《機(jī)車(chē)新技術(shù)（第四版）》 課件 4第九講 交流傳動(dòng)與牽引控制新技術(shù)發(fā)展

機(jī)車(chē)新技術(shù)第九講交流傳動(dòng)與牽引控制新技術(shù)發(fā)展交流傳動(dòng)的技術(shù)優(yōu)越性及發(fā)展概況01變流技術(shù)與變流器產(chǎn)品02CONTENTS壹交流傳動(dòng)的技術(shù)優(yōu)越性及發(fā)展概況什么是交流傳動(dòng)?通俗地講,就是把從接觸網(wǎng)取來(lái)的單相高壓交流電變成供牽引電機(jī)用的三相交流電的過(guò)程。一、交流傳動(dòng)技術(shù)原理動(dòng)車(chē)組經(jīng)受電弓從接觸網(wǎng)獲得單相工頻25千伏交流高壓電,輸送給車(chē)載牽引變壓器進(jìn)行降壓,然后通過(guò)高頻脈沖整流器變換成直流電,再由逆變器將直流電變換成調(diào)頻調(diào)壓的三相交流電,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為交—直—交變換。最后從逆變器輸出的三相交流電供給交流牽引電機(jī),牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)減速齒輪傳遞給輪對(duì),從而使動(dòng)車(chē)組獲得牽引整列高速動(dòng)車(chē)組前進(jìn)的輪周牽引力。二、交流傳動(dòng)技術(shù)優(yōu)越性1構(gòu)造簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速高，可靠性高，維修簡(jiǎn)便異步電動(dòng)機(jī)的重量輕、體積小，可使機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向架簧下部分重量相應(yīng)減少簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)密封性好，防潮、防塵、防雨雪性能好故障率低，可靠性高無(wú)觸點(diǎn)電子元件完成，不存在觸點(diǎn)磨損、粘連、接觸不良、機(jī)械卡滯等問(wèn)題完備的計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)交流傳動(dòng)技術(shù)是一門(mén)綜合了高科技含量的技術(shù)，其本質(zhì)是牽引電動(dòng)機(jī)采用了交流異步電動(dòng)機(jī)，其一系列的優(yōu)點(diǎn)都是由此而表現(xiàn)出來(lái)的。2功率大，牽引力大，機(jī)車(chē)可以發(fā)揮較高的輸出功率電機(jī)運(yùn)行效率高空間利用好，使機(jī)車(chē)功率得以進(jìn)一步提高，再生制動(dòng)時(shí)亦能輸出較大的電功率轉(zhuǎn)速高異步牽引電動(dòng)機(jī)不存在換向問(wèn)題，所以高速行車(chē)時(shí)電機(jī)的效率也就較高；同時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)因無(wú)換向器，空間利用好，使機(jī)車(chē)功率得以進(jìn)一步提高，再生制動(dòng)時(shí)亦能輸出較大的電功率。而串激直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定子、轉(zhuǎn)子都有絕緣要求很高的繞組，有換向器裝置和電刷機(jī)構(gòu)，摩擦部分多，接線復(fù)雜，機(jī)械轉(zhuǎn)速受換向條件和機(jī)械強(qiáng)度的限制，只能達(dá)到2500r/min左右。交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)4000/min以上，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速甚6000/min,這是直流電機(jī)望塵莫及的。3.粘著性能好具有很硬的機(jī)械特性，具有很強(qiáng)的恢復(fù)粘著的能力異步電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)可以很方便地進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)，粘著利用率高可實(shí)現(xiàn)各軸單獨(dú)控制(1)異步電動(dòng)機(jī)有很硬的機(jī)械特性，所以當(dāng)某電機(jī)發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)矩很快降低，具有很強(qiáng)的恢復(fù)粘著的能力?？辙D(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)速上升值不大，即使是同步轉(zhuǎn)速，與工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速差一般也不會(huì)超出5%。串激電動(dòng)機(jī)則不然，轉(zhuǎn)矩變化一點(diǎn)，轉(zhuǎn)速就變化很大。(2)異步電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)可以很方便地進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)最大可能的粘著利用，不會(huì)出現(xiàn)粘著中斷情況。根據(jù)檢測(cè)有關(guān)粘著控制的信號(hào)，準(zhǔn)確、迅速地改變逆變器輸出的電壓和頻率，尋求最佳工作點(diǎn)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既不會(huì)發(fā)生空轉(zhuǎn)，又能充分發(fā)揮最大的牽引力。(3)可實(shí)現(xiàn)各軸單獨(dú)控制。當(dāng)某臺(tái)電機(jī)發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，可調(diào)節(jié)該臺(tái)電機(jī)，這樣能充分利機(jī)車(chē)的粘著性能。在交直傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)某軸空轉(zhuǎn)時(shí)，需要使其他所有軸的電機(jī)卸載，這樣就大大降低了機(jī)車(chē)的牽引能力。由于上述特性和良好的控制功能，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的粘著系數(shù)可以利用得很高。1992年，美國(guó)鐵路協(xié)會(huì)(AAR)在向四家機(jī)車(chē)制造廠提出的26臺(tái)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)投標(biāo)建議書(shū)中提出的粘著指標(biāo)是：起動(dòng)粘著系數(shù)為45%,全天候牽引粘著系數(shù)為32%。如此高的粘著系數(shù)，得益于交流機(jī)傳動(dòng)機(jī)車(chē)良好的粘著控制性能，這對(duì)于交直流傳動(dòng)系統(tǒng)是不可能達(dá)到4.簡(jiǎn)化了機(jī)車(chē)主電路異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及牽引、制動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，通過(guò)機(jī)車(chē)控制電路就能實(shí)現(xiàn)，不需要改變主線路，所以機(jī)車(chē)主線路中的兩個(gè)位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以省去，主電路變得十分簡(jiǎn)單，使整車(chē)的可靠性大大提高，降低了使用維修費(fèi)用。5.動(dòng)力性能和制動(dòng)性能較好異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕可在廣闊的速度范圍內(nèi)實(shí)行電制動(dòng)6.效率高，利用率高，使用靈活性強(qiáng)由于其可靠性、耐久性和易于維修，使交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的利用率顯著提高交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)有強(qiáng)的使用靈活性交流傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率約為0.90,而交直流傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率約為0.86。對(duì)E120型流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的長(zhǎng)期應(yīng)用對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，客運(yùn)作業(yè)時(shí)可節(jié)能3%~6%,貨運(yùn)作業(yè)時(shí)可節(jié)能8%10%。由于其可靠性、耐久性和易于維修，使交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的利用率顯著提高。與直流傳機(jī)車(chē)相比，BBC交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的利用率提高了10%。對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，在計(jì)算機(jī)車(chē)數(shù)量時(shí)，機(jī)車(chē)?yán)寐势鹬匾饔茫瑢?duì)所需投資有決定性的影響。交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)有很強(qiáng)使用靈活性，它既可滿足貨運(yùn)的大的起動(dòng)牽引力的要求，又可滿足客運(yùn)高速度的要求三、交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展德國(guó)1971年，德國(guó)Henschel公司和BBC公司首先開(kāi)發(fā)出DE2500型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，功率為1840kW,從此開(kāi)始了現(xiàn)代交流機(jī)車(chē)的時(shí)代。1987年，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)應(yīng)用GTO元件的交流機(jī)車(chē)—3200kW的Re4/4型機(jī)車(chē)，應(yīng)用GTO元件的交流機(jī)車(chē)稱(chēng)為第二代交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)。DE2500型Re4/4型（瑞士）內(nèi)燃機(jī)車(chē)試驗(yàn)1971年，西德亨舍爾公司和瑞士BBC公司成功研制了世界上第一臺(tái)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)，采用了三相異步交流牽引電動(dòng)機(jī)和晶閘管電壓型逆變器，機(jī)車(chē)軸式Co-Co。在試驗(yàn)中交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)顯示出起動(dòng)牽引能力大、粘著利用好、維護(hù)方便等特點(diǎn)，其優(yōu)越的牽引性能很快獲得了鐵路運(yùn)輸部門(mén)認(rèn)可。1974年9月底，DE2500型機(jī)車(chē)在杜伊斯堡—漢堡鐵路進(jìn)行了重載牽引和起動(dòng)試驗(yàn)，為了增加列車(chē)起動(dòng)時(shí)的困難，試驗(yàn)人員預(yù)先在機(jī)車(chē)前面約三米長(zhǎng)的鋼軌上涂油；DE2500型機(jī)車(chē)在不借助于撒砂的情況下成功起動(dòng)3500噸重載貨車(chē)，并在0～25公里/小時(shí)的速度范圍內(nèi)運(yùn)行，在粘著極限上運(yùn)行時(shí)列車(chē)平衡速度達(dá)到10公里/小時(shí)。1973年，亨舍爾公司又生產(chǎn)了兩臺(tái)DE2500型機(jī)車(chē)。三臺(tái)機(jī)車(chē)均在1970年代交付德國(guó)聯(lián)邦鐵路，配屬機(jī)務(wù)段投入運(yùn)用；三臺(tái)機(jī)車(chē)在德國(guó)聯(lián)邦鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)被定型為202型，車(chē)號(hào)分別為202002-2（白色涂裝）、202003-0（橙色涂裝）、202004-8（藍(lán)色涂裝）。電力機(jī)車(chē)試驗(yàn)1976年，由一臺(tái)DE2500型機(jī)車(chē)（202002）加掛一節(jié)裝有主變壓器、受電弓、四象限脈沖變流器等設(shè)備的控制車(chē)（SteuerwagenBDnrf），組成電力機(jī)車(chē)試驗(yàn)車(chē)組，對(duì)采用四象限變流器供電的電力機(jī)車(chē)的電氣性能加以研究，試驗(yàn)結(jié)果證明交流傳動(dòng)系統(tǒng)在15千伏16?赫茲的低頻單相交流電氣化鐵路上運(yùn)作良好，并沒(méi)有對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不良反應(yīng)。

此后，這臺(tái)機(jī)車(chē)又被改造為適用于供電制式為1500伏直流電氣化鐵路的電力機(jī)車(chē)，并交付荷蘭鐵路（NS）試驗(yàn)運(yùn)用，這臺(tái)機(jī)車(chē)在荷蘭鐵路系統(tǒng)內(nèi)被定型為1600P型電力機(jī)車(chē)，并改成荷蘭鐵路統(tǒng)一的黃色涂裝。機(jī)車(chē)經(jīng)過(guò)大范圍改造，將柴油發(fā)電機(jī)組拆除并代之以主變壓器、四象限脈沖變流器和壓載配重，并加裝了受電弓。荷蘭鐵路對(duì)這種電力機(jī)車(chē)的表現(xiàn)十分滿意，但出于生產(chǎn)價(jià)格和交貨時(shí)間的考慮，荷蘭最終并沒(méi)有采購(gòu)DE2500型機(jī)車(chē)，反而選擇引進(jìn)法國(guó)阿爾斯通公司的BB7200型電力機(jī)車(chē)。高速試驗(yàn)機(jī)車(chē)為了發(fā)展高速客運(yùn)，德國(guó)聯(lián)邦技術(shù)部于1979年8月批準(zhǔn)研制驅(qū)動(dòng)質(zhì)量可控轉(zhuǎn)換的“UmAn”（UmkoppelbarerAntriebsmasse）高速轉(zhuǎn)向架，并裝用于一臺(tái)DE2500型機(jī)車(chē)（202003）進(jìn)行高速試驗(yàn)，構(gòu)造速度達(dá)到250公里/小時(shí)，機(jī)車(chē)其中一端車(chē)頭并被改造為流線型頭型，以減少機(jī)車(chē)高速試驗(yàn)時(shí)的運(yùn)行阻力?！癠mAn”轉(zhuǎn)向架繼承了德國(guó)鐵路120型電力機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向架的BBC輪對(duì)空心軸驅(qū)動(dòng)、一體化驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元、半體懸式全懸掛、磨耗形踏面、高撓圓簧加抗蛇行減振器二系懸掛等技術(shù)。德國(guó)通過(guò)在DE2500型機(jī)車(chē)上進(jìn)行的大量研究試驗(yàn)，獲得了高速轉(zhuǎn)向架的大量經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，并為以后的“城際特快列車(chē)”（ICE）奠定了基礎(chǔ)，于1985年研制成功的“試驗(yàn)型城際特快列車(chē)”（ICE-V），其動(dòng)力車(chē)即基本沿用了DE2500高速試驗(yàn)機(jī)車(chē)的“UmAn”轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)。美國(guó)從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，美國(guó)GM公司便與德國(guó)西門(mén)子公司合作，共同開(kāi)發(fā)新交流傳動(dòng)大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)。目前，GM公司和GE公司的大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的訂貨總數(shù)估計(jì)已超過(guò)3000臺(tái)。GM公司和西門(mén)子公司合作，1998年開(kāi)始向印度提供30臺(tái)4000馬力(英制)的GT46MAC型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，同時(shí)對(duì)印度作技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)褂《菵LW工廠也能生產(chǎn)這種機(jī)車(chē)。GT46MAC型1993年，美國(guó)柏靈頓北方圣菲鐵路(BNSF)一次就向GM公司訂購(gòu)350臺(tái)4000馬力(英制)的SD7OMAC型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，隨后該公司的訂貨量加到55臺(tái)。中國(guó)我國(guó)交流傳動(dòng)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代初，我國(guó)發(fā)展交流傳動(dòng)，應(yīng)跨過(guò)GTO階段，直接發(fā)展IGBT技術(shù)，縮短我國(guó)與國(guó)際上當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的差距。20世紀(jì)90年代，我國(guó)由株洲電力機(jī)車(chē)研究所和鐵道部科學(xué)研究院共同研制的、功率1000W的電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)獲得成功。2004年以來(lái)，我們與日本、德國(guó)、法國(guó)等合作，引進(jìn)了世界一流大功率交流傳動(dòng)數(shù)和動(dòng)車(chē)組技術(shù)AC4000HXD3CRH2中國(guó)1999年9月8日，我國(guó)首臺(tái)交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)“捷力”型調(diào)車(chē)內(nèi)燃機(jī)車(chē)研制成功。2000年6月，由大連機(jī)車(chē)車(chē)輛廠和西門(mén)子公司合作研制生產(chǎn)的DF4DAC型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)落成。2002年，我國(guó)又推出了DF8CJ型機(jī)車(chē)，它是交流傳動(dòng)重載貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)2008年，和諧內(nèi)3，和諧內(nèi)5型大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)正式下線捷力DF8CJ型和諧內(nèi)5型四、車(chē)載交流傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)車(chē)載交流傳動(dòng)系統(tǒng)牽引/制動(dòng)特性輪軌關(guān)系弓網(wǎng)關(guān)系功率流密度電磁兼容性要求高環(huán)境條件采用先進(jìn)電機(jī)控制策略，在實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的牽引制動(dòng)特性準(zhǔn)確控制的同時(shí)，可以得毫秒級(jí)的轉(zhuǎn)矩階躍動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能采用自適應(yīng)粘著控制策略，采用線絲理論，通過(guò)對(duì)牽引力的測(cè)量與計(jì)算，間接地獲取粘著特性曲線斜率，實(shí)現(xiàn)了最佳粘著利用通過(guò)高速硬件平臺(tái)快速采集網(wǎng)側(cè)電量信號(hào)快速地對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，適應(yīng)各種極端的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)高可靠性的工程應(yīng)用由IGBT器件組成的單模塊容量1600kV·A在7200kW交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)上大批量應(yīng)用接地抗干擾技術(shù)、屏蔽抗干擾技術(shù)、磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)等來(lái)改善牽引系統(tǒng)本身的電磁兼容性，以提高抗外部干擾的能力振動(dòng)與沖擊、環(huán)境溫度與濕度、海拔高度、耐腐蝕性以及抵抗風(fēng)雪雨軌道牽引傳動(dòng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境條件非常惡劣：振動(dòng)與沖擊、環(huán)境溫度與濕度、海拔高度、耐腐蝕性以及抵抗風(fēng)雪雨等指標(biāo)都遠(yuǎn)高于普通的工業(yè)應(yīng)用。以機(jī)車(chē)為例，變流控制裝置通常在夏天要承受60C左右的環(huán)境溫度，冬天要承受-40C的低溫，這對(duì)電子產(chǎn)品的耐受性、可靠性提出了更高要求，同時(shí)，還要考慮鹽霧、濕熱、振動(dòng)、沙塵等工作環(huán)境，從而提高了對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求貳變流技術(shù)與變流器產(chǎn)品一、電傳動(dòng)系統(tǒng)的性能最佳匹配技術(shù)性能最佳匹配技術(shù)系統(tǒng)方面器件方面電傳動(dòng)系統(tǒng)的性能最佳匹配技術(shù)功率器件性能最優(yōu)利用技術(shù)系統(tǒng)仿真平臺(tái)技術(shù)器件開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用技術(shù)冷卻技術(shù)低感母排技術(shù)a.電傳動(dòng)系統(tǒng)的性能最佳匹配技術(shù)受軌道牽引車(chē)輛軸重的限制，在滿足車(chē)輛動(dòng)力性能的前提下，要求牽引變流器與異步引電動(dòng)機(jī)的最佳匹配和適度的主電路網(wǎng)側(cè)電參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能最佳、重量最輕和經(jīng)濟(jì)性。我國(guó)在實(shí)際工程應(yīng)用中，采取配合牽引電制動(dòng)特性選擇適當(dāng)?shù)凝X輪傳動(dòng)比，使電機(jī)既能在牽引的最高轉(zhuǎn)速處具有一定的轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)，又能發(fā)揮高速的峰值功率，同時(shí)使起動(dòng)電流和峰值電流在變流器的允許值范圍之內(nèi)；根據(jù)所要求的旅行速度，由典型區(qū)段計(jì)算出的等效電流及電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱溫升來(lái)確定電機(jī)的額定功率等；高壓電器的選型和主要參數(shù)則要考慮高壓電氣性能、可靠性、所承受的供電網(wǎng)的過(guò)電壓并根據(jù)主電路典型電流曲線等選取，同時(shí)利用系統(tǒng)仿真手段，進(jìn)行電傳動(dòng)系統(tǒng)的最優(yōu)匹配設(shè)計(jì)。b.功率器件性能最優(yōu)利用技術(shù)在高壓大功率牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，器件本身非常昂貴，同時(shí)受器件本身的性能參數(shù)、安裝空間和體積重量的限制，設(shè)計(jì)余量選擇往往會(huì)決定最終性價(jià)比。通常設(shè)計(jì)余量都盡可能取得較低，這必須不斷追求功率器件性能的最優(yōu)利用以保持產(chǎn)品的持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力。與此同時(shí)，高壓大功率變流器開(kāi)關(guān)頻率低，變流器承受的尖峰電流和過(guò)電壓都很高，功率器件的性能最優(yōu)利用技術(shù)門(mén)檻非常高經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，我國(guó)已掌握了高性能的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略，可以充分利用開(kāi)關(guān)頻率，獲得更低的尖峰電流及過(guò)電壓指標(biāo)；采取功率因數(shù)閉環(huán)控制和瞬態(tài)電流控制的四象限控制策略，可以在各種不同負(fù)載下獲得接近1的高功率因數(shù)指標(biāo)。這兩種技術(shù)均可以使功率器件在同樣的峰值電流下輸出更大的基波電流，從而在同樣的保護(hù)參數(shù)下的性能可以得到更充分的利用；同時(shí)，成熟的器件分級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，特別是納秒級(jí)檢測(cè)、微秒級(jí)響應(yīng)動(dòng)作的硬件保護(hù)電路，可以確保功率器件在最優(yōu)利用時(shí)的安全性和可靠性c.系統(tǒng)仿真平臺(tái)技術(shù)仿真技術(shù)可以保證系統(tǒng)性能，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提升設(shè)計(jì)能力，推進(jìn)創(chuàng)新，縮短系統(tǒng)及部件開(kāi)發(fā)周期，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，提升關(guān)鍵部件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)研究與集成能力。經(jīng)過(guò)近十年的努力，我國(guó)先后建立了多個(gè)仿真平臺(tái)：①牽引計(jì)算仿真平臺(tái)，可以驗(yàn)證列車(chē)整個(gè)牽引電氣系統(tǒng)的性能；②系統(tǒng)主電路仿真計(jì)算平臺(tái)，可以驗(yàn)證主電路原理并確定部件的電氣參數(shù)；③半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，包括硬件在環(huán)回路(HIL)和快速控制原型(RCP)半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，可驗(yàn)證各種控制策略和控制算法；④熱仿真和結(jié)構(gòu)仿真平臺(tái)，可輔助熱設(shè)計(jì)及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。a.器件開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用技術(shù)新型電力電子器件及其相關(guān)新型半導(dǎo)體材料的研究，一直是電力電子行業(yè)極為活躍的領(lǐng)域。隨著每一代新型電力電子器件的誕生，變流技術(shù)往往都會(huì)掀起一場(chǎng)革命浪潮，從晶閘管到GTO,再到如今的IGBT、IGCT,都是一代器件決定一代裝置。電力電子器件已經(jīng)在國(guó)家節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)中發(fā)揮著不可替代的作用。經(jīng)過(guò)四十多年的努力，我國(guó)已攻克了金剛石臺(tái)面工藝、離子注入工藝、全壓接工藝等關(guān)鍵技術(shù)，成為國(guó)際上為數(shù)不多的具備普通器件、IGCT、IGBT完整產(chǎn)品鏈的大功率半導(dǎo)體器件供應(yīng)商，產(chǎn)品最大規(guī)格達(dá)到6英寸(6×254mm),最高電壓達(dá)到8500V。成功開(kāi)發(fā)出4500V/4000AIGCT器件，成為全球第二個(gè)掌握該器件技術(shù)的國(guó)家(1)電力電子器件的串并聯(lián)技術(shù)。隨著現(xiàn)代電力電子變流技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)變流裝置高壓、大功率的需求越來(lái)越迫切，而電力電子器件的串并聯(lián)技術(shù)是當(dāng)前變流裝置實(shí)現(xiàn)高壓、大功率的最關(guān)鍵技術(shù)。但是，串并聯(lián)將導(dǎo)致元件間電壓、電流的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)均勻分布問(wèn)題。以高壓直流輸電變流器為例，上百個(gè)的開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)后并入高壓電網(wǎng)，必須保證器件觸發(fā)的高度同步，否則微秒級(jí)的差異就會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果?？煽康耐接|發(fā)技術(shù)優(yōu)良的吸收回路是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵。通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)高壓大功率變流裝置的研發(fā)，我國(guó)采用獨(dú)特的吸收回路設(shè)計(jì)，高同步脈沖觸發(fā)技術(shù)，攻克了器件串并聯(lián)應(yīng)用中的均壓、均流技術(shù)。在晶閘管串并聯(lián)應(yīng)用技術(shù)方面，研制成功135MW晶閘管整流大功率電源，最大空載輸出電壓達(dá)到44000V,穩(wěn)定功率為135MW。(2)電力電子器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電力電子器件應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)可以有效減小電力電子器件的導(dǎo)通壓降、開(kāi)關(guān)損耗以及提高短路電流所帶來(lái)的應(yīng)力，更重要的是降低電力電子器件開(kāi)關(guān)時(shí)的過(guò)電壓，防止?jié)撛谡袷帲瑴p小噪聲干擾，保護(hù)器件正常工作。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，我國(guó)掌握了各種電壓等級(jí)的晶閘管、IGBT、IGCT驅(qū)動(dòng)技術(shù)。前期掌握的電信號(hào)通過(guò)隔離變壓器驅(qū)動(dòng)技術(shù)，隨著電壓等級(jí)的提高，常出現(xiàn)在變壓器隔離后導(dǎo)致脈沖陡度不夠，不能可靠觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器件動(dòng)作，同時(shí)也暴露出電信號(hào)通過(guò)隔離變壓器方式的抗擾能力差等問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)成熟掌握了光觸發(fā)技術(shù)，解決了高壓大功率可靠驅(qū)動(dòng)的難題。b.冷卻技術(shù)隨著變流技術(shù)的不斷發(fā)展，變流裝置的體積趨于緊湊化，但系統(tǒng)趨于復(fù)雜化，高熱密度成了一股不可抗拒的發(fā)展趨勢(shì)。變流裝置的緊湊化和集成化要求冷卻裝置具有緊湊性、可靠性、高散熱效率、維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。在小功率變流應(yīng)用場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車(chē)、輔助變流器等，可采用風(fēng)冷技術(shù)；在中功率變流應(yīng)用場(chǎng)合，如城市地鐵軌道車(chē)輛等，采用熱管散熱冷卻技術(shù)；在大功率變流應(yīng)用場(chǎng)合，如干線電力機(jī)車(chē)等，采用水冷卻方式。通過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)研究，我國(guó)已掌握了冷卻技術(shù)的仿真計(jì)算技術(shù)散熱器熱阻、流阻設(shè)計(jì)及試驗(yàn)技術(shù)，自主研制的熱管散熱器已批量應(yīng)用于地鐵項(xiàng)目，水冷散熱器和嵌片散熱器已批量應(yīng)用于7200kW電力機(jī)車(chē)。c.低感母排技術(shù)低感母排是一種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)連接排。與傳統(tǒng)導(dǎo)線連接方法相比，低感母排可以大大降低線路的雜散電感，降低開(kāi)關(guān)器件的過(guò)電壓，使器件工作于更加安全的區(qū)域，并提供現(xiàn)代的、易于二次設(shè)計(jì)、安裝快速和結(jié)構(gòu)清晰的配電系統(tǒng)。通過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)研究，我國(guó)已掌握低感母排的高低溫極限條件材料技術(shù)、高性能絕緣薄膜介電技術(shù)、柔性連接技術(shù)、壓合技術(shù)及灌封技術(shù)。二、控制技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)傳動(dòng)控制技術(shù)綠色節(jié)能減排控制技術(shù)轉(zhuǎn)差電流控制技術(shù)矢量控制技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)四象限脈沖整流技術(shù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)PWM控制技術(shù)變流控制產(chǎn)品DCU三、信息技術(shù)與列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)控制關(guān)鍵技術(shù)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)四、新一代傳動(dòng)控制技術(shù)功率器件采用碳化硅列車(chē)無(wú)線傳輸永磁驅(qū)動(dòng)及控制無(wú)速度傳感器控制基于自適應(yīng)控制的電機(jī)參數(shù)自辨識(shí)技術(shù)功率模塊的集成化碳化硅(SiC)是一種物理化學(xué)特性僅次于金剛石的化合物半導(dǎo)體材料，有著非常優(yōu)秀的物理特性，可極大地提高電力電子變換器的效率?？梢允乖w積減少到原來(lái)的5%-20具有耐高壓(達(dá)數(shù)萬(wàn)伏)、耐高溫(大于500°C)的特性，被公認(rèn)為是下一代電力電子器件的最佳候選者之一現(xiàn)代高速列車(chē)通過(guò)車(chē)地信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)達(dá)到安全運(yùn)行的要求。隨著無(wú)線技術(shù)的日益發(fā)展，無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越被各行各業(yè)所接受。通過(guò)采用先進(jìn)的無(wú)線局域網(wǎng)(L