電力牽引傳動與控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展-文庫吧
2025-06-01 13:29 本頁面
【正文】 化的高潮。隨著大功率的晶閘管特別是大功率可關(guān)斷晶閘管(GTO)的出現(xiàn)和微機控制技術(shù)等的發(fā)展，20世紀(jì)70年代以后出現(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)，即所謂的交流傳動，又很自然地取代了交直傳動。交流電動機作為牽引電動機使用, 具有獨特的優(yōu)越性：(1)交流電動機體積小、質(zhì)量輕、功率大。體積小, 解決了安裝空間的限制問題；質(zhì)量輕, 減小了機車轉(zhuǎn)向架的簧下質(zhì)量,改善了輪軌作用力,適應(yīng)了高速的需要；功率大, 解決了高速所必需的動力問題。(2)交流電動機保持恒定大功率的速度范圍寬,有利于實現(xiàn)客貨通用型機車。(3)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,也降低了制造和維修成本。(4)異步交流電動機具有優(yōu)異的牽引性能,陡峭的自然特性有利于提高粘著利用,能更好地發(fā)揮牽引力。雖然交流電動機,尤其是異步電動機具有上述優(yōu)勢, 但在上世紀(jì)70年前,由于直流電機控制的簡便性,以及電力電子技術(shù)僅具備整流晶閘管器件和完善的整流技術(shù),交流傳動無法與直流傳動相媲美。隨著快速晶閘管的出現(xiàn),采用異步牽引電機、快速晶閘管變流機組、電流滑差控制方法的交流傳動系統(tǒng)的DE2500內(nèi)燃機車問世了，交流傳動在牽引領(lǐng)域展現(xiàn)出前所未有的活力。從此,機車車輛裝備進(jìn)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)邦鐵路的認(rèn)可。BR120機車在系統(tǒng)設(shè)計、總體布置、參數(shù)選擇與優(yōu)化規(guī)則、電路結(jié)構(gòu)方面以及在主要部件,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、輔助變流器等的設(shè)計和制造方面, 成功地進(jìn)行了嘗試, 奠定了當(dāng)代交流機車設(shè)計和運行的基本模式。交流傳動系統(tǒng)不僅能充分發(fā)揮了交流電動機的優(yōu)越性,而且采用新技術(shù)后,帶來了新的優(yōu)勢：(1)機車采用四象限脈沖變流器,大大減少了供電網(wǎng)的電流諧波分量, 改善了供電品質(zhì),解除了對通信、信號的干擾；(2)交流傳動機車可使供電網(wǎng)獲得近似于1的功率因數(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)良好的電能,節(jié)能效果顯著；(3)機車向前/向后、牽引/制動操縱無需位置轉(zhuǎn)換開關(guān)即可進(jìn)行主電路的轉(zhuǎn)換, 電路簡單, 可靠性高。西方發(fā)達(dá)國家投入巨資研發(fā)軌道交通交流傳動系統(tǒng), 經(jīng)過30年的研發(fā)、考核、技術(shù)更新, 已完成了機車車輛直流傳動向交流傳動的產(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的標(biāo)志之一。交流傳動成為鐵路實現(xiàn)高速和重載的唯一選擇和發(fā)展方向。在這發(fā)展過程中,電力電子器件的發(fā)展是交流傳動技術(shù)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)。第一代機車采用快速晶閘管,變流機組復(fù)雜、效率較低、可靠性和可維修性等均不理想。隨著大功率GTO器件的誕生, 上世紀(jì)80 年代中后期被迅速應(yīng)用于大功率交流傳動機車動車, 技術(shù)性能又有新的提高。進(jìn)入上世紀(jì)90年代,中高壓IGBT相繼問世,器件品質(zhì)進(jìn)一步提高,變流機組又開始更新?lián)Q代。與此同時, 控制策略的發(fā)展是交流傳動技術(shù)進(jìn)步的理論基礎(chǔ)。先后研究、應(yīng)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
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