電傳動技術在電力機車中的應用

摘 要：電傳動技術是電力機車牽引傳動的核心技術，我國電力機車在發展歷史上主要歷經兩個階段：直流牽引傳動和交流牽引傳動。電傳動技術的不斷發展，必將為我國的經濟發展做出巨大貢獻。

關鍵詞：電傳動；技術；電力；機車

中圖分類號：U264.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

電傳動技術是電力機車的核心技術，從很早開始，人們就一直努力探索機車牽引動力系統中的電傳動技術。在電力機車的發展史上，電傳動技術主要歷經兩個重要階段：直流牽引傳動時代和交流牽引傳動時代。兩個時代代表了電力機車發展的兩個典型階段。

直直型電力機車是由直流電源供電，直流串勵牽引電機驅動，通過串并聯切換加凸輪變阻或晶閘管斬波器調阻（調壓）方式進行調速和控制的機車。我國大部分的工礦用電力機車、城市無軌電車、城軌電動列車都屬于此種型式。交直型整流器電力機車的能量傳遞是將接觸網供給的單相工頻交流電，經機車內部的牽引變壓器降壓，再經整流裝置將交流轉換為直流，然后向直流（脈流）牽引電動機供電，從而產生牽引力牽引列車運行。其中最具代表性的就是SS4改型電力機車。

直流牽引傳動機車，無論是直直型還是交直型，共同點是采用直（脈）流牽引電動機，都可通過控制勵磁電流使牽引電機具有所要求的軟特性和良好的防空轉性能，脈流牽引電動機雖然在結構上與直流電機有所不同，但其工作原理基本上與直流電機相同，直流電動機結構上的缺點是存在電刷和換向器，無法改變電機存在的火花和環火的致命缺陷，從而限制了直流電動機的功率和容量，不能很好地滿足鐵路高速重載的發展要求，繼而限制了直流傳動機車的發展，因此在機車上采用無整流子的交流電動機成為趨勢。

交流牽引傳動電力機車是采用交流電動機牽引傳動，其優點是交流異步電動機結構簡單、維修方便、體積小、重量輕、功率大，而且粘著利用率高，電機恒功區寬，特別適合大功率機車采用。其難點是交流異步電動機必須采用變頻調整，且大功率變頻器不僅技術難度大，而且需要大功率高性能的電力電子元件。

交流傳動電力機車的供電方式分為集中供電、架控供電和軸控供電三種。由一臺大功率牽引逆變器向機車所有電機供電，稱為集中供電方式；由一臺牽引逆變器向一個轉向架的幾個電機供電，稱為架控供電方式；由一臺牽引逆變器向一個動軸上的一個電機供電，稱為軸控供電方式。因架控供電的逆便變器功率和數量適中，并且于實施軸重轉移電氣補償，因此，國產交傳動電力機車均采用架控供電方式。

交直交電傳動機車的關鍵部件是牽引逆變器，它承擔著將電壓穩定的中間直流電轉換為電壓和頻率均可調的三相交流電的任務，目前已經歷了三代逆變器的發展過程。

1983年，世界首批5臺BR120型大功率干線交流傳動電力機車，贏得了德國聯邦鐵路的認可。BR120機車在系統設計、總體布置、參數選擇與優化規則、電路結構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、空心軸萬向節傳動裝置、輔助變流器等的設計和制造方面，成功地進行了嘗試，奠定了當代交流機車設計和運行的基本模式。交流傳動系統不僅能充分發揮了交流電動機的優越性，而且采用新技術后，帶來了新的優勢：

（1）機車采用四象限脈沖變流器，大大減少了供電網的電流諧波分量，改善了供電品質，解除了對通信、信號的干擾。

（2）交流傳動機車可使供電網獲得近似于1的功率因數，從而減小了供電網損耗，再生制動時還可以向電網反饋品質良好的電能，節能效果顯著。

（3）機車向前/向后、牽引/制動操縱無需位置轉換開關即可進行主電路的轉換，電路簡單，可靠性高。

我國交流傳動技術的研究始于20世紀70年代初，可說是起步不晚，但國際上20世紀80年代初交流傳動機就已經進入商用化，技術日趨成熟。因此鐵道部曾指出，我國發展交流傳動不要跟在別人后面，先SCR，后GTO，再IGBT一步一步地走老路繞彎子，應跨過GTO階段，直接發展IGBT技術，縮短我國與國際上當今先進技術的差距。

20世紀90年代我國由株洲電力機車研究所和鐵道部科學研究院共同研究、共同研制的功率達1000kw的電力牽引交流傳動系統獲得成功。在此基礎上由南車集團株洲電力機車有限公司、株洲電力機車研究所于1996年共同研究的4軸4000kw交流傳動電力機車，是我國第一臺交流傳動電力機車，標志著我國電力機車交流傳動時代的到來。

我國同時也進行著交流傳動內燃機車的研制。1999年9月8日我國首臺交流傳動內燃機車“捷力”型吊車內燃機車研制成功，它標志我國機車工業由直流傳動向交流傳動轉換發展戰略邁出關鍵的一步。交流傳動機車是以現今的交流傳動技術替代傳統的直流傳動技術的新一代機車，也是我國鐵路機車發展的方向和主流機車。之后近十年的時間里，進行了鐵路機車交流傳動技術轉換工程。交流傳動電力機車和內燃機車牽引運載裝備將成為牽引動力主流。通過合資研發生產、引進技術等手段，200km/h及以上交流傳動電力機車、內燃機車和動車達到產業化，交流傳動電力牽引擺式列車技術在工程換上將有所突破，構成具有自主知識產權的擺式列車技術，滿足既有線路客運進一步提速的要求。交流傳動技術將為我國鐵路牽引動力的發展和技術升級換代做出貢獻。

我國機車電傳動技術已走過50余年的發展里程，取得了巨大進步，鐵路運輸從速度和功率已被用到技術極限的交-直傳動邁入速度更快、功率更高的交流傳動的階段，但這項技術的創新和開拓是永無止境的，交流傳動的電力機車已經成為未來機車發展的一種趨勢，它必將隨著相關技術的發展而不斷提高到更新的水平上。通過貫徹“引進先進技術，聯合設計生產，打造中國品牌”的總體要求進行技術引進和合作，我國機車車輛制造業的骨干企業開始批量生產交流傳動電力、內燃機車和電動車組。在技術引進的基礎上，進行消化吸收和再創新研究，軌道交通裝備核心、關鍵技術的相關平臺和體系初步形成，在滿足國內鐵路運輸市場需求的同時，促進鐵路機車車輛制造行業走向成熟，實現交流傳動機車車輛的國內開發和制造，徹底解決鐵路運力不能滿足改革開放以來國民經濟日益發展要求的矛盾，為我國的社會主義現代化建設做出貢獻，進而走向世界，在高速、重載鐵路牽引設備領域與世界先進企業同臺競爭。

參考文獻：

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