交流傳動(dòng)技術(shù)

交流傳動(dòng)技術(shù)

現(xiàn)代高速列車和動(dòng)車組幾乎全都采用了先進(jìn)成熟的交流傳動(dòng)技術(shù)。交流傳動(dòng)電力牽引的列車一般來說主要由受電弓從接觸網(wǎng)上將單相交流電引入列車，經(jīng)過主變壓器進(jìn)行變壓后向主變流器輸入，變成需要的直流電，再經(jīng)過逆變器逆變成牽引電機(jī)所需的三相交流電，簡稱交—直—交傳動(dòng)。交流傳動(dòng)的優(yōu)越性

1）具有良好的牽引和制動(dòng)性能

由于三相交流電機(jī)容量大，一般不會(huì)受到發(fā)熱條件的限制，而直流電機(jī)常受到最大啟動(dòng)電流和最大磁場消弱的限制。交流電機(jī)采用四象限變流器，可以很方便實(shí)現(xiàn)牽引與再生能量的轉(zhuǎn)換，為高速列車再生制動(dòng)創(chuàng)造了條件，節(jié)能顯著。2）具有良好的黏著利用和防空轉(zhuǎn)性能

由于三相交流電機(jī)采用平滑調(diào)頻、調(diào)速，牽引力的變化是無極平穩(wěn)的。同時(shí)，調(diào)節(jié)是采用電子系統(tǒng)依據(jù)給定牽引力和轉(zhuǎn)差自動(dòng)進(jìn)行，因此啟動(dòng)時(shí)可獲得較大黏著力。而且電機(jī)的容量是根據(jù)啟動(dòng)電流和高速時(shí)的最大電壓選擇的，正常運(yùn)行時(shí)不存在啟動(dòng)過電流的時(shí)間限制，

這有利于充分利用黏著力和牽引重載列車。3）電機(jī)功率大、質(zhì)量輕、體積小

因三相交流電機(jī)功率大、質(zhì)量輕、體積小，可以獲得較高的功率重量比，而且有利于減輕轉(zhuǎn)向架重量，降低轉(zhuǎn)向架沖擊振動(dòng)對軌道的破壞作用，提高運(yùn)行速度和運(yùn)行平穩(wěn)性。如日本0系動(dòng)車組采用直流電機(jī)，單個(gè)重量達(dá)876kg，輸出功率為185kW，功率重量比為0.21；而700系采用交流電機(jī)，單個(gè)重量只有350kg，輸出功率卻達(dá)到275kW，功率重量比為0.786。4）功率因數(shù)高，諧波干擾小

由于采用四象限控制器作為網(wǎng)側(cè)變流器，可使機(jī)車和動(dòng)車在較大負(fù)載范圍內(nèi)電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)接近1，電流的波形接近于正弦曲線，從而大大提高了功率利用率，節(jié)約能源，提高了供電能力。四象限控制器良好的自動(dòng)調(diào)壓性能可使變流環(huán)節(jié)不受網(wǎng)壓波動(dòng)的影響，從而保證逆變器和牽引電機(jī)的正常平穩(wěn)工作及穩(wěn)定的功率輸出。

功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。5）操作簡便，維修工作量少

交流電機(jī)無整流子和電刷，轉(zhuǎn)子無需絕緣，無裸露導(dǎo)電部分，因此電機(jī)運(yùn)行安全可靠，幾乎無需維修。列車大量使用電子和電氣元件，替代了各種機(jī)械式電氣設(shè)備，大大減少了設(shè)備的磨損，避免了復(fù)雜的維修。大量自動(dòng)控制系統(tǒng)的采用，使得司機(jī)的操作更加簡便。一般情況下，司機(jī)只需監(jiān)視速度和瞭望前方、閱讀操縱臺(tái)顯示器上的列車運(yùn)行信息等。6）易于標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化

三相交流傳動(dòng)裝置的主要電氣設(shè)備基本上都是由相同的半導(dǎo)體元件的功率開關(guān)電路組成，因此易于標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化，便于設(shè)計(jì)、制造、安裝和維修。動(dòng)車組控制和管理系統(tǒng)

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)由地面設(shè)備、車載設(shè)備和信息傳輸設(shè)備組成，是先進(jìn)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與鐵路信號技術(shù)融為一體的行車指揮、安全控制機(jī)電一體化的自動(dòng)化系統(tǒng)。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分類分類依據(jù)類別備注按自動(dòng)化程度分類ATP—列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)對列車運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦超速則自動(dòng)降速處理，保證行車安全ATC—列車自動(dòng)控制系統(tǒng)比ATP高一級的自動(dòng)控制系統(tǒng)，除了ATP功能外，還可代替司機(jī)的部分操作，降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)輸效率。我國200km/h動(dòng)車組引進(jìn)了ATP設(shè)備，但不具備ATC功能按控制模式分類速度碼階梯控制模式在一個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)只按一個(gè)速度等級進(jìn)行超速控制，有入口檢查和出口檢查兩種方式。前者以區(qū)間進(jìn)入速度為本閉塞區(qū)間的允許速度，新干線采用該方式；后者為上一區(qū)間出口速度為下一區(qū)間允許速度，法國TVM300采用這種方式速度-距離模式曲線控制模式有分段速度-距離模式曲線控制和連續(xù)速度-距離模式曲線控制兩種方式。前者將目標(biāo)速度分為多個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)，后者則采用連續(xù)控制模式，是高速列車運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)展方向分類依據(jù)類別備注按人-機(jī)關(guān)系分類設(shè)備優(yōu)先的自動(dòng)減速系統(tǒng)設(shè)備按照模式曲線自動(dòng)控制列車減速并保證列車安全、正點(diǎn)。日本新干線ATC是其代表司機(jī)操作優(yōu)先的速度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)司機(jī)按照模式曲線控制列車速度，設(shè)備不干涉司機(jī)正常駕駛，只有司機(jī)超速時(shí)，設(shè)備才采取必要措施確保列車安全。德國的LZB、法國的TVM300及TVM430采用這種方式按信號傳輸方式分類點(diǎn)式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)它也叫點(diǎn)式ATP，采用點(diǎn)式傳遞信息、車載計(jì)算機(jī)處理信息的方式達(dá)到列車超速防護(hù)。我國京津客運(yùn)專線（前期）采用該系統(tǒng)連續(xù)式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)分有線和無線兩種方式，幾乎所有高速鐵路均采用這種模式點(diǎn)連式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)是在連續(xù)式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)中增加點(diǎn)式應(yīng)答器作為線路數(shù)據(jù)的輸入、進(jìn)路信息和臨時(shí)限速信息的輸入，這種方式有效利用了軌道線路和點(diǎn)式設(shè)備。日本ATC和我國第六次提速所采用的CTCS-2級ATP采用這種模式具有代表性的高速列車控制管理系統(tǒng)設(shè)備名稱法國TVM300法國TVM430德國LZB日本ATC運(yùn)行速度

/（km/h）最高：270最高：320最高：270最高：270運(yùn)營里程/km8501504321832閉塞方式固定閉塞固定閉塞固定閉塞固定閉塞制動(dòng)模式滯后式分級階梯分級連續(xù)式連續(xù)速度控制提前式分級階梯控制方式人控為主，設(shè)備為輔人控為主，設(shè)備為輔可實(shí)行自動(dòng)控制（ATC）設(shè)備控制優(yōu)先，人控為輔安全信號傳輸媒介：無絕緣模擬軌道電路；方向：地對車單方向；載頻：1700、2000、2300、2600Hz；信息量：18個(gè)媒介：無絕緣模擬軌道電路；方向：地對車單方向；載頻：1700、2000、2300、2600Hz；信息量：27bit媒介：數(shù)字電道交叉環(huán)線；方向：地-車間雙方向；載頻：（36±0.4）kHz、（56±0.2）kHz；信息量：83.4bit媒介：有絕緣模擬軌道電路；方向：地對車單方向；載頻：750、850、900、1000Hz；信息量：10個(gè)其他信號傳輸媒介：環(huán)線、應(yīng)答器方向：地對車或車對地單方向媒介：應(yīng)答器、無線數(shù)傳方向：地-車雙方向媒介：應(yīng)答器、無線數(shù)傳方向：地-車雙方向媒介：應(yīng)答器、無線數(shù)傳方向：地-車雙方向2023/2/511列車閉塞區(qū)間：鐵路線的兩車站之間叫區(qū)間。閉塞設(shè)備：用來保證列車在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行安全，并提高區(qū)間通過能力的區(qū)間信號設(shè)備。閉塞設(shè)備原則：必須保證一個(gè)區(qū)間內(nèi)，在同一時(shí)間內(nèi)只能允許一個(gè)列車占用。

CRH1型動(dòng)車組控制與管理系統(tǒng)是一套建立在現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)上的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS），通過貫穿整列車的總線來傳送控制、監(jiān)測及故障診斷等信息，可控制并監(jiān)測動(dòng)車組各主要功能。TCMS主要控制、監(jiān)控及診斷功能如圖所示。?

牽引系統(tǒng)?

制動(dòng)系統(tǒng)?

高壓系統(tǒng)?

輔助供電系統(tǒng)?

蓄電池系統(tǒng)?

自動(dòng)耦合器?

前面板?

內(nèi)部照明?

列車診斷?

旅客信息系統(tǒng)?

數(shù)據(jù)通訊?

后視鏡?

司機(jī)安全裝置?

駕駛臺(tái)（HMI）?

自動(dòng)列車防護(hù)（ATP）?

外部車門?

內(nèi)部車門?

供風(fēng)系統(tǒng)?

衛(wèi)生間?

餐車業(yè)務(wù)?

輪椅提升臺(tái)?

火災(zāi)探測系統(tǒng)?

過熱軸承箱TCMS功能性如下：1．司機(jī)室激活

當(dāng)司機(jī)插入司機(jī)鑰匙時(shí)，能被TCMS硬件偵察到，系統(tǒng)自動(dòng)配置，產(chǎn)生一列車主控CCU。人機(jī)接口(HMI)是一帶中文字幕的觸摸式終端顯示屏(IDU)，能顯示登錄菜單。司機(jī)在TCMS的IDU上輸入其識別編號。TCMSIDU能向司機(jī)顯示所發(fā)生的不明事件，使其知道。TCMS系統(tǒng)現(xiàn)在可以正常運(yùn)作。

2．觸摸式顯示屏：在處于工作狀態(tài)的司機(jī)室：

司機(jī)能看到相關(guān)的現(xiàn)行故障和故障史，牽引系統(tǒng)的概況，門的狀態(tài)和列車情況。司機(jī)可以進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)等。非工作狀態(tài)的司機(jī)室：乘務(wù)員可以看到相關(guān)的現(xiàn)行故障和故障史。乘務(wù)員也能輸入故障信息。乘務(wù)室：乘務(wù)員能看到相關(guān)的現(xiàn)行故障和故障史。乘務(wù)員也能輸入故障信息。維修人員除了上述功能外，還能看到以下數(shù)據(jù)如：更低級別的時(shí)間和軟件的版本。

3．列車診斷系統(tǒng)（列車診斷功能）

從不同系統(tǒng)來的事件都會(huì)存儲(chǔ)在TDS。每一個(gè)事件都有事件記錄和環(huán)境數(shù)據(jù)（如列車速度等）。所有的事件都會(huì)按不同的優(yōu)先次序（如：主要的和次要的）和不同的目錄（如：門和制動(dòng)）進(jìn)行分類。 列車狀況（如關(guān)門次數(shù)，行程公里數(shù)，運(yùn)行時(shí)間）每天都會(huì)進(jìn)行總結(jié)，并存儲(chǔ)在TCMS系統(tǒng)的每日欄目里。 故障輸入功能使得司機(jī)和乘務(wù)員能對列車的故障在TCMS系統(tǒng)中進(jìn)行文字存儲(chǔ)。4．遠(yuǎn)程加載功能/在線功能：（1）列車診斷數(shù)據(jù)通過接收器(GSM)從列車遠(yuǎn)程加載到在線系統(tǒng)。（2）所有的事件，包括發(fā)生的時(shí)間和環(huán)境數(shù)據(jù)，都從列車加載到在線系統(tǒng)存儲(chǔ)。（3）每日記錄裝置里的數(shù)據(jù)也都將從列車加載到在線系統(tǒng)存儲(chǔ)。（4）在線系統(tǒng)有中文顯示工具，可顯示和分析從列車加載的事件數(shù)據(jù)。（5）在線系統(tǒng)有中文工具將每日記錄裝置的數(shù)據(jù)總結(jié)成為列車的狀況數(shù)據(jù)。

5．線下的功能（1）列車診斷數(shù)據(jù)通過GPRS/GSM從列車遠(yuǎn)程上載到線下系統(tǒng)。（2）所有的事件，包括發(fā)生的時(shí)間和環(huán)境數(shù)據(jù)，都從列車上載到線下系統(tǒng)存儲(chǔ)。（3）每日欄目里的數(shù)據(jù)也都將從列車上載到線下系統(tǒng)存儲(chǔ)。（4）線下系統(tǒng)有顯示中文的工具，能顯示和分析從列車上載過來的數(shù)據(jù)。（5）線下系統(tǒng)有中文工具將每日欄里的數(shù)據(jù)總結(jié)成為列車的狀況數(shù)據(jù)。列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一套分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過貫穿列車的總線來傳送控制、監(jiān)測及故障診斷等信息，可控制并監(jiān)控所有列車和車輛的相關(guān)功能?？刂葡到y(tǒng)重要部分采取冗余設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有冗余性，排除了單一故障影響系統(tǒng)功能的可能性。TCMS–ExampleofIDUMenus–TheLoginmenu:

TCMS-IDU菜單示例–登錄菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheMainmenu:

TCMS-IDU菜單示例–主菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheOperationmenu:

TCMS-IDU菜單示例–列車運(yùn)行菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheTrainStatusmenu:

TCMS-IDU菜單示例–列車狀態(tài)菜單

TCMS–ExampleofIDUMenus–TheSystemmenu:

TCMS-IDU菜單示例–系統(tǒng)菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheSystemmenu:

TCMS-IDU菜單示例–系統(tǒng)菜單外部車門控制

在門的一側(cè)，門柱的內(nèi)部，安裝有一個(gè)可觸及的門控制裝置。在左側(cè)門柱上安裝了一個(gè)帶照明燈和開關(guān)的本地控制板。在列車移動(dòng)速度分別超過1公里/小時(shí)（從0公里/小時(shí)開始起效）和3公里/小時(shí)（從高于3公里的速度減低時(shí)開始起效）時(shí)，帶腳蹬的入口門將不能打開（自動(dòng)聯(lián)鎖）。入門開啟許可由司機(jī)操作控制（手動(dòng)聯(lián)鎖）。

每次許可只適用列車一側(cè)。乘客通過聲光信號可得知門是否可使用。緊跟開門指令之后，聲音信號將在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出?？梢曅盘柾ㄟ^發(fā)光按鈕發(fā)出，發(fā)出時(shí)間與門開啟的時(shí)間相同。門的正常打開可通過按動(dòng)按鈕。按鈕方法必須準(zhǔn)確，以免錯(cuò)開門。所有釋放的門都可在司機(jī)室通過中心門打開按鈕打開。當(dāng)門完全打開時(shí)，提供門被打開的外門控制單元(DCU)信號。入門打開的時(shí)間是7～8秒（不包括腳蹬）。超出正常時(shí)間2秒時(shí)，發(fā)出開門時(shí)間錯(cuò)誤的信號。關(guān)門控制：

入門關(guān)閉的時(shí)間是7～8秒（不包括腳蹬）。入門的關(guān)閉指令下達(dá)時(shí)會(huì)聽到聲音信號。聲音信號在門開始移動(dòng)前1秒開始。入門可在以下地點(diǎn)關(guān)閉：司機(jī)室。無論在什么情況下，打開的門將發(fā)出牽引阻塞信號。超出正常時(shí)間2秒時(shí)，發(fā)出關(guān)門時(shí)間錯(cuò)誤