CRH5型高速動車牽引技術的控制方法研究

胥學殿

摘 要：CRH5是中國鐵道部為實現中國鐵路第六次提速中修建的高速鐵路，整個列車組都高強度耐寒的特點。CRH5型車是組配于多臺微機的系統，其功能很全面，對列車的牽引、制動、空調等的方面進行監控，更重要的是可以完成自動編組。本文將闡述CRH5高速動車牽引技術控制方法的研究。

關鍵詞：CRH5型高速動車；牽引技術；方法；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.019

1 引言

交通運輸系統作為工業化過程中具有重要地位的產業之一，其修建和運行情況關系到中國新型工業的方方面面，例如高新技術產業同傳統產業的關系，發展經濟和保護生態環境的關系等等。而隨著城市化進程的發展，高速動車也在交通運輸體系中發揮著不可替代的作用，更重要的是，牽引控制是高速動車組、重載列車的重點研究對象。本文將以CRH5型高速列車為例闡述牽引技術的控制方法與研究。

2 CRH5高速動車的發展現狀及存在的問題

2.1 發展現狀。CRH5動車組分為四大類：

（1）CRH5A是由北車長春軌道客車股份有限公司負責生產修建，是8節車廂編組座車動車組，最高的運行速度達到250km/h，同時可以實現五動三拖，以及兩組列車的重聯運行。并且在第六次火車提速后，CRH5在耐寒方面比CRH1和CRH2更占有優勢，CRH5A型列車可承受的溫度范圍可達到±40℃左右，大多被應用于中國東北部地區。

（2）CRH5E是由北車長春軌道客車股份有限公司生產，是16組車廂的臥鋪動車組，其設計時速同樣高達250km/h，具有良好的抗寒、抗沙的性能。被應用西北地區。

（3）CRH5G是為蘭新二線所準備的高寒防風沙型動車組，由CRH5A優化改良而來，CRH5型列車具有更強的耐寒能力，被譽為“高寒戰士”。此車型布局為“統型”布局，與CRH2A布局相似。

（4）CRH5J是綜合高速檢測列車，由CIT0改名而來，目前我國只有一列，車號為0501，被稱為“黃醫生”。

2.2 CRH5型高速動車組牽引傳動裝置存在常見故障及應對措施

（1）軸承故障導致電動機故障。造成軸承故障的原因是多方面的，例如軸承潤滑不到位或者軸承承受外力的沖擊過大以及軸承本身結構不能長時間滿足列車運行要求等。但是這些故障都是可以預防的，比如，在啟動電機時觀察電機是否有異常，在動車行駛過程中監控電機上方是否有振動，發現異常后及時采取措施加以治理，就可以將軸承故障減少到最小。

（2）牽引電機通風故障。通風機出現故障會導致冷卻效果不明顯，兩個或更多的通風機故障將使牽引電機迅速增溫到90℃，而此時動車已達到預警狀態，若持續升溫達到110℃時，就會造成動車牽引切除。產生通風故障的原因也是多種的，例如，通風機本身的故障，或者通風扇未能起到冷卻的效果，因此，技術人員要及時檢查牽引機是否溫度過高，并且保障排風扇正常工作，使得牽引系統不會被切斷。

3 CRH5高速動車牽引技術控制方法研究

（1）電力牽引傳動控制。電力牽引控制目前最常見得有三種，分別為轉差頻率—電流控制、磁場定向控制和直接轉矩控制。以直接轉矩控制舉例，它的特征是控制子磁鏈，換句話說也就是在定子靜止坐標系中，以空間作為大背景，通過檢測定子電壓，電流并直接通過定子坐標系計算出控制電動機的磁鏈和轉矩，獲取轉矩的高動態性能。這個過程只需要關注電磁轉矩的大小就可以，省去了繁瑣的計算過程，并且也不需要進行模仿直流電機的控制，這在一定程度上簡化了交流電動機的數學模型。所以控制層面上除了做引入的定子磁鏈觀測器很容易得到磁鏈模型，同時也很容易得到轉矩模型，那么磁鏈模型和轉矩模型就構成了完整的電動機模型，從而就可以實現了無速度傳感控制。

（2）電機牽引控制。牽引電機作為電能轉化為機械能的最終步驟成為高鐵運行必不可少的結構。高速列車的運行狀態—起動、加減速、制動—最后都是通過對電動機的控制實現的。根據列車的牽引功率、齒輪傳動功率、牽引電動機效率等參數便可計算出牽引電機的總功率，下圖為計算公式：

除了電機的控制技術，電機與傳動系統的接口也是非常重要的。電機轉子與齒輪箱的接口關系到動車運行速度以及電動機扭矩匹配。影響動車組牽引性能的主要因素是牽引力與運行阻力，通過改變傳動比來提高相同電機轉速下輪軸的輸出轉速，從而達到降低所需的牽引電機軸承速度。

（3）牽引變流器控制。牽引變流器的零部件均采用模塊化設計，牽引變流器采用電壓型3點式電路，由脈沖整流器，中間直電流，逆變器組成。下面以逆變器為例做出簡要分析。逆變器控制的具體原理為將電壓輸入濾波電容器中，依靠無接點控制裝置來控制電流信號，輸出變頻變壓的三相交流電，再向濾波電容器輸出直流電壓。牽引電動機采用矢量控制方式，獨立控制扭矩電流和勵磁電流，以此來達到扭矩控制高度精華，提高電流的控制性能。

4 結語

隨著高速鐵路的發展，人們對高速動車組的性能要求越來越該高，牽引系統作為高速動車組核心技術，因而在動車性能優化中顯得格外重要。面對高速動車牽引系統可能存在的問題，我們應做到及時發現，及時解決，全面優化控制系統，把故障存在的可能性降到最低，更重要的是利用現有的網絡技術資源，將動車系統網絡化，我相信未來的CHR5型列車一定能更加快速、安全。

參考文獻：

[1]王新德.CRH5型動車組牽引變壓器控制邏輯分析及切除故障研究[D].中國鐵道科學研究院，2015.

[2]蔡麗.高速動車組牽引傳動系統的監測平臺[D].華東交通大學，2016.

[3]熊盛艷.CRH5型動車組牽引變流器的研究[D].西南交通大學，2013.