The article concisely introduced how

2、 the form of electric drive for locomotive changed, and looked back to communicate to spread dynamic development history. The close relationship between power electronic and electric drive technology is revealed. It especially illustrated the development and present condition of electric drive techn

3、ology for locomotive of our country and look forward to long term potential of railway roiling stock equipment manufacture with direction of AC drivetechnology.Key words: electric drive for locomotive; AC drive; traction;control; power electronic devices; development電力傳動形式的轉(zhuǎn)變從很早日勺年代開始，人們就始終努力摸索機車牽引動

4、力系統(tǒng)日勺電傳動技術。 1879年勺世界第一臺電力機車和1881年勺第一臺都市電車都在嘗試直流供電牽 引方式。1891年西門子實驗了三相交流直接供電、繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機牽引 勺機車，19德國又試制了采用“劈相機”將單相交流供電進行旋轉(zhuǎn)、變換為三 相交流電勺實驗車。這些技術摸索終因系統(tǒng)龐大、能量轉(zhuǎn)換效率低、電能轉(zhuǎn)換為 機械能勺轉(zhuǎn)換能量小等因素，未能成為牽引動力勺合用模式。1955年,水銀整流器機車問世，標志著牽引動力電傳動技術實用化勺開始。1957年，硅可控整流器（即一般晶閘管）勺發(fā)明，標志著電力牽引跨入了電力 電子時代。大功率硅整流技術勺浮現(xiàn)，使電傳動內(nèi)燃機車和電力機車勺傳動型式 從直-直傳

5、動（直流發(fā)電機或直流供電-直流電動機），很自然地被更優(yōu)越勺交-直 傳動（交流發(fā)電機或交流供電-硅整流-直流電動機）所取代。1965年,晶閘管整流 器機車問世，使牽引動力電傳動系統(tǒng)發(fā)生了主線性勺技術變革，全球興起了單 相工頻交流電網(wǎng)電氣化勺高潮。隨著大功率勺晶閘管特別是大功率可關斷晶閘管 （GTO）勺浮現(xiàn)和微機控制技術等勺發(fā)展，20世紀70年代后來浮現(xiàn)了交-直-交傳 動（交流發(fā)電機或交流供電-硅整流-逆變器-交流電動機），即所謂勺交流傳動， 又很自然地取代了交-直傳動。交流傳動技術勺發(fā)展交流電動機作為牽引電動機使用，具有獨特勺優(yōu)越性：（1）交流電動機體積小、質(zhì)量輕、功率大。體積小，解決了安裝空間

6、勺限制 問題；質(zhì)量輕，減小了機車轉(zhuǎn)向架勺簧下質(zhì)量，改善了輪軌作用力，適應了高速勺 需要；功率大，解決了高速所必需勺動力問題。（2）交流電動機保持恒定大功率勺速度范疇寬，有助于實現(xiàn)客貨通用型機車。交流電動機無換向器，消除了電刷與換向器磨耗，提高了可靠性，也減少 了制造和維修成本。異步交流電動機具有優(yōu)秀日勺牽引性能，陡峭日勺自然特性有助于提高粘著 運用，能更好地發(fā)揮牽引力。雖然交流電動機，特別是異步電動機具有上述優(yōu)勢，但在上世紀70年前，由 于直流電機控制勺簡便性，以及電力電子技術僅具有整流晶閘管器件和完善勺整 流技術，交流傳動無法與直流傳動相媲美。隨著迅速晶閘管勺浮現(xiàn),采用異步牽引 電機、迅速晶

7、閘管變流機組、電流一滑差控制措施勺交流傳動系統(tǒng)勺DE-2500 內(nèi)燃機車問世了，交流傳動在牽引領域呈現(xiàn)出前所未有勺活力。從此，機車車輛 裝備進人了新時代。1983年,世界首批5臺BR120型大功率干線交流傳動電力機車，贏得了德國 聯(lián)邦鐵路勺承認。BR120機車在系統(tǒng)設計、總體布置、參數(shù)選擇與優(yōu)化規(guī)則、電 路構造方面以及在重要部件，如臥式主變壓器、牽引變流器、牽引電動機、空心 軸萬向節(jié)傳動裝置、輔助變流器等勺設計和制造方面，成功地進行了嘗試，奠定 了現(xiàn)代交流機車設計和運營勺基本模式。交流傳動系統(tǒng)不僅能充足發(fā)揮了交流電 動機勺優(yōu)越性，并且采用新技術后，帶來了新勺優(yōu)勢：機車采用四象限脈沖變流器，大大

8、減少了供電網(wǎng)勺電流諧波分量，改善 了供電品質(zhì)，解除了對通信、信號勺干擾；交流傳動機車可使供電網(wǎng)獲得近似于1勺功率因數(shù)，從而減小了供電網(wǎng) 損耗，再生制動時還可以向電網(wǎng)反饋品質(zhì)良好勺電能，節(jié)能效果明顯；機車向前/向后、牽引/制動操縱無需位置轉(zhuǎn)換開關即可進行主電路勺轉(zhuǎn) 換，電路簡樸，可靠性高。西方發(fā)達國家投入巨資研發(fā)軌道交通交流傳動系統(tǒng)，通過30年日勺研發(fā)、考 核、技術更新，已完畢了機車車輛直流傳動向交流傳動勺產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換。TGV、新干 線、ICE已經(jīng)成為鐵路現(xiàn)代化和國家綜合實力勺標志之一。交流傳動成為鐵路實 現(xiàn)高速和重載勺唯一選擇和發(fā)展方向。在這發(fā)展過程中，電力電子器件勺發(fā)展是交流傳動技術進步勺物質(zhì)基

9、本。第 一代機車采用迅速晶閘管,變流機組復雜、效率較低、可靠性和可維修性等均不 抱負。隨著大功率GTO器件勺誕生，上世紀80年代中后期被迅速應用于大功率 交流傳動機車動車，技術性能又有新勺提高。進入上世紀90年代，中高壓IGBT 相繼問世，器件品質(zhì)進一步提高,變流機組又開始更新?lián)Q代。與此同步，控制方略勺發(fā)展是交流傳動技術進步勺理論基本。先后研究、應 用了晶閘管移相整流控制、PWM控制、四象限脈沖整流控制、磁場定向控制、直 接轉(zhuǎn)矩控制等措施。微電子、信息技術等為交流傳動技術進步提供了現(xiàn)代控制手段。從過去復雜 勺模擬一數(shù)字電路實現(xiàn)簡樸勺控制功能,進人現(xiàn)代網(wǎng)絡化控制、小型化及模塊化 構造。微計算機和微解決器品質(zhì)不斷提高,由8位進步到32位、64位，由定點運 算進步到浮點運算，解決能力大幅提高，構筑了以高速數(shù)字信號解決器為核心勺 實時控制器。由此可見，電力電子技術這門綜合