动车组交流传动技术分析及应用

2015-10-13

人间 2015年13期

动车组交流传动技术分析及应用

杨厚金

（北京动车段，北京大兴 102611）

摘要：随着科学技术的快速发展，铁路系统也对列车技术进行了升级，由最初的低速列车发展为今天的高速列车，不仅提高了列车速度，还节省了更多时间。当前人们开始注重对列车功能的要求，将矛头开始指向电机牵引功能，列车技术不断升级，其中电磁技术和交流传动技术是主要研究课题。接下来在本文中就针对交流传动技术进行分析，讲述交流传动技术在动车组中的应用。

关键词：动车组；电机牵引；交流传动；技术应用

早在上世纪，科研人员就开始想办法通过新的驱动系统代替传统的动力牵引和直流电牵引，最终研究出了交流电动机牵引，这是目前最为理想的列车驱动系统。而交流电动机可以分为两类，一类是同步电动机，一类是异步电动机。最早的同步电动机必须要定子和转子在同步转速下才能运行，虽然机器运转稳定性较高，但是适用范围较窄，是由法国人发明的。而异步电动机与同步电动机有着相似之处，异步电动机结构较为简单，转动条件也有所降低，所以代替了同步电动机，在工业生产和日常生活中得到了广泛应用。

一、动车组交流传动系统的构成

当前全球很多国家都在研发高速列车，但是其牵引控制系统都是采用的交流传动技术，这都是不可改变的。那么动车组交流传动系统的结构包括哪些：

1.交流牵引电机。当前许多国家在高速列车驱动系统中都采用的是交流牵引电机，更为准确的应该是三相交流电机，这是异步电动机的一种，而且结构上较为简单，能够快速稳定运行，牵引力较强，在出现问题时可以确保列车快速制动，这是同步电动机无法做到的。目前各国都在对交流电动机进行创新研发，希望在未来交流牵引电机能够发挥更大作用。

2.变流装置。交流电动机由于自身性能较好，在工业生产和日常生活中已经得到广泛应用，而高铁和动车组上采用三相交流电机作为牵引系统，但是想要实现三相交流电机的牵引能力，必须要具备较好的变流装置，主要是为了最大程度的发挥三相交流电机的牵引效能。这种变流装置结构较为复杂，而且自身运行所需功率较大，当前铁路上使用的变流装置都是特制的，主要是将单向交流电转化为三相交流电，给三相交流电机提供能源。变流装置具有许多优点，三相交流电产生时不会对电流谐波造成干扰，这样就可以避免供电不稳定的问题出现；同时变流装置的承载能力较强，能够快速适应外界环境，应对多种突发状况，确保列车正常运行；对变流装置进行操控时，必须要遵守一定要求，要达到操作标准后转矩才会启动；通常变流装置的变频幅度较大，最低点可以达到0.4HZ，而最高点可以达到200HZ，列车运行时可以根据运行情况进行变频的调节，这样就不会出现较大的起伏，对列车机械结构具有一定的保护作用；动车供电系统在供电时尽量要保持平稳，不能出现较大波动，输出功率参数最好保持在1左右；而且变流装置在用材上比较节省，可以减少浪费；变流装置在安装好后，只需要进行参数设置就可以实现运行，出现故障时维修也较为方便。

二、交流传动技术在动车运行过程中的控制策略

通常交流列车也分为两种，其中应用最多的应该是单项工频机车的控制系统，主要是采用交流-直流-交流的电流转换模式，而这种方式又分为两种控制方法，一种是网侧变流器控制，另一种是电机侧逆变器控制。

1.网侧变流器控制。通常在动车组传动系统中必不可少的部件就是网侧变流器，这个变流器可以说是传动系统的核心，能够将电能通过变流器进行调节，实现对电流大小的掌控，主要是将交流电变为直流电。同时动车组中所使用的变流器能够减少电谐波的出现，这样列车运行时就更为稳定。由于列车运行时供电系统必须要提供稳定的电能，所以网侧变流器就体现出了其优势，被广泛应用到列车传动系统中，但是列车的型号也会有所不同，所以在选择网侧变流器时，也要根据列车的实际需求进行合理选择。

2.电机逆变器控制。电机逆变器也是列车传动装置中的一部分，主要是将直流电变为交流电，与变流器所发挥的作用是相反的，动车在运行时必须要有牵引装置，这是就必须要将异步电动机与逆变器结合使用，通过其特性为三相交流电机提供动力，这样才可以实现三相交流电机的传动。

三、交流电动机的原理应用

随着时代的发展，交流电动机广泛应用到社会各个领域，影响着工业生产和日常生活，那么交流电动机应该分为两大类，一类是同步电动机，另一类是异步电动机。同步电动机的转速改变主要是依靠电压频率的改变，在这个过程中主要是直流电压在发挥作用，能够通过晶闸管器件，对电动机进行强制换流。而且由于换流方式多种多样，这样就导致电压逆变器种类的增多，电压逆变器中的电力半导体器件始终是保持正向偏置，能够通过对电路中的晶闸管进行逆变，使晶闸管中的负载电流降低到零，这样就可以达到强迫换流的目的。

而通常所说的异步电动机，主要针对的是交流调速系统，这个系统是交流传动控制系统中的一个重要组成部分，在动车组牵引装置中，可以通过控制方式产生三相交流电，然后提供给异步电动机，这样就可以实现电流之间的转化，也可以有效调节异步电动机的转速，这也是目前我国动车组技术中较为先进的技术，我国正在加大对异步电动机运行原理的研究，相信在未来，异步电动机将会发挥更大的作用。