電力電子技術與鐵路機車牽引動力的發展

摘 要：隨著工業社會逐漸轉變為信息社會，國家各方面的技術手段上也在不斷的進行創新發展。鐵路機車牽引技術的發展歷程充分展示了我國技術手段發展的歷程。因此，文章中闡述了電力電子技術與鐵路機車牽引動力的發展。

關鍵詞：鐵路機車；電力電子技術；牽引動力

引言

鐵路機車技術的發展過程充分的展示了實際技術手段發展的歷程。近幾年隨著社會科技的逐漸發展，在鐵路機車牽引技術發展的歷程上逐漸開始利用電力電子技術對其進行完善，從而提高鐵路機車業的發展。

1 鐵路機車技術的發展史

1.1 1879年

蒸汽機車是人類機車歷史舞臺中的先驅者，隨著機械時代的發展，人們利用地電力技術取代了蒸汽技術，并且發明了電力機車。其中第一臺鐵路機車技術的產生時間為1879年，其主要的機車牽引技術是依靠直流供電的方式進行牽引作為機車驅動力[1]。

1.2 1965年

在1965年，世界上第一輛晶閘管整流器機車問世。該輛機車的問世標志著人類向電力電子時代有邁進了一步。此外，在該時期內除了使用了以上的幾種技術手段，通過電力電子技術的發展，開始采用50Hz和60Hz的工頻電，人類開始步入了電力技術發展的時代[2]。

1.3 20世紀70年代

20世紀70年代初期電力電子技術進一步得到了發展，開始逐漸采用一步交流傳動系統為機車提供牽引力。隨后，隨著電力電子技術的逐漸發展，到80年代初期，大功率可關斷電力半導體的問世，進一步促進了全球機車牽引力的發展[3]。

2 現代化電力電子技術

2.1 電力電子技術

電力電子技術是技術發展的成果，其中主要是使用電力電子器件對電能進行控制，從而采用變換和控制技術滿足各種設備的需求。電子電力技術在對電進行變化的過程中可以從1W以下～GW之間進行不斷的變化[4]。因此，主要被應用于電力交換中。在機車牽引力傳動系統中應用電力電子技術能夠更加完美和準確的對設備的用電情況進行控制，從而為傳動裝置的調速和控制提供有力的保障。由此得出機車牽引力應用的主要系統。

2.2 電力電子技術優勢

電力電子技術在其發展和應用過程中作為交流電動機牽引力使用具有其獨特的優勢，下面針對其優勢進行分析：第一，交流電機體積較少，在其應用過程中具有質量輕、功率大、空間小的特點。電力電子技術的應用能夠有效的改善傳統機車牽引技術中應用上設備較大，安裝和運行時間較長的弊端。此外，使用電力電子技術能夠改善鐵路輪軌之間的作用力，從而使用鐵路高速運轉的需求，最終從整體上提高了鐵路速度。第二，利用電力電子技術能夠使用交流電動機對其進行功率維持。傳統的電力技術應用過程對穩定恒定的大功率的速度范圍進行穩定，從而能夠持續性的為鐵路機車提供原動力，實現貨運客車的發展。第三，利用電力電子技術后對交流電能夠進行電動機無換向器控制，從而消除了電刷與轉向器磨損，進一步提高了鐵路運行中的可靠性，從而降低了鐵路工作過程中的制造和維修成本。第四，利用電力電子技術能夠實現使用異步交流電動機，從而提高了牽引性能。此外，隨著電力電子技術的逐漸應用，能夠有力的提高黏著利用率，從而適當的更好發揮牽引力，促進鐵路機車的運行。

3 現代化鐵路機車技術

3.1 鐵路機車技術

隨著電力電子技術的逐漸發展，人們已經不滿足與使用交流電對牽引力進行控制，傳統的交流電動機已經不能夠滿足人們的日常生活。因此，人們開始逐漸建立了現代化鐵路機車技術。鐵路機車技術主要是在傳統交流電的基礎上使用多頻交流電為其提供牽引力驅動。1983年世界上首批BR120性大功率干線交流傳動電力機車的產生，被德國聯邦鐵路認可，并且廣泛的進行了應用。

3.2 鐵路機車技術優勢

與傳統的鐵路機車技術相比，近幾年隨著鐵路機車技術發的發展住進開始采用交流傳動系統技術手段對其進行技術革新，該項技術手段的使用優勢主要表現為以下幾方面：

第一，利用交流傳動電力電子技術能夠采用四象限脈沖變流

器，而四象限脈沖變流器的應用能夠降低機車在電網中電流諧波的分量，從而從整體上改善了鐵路電力系統供電的品質，進一步解除了鐵路信號傳遞工程中受到交流電動機造成的信號干擾現象。

第二，利用交流傳動電力電子技術能夠使供電電網的電工功率發生改變，更加趨近于1功率，最終降低電網的損耗。此外，在現代鐵路機車技術中應用的交流傳動電力電子技術能夠通過再生制動的方式不斷的向電網進行電能的反饋，從而從整體上提高電網內電能質量，起到節約電能的效果。

第三，利用交流傳動電力電子技術能夠改變原有鐵路機車向前、向后，牽引和制動之間的操縱關系。通過使用位置轉換開關，在主電路上對其進行轉換，從而縮短人工轉換中的時間，提高鐵路前后轉換、牽引和制動之間的效率。此外，該種鐵路機車技術的操作較為簡單，可靠性更高。

4 我國鐵路機車牽引及電力電子技術的現狀

鐵路機車牽引領域是國家內部技術發展的一種標志。現階段我國能夠自主研發和制造直流傳動電力機車，其中截止到2006年已經自主研發了“韶山”系列品牌，并且逐漸進行了技術完善和改革。截止到2010年我國自主研發的電力機車已經超過7000萬臺，其中有90%以上正在運行的鐵路機車均為我國自主研發和生產的設備。在鐵路機車電力電子技術中已經能夠對800KW～900KW的交流電進行控制，其傳動軸制造技術也不斷進行了完善，從原有的C0-C0和B0-B0逐漸發展到B0-B0-B0和2（B0-B0），此外，還研發了2（C0-C0）等軸式。我國自主研制的直流電傳動系統東風系列內燃機成為我國貨運運輸的主要機型。

此外，我國通過自主研發逐漸研制出斬薄調壓技術，該技術原理主要是利用無觸點的開關對其使用脈沖方式將接觸網電壓直接引用到牽引電動機上，從而改變傳統脈沖所占的空間比例，從而可以在0%到100%接觸網電壓范圍內進行連續性的電動機電壓改變。該項技術的研發進一步促進了我國鐵路機車牽引力及電力電子技術的發展。在90年代初期我國研制了1MW的大功率交流電傳動系統，從而進一步促進了我國原型機車的研究，自此，我國鐵路機車牽引力研發也成功的步入了電子時代，開始利用電子信息技術對其進行驅動力的改變，從而實現地鐵、電力機車等自主研發設備的應用。

5 結束語

文章中首先概述了鐵路機車的發展歷史，從不同時期內對鐵路機車牽引力及電力電子技術的發展情況進行分析和總結，從而進一步掌握了鐵路牽引力及電力電子技術的發展；其次，文章中對電力電子技術中交流電動機牽引力及交流傳動電動機牽引力進行了分析，發現二者在使用過程中均具有一定的優勢。因此，未來在鐵路牽引力應用過程中應該根據實際情況對其進行合理的選擇，以提高鐵路牽引力技術的發展。最后，通過文章的研究中能夠明確的料及我國電力電子技術和鐵路牽引力形成和發展的過程中，為其未來發展提供了發展方向。

參考文獻

[1]張大勇.電力電子技術發展與電氣牽引創新[J].機車電傳動，2014，5（2）：1-5.

[2]郭依超，李廉楓，鄧伯勇.內燃-電力雙動力源機車在我國的市場前景分析[J].技術與市場，2016，1（5）：99-100.

[3]周廷美，張廷雷，莫易敏，等.基于SOBA的鐵路機務段檢修管理系統的研究[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2014，6（3）：777-781.

[4]康勁松，陳艷平.高速列車牽引變流器的故障機制及可靠性模型[J].機電一體化，2013，9（5）：89-94.