模塊0 緒論《列車電力傳動與控制》教學課件

《列車電力傳動與控制》?精品課件合集第X章XXXX模塊0緒論緒論

0.1列車電力傳動系統(tǒng)基本類型

0.2電力傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢0.3本課程的性質(zhì)、任務(wù)及要求附件1鐵路運輸發(fā)展附件2鐵路牽引動力發(fā)展歷程使用教材：列車電力傳動與控制

張喜全主編西南交通大學出版社列車電力牽引傳動控制系統(tǒng)作為電氣傳動控制系統(tǒng)的一個獨立分支，在交通運輸牽引動力領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在交通運輸領(lǐng)域采用電動機驅(qū)動的電氣傳動部分,稱為電力傳動控制系統(tǒng)。它是以牽引電動機為控制對象,通過開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)對牽引電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實施控制,以達到對驅(qū)動對象的控制與調(diào)節(jié)。根據(jù)牽引電動機工作電流性質(zhì)的不同，電力傳動系統(tǒng)可分為直流傳動系統(tǒng)和交流傳動系統(tǒng)。電力傳動控制系統(tǒng)其覆蓋范圍很廣，包括鐵道機車與動車組、城市軌道交通車輛和電動車輛等領(lǐng)域的電氣傳動控制。鐵道機車主要有電力機車、電傳動內(nèi)燃機車，鐵道動車組主要有內(nèi)燃動車組(DMU)和電力動車組（EMU）；城市軌道交通車輛主要有地鐵、輕軌及中低速磁懸浮列車等；電動車輛主要包括無軌電車、有軌電車、電動汽車及雙動力汽車等。鐵道機車、動車組和城市軌道車輛在傳動方式上具有相似性，一般將它們統(tǒng)稱為軌道列車。本課程以軌道列車為主線，從電氣傳動與控制原理出發(fā)，根據(jù)電能供給形式方面的差異，融合電力傳動內(nèi)燃機車與電力機車之共同點，以大機車的視角，系統(tǒng)介紹列車電力牽引傳動控制系統(tǒng)的基本概念、高速動車組和現(xiàn)代機車交流傳動控制的工作原理。分析電傳動內(nèi)燃機車、電力機車/EMU、城軌列車的電力傳動與控制系統(tǒng)。同時結(jié)合鐵路牽引動力的變革和現(xiàn)場運用實際，處理電力傳動技術(shù)的延續(xù)性和繼承性，以較少篇幅繼承現(xiàn)有技術(shù)，對交-直流傳動主型機車的技術(shù)特征加以歸納分析。列車電力傳動系統(tǒng)是一個需要廣調(diào)速的傳動系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)要保證列車在可運行速度范圍內(nèi)實現(xiàn)高效、平滑的速度調(diào)節(jié)，具有良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，滿足列車牽引需要。2024/8/2250.1列車電力傳動系統(tǒng)基本類型

列車電力傳動系統(tǒng)一般由能源供給單元、變換單元、動力輸出單元和控制單元等幾部分組成。能源供給單元為系統(tǒng)提供適當?shù)毓ぷ髂茉矗话阌幸淮文茉词秃投文茉措娔堋Ｒ淮文茉粗饕獮椴裼?，二次能源電能通過接觸網(wǎng)線提供；變換單元是將工作能源通過相應(yīng)的裝備變換成為動力輸出單元（負載）所需要的電能，提供給動力輸出單元。柴油機將一次能源柴油轉(zhuǎn)換為機械能，拖動牽引發(fā)電機組工作產(chǎn)生電能。接觸網(wǎng)線上的二次能源電能通過車載受電裝置引入車內(nèi)，經(jīng)變流環(huán)節(jié)變換為合適的電能，供給動力輸出單元；動力輸出單元主要由牽引電動機、傳動裝置和轉(zhuǎn)向架輪對組成，牽引電動機接受電能并將其轉(zhuǎn)換為機械能從轉(zhuǎn)軸上輸出，通過傳動機構(gòu)帶動車輪旋轉(zhuǎn)，在輪軌之間產(chǎn)生牽引力或制動力，牽引列車運行；控制單元是電力傳動系統(tǒng)的中樞神經(jīng)部分，承擔著整個系統(tǒng)各單元內(nèi)部及相互間的控制和通訊任務(wù)。列車電力傳動系統(tǒng)的基本組成框圖如圖0-1所示。0.1.1列車電力傳動系統(tǒng)分類列車電力傳動系統(tǒng)的分類方法很多，可以按能源供給方式分類，也可按照牽引電動機工作電流的性質(zhì)分類。1.按照能源供給方式分類按照能源供給方式的不同，可分為自備能源系統(tǒng)和外接能源系2024/8/227統(tǒng)。自備能源系統(tǒng)主要為電傳動內(nèi)燃機車，外接能源系統(tǒng)的外接能源為電能，主要有電力機車、電動車組（EMU）、城市軌道列車和中低速磁懸浮列車等。內(nèi)燃機車為自備能源的機車，目前大功率內(nèi)燃機車的傳動裝置主要有電力傳動和液力傳動兩種，受國情和技術(shù)習慣的影響，各個國家采用的傳動方式以及對兩種傳動方式的認識也有所不同。液力傳動具有質(zhì)量輕、耗銅少、運營維護保養(yǎng)簡單及成本低等優(yōu)點；電力傳動具有效率高、工作可靠、自動化程度高和綜合性能優(yōu)異等優(yōu)點。一般機械、液壓技術(shù)制造能力強的國家傾向于生產(chǎn)和應(yīng)用液力傳動機車，諸如德國、奧地利、日本等，其他絕大多數(shù)國家主要生產(chǎn)和使用電力傳動內(nèi)燃機車，我國一直以發(fā)展電傳動內(nèi)燃機車為主，曾經(jīng)生產(chǎn)、進口過一些液力傳動內(nèi)燃機車，現(xiàn)已全部退出國鐵2024/8/228干線牽引，現(xiàn)服役和生產(chǎn)的的內(nèi)燃機車全部采用電力傳動。曾經(jīng)傾向于液力傳動的國家，由于受市場銷售影響以及電力傳動技術(shù)的不斷進步，也逐步放棄液力傳動轉(zhuǎn)向電力傳動內(nèi)燃機車的研制與應(yīng)用，因此，電力傳動已成為內(nèi)燃機車的主流傳動模式。電力傳動內(nèi)燃機車是由柴油機驅(qū)動一臺牽引發(fā)電機，將柴油機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為電能供給變流裝置，經(jīng)變流裝置變換后向轉(zhuǎn)向架上的牽引電動機供電，牽引電動機獲得電能后將其轉(zhuǎn)換為機械能通過傳動齒輪箱驅(qū)動機車動輪旋轉(zhuǎn)，在輪軌之間產(chǎn)生牽引力驅(qū)動列車運行。電力機車、電動車組為外接能源的動力裝置。現(xiàn)代電力機車、電動車組均采用單相交流供電制式，通過受電弓從接觸網(wǎng)線上受流，將電能引入車內(nèi)，經(jīng)過適當?shù)刈兞骱筝敵鼋o牽引電動機，牽引2024/8/229電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動輪對旋轉(zhuǎn)，在車輪與鋼軌間產(chǎn)生牽引力，驅(qū)動列車運行。城市軌道列車、中低速磁懸浮列車也為外接能源的動力裝置，由于功率相對較小，一般采用直流供電方式。2.按照工作電流性質(zhì)分類按照牽引電動機的工作電流不同，列車電力傳動系統(tǒng)可分為直流傳動系統(tǒng)和交流傳動系統(tǒng)。結(jié)合牽引發(fā)電機輸出電壓或接觸網(wǎng)電壓的不同性質(zhì)，在內(nèi)燃機車中，牽引發(fā)電機、牽引電動機都有直流、交流之分，其電力傳動系統(tǒng)可進一步劃分為直流-直流傳動、交流-直流傳動和交流傳動。城市軌道列車、中低速磁懸浮列車電力傳動系統(tǒng)可分為直-直流傳動系統(tǒng)和直-交流傳動系統(tǒng)。在單相交流供電制式下，電力機車、電動車組的電力傳動系統(tǒng)2024/8/2210可分為交-直流傳動系統(tǒng)和交流傳動系統(tǒng)。根據(jù)工作電流性質(zhì)的不同，綜合能源供給方式的差異，列車電力傳動系統(tǒng)總體上可分為直流傳動系統(tǒng)和交流傳動系統(tǒng)兩個大的類別，而直流傳動系統(tǒng)又可進一步劃分為直-直流傳動和交-直流傳動。因此，列車電力傳動系統(tǒng)由直-直流電力傳動系統(tǒng)、交-直流電力傳動系統(tǒng)和交流電力傳動系統(tǒng)組成。列車電力傳動系統(tǒng)的基本類型如下所示0.1.2直流電力傳動系統(tǒng)直流電力傳動系統(tǒng)是以直流牽引電動機作為驅(qū)動電動機，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換，驅(qū)動轉(zhuǎn)向架上輪對旋轉(zhuǎn)，在車輪與鋼軌的作用下產(chǎn)生牽引力，完成列車牽引。由于電源性質(zhì)不同，直流電力傳動系統(tǒng)由直-直流電力傳動系統(tǒng)和交-直流電力傳動系統(tǒng)組成。長期以來受電源技術(shù)限制，列車電力傳動系統(tǒng)主要采用直流電力傳動系統(tǒng)，以直流牽引電動機作為驅(qū)動電動機，主要是由直流牽引電動機具有優(yōu)異的調(diào)速性能所決定的。直流牽引電動機從電磁過程來看是一個雙端勵磁的電動機，其磁場電流和電樞電流可獨立進行控制，調(diào)節(jié)控制很方便，其起動、調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制特性比較理想，并容易獲得良好的動態(tài)響應(yīng)。特別是交-直流電力傳動系統(tǒng),曾經(jīng)是列車電力傳動系統(tǒng)的主要傳動模式，在列車電力傳動以及其2024/8/2212他工業(yè)電氣傳動領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，至今仍在許多國家和地區(qū)在用列車牽引中充當著主力軍作用，我國干線列車牽引機車仍以交-直流電力傳動系統(tǒng)為主，交-直流電力傳動機車保有量很大。盡管直流電力傳動系統(tǒng)具有理想的牽引性能，然而不可否認，直流牽引電動機由于電樞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、慣量較大，存在接觸式的機械換向器，運行中不可避免的產(chǎn)生換向火花，很容易發(fā)生環(huán)火（正負電刷間短路）故障，在一定程度上降低了電動機運行可靠性。為了保證電動機能夠可靠換向，嚴格限制換向器上各換向片間的電壓，同時又受電樞機械強度的限制，其輸出功率和最高轉(zhuǎn)速都基本達到了極限值，直流傳動系統(tǒng)遇到了不可逾越的障礙。至今直流牽引電動機的設(shè)計制造能力很難超過1000kW，最高運行轉(zhuǎn)速均在3000r/min以下，制約了直流傳動機車功率的進一步增加。2024/8/22131.直-直流電力傳動系統(tǒng)直-直流電力傳動系統(tǒng)就是采用直流電源供電的直流傳動系統(tǒng)，牽引發(fā)電機輸出電壓或接觸網(wǎng)供電電壓為直流。直流電能供給直流牽引電動機將其轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動輪對旋轉(zhuǎn)，在輪軌之間產(chǎn)生牽引力。牽引電動機采用直流串勵電動機，是由直流串勵電動機的優(yōu)點所決定的。直流串勵電動機具有適合牽引的軟特性，過載能力強，通過改變電樞兩端電壓或?qū)ζ浯艌鲞M行削弱，就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。因此曾被普遍應(yīng)用于內(nèi)燃機車、小電力機車、地鐵列車和城市電車上。直-直流傳動內(nèi)燃機車采用直流牽引發(fā)電機和直流牽引電動機。柴油機拖動直流牽引發(fā)電機發(fā)電，將輸出的直流電能供給數(shù)臺直流牽引電動機，牽引電動機將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能，通過傳動齒輪箱驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，在輪軌間產(chǎn)生牽引力。在該傳動系統(tǒng)中，牽引發(fā)電機采用他勵直流發(fā)電機，通過調(diào)節(jié)勵磁電流來改變發(fā)電機的輸出電壓、電流；牽引電動機采用直流串勵電動機，通過改變電樞兩端電壓或?qū)ζ浯艌鲞M行削弱，就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。早期的內(nèi)燃機車中使用直-直流電力傳動方式，由于當時對機車功率要求不高，直流牽引發(fā)電機的性能、容量能夠滿足需要，故使這種傳動方式持續(xù)了很長時間，生產(chǎn)了許多直-直流傳動的內(nèi)燃機車，如我國的DF1～DF3型、進口的ND1、ND2型等機車都屬于此類傳動方式。直-直流電力傳動裝置如圖0-2所示。直流牽引發(fā)電機因受換向條件、機車限界尺寸及軸重等因素限制，單機功率被限制2200kW以下，致使機車功率受限制。從上世紀六十年代后期，隨著柴油機制造技術(shù)、交流電機技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷進步，為發(fā)展大功率內(nèi)燃機車提供了技術(shù)支持。交流牽引發(fā)電機的應(yīng)用克服了直流牽引發(fā)電機存在的不足，滿足了內(nèi)燃機車朝更大功率發(fā)展的需要，形成了交-直流電力傳動方式，推動了內(nèi)燃機車電力傳動技術(shù)的進步。地鐵列車與城市電車采用直流外供電源，單機功率較小，直流牽引電動機的工作定額一般為短時制，在許多城市應(yīng)用比較成熟。2.交-直流電力傳動系統(tǒng)交-直流電力傳動系統(tǒng)就是采用交流電源供電的直流電力傳動系統(tǒng)。交-直流電力傳動內(nèi)燃機車與電力機車的電源均為交流電，2024/8/2216但在性能上存在著較大的差異。內(nèi)燃機車牽引發(fā)電機輸出三相交流電，頻率較高，一般為工頻的2倍以上，但電壓較低；電力機車與EMU通過接觸網(wǎng)獲得高壓單相工頻交流電，需經(jīng)牽引變壓器降壓。對于內(nèi)燃機車，三相同步發(fā)電機作為牽引發(fā)電機，由柴油機驅(qū)動產(chǎn)生三相交流電能，通過大功率硅整流器將三相交流電變換為直流電，供給數(shù)臺直流牽引電動機，如圖0-3所示。交-直流電力傳動內(nèi)燃機車既保留了直流牽引電動機，又采用交流牽引發(fā)電機與硅整流器來取代了直-直流傳動系統(tǒng)中的直流牽引發(fā)電機，使得傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、省銅、維護保養(yǎng)簡單。在功率相同的條件下，交流牽引發(fā)電機的質(zhì)量只有直流牽引發(fā)電機的二分之一。交流牽引發(fā)電機的功率不受2200kW的限制，在總體布置限界范圍內(nèi)，發(fā)電機的功率都可以滿足需要。因此，在交-直流電力傳動系統(tǒng)中，2024/8/2217牽引發(fā)電機功率不再是制約機車功率增大的因素。交-直流電力傳動一度成為國內(nèi)外大功率內(nèi)燃機車的主要傳動方式，曾研制生產(chǎn)了許多型號的此類機車，保有量巨大，在許多國家至今仍為主型機車。美國GE公司的Dash8系列、GM公司的EMD-60系列，我國生產(chǎn)的DF4～DF11G型以及進口的ND4、ND5型內(nèi)燃機車均屬于此類傳動方式。對于電力機車與電動車組，由接觸網(wǎng)提供單相工頻高壓交流電能，通過車載受電弓將單相高壓交流電引入車內(nèi)牽引變壓器原邊繞組，經(jīng)變壓器降壓在副邊繞組上輸出1000V左右的單相交流電，供給可控整流器，進行相控調(diào)壓，輸出交流分量較大的脈動電壓，經(jīng)平波處理后送給直流（脈流）牽引電動機，完成機電能量轉(zhuǎn)換，驅(qū)動列車運行。其工作過程如圖0-4所示。交-直流傳動電力機車由于相控整流器輸出電壓品質(zhì)較差，牽引電動機采用脈流電動機，勵磁方式主要為串勵方式，具有較大的起動能力和較好的恒功率性能，少數(shù)系統(tǒng)也采用他復(fù)勵方式。此類機車曾經(jīng)持續(xù)發(fā)展了許多年，技術(shù)非常成熟，成為許多國家客貨運輸?shù)闹餍碗娏C車。我國生產(chǎn)的SS3B～SS9G型機車都屬于此類電力機車，仍在擔當著繁重的客貨運輸列車的牽引任務(wù)。2024/8/2219交-直流傳動的內(nèi)燃機車、電力機車，由于供電電源方面的差異，其電流變換、調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)不同，供給牽引電動機的電源品質(zhì)差異較大，導(dǎo)致主電路結(jié)構(gòu)不盡相同，牽引電動機同為直流（脈流）串勵電動機，能夠獲得良好的牽引性能，但直流（脈流）牽引電動機固有的不足，諸如電樞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換向問題及可靠性等，依然制約著電動機單機功率、轉(zhuǎn)速的進一步提高，影響了此類機車的應(yīng)用，不能適應(yīng)高速、重載運輸對牽引動力的更高要求。解決這一問題，只有從提高牽引電動機的功率、轉(zhuǎn)速入手，采用交流牽引電動機是最佳選擇。經(jīng)過不懈努力，事實證明：只有交流傳動才能使內(nèi)燃、電力機車再創(chuàng)輝煌。0.1.3交流傳動系統(tǒng)隨著鐵路運輸向著高速、快捷化方向發(fā)展的需要，對牽引動力裝置提出了高速、大功率要求，具體體現(xiàn)在牽引電動機上就是要提高轉(zhuǎn)速、增加單機功率，這對直流傳動系統(tǒng)而言是致命的弱點。相對于直流牽引電動機而言，三相交流籠式轉(zhuǎn)子異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，沒有換向器不存在換向問題，慣量小，運行可靠，單機功2024/8/2221率大且可在更高轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。因此采用三相交流籠式轉(zhuǎn)子異步電動機作為牽引電動機，可以很好地解決直流牽引電動機存在的不足，滿足現(xiàn)代列車牽引傳動系統(tǒng)對于高速、大功率之需求。目前交流異步牽引電動機單機設(shè)計制造水平可超過2000kW，運行轉(zhuǎn)速超過4000r/min，最高試驗轉(zhuǎn)速達到7100r/min，已裝車最大功率達到1840kW。從功率、轉(zhuǎn)速上看，交流異步牽引電動機具有很大優(yōu)勢，完全能夠滿足現(xiàn)代列車對速度、牽引力的需求。但從調(diào)速性能方面來看，交流異步牽引電動機實現(xiàn)平滑調(diào)速比較困難。交流異步電動機屬于單端勵磁的電動機，電動機工作所需的磁場及作功能量均需由定子繞組上輸入，建立磁場的無功電流與對外輸出機械功率的有功電流都來自定子同一電流，相互耦合在一起，即定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場之間存在相互耦合，不能對其分別進行獨立控制，使得調(diào)2024/8/2222速特別是平滑調(diào)速異常困難。在“電機與拖動”課程中，曾討論過交流異步電動機可能的調(diào)速方法有三種，即改變磁極對數(shù)調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和改變頻率調(diào)速。改變磁極對數(shù)調(diào)速最多只能得到3～4個轉(zhuǎn)速等級，屬于有級調(diào)速；改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是在不改變電動機同步轉(zhuǎn)速的前提下進行的調(diào)速，只適合于繞線式轉(zhuǎn)子，調(diào)速范圍很有限，調(diào)速過程存在著效率低損耗大等不足；改變頻率調(diào)速就是通過改變電動機輸入電源的頻率，進而改變電動機的同步轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)速的一種方法，與改變磁極對數(shù)調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速有著本質(zhì)上的不同，在高低速范圍都可以保持很小的轉(zhuǎn)差率，具有調(diào)速范圍大、效率高、調(diào)速精度高等優(yōu)點，是交流異步電動機最理想的平滑調(diào)速方法，但需一套高性能的變頻電源。也就是說，交流異步牽引電動機實現(xiàn)平滑調(diào)速的關(guān)鍵是變頻電源，也是交流傳動技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。2024/8/2223尋求新的電力傳動方式是解決鐵路運輸高速、重載發(fā)展的關(guān)鍵要素之一。為此，從20世紀70年代開始，以德國、法國、日本為代表的發(fā)達國家相繼開展了對交流傳動技術(shù)、變頻電源的工程研究與應(yīng)用，在異步牽引電動機的研發(fā)、控制方式方面取得了突破性的進展。1971年德國DE2500型內(nèi)燃機車的研制成功，揭開了交流傳動技術(shù)發(fā)展的序幕，其優(yōu)異的技術(shù)性能極大地促進了交流傳動技術(shù)在牽引動力領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。80年代，交流傳動技術(shù)以法國TGV列車及德國E120型電力機車的成功應(yīng)用為起點，其優(yōu)越性能得到了充分發(fā)揮，開始在全球廣泛應(yīng)用。德國在90年代基本完成了從直流傳動技術(shù)向交流傳動技術(shù)的過渡與跨越，實現(xiàn)了交流傳動技術(shù)的工程化與產(chǎn)業(yè)化，相繼研制了許多系列的交流傳動機車、動車組及城市軌道列車，滿足了鐵路運輸發(fā)展需要，提升了牽引動力裝置的技術(shù)水平.2024/8/2224交流傳動技術(shù)無可爭議地成為現(xiàn)代列車的主流牽引傳動方式，正在快速替代直流傳動系統(tǒng)。與此同時，隨著微型計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，列車控制技術(shù)也發(fā)生了革命性的變化，從傳統(tǒng)的控制方式進入到了微機網(wǎng)絡(luò)控制時代，微機網(wǎng)絡(luò)控制已成為主流控制模式，正在發(fā)揮著重要作用。列車走行部作為列車運行的重要載體，高性能走行部設(shè)計制造技術(shù)取得了重大突破，以高速轉(zhuǎn)向架、徑向轉(zhuǎn)向架為代表的現(xiàn)代轉(zhuǎn)向架技術(shù)，在高速、重載列車的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。因此，采用交流傳動技術(shù)、現(xiàn)代轉(zhuǎn)向架技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是現(xiàn)代列車的主要技術(shù)標志。軌道列車交流傳動系統(tǒng)，目前主要以采用三相交流異步牽引電動機作為驅(qū)動電動機的電力傳動系統(tǒng)，主要有交-直-交流傳動和直-交流傳動二種形式。1.交-交流傳動系統(tǒng)交-交流傳動系統(tǒng)是將某一頻率的交流電源直接供給變頻器，經(jīng)逆變器變換以后，可獲得頻率可調(diào)的交流電源，供給交流牽引電動機。對于采用單相交流供電的系統(tǒng)，變頻器只能改變頻率提供單相變頻電源，不能向三相交流牽引電動機供電，此交流傳動系統(tǒng)不適合作為電力機車的傳動。對于三相交流電源而言，經(jīng)過變頻器可直接改變輸出頻率，為交流牽引電動機供電，從工作原理上看適合內(nèi)燃機車的交流傳動。在交-交流傳動中，變頻器的輸入頻率與輸出頻率之間有著直接的關(guān)系，此類變頻器的輸出頻率總是低于其輸入頻率，一般最高輸出頻率僅為輸入頻率的三分之一。因此，它適合于調(diào)速范圍很小、運行轉(zhuǎn)速很低的系統(tǒng)。以柴油機作為原動機的傳統(tǒng)內(nèi)燃機車，因柴2024/8/2226油機額定轉(zhuǎn)速較低，三相交流同步發(fā)電機的輸出電壓頻率很有限，使牽引電動機的最高運行轉(zhuǎn)速很低，不能滿足機車調(diào)速要求。也就是說，交-交流傳動系統(tǒng)不適合作為當前內(nèi)燃機車的傳動系統(tǒng)，至今也沒有應(yīng)用的范例。對于自備發(fā)電裝置的牽引動力裝置而言，當原動機的轉(zhuǎn)速足夠高時，交流同步發(fā)電機將可輸出頻率較高的三相交流電，經(jīng)直接變頻后可獲得調(diào)速所需的最高頻率，滿足牽引調(diào)速需要。因此，交-交流傳動系統(tǒng)適合于由高速原動機驅(qū)動的動力系統(tǒng)，諸如燃氣輪機驅(qū)動的牽引動力系統(tǒng)-燃氣輪機車等。2024/8/22272．交-直-交流傳動系統(tǒng)交-直-交流傳動系統(tǒng)是具有中間直流環(huán)節(jié)的間接變流系統(tǒng)，輸入的交流電源與輸出的交流電源之間完全獨立，在頻率上沒有任何關(guān)系，其變流過程由交-直流變換和直-交流變換兩部分組成。交-直流變換是將輸入交流電源通過變流器變換為直流電，此變換為整流過程；直-交流變換是將平直的直流電通過變流器轉(zhuǎn)換為頻率、電壓均可調(diào)節(jié)的三相交流電，即VVVF，供給三相交流牽引電動機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的控制，為列車運行提供動力，此變換為逆變過程。因此，交-直-交流傳動系統(tǒng)是由整流器和逆變器組成，即網(wǎng)(電源)側(cè)整流器和電動機(負載)側(cè)逆變器，逆變器直接從中間直流環(huán)節(jié)取得電能。根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)采用的濾波元件不同，其性能及逆變器的工2024/8/2228作特性也不同。采用電容器作為濾波元件時，中間直流環(huán)節(jié)的電壓始終維持穩(wěn)定，相當于電壓源，此時的逆變器稱為電壓型逆變器；采用電感元件作為濾波元件時，中間直流環(huán)節(jié)的電流始終維持恒定，相當于電流源，此時的逆變器稱為電流型逆變器。電壓型逆變器與電流型逆變器的工作過程和輸出特性完全不同，電路結(jié)構(gòu)差異很大。在交-直-交流傳動系統(tǒng)發(fā)展之初采用的是電壓型逆變器，此傳統(tǒng)一直延續(xù)至今?，F(xiàn)代機車和動車組牽引電動機一般為異步電動機，電壓型逆變器更適合于異步電動機工作，故交-直-交流傳動系統(tǒng)基本都采用電壓型逆變器。電流型逆變器電路結(jié)構(gòu)相對簡單一些，它更適合于為同步電動機供電，由于受習慣勢力影響，只在一些采用交流同步牽引電動機的系統(tǒng)或在一些城市、市郊運輸裝備中使用。在未來發(fā)展中，隨著永磁同步電動機的成熟應(yīng)用，電流型逆變器將會得到快速發(fā)展應(yīng)用。20世紀90年代，交流傳動技術(shù)成為機車技術(shù)熱點，被認為是現(xiàn)代機車的主要標志而日益風靡世界。美國廠商研發(fā)交流傳動內(nèi)燃機車異軍突起，1992年GM公司率先推出SD60MAC型交流傳動內(nèi)燃機車，之后又相繼推出SD70MAC、SD80MAC、SD90MAC型交流傳動內(nèi)燃機車。在80年代一直靜默的GE公司也不甘示弱，相繼推出AC4000、AC6000型交流傳動內(nèi)燃機車。中國北車大連機車公司引進生產(chǎn)的HXN3型交流傳動內(nèi)燃機車就是以SD90MAC型為原型車，中國南車戚墅堰機車公司引進生產(chǎn)的HXN5型交流傳動內(nèi)燃機車是以AC6000型為原型車。HXN3、HXN5型均為6000馬力(4474kW)大功率干線貨運機車，最高運行速度為120km/h。HXN3型采用轉(zhuǎn)向架集中供電方式（架控式）,HXN5型采用牽引電動機獨立供電（軸控）方式。2024/8/2230交-直-交流傳動內(nèi)燃機車采用交流牽引同步發(fā)電機和交流牽引電動機，同步發(fā)電機輸出的三相交流電通過硅整流器整流為直流電，再經(jīng)過數(shù)臺電壓型逆變器將直流電變?yōu)轭l率、電壓均可調(diào)的三相交流電，供給三相交流牽引電動機。中間直流環(huán)節(jié)使得逆變器輸出的三相交流電的頻率與牽引發(fā)電機發(fā)出的三相交流電的頻率之間沒有任何關(guān)系，并起到隔離換流影響的作用。在機車起動和調(diào)速的整個工作范圍內(nèi)，逆變器輸出的三相交流電的頻率和電壓都能平滑地調(diào)節(jié)。在起動過程中為了充分利用粘著質(zhì)量，逆變器的輸出特性必須使電動機要按恒轉(zhuǎn)矩的方式運行，而在正常運行時則要按恒功率方式控制。此類機車都設(shè)置有電阻制動裝置，實施電阻制動時，交流牽引電動機將作為發(fā)電機工作，將機車的慣性能量轉(zhuǎn)換為三相交流電能，經(jīng)牽引逆變器轉(zhuǎn)換為直流電能，通過開關(guān)與制動電阻接2024/8/2232通，對機車進行制動，最終將機車慣性能量變?yōu)闊崮?，通過通風機散失在大氣中。交-直-交流傳動內(nèi)燃機車工作原理如圖0-5、0-6所示。交-直-交流傳動電力機車和電動車組的工作原理相同，如圖0-7所示。其系統(tǒng)通過受電弓將單相高壓交流電源從接觸網(wǎng)引入車內(nèi)，經(jīng)牽引變壓器降壓，由傳動控制單元控制四象限整流器完成交流到直流的變換，再控制逆變器完成直流到三相交流的VVVF(變壓變頻)變換，向異步牽引電動機供電，對其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速進行控制。牽引時，系統(tǒng)從電網(wǎng)取用單相高壓交流電，經(jīng)牽引變壓器降壓、牽引變流器變流后，輸出頻率、電壓可調(diào)的三相交流電供給牽引電動機，將電能轉(zhuǎn)化成機械能產(chǎn)生牽引力。制動時，過程相反，機車慣性機械能被轉(zhuǎn)化成電能，通過牽引變流器變換和牽引變壓器升壓，將電能回饋到電網(wǎng)，產(chǎn)生制動作用。2024/8/22333.直-交流傳動系統(tǒng)直-交流傳動系統(tǒng)主要應(yīng)用于城軌系統(tǒng)中地鐵、輕軌和中低速磁懸浮列車，都采用直流供電方式。直流電源通過受電弓或第三軌從電網(wǎng)引入，經(jīng)高速斷路器、濾波電抗器等高壓電器再接入逆變器。在傳動控制單元的控制下，逆變器將輸入的直流電能變換成頻率、電壓可調(diào)的三相交流電，供給異步牽引電動機，實現(xiàn)對異步牽引電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩控制，完成機電能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生牽引動力并達到調(diào)速目的。地鐵、城軌列車交流傳動系統(tǒng)組成如圖0-8所示。交流傳動地鐵、輕軌列車設(shè)置了電制動系統(tǒng)，電制動優(yōu)先采用再生制動，也可采用電阻制動。0.2電力傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢電力傳動技術(shù)誕生于十九世紀，二十世紀初被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸和日常生活中，受當時科學技術(shù)的制約，直流電力傳動應(yīng)用于高性能的可調(diào)速傳動系統(tǒng)，而交流傳動多用于不需要調(diào)速的傳動系統(tǒng)。自1879年世界上出現(xiàn)第一條電氣化鐵路以來，電力牽引經(jīng)歷了將近60年交流傳動的初期探索，20世紀50年代初整流器電力機車的誕生，使交流傳動的研究暫告一段落。至此，直流傳動成為電力牽引無可爭辯的主體。長期以來，列車電力傳動系統(tǒng)主要采用直流傳動系統(tǒng)，以直流牽引電動機作為驅(qū)動電動機，主要是由直流牽引電動機具有優(yōu)異的調(diào)速性能所決定的。盡管直流傳動系統(tǒng)具有理想的牽引性能，但直流牽引電動機由于電樞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、慣量較大，存在2024/8/2235著復(fù)雜的換向問題，在一定程度上降低了電動機運行可靠性，進一步提高單機功率、轉(zhuǎn)速面臨著很多困難，至今直流牽引電動機的設(shè)計制造能力很難超過1000kW，最高運行轉(zhuǎn)速均在3000r/min以下，限制了直流傳動系統(tǒng)的發(fā)展。直流傳動已不能滿足現(xiàn)代鐵路高速、重載的需要。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展、控制理論的不斷完善，變頻調(diào)速電源技術(shù)取得了突破性進展，為交流異步電動機平滑調(diào)速提供了可靠支撐，使交流傳動技術(shù)日趨成熟，其優(yōu)良的技術(shù)性能完全和直流傳動媲美，引領(lǐng)列車電力傳動技術(shù)發(fā)展潮流，在鐵路高速、重載運輸中發(fā)揮著巨大作用。0.2.1交流傳動技術(shù)是發(fā)展趨勢

交流傳動是一門跨學科的綜合技術(shù)，它涉及到電力電子器件、2024/8/2236變流器電路、交流牽引電動機、控制理論及微電子學等諸多學科領(lǐng)域。電力電子器件是交流傳動技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)與支柱，傳動技術(shù)的發(fā)展總是隨著器件的發(fā)展而發(fā)展，新器件的出現(xiàn)，都使交流傳動技術(shù)向前邁進一步。20世紀下半葉，電力電子器件的不斷更新和迅猛發(fā)展，為采用交流電動機驅(qū)動提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)；交流傳動系統(tǒng)是一個多變量、非線性且強耦合的系統(tǒng)，輸入量一般為電壓和頻率，輸出量則是轉(zhuǎn)速、位置和轉(zhuǎn)矩，輸入量與輸出量之間以及與氣隙磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)子電流等內(nèi)部變量之間都是非線性耦合，使得系統(tǒng)模型非常復(fù)雜，而且在運行中又不可能準確測定，傳統(tǒng)控制理論都是基于反饋環(huán)節(jié)來實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)的控制，只能保證系統(tǒng)的靜態(tài)性能，并不能保證其動態(tài)性能?，F(xiàn)代控制理論解決了傳統(tǒng)控制理論所不能解決的問題，矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制都是在現(xiàn)代控制2024/8/2237理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的很有發(fā)展前景的控制方法，因此控制策略的發(fā)展，為傳動技術(shù)提供了堅實的理論基礎(chǔ)；微型計算機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)諸如控制信號的產(chǎn)生、運行參數(shù)的檢測、傳動方式的選擇與轉(zhuǎn)換以及信號的變換運算、存儲等一般的控制，而且能夠快速、高精度的對建立在現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)上的復(fù)雜控制算法及方案進行優(yōu)化。微型計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用和現(xiàn)代控制手段的進步，為變流技術(shù)(傳動技術(shù))進步提供技術(shù)保證，加速了交流異步電動機在廣調(diào)速領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀70年代初，DE2500型交流傳動內(nèi)燃機車的研制成功，揭開現(xiàn)代交流傳動技術(shù)發(fā)展的新篇章，開創(chuàng)了交流傳動技術(shù)應(yīng)用的先河。80年代，交流傳動技術(shù)以法國TGV列車及德國E120型電力機車的成功應(yīng)用為起點，其優(yōu)越性能得到了充分發(fā)揮，開始在全球2024/8/2238DE2500型交流傳動內(nèi)燃機車

揭開現(xiàn)代交流傳動技術(shù)發(fā)展的新篇章（1971年）

聯(lián)邦德國亨舍爾公司和瑞士勃朗-包維利股份公司(BBC)合作，共生產(chǎn)了3臺。(202-003)B0-B0

(002/004))C0-C0其高速試驗轉(zhuǎn)向架用以ICE。廣泛應(yīng)用。90年代以來，發(fā)達國家新造的高速機車、動車組、重載機車以及客貨通用機車已經(jīng)全部采用交流傳動技術(shù)。展望未來，交流傳動機車(動車組)必將成為主型牽引動力，交流傳動技術(shù)必然成為電力牽引傳動系統(tǒng)的核心技術(shù)(關(guān)鍵技術(shù))。迄今為止，交流異步鼠籠式電動機已成為運輸裝備交流傳動系統(tǒng)主要的牽引電動機，甚至說是唯一仍在得以繼續(xù)拓展中的電動機，其性能將更加優(yōu)良。但隨著稀土永磁材料技術(shù)的突破和普及，采用新型永磁材料鈷、釤制成的交流同步永磁電動機，將會對異步鼠籠式電動機產(chǎn)生嚴重挑戰(zhàn)。0.2.2模塊化使內(nèi)燃、電力機車平臺通用采用新的工藝，改進控制系統(tǒng)，使電力傳動裝置趨向小型化、微型化及組件模塊化方向發(fā)展，提高動力車主要部件的工作可靠2024/8/2242中車大連機車公司為南非Transnet公司設(shè)計的交流傳動窄軌內(nèi)燃機車，功率高達3300kW，軌距1065mm，Co-Co轉(zhuǎn)向架，機車最高速度100km/h，可與南非當?shù)丶扔须娏?nèi)燃機車重聯(lián)運營，是目前技術(shù)水平最先進、功率最大的窄軌機車。銷售合同232臺，是國內(nèi)企業(yè)內(nèi)燃機車出口海外最大的單筆訂單。

性，延長其工作壽命。在采用新技術(shù)、新工藝的同時，融合內(nèi)燃機車、電力機車結(jié)構(gòu)平臺，將內(nèi)燃機車與電力機車結(jié)構(gòu)平臺通用，通過更換柴油機-發(fā)電機組或牽引變壓器，就可在同一平臺上實現(xiàn)內(nèi)燃機車與電力機車的相互轉(zhuǎn)換。將各種功率等級以及不同類型的機車采用統(tǒng)一、通用的零部件，實行集中規(guī)?；a(chǎn)，充分利用先進工藝設(shè)備，提高產(chǎn)品質(zhì)量，在一定功率等級的機車上將會實現(xiàn)主要零部件的通用化，諸如牽引電動機、牽引變流器、控制及通訊系統(tǒng)、輔助器件、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、司機室等在電力機車與內(nèi)燃機車上完全通用，簡化使用和降低運營維修成本，其經(jīng)濟效益將是很顯著的。龐巴迪公司的TRAXX平臺首次將內(nèi)燃機車與電力機車結(jié)構(gòu)平臺通用，只需更換柴油發(fā)電機組或牽引變壓器就可實現(xiàn)機車類型的轉(zhuǎn)2024/8/2244換。在TRAXX平臺上，車體、轉(zhuǎn)向架、牽引電動機、牽引變流器、司機室及操作臺、控制通訊系統(tǒng)均完全相同。TRAXXDE內(nèi)燃機車有70%的部件與TRAXXAC電力機車相同，可作為客運、貨運機車使用，牽引相同定數(shù)的列車時可產(chǎn)生300kN的牽引力。新一代中等功率(4000HP)低軸重內(nèi)燃機車需求量最大。新一代體現(xiàn)在節(jié)能、環(huán)保，高RAMS、低LCC交流傳動機車是潮流，直流/交流傳動將長期共存，但需求不一定全是交流傳動，卻一定是性價比高、全壽命周期成本最低的。需求趨向多品種、小批量模塊化平臺建設(shè)是關(guān)鍵！0.2.3雙動力通用機車適應(yīng)性更強鐵路可分為電氣化鐵路與非電氣化鐵路，兩者之間由于能源供給的原因使用不同類型的機車，不能實現(xiàn)一種機車貫通牽引，需要更換適合的機車來完成牽引任務(wù)，需要配置大量的電力、內(nèi)燃機車，從機務(wù)管理、運輸組織上來看都是不經(jīng)濟的。如何實現(xiàn)機車在電氣化鐵路與非電氣化鐵路通用問題，采用雙動力機車就是一個很好地解決方案。所謂雙動力機車，就是在一臺機車上同時設(shè)置牽引變壓器和柴油發(fā)電機組，既可當電力機車使用，也可作為內(nèi)燃機車使用，實現(xiàn)真正意義上的通用機車。由龐巴迪公司研制的世界上第一臺雙動力機車已在北美地區(qū)應(yīng)用，2011年已有46臺雙動力通用機車在北美地區(qū)投入運營。此機車當按電力機車方式運行時，采用單相交流25kV接觸網(wǎng)供電，輪軸功率可達到5360馬力（3942kW）；當按內(nèi)燃機車運行時，將由兩臺2100馬力(1544kW)的柴油發(fā)電機組提供動力。配置兩臺Caterpillar3512型高速12缸柴油機(1800rpm)每臺機車價值約$1200萬ALP-45DP----AmericanlocomotivePassenger,4-axles,5MW,DualPowered0.2.4采用高速柴油機實現(xiàn)整車輕量化目標采用高速柴油機實現(xiàn)低軸重的目標。因為柴油機排放指標的提高，對機車冷卻能力提出了更高的要求，同時還需要增加一些前、后處理裝置，如果仍用中速柴油機，對于低軸重機車則很難實現(xiàn)。GE公司開發(fā)了PowerHaul系列機車平臺中PH37ACai型機車，主要供應(yīng)歐洲市場。PowerHaul系列機車平臺以其最新開發(fā)的PowerHaul柴油機為基礎(chǔ)，是為了適應(yīng)目前低軸重、大功率、高燃油效率和低排放的要求而開發(fā)的，包括12缸和16缸，將來將開發(fā)20缸三個系列。這是一款缸徑190mm、行程220mm、轉(zhuǎn)速1500rpm的新型高速柴油機，排放指標EUIIIA/IIIB。（1）裝用最新開發(fā)的PowerHaul柴油機（2）柴油機油耗低，192g/kw.h，比EVO降低3%，整車經(jīng)濟性提高9%。（3）歐洲IIIA、歐洲IIIB級廢氣排放標準

北美內(nèi)燃機車經(jīng)歷了從中等功率-----大功率——新一代中等功率的發(fā)展歷程。目前，世界鐵路內(nèi)燃機車市場需求量最大的還是4000馬力左右的中等功率內(nèi)燃機車，但不一定全是交流傳動，卻一定是性價比低、全壽命成本最低的。四個內(nèi)燃機車平臺西門子龐巴迪福斯羅GE公司TraxxP160平臺----裝設(shè)4臺CATC18柴油機、排放EUⅢB、內(nèi)走道C18技術(shù)參數(shù)：PN522kW、nmax2100rpm、缸徑/行程145/183mm、質(zhì)量1332kg

外形(L×W×H)1388×921×1243mm功率輸出靈活、冗余、節(jié)能機動靈活節(jié)能0.2.4牽引傳動技術(shù)最新進展牽引傳動技術(shù)在不斷完善性能的基礎(chǔ)上，朝著結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠和輕量化的方向發(fā)展，已在無速度傳感器控制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、永磁同步電動機直接驅(qū)動技術(shù)、變壓器小型化和輕量化技術(shù)、無變壓器技術(shù)等方面取得一定地進步。1.無速度傳感器控制技術(shù)目前，在交流傳動系統(tǒng)中，高性能控制技術(shù)依賴于速度傳感器。為實現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，必須要在牽引電動機的轉(zhuǎn)軸上安裝速度傳感器。但是設(shè)置速度傳感器不僅增加控制系統(tǒng)的成本，而且也是故障產(chǎn)生的根源，影響系統(tǒng)的可靠性。為了改變速度傳感器不能滿足傳動控制對可靠性的要求，提出了無速度傳感器的控制設(shè)想，可以減小牽引電動機的體積，提高輸出功率/轉(zhuǎn)矩（約提高轉(zhuǎn)矩20%），提高傳動控制系統(tǒng)的可靠性，避免因速度傳感器故障導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。目前無速度傳感器控制技術(shù)主要有模型參考自適應(yīng)控制器、全階觀測器、擴展卡爾曼濾波器和高頻諧波注入控制器等。主要研究熱點集中在：低速時的速度辨識、定子和轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)辨識。由于軌道電力牽引的特殊性，無速度傳感器控制必須要解決：過電分相后電動機帶速度重投、零速度附近穩(wěn)定輸出額定轉(zhuǎn)矩、低速發(fā)電狀態(tài)時整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。2024/8/22542.軟開關(guān)技術(shù)為進一步減小變流器中開關(guān)器件的開關(guān)損耗和通態(tài)損耗，采用軟開關(guān)技術(shù)可以在零電流或零電壓狀態(tài)下實施換流。軟開關(guān)需要兩方面的條件：重復(fù)地使器件上的電壓為零，或強迫流過器件的電流為零，并隨即保持一個足夠長的時間以完成換流；器件必須在零電壓或零電流期間盡快完成換流過程。目前主要采用諧振直流環(huán)節(jié)和諧振吸收回路。3.永磁同步電動機直接驅(qū)動技術(shù)牽引電動機在輸出功率與安裝空間之間總是存在矛盾，設(shè)計中不可避免地要增加輸出轉(zhuǎn)速以減小電動機體積，傳統(tǒng)的牽引電動機都是通過齒輪箱與動輪耦合。齒輪箱本省的故障也較多，在一定程度上影響著傳動系統(tǒng)的可靠性及維修成本。若取消齒輪箱采用直接驅(qū)動，將牽引電動機與動軸直接耦合起來，電動機輸出轉(zhuǎn)矩不經(jīng)過齒輪而直接傳遞到動輪上，可節(jié)省齒輪及潤滑裝置的制造、維修費用，消除齒輪傳動的能耗，降低噪音。永磁（鈷、釤材料具有很高的磁能積，對溫度變化不敏感）同步牽引電動機是直接驅(qū)動的最佳電動機，也是直接驅(qū)動研究的熱點，具有極對數(shù)多、轉(zhuǎn)矩密度高、體積小、質(zhì)量輕、輸出功率大、控制簡單2024/8/2255可靠性高、功率因數(shù)及效率高等優(yōu)點?，F(xiàn)代稀土永磁同步電動機朝著大功率、高轉(zhuǎn)矩、微型化方向發(fā)展。西門子已研制出了500kW永磁同步電動機，AGV已采用永磁同步牽引電動機驅(qū)動。永磁同步電動機與異步電動機相比，沒有勵磁電流，可獲得更高的功率因數(shù)（在低速時尤為突出）。在同等條件下，定子電流、銅耗較小，穩(wěn)定運行時無轉(zhuǎn)子銅耗，總損耗降低，通風冷卻系統(tǒng)容量減小甚至可取消，效率可提高2%~8%，而體積比異步電動機小1/3。同時在25%~120%額定負載范圍內(nèi)均可保持較高的功率因數(shù)和效率，使其在輕載運行和持續(xù)運行時節(jié)能效果顯著。永磁同步牽引電動機因轉(zhuǎn)子發(fā)熱較小，可采取全封閉自冷卻方式，可以大幅度降低電動機噪音外溢，減小維護。2024/8/2256車型Citadis型輕軌車AGV高速EMU最高轉(zhuǎn)速rpm36004500牽引功率kW120720/760制動功率kW120720/760持續(xù)功率kW100720/760極數(shù)812電網(wǎng)電壓DC600VDC3000V效率96%97%外形尺寸LW×H525×380×420650，直徑650總質(zhì)量kg285730/740Alstom研制的永磁同步牽引電動機圖

永磁同步牽引電動機與異步電動機比較4.變壓器小型化與輕量化技術(shù)傳統(tǒng)電力機車、EMU采用工頻變壓器，存在著容量小、體積大、質(zhì)量大、效率低等缺點，隨著高速、重載發(fā)展需要，牽引變壓器小型化、輕量化已成為下一代交流傳動電力機車、EMU應(yīng)優(yōu)先解決的問題。主要解決方案包括硅油變壓器、超導(dǎo)變壓器和中頻變壓器。硅油變壓器是采用硅油代替變壓器油（礦物油），充分利用硅油更好的電氣絕緣性能、高燃點、自熄性等特點，增大容量，實現(xiàn)牽引變壓器小型化。硅油電氣強度高，可以縮小電氣絕緣距離。硅油燃點比礦物油高一倍，可允許變壓器繞組在更高溫升下運行。超導(dǎo)變壓器采用超導(dǎo)導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線，提高電流密度、較低損耗，實現(xiàn)變壓器小型化。超導(dǎo)導(dǎo)體的電流密度要比銅大許多倍，遠高于傳統(tǒng)牽引變壓器的6-8A/mm2，可以大大減少線圈的重量。當供電電壓和頻率一定時，通過增加線圈匝數(shù)可以減少鐵芯截面積。與同等功率的普通牽引變壓器相比，重量可減輕40-50％，損耗僅為5-6％。所以，使用超導(dǎo)導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)牽引變壓器的小型輕量化。2024/8/2259圖高溫超導(dǎo)變壓器結(jié)構(gòu)高溫超導(dǎo)（77K）變壓器與普通變壓器比較采用中頻變壓器也可以實現(xiàn)交流傳動系統(tǒng)的小型輕量化。根據(jù)交流繞組電勢關(guān)系式，若繞組匝數(shù)及繞組感應(yīng)電勢不變，提高工作頻率，磁通必然下降，鐵心截面積將減小，中頻變壓器就是依據(jù)這一原理來實現(xiàn)牽引變壓器小型輕量化的。但是小型化是以增加二倍變流器容量為代價。德國研制的樣機，功率1MVA的400Hz（變比1∶1）中頻變壓器的重量為450kg，短路電抗為18.9%，效率達96.2%。5.無牽引變壓器技術(shù)盡管使牽引變壓器小型化可有效地減小變壓器的質(zhì)量和體積，但牽引變壓器在牽引傳動系統(tǒng)中仍占據(jù)著較大的質(zhì)量、體積。2000年瑞士學者提出了采用高壓電動機的無變壓器交流傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，徹底取消了牽引變壓器，無需增加變流器容量。相對于傳統(tǒng)交流傳動系統(tǒng)，對牽引變流器和牽引電動機的設(shè)計提出新的挑戰(zhàn)。取消變壓器，將變流器模塊通過一個小的平波電抗器直接與高壓接觸網(wǎng)相連，這對當前的電力電子器件的耐壓等級提出了新的挑戰(zhàn)。當前由于受電力電子器件的耐壓等級限制，可以采用將多個變流器模塊串聯(lián)起來，且每個模塊采用多2024/8/2262電平的拓撲結(jié)構(gòu)，以降低所需電力電子器件的耐壓等級，這對變流器拓撲結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)提出了許多新的挑戰(zhàn)。取消變壓器后，交流側(cè)牽引變流器串聯(lián)連接，各個變流器模塊直流中間回路電壓的電位不同，對驅(qū)動側(cè)則是每個直流中間回路為具有不同電位的獨立驅(qū)動電路的一部分，需要引入一種新的電動機的概念。瑞士學者提出采用帶有3個獨立三相繞組的星形聯(lián)接異步電動機，其三相繞組由接在不同電位的3個三相逆變器供電，這就需要用這種星形聯(lián)接異步電動機的新型控制結(jié)構(gòu)。對牽引電動機的拓撲結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。2024/8/22630.2.5預(yù)測設(shè)計將引領(lǐng)設(shè)計潮流隨著設(shè)計思維方式的改變，由過去的“經(jīng)驗設(shè)計”，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦A(yù)測設(shè)計”。采用并行模式，即除傳統(tǒng)學科(電機工程學、電子學、控制工程、空氣及流體力學和機械學等)外，還要利用其它諸如可靠性、維修性、保障性、安全性、價值工程和人機工程等專業(yè)學科的知識和經(jīng)驗,審查和修改由傳統(tǒng)學科得出的設(shè)計方案。同時在整個開發(fā)過程中，還要把銷售、用戶服務(wù)、制造、供貨和組裝結(jié)合起來，并對各個部件的成本進行核算，估計出電力傳動裝置的壽命周期成本(LCC)，以便在供貨時，對用戶提出的可靠性、維修性、有效性、所能達到的指標及其壽命周期成本等作出承諾，為用戶使用、進行狀態(tài)修提供指導(dǎo)依據(jù)。RAMS---Reliability、Availability、Maintainability、Safety

可靠性、可用性、可維修性、安全性ECO4---Energy，Efficiency，Economy，Ecology0.2.6后發(fā)展國家以市場換技術(shù)實現(xiàn)交流傳動技術(shù)的跨越與突圍

西方發(fā)達國家的電力傳動系統(tǒng)已經(jīng)完成了交直傳動到交流傳動的技術(shù)飛躍，并在交通運輸、冶金自動化等多個行業(yè)的技術(shù)裝備方面形成了巨大的競爭優(yōu)勢。歐盟和日本的相關(guān)公司一直禁止該技術(shù)的轉(zhuǎn)讓與合作，西方國家即便在當前“以市場換技術(shù)”壓力下依然將交流傳動高性能控制技術(shù)作為競爭法寶而拒絕轉(zhuǎn)讓。后發(fā)展國家為了掌握交流傳動技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，只能借力跨越發(fā)展，采取了各種途徑。合作引進以市場換技術(shù)是一條可行之路，韓國鐵路高速列車的自主研制、試驗成功，就是一個成功范例。交流傳動技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是一項系統(tǒng)工程，無論是新器件的開發(fā)、應(yīng)用，還是新理論的創(chuàng)立、工程化應(yīng)用，無論系統(tǒng)整體變革，還是部件品質(zhì)跨越，都是一個循序漸進的過程，需結(jié)合特定的運營條件和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，完善系統(tǒng)功能，調(diào)整、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。一方面保證核心技術(shù)、部件、系統(tǒng)的可靠應(yīng)用，另一方面，完美的結(jié)合可以提升系統(tǒng)的性能。我國在交流傳動技術(shù)工程化應(yīng)用方面曾作了一些初步嘗試，設(shè)計生產(chǎn)了少量2024/8/2266的各種機車、動車組，沒有形成批量，“中華之星”、“先鋒號”動車組就是例證。鍛煉和培養(yǎng)了一支研發(fā)、制造的技術(shù)隊伍，基本形成了自主技術(shù)平臺，但因沒有掌握其核心技術(shù)，加之其它原因，最終以“中華之星”的封存而告終。我國鐵路在跨越式發(fā)展中以市場換技術(shù)，與世界軌道交通領(lǐng)域各主要公司簽署了多份技術(shù)合作引進合同，引進各種用途的機車、動車組滿足運輸需要。這次引進技術(shù)的共同特征是，選擇國外同期先進成熟的車型作為原型車，所有引進機車、動車組均采用先進的交流傳動技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，這對于提升我國鐵路運輸裝備技術(shù)水平具有積極意義，為自主研發(fā)提供技術(shù)參考，也決定了我國鐵路牽引傳動技術(shù)發(fā)展的方向，必然是跟蹤技術(shù)潮流，走交流傳動之路。

以市場換技術(shù)出發(fā)點不錯，關(guān)鍵是能否換得核心技術(shù)，能否很好地吸收消化這是關(guān)鍵。我國在其他行業(yè)也走過以市場換技術(shù)之路，其結(jié)果是有目共睹。世界上從沒有免費的午餐，韓國通過技術(shù)引進合作換得了高速列車關(guān)鍵技術(shù)，這只是一個孤證，并不具有必然性。韓國在引進技術(shù)之始就提出一條明確的政策法規(guī)，即技術(shù)只能引進一次，同時他們把科技經(jīng)費進行調(diào)整，引進和消化、吸收的2024/8/2267費用比例是1：5，也就是說韓國花1元錢引進的技術(shù)要用5元錢進行消化研究和開發(fā)。我國目前每花1元錢引進技術(shù)，只用0.07元進行消化吸收，而日本是花1元錢引進技術(shù)，花5～8元錢進行吸收和技術(shù)創(chuàng)新。過往的事實是，韓國和中國的核電技術(shù)幾乎是同時引進的，目前韓國核電技術(shù)都參與國際競標了，而中國還在引進。但愿我國鐵路能夠以一定的市場換回關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)，構(gòu)建我國的高速列車研發(fā)平臺，不要步家電、汽車行業(yè)、核電之后塵。開弓沒有回頭箭，既然已走上了市場換技術(shù)之路，相信這是一條不平坦的路，需要國家在吸收消化、再創(chuàng)新方面給以積極合理的法規(guī)及經(jīng)費支持，需要相關(guān)專業(yè)人員的共同努力，突破技術(shù)重圍，盡快消化吸收關(guān)鍵技術(shù)為我所用，占領(lǐng)技術(shù)的制高點，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的自主化與國產(chǎn)化。合理匹配牽引動力類別，優(yōu)勢互補優(yōu)化配置，實現(xiàn)多樣化。這次合作技術(shù)引進，對于鐵路牽引動力制造業(yè)是一次難得的發(fā)展機遇，是一次變革，也是利益的再分配。車輛工程專業(yè)的師生以及從事軌道列車牽引傳動專業(yè)的技術(shù)人員不能等閑視之，應(yīng)積極投身于這場技術(shù)變革中去，研究新技術(shù)、解決國產(chǎn)化中出現(xiàn)的各種問題，為企業(yè)提供智力支持，為掌握關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)交流傳動技術(shù)在我國的飛躍發(fā)展做出應(yīng)有的努力。3.本課程的性質(zhì)、內(nèi)容與任務(wù)

列車電力牽引傳動控制是一門跨學科的應(yīng)用技術(shù)，它涉及到電力電子器件、微電子學、變流器電路、電機學、控制理論、計算機、網(wǎng)絡(luò)控制等在內(nèi)的許多領(lǐng)域。是軌道車輛專業(yè)牽引動力方向的一門專業(yè)課。為了適應(yīng)我國鐵路牽引動力裝備的技術(shù)升級與跨越，結(jié)合技術(shù)合作引進的進程以及牽引傳動技術(shù)的發(fā)展方向，重點突出以下幾方面：1.反映我國當前電力牽引傳動技術(shù)的水平，分析各干線主型機車的技術(shù)特征，揭示交-直流傳動機車的技術(shù)平臺，針對典型車型進行剖析，力求在理論上有一定的深度。2.重點分析交流傳動技術(shù)的基本原理，介紹交流傳動技術(shù)的關(guān)2024/8/2269鍵部件及其控制方式。對引進動車組、機車的交流傳動系統(tǒng)進行全面分析。

3.著重介紹分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在列車上的應(yīng)用情況，以引進機車、動車組為藍本，分析列車網(wǎng)絡(luò)控制的基本拓撲結(jié)構(gòu)。4.作為專業(yè)課程，要結(jié)合實際，及時準確地反映電力牽引傳動技術(shù)的發(fā)展動態(tài)及發(fā)展趨勢。在現(xiàn)有課時下，既要兼顧既有技術(shù)的學習，又要探討交流傳動及網(wǎng)絡(luò)控制等新技術(shù)，存在著一定的難度。要完成教學任務(wù)，必須要改變教學方式，形成課堂內(nèi)與課堂外互動。課堂上主要講述基本原理及應(yīng)用，對于一些基本問題需要在課下自己收集資料，進行分析、整理。同時由于受技術(shù)保密的限制，對引進技術(shù)的一些細節(jié)問題，必須要借助各種資源，全方位的搜集資料，并加以分析、歸納和整理，建立完整的知識體系。思考題：1.電力牽引傳動系統(tǒng)的定義及實質(zhì)。2.電力牽引傳動技術(shù)的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢。3.交流傳動技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。4.現(xiàn)代列車的主要標志。

內(nèi)燃機再制造是指將失效的內(nèi)燃機進行集中拆解、零部件清洗、檢測分類，按照原新產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范要求，通過一定的工藝重新加工制造后，使再制造后內(nèi)燃機產(chǎn)品的使用壽命及其動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性、可靠性等指標不低于原型機新機的標準要求。內(nèi)燃機再制造經(jīng)濟效益、社會效益十分顯著，與原始制造相比，再制造可節(jié)約能源消耗80%、節(jié)省材料70%以上，降低制造成本30%~50%。截止2015年12月31日，全國鐵路機車擁有量為21027臺，比上年減少69臺，其中內(nèi)燃機車占43.2%，9084臺，比上年下降1.8%；電力機車占56.8%，11943臺，比上年提高1.8%。附件1鐵路運輸發(fā)展交通運輸作為國民經(jīng)濟的大動脈，占有重要的地位。在我國鐵路運輸作為一種主要的運輸方式，在經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。世界鐵路發(fā)展的大趨勢是“高速、重載、安全、節(jié)能、環(huán)?！薄ｋ娏鲃优c控制技術(shù)（機車、動車組）將在牽引動力方式的變革中發(fā)揮著重要的作用，已成為我國鐵路主要的牽引動力傳動方式。

一、鐵路客、貨運輸發(fā)展

1825年第一條鐵路在英國誕生，以其速度和運能上的優(yōu)勢，極大地推動著世界經(jīng)濟的發(fā)展和社會進步。20世紀50年代，民運飛機大規(guī)模躋身于世界長途運輸領(lǐng)域，與此同時，短途運輸又迎來了一場全球性的汽車競賽。于是鐵路在公路、民航運輸?shù)碾p重夾擊下迅速衰弱，曾一度被貶為“夕陽產(chǎn)業(yè)”，僅美國在20世紀中葉，就拆除了9萬多公里鐵路，比今天我國鐵路里程的總和還要多。“身邊不見火車行，耳畔頻聞拆路聲”就是其真實寫照。上世紀60年代一場浴火重生的挑戰(zhàn)擺在鐵路牽引動力研發(fā)設(shè)計者面前，鐵路精英們不愿退出歷史舞臺，積極尋求新的技術(shù)模式，依靠技術(shù)變革突破重圍，走出頹勢?！白託w夜半猶啼血，不信東風喚不回”。牽引動力作為鐵路運輸?shù)呐蓬^兵，引領(lǐng)技術(shù)的升級與突圍，以電氣化和內(nèi)燃化為代表的鐵路現(xiàn)代牽引動力開始嶄露頭角，與此相適應(yīng)的運輸管理組織模式相繼出現(xiàn)，給鐵路運輸業(yè)振興帶來了希望和曙光。新技術(shù)、新工藝的研發(fā)與應(yīng)用，促進了新型運輸裝備技術(shù)的升級換代，推動了重載貨運、高速客運和信息技術(shù)發(fā)展，加速了鐵路運輸業(yè)恢復(fù)生機、獲得新生的步法。2024/8/2273

1964年10月1日,日本東海岸新干線的開通運營,在世界鐵路運輸史上寫下了光輝的一頁，開創(chuàng)了高速鐵路發(fā)展的新紀元。隨著新干線高速列車投入運行，其安全、快捷、舒適、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點等到了充分的體現(xiàn)，使曾一度被貶為“夕陽產(chǎn)業(yè)”的鐵路運輸業(yè)由此得以重生，步入了快速發(fā)展的軌道。經(jīng)過40多年的不懈努力，鐵路牽引動力發(fā)生了革命性的變化，在大功率交—直—交變流技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、診斷技術(shù)、高性能走行部設(shè)計制造技術(shù)、大功率柴油機制造技術(shù)、材料科學、空氣動力學、高性能的復(fù)合制動技術(shù)、可靠地供電受流技術(shù)和智能化檢修技術(shù)等很多領(lǐng)域取得了重大突破。

鐵路牽引動力的不斷發(fā)展影響著鐵路運輸方式的變化，在貨運重載、客運高速和信息技術(shù)等方面取得了重大突破。

1.重載運輸技術(shù)發(fā)展在重載運輸方面,美國、加拿大、俄羅斯、瑞典、南非、澳大利亞和中國等少數(shù)國家已經(jīng)開行了重載貨運列車。美國開行單元式重載列車，采用25t以上的機車車輛，牽引總重在10000噸以上，是名副其實的萬噸列車，并曾創(chuàng)造總重達44066噸的世界最高紀錄。俄羅斯采用組合式重載列車，牽引列車重量達到6000t以上，并成功地試驗開行了總重43047噸的重載列車。

1991年，南非在艾爾梅格--理查茲彎中在鐵路開行了一列由9節(jié)電力機車和7節(jié)內(nèi)燃機車牽引的總重71600噸、編組660輛、長度達7200m的鐵礦石列車，創(chuàng)造了當時列車長度和重量的世界紀錄。澳大利亞鐵路采用單元組合重載技術(shù)，由大功率內(nèi)燃機車牽2024/8/2275引,采用25t以上軸重的重載機車車輛，開行萬噸列車，使單線年運量可達1億噸。2001年6月21日澳大利亞BHP鐵礦公司在紐曼山-海德蘭間開行的超級列車，創(chuàng)造了重載運輸?shù)淖罡呒o錄。該列車裝載82000噸鐵礦石、總重達99732噸。列車由682輛貨車和8臺AC6000內(nèi)燃機車組成，長度達7353m。在長度和重量上都超過了以往的重載列車，成為迄今為止世界上最長最重的重載列車。該超級列車運行情況如下圖所示。我國是世界上唯一在既有線開展提速與重載的國家，所面臨的技術(shù)難度也是空前的。鐵路客運經(jīng)過六次全面提速，線路基礎(chǔ)條件有了很大改善，重載運輸能力有了較大的提高。在既有線路2024/8/2276超級列車長度：7.353km重量：99732t凈載重:82000t機車:8臺AC6000CW2+1+2+1+2單司機

Locotrol車輛:682輛平均速度:55km/h澳大利亞BHP公司紐曼-黑德蘭276km準軌單線內(nèi)燃牽引2001.6.212024/8/2277超級列車列車長7.353公里

列車重99732噸線路長276公里

8臺AC6000CW

編組682節(jié)車輛機車使用分布式同步控制系統(tǒng)運行時間(往返)～10小時上采用HXD3(和諧3型電力機車)，以單機車、單司機方式開行了5000噸以上的整列重載列車，最高運行速度為120km/h。隨著合作引進的各型HX大功率干線機車的陸續(xù)投入運行，既有線重載運輸定數(shù)將會不斷提高到8000噸以上；在大秦鐵路運煤專線上已開行了2萬噸級的單元組合列車，由HXD1/2或四臺SS4G/SS4B電力機車牽引,制動系統(tǒng)全部采用CCBII系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用GE公司Locontrol分布式機車無線同步操縱系統(tǒng)，通信系統(tǒng)采用GSM-R綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)，信號覆蓋全線，消除了多年來因山區(qū)通信盲區(qū)對運輸造成的困擾。自2006年正式開行2萬噸級重載列車以來，每年以5000萬噸的能力逐年遞增，2007年運輸量已達3億噸。2014年4月2日6時31分，一列由4臺電力機車牽引、編組320輛、總長3971m、滿載3萬噸煤炭的組合式試驗列車，由北同蒲線袁樹林站始發(fā)，經(jīng)過12小時25分、738.4公里的運行，于當日18時56分安全順利到達終點站大秦線柳村南站，3萬噸重載列車運行試驗取得圓滿成功，實現(xiàn)了我國鐵路重載列車牽引重量從2萬噸到3萬噸的跨躍，使我國成為世界上僅有幾個掌握3萬噸鐵路重載技術(shù)的國家之一。鐵路、公路和航空的單位運輸成本之比為1：6.4：9.35。列車牽引定數(shù)發(fā)展歷程

2.客運高速技術(shù)發(fā)展在高速客運方面，目前已開行200km/h以上高速列車的國家和地區(qū)有日本、法國、德國、英國、意大利、西班牙、芬蘭、瑞典、美國、俄羅斯、韓國、中國及臺灣地區(qū)。已在建設(shè)或規(guī)劃高速鐵路的國家和地區(qū)有瑞士、奧地利、比利時、荷蘭、丹麥、加拿大、澳大利亞、印度和越南（注：越南國會已于2010年6月19日否決了貫穿南北的高鐵線路計劃，主要原因是成本與收益問題）。至今已掌握了300km/h高速列車研制技術(shù)的國家，只有德國、法國、日本、意大利、韓國等少數(shù)幾個國家，真正掌握原創(chuàng)技術(shù)的國家只有德國、法國和日本，其水平代表著世界高速鐵路發(fā)展的技術(shù)水準，已形成了三種不同的技術(shù)平臺。其他已開行或正在建設(shè)即將開通高速列車的國家和地區(qū)，其所采用的技術(shù)不外乎是這些技術(shù)平臺的引進和改良。2024/8/2281隨著高速鐵路運輸業(yè)的再次崛起和成功，鐵路的發(fā)展正進入一個新時期。新干線動車組由0系發(fā)展到800系及E1-E5/6，從300系開始采用交流傳動，運行速度達到270km/h,最高為300km/h，未來320km/h。德國ICE3、法國AGV采用動力分散、交流傳動技術(shù)，運行速度已達到330-350km/h；韓國通過合作引進TGV技術(shù)，已在東線開通了300km/h高速列車，并自主研制了350km/h高速列車G7，近期將在西線投入運營;臺灣引進了日本700系動車組,已于2006年底開通了貫通南北的高速鐵路，運行速度達到300km/h,(運送旅客近期可達1億人次)2007年4月18日第六次鐵路大提速,我國在部分線路采用CRH1、CRH2、CRH5動車組，開行了200km/h的高速列車。

2008年8月1日以來，CRH3相繼在京津、武廣客運專線投入運營，最高速度為350km/h。2009年12月，CRH3在武廣客運專線投入運行。2010年7月1日，CRH3在滬寧高鐵開始350km/h運營。旅客列車速度發(fā)展歷程2024/8/2283

二、中國鐵路發(fā)展現(xiàn)狀我國鐵路經(jīng)過了60多年的建設(shè)發(fā)展，營運總里程已超過12.1萬公里，高鐵運營里程達1.9萬公里，其運輸能力基本上能夠滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，運營管理水平、技術(shù)裝備水平有了較大的提高，牽引動力實現(xiàn)了內(nèi)燃、電力化，牽引傳動方式采用電力牽引傳動。在客貨運輸市場占有較為穩(wěn)定的份額。2024/8/222012年各種運輸方式貨運總量2012年各種運輸方式貨物周轉(zhuǎn)量

中國鐵路發(fā)展歷程（km）指

標計算單位本年累計完成

上年同期完成比上年同期增減比上年同期增減%一、鐵路運輸

1.旅客發(fā)送量萬人2534842304602302410.0

2.旅客周轉(zhuǎn)量億人公里11960.6011241.85718.766.4

3.貨運總發(fā)送量萬噸335801381334-45533-11.9

4.貨運總周轉(zhuǎn)量億噸公里23754.3127530.19-3775.88-13.7

5.總換算周轉(zhuǎn)量億噸公里35714.9138772.04-3057.12-7.9二、基本建設(shè)投資億元5924.585512.61411.977.5

注：1.國家鐵路含控股合資公司。2.統(tǒng)計范圍不含港澳臺。

中國鐵路總公司計劃統(tǒng)計部提供2015年1-12月國家鐵路主要指標完成情況中國鐵路運輸發(fā)展現(xiàn)狀附件2鐵路牽引動力發(fā)展歷程自1825年第一條鐵路在英國誕生以來，鐵路牽引動力隨著技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了從蒸汽機車到電力、內(nèi)燃機車牽引階段。目前，各國基本都是以電力機車或內(nèi)燃機車作為牽引動力，內(nèi)燃機車主要采用電力傳動。主要發(fā)達國家在上世紀90年代都已實現(xiàn)交流傳動。列車的牽引性能、速度、功率、控制模式等有了很大的提高，實現(xiàn)了傳統(tǒng)機/列車向現(xiàn)代機/列車的跨越。

交流傳動技術(shù)、現(xiàn)代轉(zhuǎn)向架技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用，是現(xiàn)代列車的主要標志。牽引動力的配置模式主要有動力集中和動力分散兩種。動力集中是將列車所需動力集中于列車兩端動力車的各動軸上，形成推挽式牽引；動力分散就是將列車所需動力分散置于各車輛軸或大部分車輛軸上。動力分散主要應(yīng)用于300km/h及以上的高速動車組，動力集中式主要應(yīng)用于300km/h以下的列車牽引。任何交通工具的發(fā)展，都是伴隨著提高載重和速度這兩個要素而進行。要實現(xiàn)“重載、高速”，首先要有足夠大的牽引功率，因此現(xiàn)代牽引動力的基本特點是“大功率”，這尤其體現(xiàn)在單軸功率的提高上。目前國外的交流傳動電力機車單軸功率已發(fā)展到了1200kW---1600kW，最高達到1840kW。當然，單軸功率的提高不是無止境的，它受到物理學、運動學的制約，既應(yīng)該同電力機車性能相匹配、又能充分發(fā)揮粘著性能。現(xiàn)代的貨運機車單軸功率都在1000kw以上,目前交流傳動電力機車的單軸功率為1200—1600kW,且已被各國普遍采納。2024/8/2289動力集中與動力分散的變遷

蒸汽機車(2370kW)內(nèi)燃機車(4800kW)電力機車(9600kW)鐵路牽引動力發(fā)展過程

一、蒸汽機車蒸汽機車在鐵路運輸發(fā)展中起到了巨大的作用，自1803年開始經(jīng)歷了多次改進，生產(chǎn)制造了許多型號的蒸汽機車，滿足了當時鐵路牽引之需要，推動了經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，至中國大同機車廠前進型蒸汽機車停止生產(chǎn)、退出我國鐵路干線牽引，歷經(jīng)190余年。蒸汽機車的發(fā)展歷程就是一部近代鐵路技術(shù)發(fā)展史。

蒸汽機車最大功率達2370kW，最高速度為200km/h。2024/8/2292曾經(jīng)的宏大氣勢，如今看了別樣滋味……最早在軌道上運行的機車英國人理查德特里.維西克制造了一臺單汽缸和大飛輪的蒸汽機車，1804年2月29日在專門鋪設(shè)的軌道上試車成功，牽引5輛車廂，時速8公里，被命名為“新城堡號”。

1825年9月27日，世界上第一條永久性公用運輸設(shè)施，英國斯托克頓--達林頓鐵路的通車典禮上，斯蒂芬森親自駕駛“旅行”號從伊庫拉因車站出發(fā)，駛向斯托克頓。下午3點47分到達目的地，共運行了31.8公里?！奥眯小碧枡C車現(xiàn)陳列于達林頓車站，編號為“№1”。喬治·斯蒂芬森也因此被人們尊稱為“蒸汽機車之父”。1829年喬治和R.Stephenson父子設(shè)計制造的多煙管蒸汽機車“火箭號（Rocket）”1835年德國紐倫堡開行的第一列蒸汽旅客列車2024/8/22961881年唐山—胥各莊鐵路用蒸汽機車最大功率2370kW

最高速度90km/h

軸式2-10-2世界最大功率蒸氣機車高速蒸汽機車200km/h160km/h快速蒸汽機車180km/h快速蒸汽機車

2007年12月，內(nèi)蒙古首屆國際蒸汽機車旅游攝影節(jié)在克什克騰旗啟動。來自世界各地的1000多名蒸汽機車迷、攝影師來到集通鐵路經(jīng)棚火車站參加旅游節(jié)。2024/8/22102

二、電力機車及EMU電力機車最早于1882年起源于礦山。第一臺交流傳動電力機車誕生于1903年，它為三相交流電供電?，F(xiàn)代電力牽引機車均采用單相交流供電方式，主要經(jīng)歷了交—直流傳動和交—直—交流傳動階段，發(fā)達國家已于20世紀90年代完成了直流傳動向交流傳動的跨越。交流傳動電力機車無論從功率、速度還是可靠性與經(jīng)濟性方面，都遠優(yōu)越于直流傳動機車。特別是在高速重載方面，正在發(fā)揮著越來越重要的作用。交流傳動是電力機車及電動車組發(fā)展的必然趨勢。電力機車的研發(fā)中心在歐洲，主要以西門子、阿爾斯通、龐巴迪公司的產(chǎn)品為代表。

交流傳動電力機車最大軸功率已達1837.5kW。高速動車組最高試驗速度達到574.8km/h，最高運營速度為320~350km/h。2024/8/22103世界最早的工礦電力機車（1882年）世界最早的交流傳動動車（1903年）供電制式：3相交流；電機功率：2.2MW；速度：210km/h；2024/8/22105最大功率7350kW

最高速度200km/h軸功率最大的電力機車HSR350x臺灣300km/h動車組引進日本三菱公司700系，轉(zhuǎn)向架采用500系轉(zhuǎn)向架，單元編組3M1T，試驗速