《動(dòng)車組牽引傳動(dòng)與控制》 課件全套 車軍 第1-7章 緒論、牽引變壓器 - CRH系列動(dòng)車組交流傳動(dòng)系統(tǒng)分析

動(dòng)車組牽引傳動(dòng)與控制第一章

緒論1.2

交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展概況1.1

列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)組成動(dòng)車組的技術(shù)特點(diǎn)目 錄列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史1.11.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史電力機(jī)車與電動(dòng)車組的主傳動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)稱為電力牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展階段：電力機(jī)車蒸汽機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車自世界上第一條鐵路誕生以來，作為載運(yùn)工具的牽引動(dòng)力機(jī)車的3個(gè)發(fā)展階段：交流傳動(dòng)控制電力牽引傳動(dòng)摸索交直傳動(dòng)控制1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史1879年出現(xiàn)的第一臺電力機(jī)車和1881年出現(xiàn)的第一臺城市電車均嘗試采用直流供電牽引方式。1891年德國西門子公司試驗(yàn)了三相交流直接供電、繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)牽引的機(jī)車，1917年德國試制了采用“劈相機(jī)”將單相交流供電進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、變換為三相交流電的試驗(yàn)車。這些技術(shù)終因系統(tǒng)龐大、能量轉(zhuǎn)換效率低、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的轉(zhuǎn)換能量小等因素，未能成為牽引動(dòng)力的適用技術(shù)。1955年，水銀整流器機(jī)車問世，標(biāo)志著牽引動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)實(shí)用化的開始。1957年，晶閘管（舊稱可控硅）整流器的發(fā)明，標(biāo)志著電力牽引進(jìn)入了電力電子時(shí)代。1965年，晶閘管整流器機(jī)車問世，使?fàn)恳妭鲃?dòng)系統(tǒng)發(fā)生了根本性的技術(shù)變革，全球掀起了單相工頻交流電網(wǎng)電氣化的高潮。牽引供電主要采用4種電流制式：第1種直流；第2種15

kV，16.67Hz；第3種25000V、50Hz；第4種25000V、60Hz。1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史1958年底，我國試制出第一臺干線電力機(jī)車，即6Y1型電力機(jī)車，該電力機(jī)車是以蘇聯(lián)H60型干線交直傳動(dòng)電力機(jī)車為樣車，采用的整流器件是引燃管。隨著我國電力電子工業(yè)的發(fā)展，大功率整流二極管開始進(jìn)入工程實(shí)用階段，我國第1代有級調(diào)壓、交直傳動(dòng)電力機(jī)車——SS1型電力機(jī)車于1968年試制成功，1969年開始批量生產(chǎn)。晶閘管的問世，使機(jī)車電傳動(dòng)技術(shù)跨上了一個(gè)新的臺階，1978年底，由株洲電力機(jī)車廠和株洲電力機(jī)車研究所共同研制成功的SS3型電力機(jī)車是我國首次采用相控?zé)o級調(diào)壓的第2代交直傳動(dòng)客貨運(yùn)電力機(jī)車。隨著大功率晶閘管性能不斷提高，相控整流技術(shù)的成功應(yīng)用，性能更優(yōu)的SS4型電力機(jī)車研制成功。它與隨后研發(fā)出的SS5、SS6、SS7、SS8及SS9型系列相控整流貨運(yùn)與客運(yùn)電力機(jī)車，形成了我國以晶閘管相控整流術(shù)為核心的交-直傳動(dòng)電力機(jī)車系列產(chǎn)品。1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史交流傳動(dòng)技術(shù)用于牽引傳動(dòng)是從20世紀(jì)70年代開始。自20世紀(jì)80年代末90年代至今制造廠家有德國西門子公司、法國阿爾斯通公司、加拿大龐巴迪公司、美國公司、日本日立公司和川崎重工、中國的南車集團(tuán)和北車集團(tuán)等大型企業(yè)。1971年聯(lián)邦德國研制了第1批DE2500型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車，如牽引力大、黏著利用好、制動(dòng)性能優(yōu)越以及維修量小等優(yōu)點(diǎn)。1983年聯(lián)邦德國聯(lián)邦鐵路公司又將第1批BR120型交流傳動(dòng)干線電力機(jī)車投入運(yùn)行，該機(jī)車奠定了當(dāng)代交流機(jī)車設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基本模式。從20世紀(jì)90年代開始鐵路發(fā)達(dá)國家全部采用交流傳動(dòng)控制技術(shù)。1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史交流傳動(dòng)電力機(jī)車的優(yōu)勢1良好的牽引性能2電網(wǎng)功率因數(shù)高、諧波干擾小3牽引系統(tǒng)功率大、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠4動(dòng)態(tài)性能和黏著利用好1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史20世紀(jì)70年代，我國許多科研單位已開始進(jìn)行電力半導(dǎo)體交流技術(shù)和三相交流傳動(dòng)的研究，容量從幾千瓦逐漸擴(kuò)大，到1989年交流傳動(dòng)系統(tǒng)的容量已達(dá)到300

kW以上。與此同時(shí)，鐵道科學(xué)研究院與株洲電力機(jī)車研究所等也在進(jìn)行交流傳動(dòng)機(jī)車的研制，到1992年已經(jīng)完成了單機(jī)功率為1000

kW級的地面試驗(yàn)系統(tǒng)。根據(jù)地面試驗(yàn)系統(tǒng)研制取得的成果和經(jīng)驗(yàn)，1996年研制成功單軸功率1000

kW的AC4000型交流傳動(dòng)原型機(jī)車，這是我國牽引傳動(dòng)由交直傳動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鱾鲃?dòng)的一個(gè)重要里程碑。迄今我國已研制出DJ1、DJ2型等交流傳動(dòng)大功率電力機(jī)車、“中華之星”等交流傳動(dòng)高速動(dòng)車組以及交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。為加快實(shí)現(xiàn)我國鐵路機(jī)車車輛現(xiàn)代化的步伐，原鐵道部遵照2004年4月國務(wù)院下發(fā)的《研究鐵路機(jī)車車輛裝備有關(guān)問題的會(huì)議紀(jì)要》精神，貫徹“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)、打造中國品牌”的總體要求和“先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠”的基本方針，以關(guān)鍵技術(shù)的引進(jìn)為“龍頭”，以國內(nèi)企業(yè)為主導(dǎo)，通過“市場換技術(shù)”，以國內(nèi)外公開招標(biāo)方式，先后引進(jìn)200

km/h及以上的多種鐵路客車動(dòng)車組和大功率電力機(jī)車制造技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高速動(dòng)車組和大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車。1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史目前，我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速列車有CRH1、CRH2、CRH2-300、CRH3以及CRH5型高速動(dòng)車組。由青島四方-龐巴迪-鮑爾鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司（簡稱BSP）生產(chǎn)的動(dòng)力配置為5M3T的動(dòng)力分散型高速列車1CRH

型動(dòng)車組由中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司生產(chǎn)的動(dòng)力配置為4M4T動(dòng)力分散型高速列車2CRH

型高速動(dòng)車組由中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司生產(chǎn)的動(dòng)力配置為6M2T動(dòng)力分散型高速列車2-300CRH 型高速動(dòng)車由唐山軌道客車股份有限公司生產(chǎn)的動(dòng)力配置為4M4T的動(dòng)力分散型高速列車CRH3型動(dòng)車組由長春軌道客車股份有限公司生產(chǎn)的動(dòng)力配置為5M3T的動(dòng)力分散型高速列車CRH5型高速動(dòng)車組1.1 列車牽引傳動(dòng)發(fā)展歷史我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車有HXD1、HXD2以及HXD3型電力機(jī)車。這些高速動(dòng)車組和大功率電力機(jī)車融合了世界各國最先進(jìn)的交流傳動(dòng)技術(shù)，成為我國高速動(dòng)車組和大功率機(jī)車的系列品牌列車。由株洲電力機(jī)車有限公司生產(chǎn)的8軸9600

kW、120

km/h的貨運(yùn)高速電力機(jī)車HXD1型電力機(jī)車由大同電力機(jī)車有限公司生產(chǎn)的8軸10MW、120

km/h的貨運(yùn)高速電力機(jī)車HXD2型電力機(jī)車由大連機(jī)車車輛有限公司生產(chǎn)的6軸7500

kW、120

km/h的貨運(yùn)高速電力機(jī)車HXD3型電力機(jī)車交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展概況1.21.2.1 早期發(fā)展階段（19世紀(jì)90年代至20世紀(jì)50年代初）早期發(fā)展階段1903年由于接觸網(wǎng)的建造及維修費(fèi)用很高，而且采用變阻、變極和級聯(lián)調(diào)速的方法，仍無法獲得理想的牽引特性。這種三相交流電氣化方案最終被放棄。1917年德國試制裝有異步劈相機(jī)的系統(tǒng)，由11kV、25Hz的接觸網(wǎng)供電。開始考慮采用改變定子頻率的控制方法。20世紀(jì)50年代初整流器機(jī)車的問世，使電力牽引交流傳動(dòng)技術(shù)的早期發(fā)展階段宣告結(jié)束。1891/1892年德國西門子公司制造的試驗(yàn)車是三相交流電源直接供電的繞線轉(zhuǎn)子異步牽引電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。年西門子公司進(jìn)一步在一臺兩軸車上安裝了變壓器，并由三根架空線提供10

kV、50

Hz的三相交流電。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻，通過變阻器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)。1.2.2 近代發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代以來）近代發(fā)展階段電力電子技術(shù)的發(fā)展對交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展起關(guān)鍵作用1957年發(fā)明了可控硅整流器［SCR，后改稱為晶閘管（Thyristor，開始跨入電力電子技術(shù)時(shí)代。在20世紀(jì)80年代中期，大功率門極關(guān)斷（GTO）晶閘管。在電力機(jī)車上裝車使用，20世紀(jì)90年代絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）在機(jī)車上投入使用。交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展的過程中1964年提出分諧波控制的逆變器、1973年提出四象限脈沖整流器、1971年提出的磁場定向矢量控制和1985年提出的直接轉(zhuǎn)矩自控制方法。20世紀(jì)60年代中期把單線接觸網(wǎng)送到機(jī)車上的能量，變換為三相的適合牽引用的新的能量形式變?yōu)榭赡?。進(jìn)入20世紀(jì)70年代因采用異步交流傳動(dòng)系統(tǒng)的DE-2500型內(nèi)燃機(jī)車在萊茵河畔試驗(yàn)成功。世界上首批5臺BR120型大功率干線交流傳動(dòng)電力機(jī)車，奠定了當(dāng)代交流傳動(dòng)機(jī)車設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基本模式，推動(dòng)了鐵路牽引動(dòng)力的新一輪革命性的變化。1.2.2 近代發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代以來）1.

用高頻晶閘管的交流傳動(dòng)技術(shù)這時(shí)期研制了4臺DE-2500型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車（德國），改裝了12001型交流傳動(dòng)電力機(jī)車（瑞士），對不同供電方式下的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器——異步牽引電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)差-電流控制下的機(jī)車性能進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)，結(jié)果向世人確認(rèn)了交流傳動(dòng)系統(tǒng)意想不到的優(yōu)越性。而由一臺DE-2500型機(jī)車和一節(jié)裝有變壓器、四象限脈沖整流器的控制車組成的試驗(yàn)電力機(jī)車，證實(shí)了這種類型的系統(tǒng)對電網(wǎng)沒有任何不良反應(yīng)，從而更加堅(jiān)定了人們推廣這種新一代技術(shù)的決心和信心。1975年，BBC公司對1400

kW機(jī)組的地面系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，為選擇未來機(jī)車的參數(shù)、電路和控制方法提供了充分的依據(jù)。1980年，BBC公司的BR120型試驗(yàn)機(jī)車投入運(yùn)行。1987年，BBC公司供應(yīng)了首批60臺這種機(jī)車。隨后應(yīng)用該技術(shù)的有丹麥國家鐵路（DSB）的EA3000型電力機(jī)車和德國聯(lián)邦鐵路的部分ICE1系列電動(dòng)車組。當(dāng)時(shí)自換相的變流器需使用快速或高頻晶閘管。起初可供使用的快速晶閘管反向電壓只有1400

V。為了控制當(dāng)時(shí)采用的2800

V中間直流環(huán)節(jié)電壓（避免用并聯(lián)電路），必須串聯(lián)4只器件，以致變流器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。1.2.2 近代發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代以來）2.

用GTO的交流傳動(dòng)技術(shù)20世紀(jì)80年代，日本首先開發(fā)了GTO，它大大簡化了變流器結(jié)構(gòu)，在首次使用的2500V

GTO的基礎(chǔ)上，（瑞士）BBC公司開發(fā)了首臺1400

V中間直流環(huán)節(jié)電壓的機(jī)車傳動(dòng)變流器［1987年起向BT/SZU鐵路提供了8臺使用這種GTO變流器的機(jī)車，1989年起向瑞士聯(lián)邦鐵路（SBB）、蘇黎世城市高速鐵路提供了115臺用這種GTO變流器的Re450型電力機(jī)車］。20世紀(jì)80年代末，有了可供使用的4500V/3000A

GTO，可以實(shí)現(xiàn)2800V中間直流環(huán)節(jié)電壓或更高電壓的大功率應(yīng)用。6.1MW功率的Re460型機(jī)車采用了三電平變流器（每臺逆變器用12只GTO）。投入首批應(yīng)用的部分ICE1電動(dòng)車組（1989—1990）、挪威國家鐵路（NSB）的IC70型電動(dòng)車組（1992年）和CL7000型歐洲穿梭式電力機(jī)車（1992年），使用了西門子和龐巴迪公司開發(fā)的兩電平GTO變流器（4.5

kV

GTO，中間直流環(huán)節(jié)電壓為2800V，無串聯(lián)連接，每臺逆變器用6只GTO）。后來用4.5

kV器件、2800

V中間直流環(huán)節(jié)電壓的兩電平變流器成了西門子和龐巴迪公司的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，直到2001年所有批量生產(chǎn)的電力機(jī)車和動(dòng)車組用的變流器都采用了這種電路。1.2.2 近代發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代以來）在控制方面用微處理器替代模擬控制裝置。除了16位芯片外，目前批量生產(chǎn)的交流傳動(dòng)電力機(jī)車上，已成功地應(yīng)用了32位高速數(shù)字信號處理器（DSP），如TMS320等。采用具有高動(dòng)態(tài)性能的磁場定向矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩自控制方法替代轉(zhuǎn)差-電流控制方法。采用具有更好的冷卻效果，并利于環(huán)境保護(hù)的變流器水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前有用去離子水和用普通水的兩種結(jié)構(gòu)。1.2.3 用IGBT的三相交流傳動(dòng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)早在GTO變流器投入使用的初期，就發(fā)現(xiàn)其可靠性水平受到變流裝置復(fù)雜性的極大限制。GTO的控制電路對系統(tǒng)影響特別大。與GTO不同的是，IGBT由電壓控制，而器件輸入電容的充放電控制電流很小，因此，其柵極控制電路大為簡化。由于IGBT能通過改變電壓實(shí)現(xiàn)控制，變流器系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。由于控制單元體積小和無需吸收電路，變流器結(jié)構(gòu)簡單而輕巧。變流器系統(tǒng)有效地限制內(nèi)部或外部損壞情況下IGBT柵極可能產(chǎn)生的過電壓，從而可保護(hù)變流器免受較大短路電流的影響。在這些器件中，可以考慮采取很多種短路保護(hù)。由于簡化了變流器電路，系統(tǒng)的可靠性較高。1.2.3 用IGBT的三相交流傳動(dòng)技術(shù)電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)主要由受電弓、主斷路器、牽引變壓器、牽引變流器、三相交流牽引電動(dòng)機(jī)和齒輪箱等組成，主電路如下圖所示。電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路圖1.2.3 用IGBT的三相交流傳動(dòng)技術(shù)牽引變流器可分為3個(gè)主要環(huán)節(jié)：網(wǎng)側(cè)四象限脈沖整流器實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)側(cè)逆變器實(shí)現(xiàn)頻率變換，交流牽引電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部分實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。牽引變流器牽引工況時(shí)逆變器將三相交流牽引電動(dòng)機(jī)再生的交流電能進(jìn)行交-直變換，輸出直流電能至中間直流環(huán)節(jié)，四象限脈沖整流器進(jìn)行直-交變換，將電能回送電網(wǎng)。再生制動(dòng)工況時(shí)牽引變壓器二次牽引繞組將單相交流電供給牽引變流器，在變流器內(nèi)部，單相交流電通過四象限脈沖整流器進(jìn)行交-直變換，輸出直流電壓；中間直流環(huán)節(jié)起穩(wěn)定中間直流電壓的作用；逆變器進(jìn)行直-交變換，將中間直流電壓逆變成三相變頻變壓的交流電壓，驅(qū)動(dòng)三相交流牽引電動(dòng)機(jī)。1.2.4 電力電子器件電力電子器件的發(fā)展階段傳統(tǒng)半控型電力電子器件時(shí)代以晶閘管（SCR）為代表以絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表全控型自關(guān)斷現(xiàn)代電力電子器件時(shí)代1.

電力電子器件簡介電力電子器件是列車牽引變流器的基礎(chǔ)與核心，其性能直接決定了牽引變流器的性能指標(biāo)。雙極型混合型注：除了SCR（晶閘管，Silicon

Controlled

Rectifier）、RCT（逆導(dǎo)晶閘管，Reverse-ConductingThyristor）、ASCR（非對稱晶閘管，Asymmetrical

Silicon

Controlled

Rectifier）和TRIAC（三端雙向交流開關(guān)，TRIode

AC

semiconductor

switch）等器件之外，GTO、IGBT/IPM、IGCT等均為全控型器件。單極型1.2.4 電力電子器件1）可關(guān)斷晶閘管（GTO）GTO是高電壓、大電流雙極型全控型器件，與SCR相比，GTO的工作頻率較高且具有自關(guān)斷能力，省去了強(qiáng)迫換流電路，所以在組成變流器時(shí)整機(jī)體積減小、質(zhì)量減小、效率提高、可靠性增加。在大容量變流設(shè)備中，GTO發(fā)揮了其高電壓、大電流的優(yōu)勢，在機(jī)車牽引傳動(dòng)、交流電機(jī)調(diào)速、不停電電源和直流斬波調(diào)速等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。GTO的缺點(diǎn)：①關(guān)斷增益較小，所需門極驅(qū)動(dòng)電流較大；②為限制du/dt及關(guān)斷損耗需設(shè)備專門的緩沖電路，這部分電路消耗一定能量，而且需要快速恢復(fù)二極管、無感電阻、無感電容等器件。1.2.4 電力電子器件2）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）IGBT是一種增強(qiáng)型場控（電壓）復(fù)合器件，優(yōu)點(diǎn)：集大功率晶體管GTR通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET（金屬-氧化層半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身。智能型功率模塊IPM是以IGBT技術(shù)為基礎(chǔ)的電力電子開關(guān)，由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。與IGBT器件相比，IPM的特點(diǎn)：①快速的過電流保護(hù)；②過熱保護(hù)；③橋臂對管互鎖保護(hù)；④器件布局合理，無外部驅(qū)動(dòng)線，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠性高；⑤驅(qū)動(dòng)電源欠電壓保護(hù)。1.2.4 電力電子器件3）集成門極換流晶閘管（IGCT）IGCT的特點(diǎn)：①采用了“穿通型”結(jié)構(gòu)，硅片厚度約減少30%，有利于減少工作損耗；②采用了“陽極透明發(fā)射極”結(jié)構(gòu)，使器件關(guān)斷更均勻、快速；③在結(jié)構(gòu)上將半導(dǎo)體元件與門極電路合成一體，簡化了應(yīng)用，提高了性能；④封裝為低電感，實(shí)現(xiàn)了硬關(guān)斷，縮短了下降時(shí)間，降低了關(guān)斷損耗。IGCT器件適用于大功率高壓變流器，特別是電力補(bǔ)償器、有源濾波器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、可再生資源發(fā)電系統(tǒng)、電力牽引裝置等，在工業(yè)傳動(dòng)和地面設(shè)備中已有不俗的業(yè)績。1.2.4 電力電子器件2.

電力電子器件的發(fā)展趨勢電力電子器件的發(fā)展要求器件的特點(diǎn)：大電流、高電壓、低損耗、高頻率、功能集成化、高可靠性等。電力電子器件的發(fā)展趨勢：緊湊化、薄型化、智能化、集成化，為了使電力電子系統(tǒng)具有高可靠性、高功率密度、高效率以及低成本，電力電子系統(tǒng)集成被認(rèn)為是最有效的方法。1.2.4 電力電子器件電力電子器件新材料新工藝為了實(shí)現(xiàn)大電流、高電壓集成化技術(shù)為了提高可靠性和簡單化目的是進(jìn)一步降低開關(guān)器件的通態(tài)損耗和提高器件的耐壓值與耐流值。電力電子器件比較理想的材料是臨界雪崩擊穿電場強(qiáng)度、載流子飽和漂移速度和熱導(dǎo)率都比較高的寬禁帶半導(dǎo)體材料，有砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）等。對交流傳動(dòng)電力機(jī)車控制，集成化的模塊更為有利，因?yàn)樗粌H減小了系統(tǒng)的體積以及開發(fā)時(shí)間，也大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。1.2.5 控制理論矢量控制系統(tǒng)是采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制概念，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而使交流電機(jī)能像直流電機(jī)一樣分別對其勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行獨(dú)立控制，這一控制思想給高性能的交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。提高矢量控制性能的方法為了克服由電機(jī)內(nèi)部壓降造成的耦合，系統(tǒng)加入前饋控制器為了克服模型運(yùn)算的誤差，系統(tǒng)低速用電流模型而高速用電壓模型控制為了克服運(yùn)行中電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻變化，采用對系統(tǒng)參數(shù)辨識修正的方法1.2.5 控制理論直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值，并與磁鏈和轉(zhuǎn)矩的給定值相比較，通過Bang-Bang調(diào)節(jié)器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的直接調(diào)節(jié)。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)過程中根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的偏差及其導(dǎo)數(shù)以躍變的方式作預(yù)先設(shè)定的改變，使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能指標(biāo)，并使系統(tǒng)具有對參數(shù)的不敏感性和抗干擾的魯棒性?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)對于一個(gè)較復(fù)雜的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，在運(yùn)行中參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，采用模型參考自適應(yīng)控制能夠?qū)崟r(shí)地在線確定系統(tǒng)的模型或參數(shù)，并及時(shí)調(diào)速高精度控制。自適應(yīng)控制系統(tǒng)通過非線性坐標(biāo)變換和非線性狀態(tài)反饋量，使非線性控制對象完全線性化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)解耦，然后將線性解耦控制的多變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成單變量系統(tǒng)。非線性解耦控制系統(tǒng)1.2.6 交流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)異步牽引電動(dòng)機(jī)的控制方法經(jīng)歷了轉(zhuǎn)差-電流控制、磁場定向控制和直接轉(zhuǎn)矩控制3個(gè)發(fā)展過程?；诋惒诫妱?dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，其動(dòng)態(tài)性能遠(yuǎn)不能與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美轉(zhuǎn)差-電流控制磁場定向控制20世紀(jì)70年代推出，基于直流調(diào)速系統(tǒng)的控制思想對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量解耦，實(shí)現(xiàn)鏈接、轉(zhuǎn)矩獨(dú)立調(diào)節(jié)，達(dá)到了與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能基于定子磁場定向理論，其數(shù)學(xué)模型簡單、具有更優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)性能，其優(yōu)勢越來越明顯直接轉(zhuǎn)矩控制1.2.6 交流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)脈寬調(diào)制（PWM）是變流系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，它能優(yōu)化變流器的輸出特性?；诓煌哪康?，產(chǎn)生了許多調(diào)制方法。在牽引領(lǐng)域，先后研發(fā)、應(yīng)用了正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)、電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)、消除諧波法脈寬調(diào)制（SHEPWM）技術(shù)。異步牽引電動(dòng)機(jī)具有很陡的機(jī)械特性，對機(jī)車、動(dòng)車動(dòng)輪的空轉(zhuǎn)、滑行具有一定的防護(hù)能力。但為了保證現(xiàn)代機(jī)車、動(dòng)車能在各種軌道狀態(tài)下發(fā)揮盡可能大的牽引/制動(dòng)力，還需要專門的控制裝置對輪軌黏著進(jìn)行調(diào)節(jié)。牽引電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、車輪到輪軌的過程極其復(fù)雜，軌面條件變化多樣，難以描述輪軌黏著的物理模型，得到確切的規(guī)律性。因此在研究黏著控制時(shí)，基于理解方式不同可得到各種各樣的控制方法。1.2.6 交流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)由于矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無速度傳感器控制和基于智能化的系統(tǒng)控制等新理論的應(yīng)用，交流傳動(dòng)中的控制算法越來越復(fù)雜。早期交流電機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一而且系統(tǒng)控制非常不靈活，調(diào)試?yán)щy，因此阻礙了交流電機(jī)控制的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。微電子、信息技術(shù)等為交流傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步提供了現(xiàn)代控制手段，微計(jì)算機(jī)和微處理器品質(zhì)不斷提升，由8位發(fā)展到32位、64位，由定點(diǎn)運(yùn)算發(fā)展到浮點(diǎn)運(yùn)算，處理能力大幅提升，構(gòu)筑了以高速數(shù)字信號處理器DSP為核心的實(shí)時(shí)控制器，使很多功能和算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為交流電機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能夠達(dá)到更高的性能，交流電機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)因而得以推廣。變頻調(diào)速用電機(jī)調(diào)速范圍很寬，從低頻（幾赫以下）啟動(dòng)到高頻（數(shù)百赫）運(yùn)行，要求電機(jī)在低速范圍內(nèi)能發(fā)揮最大轉(zhuǎn)矩和高速范圍內(nèi)充分利用電機(jī)的功率。1.2.7 變頻電機(jī)技術(shù)變頻調(diào)速用電機(jī)與普通電機(jī)相比，其運(yùn)行條件、使用目的以及特性要求都有所不同。由逆變器輸出的非正弦電壓供電時(shí)，電機(jī)的效率、功率因數(shù)下降，溫升增高。對于中小型電機(jī)來說，即使采用PWM調(diào)制，其效率和功率因數(shù)也降低1%～2%。諧波電流與諧波磁通相互作用產(chǎn)生各種脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。運(yùn)行時(shí)，其承受電壓是運(yùn)行電壓和逆變器換向時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓的疊加值，這種峰值電壓數(shù)值較高，能使電機(jī)層絕緣加速老化及產(chǎn)生電暈。1.2.7 變頻電機(jī)技術(shù)由電壓型逆變器供電的電動(dòng)機(jī)，為了降低諧波電流，電動(dòng)機(jī)漏電抗應(yīng)設(shè)計(jì)得較大；對于由電流型逆變器供電的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)減小電動(dòng)機(jī)的漏電抗，以抑制換流時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓。根據(jù)選用逆變器類型的不同，異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)有不同的設(shè)計(jì)方案變頻異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)常采用低頻啟動(dòng)，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍很寬，要求電動(dòng)機(jī)在最大速度點(diǎn)有一定的過載轉(zhuǎn)矩。提高低速轉(zhuǎn)矩特性和擴(kuò)大高速恒功率范圍高速變頻電動(dòng)機(jī)要專門配套設(shè)計(jì)。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)問題如果系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，則速度檢測需采用磁編碼器和光電編碼器等高精度檢測裝置。高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的技術(shù)問題變頻電動(dòng)機(jī)的制造，應(yīng)考慮以下幾方面的技術(shù)問題。1.2.7 變頻電機(jī)技術(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)和開關(guān)電路控制的磁阻電動(dòng)機(jī)也開始在變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用。變頻調(diào)速系統(tǒng)永磁同步電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在原理上屬于電流控制的變磁阻連續(xù)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，基本結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)都很簡單。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁極是用新型的永磁材料——鈷、釤制成的，有很高的磁能積，對溫度變化也不敏感。1.2.8 牽引傳動(dòng)新技術(shù)無速度傳感器控制技術(shù)對于電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)而言，無速度傳感器控制技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：可以減小牽引電動(dòng)機(jī)的體積，提高電動(dòng)機(jī)輸出功率，提高傳動(dòng)控制單元（DCU）的系統(tǒng)可靠性，去掉速度傳感器后可以避免因?yàn)樗俣葌鞲衅鳈C(jī)械故障導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。目前無速度傳感器控制技術(shù)主要有模型參考自適應(yīng)控制器、全階觀測器、擴(kuò)展卡爾曼濾波器和高頻諧波注入控制器等。其主要研究熱點(diǎn)是低速時(shí)的速度辨識、定子和轉(zhuǎn)子電阻的參考辨識。由于軌道牽引傳動(dòng)控制的特殊性，無速度傳感器控制還必須解決諸如過電分相后電動(dòng)機(jī)帶速度重投、零速附近穩(wěn)定發(fā)揮出額定轉(zhuǎn)矩、低速發(fā)電狀態(tài)時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題。1.2.8 牽引傳動(dòng)新技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)器件的開關(guān)性能（兼顧考慮開關(guān)損耗和通態(tài)損耗的結(jié)果）目前都已經(jīng)接近于最佳水平了。在無吸收回路的硬開關(guān)變流器中，進(jìn)一步減少損耗的潛力是有限的。對于那些需要最大效率和更高開關(guān)頻率的應(yīng)用場合，必須考慮在交流器中采用軟開關(guān)技術(shù)，即設(shè)法使開關(guān)器件在零電流或零電壓的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換流。軟開關(guān)需要兩方面的條件：①重復(fù)地使器件上的電壓為零，或強(qiáng)迫流過器件的電流為零，并隨即保持一個(gè)足夠長的時(shí)間以完成換流；②器件必須在零電壓或零電流期間，盡快完成換流過程。目前有兩類電路可采用：諧振直流環(huán)節(jié)和諧振吸收回路。1.2.8 牽引傳動(dòng)新技術(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)直接驅(qū)動(dòng)是將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與其負(fù)載-車軸直接連接起來，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不經(jīng)齒輪而直接傳遞到車輛輪對上。隨著鐵路機(jī)車車輛技術(shù)領(lǐng)域?qū)S修方便、節(jié)約能源、降低噪聲等提出了越來越高的要求，采用直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)有很好的改善效果。為了達(dá)到機(jī)車牽引的要求，永磁同步電動(dòng)機(jī)作為直接驅(qū)動(dòng)的牽引電動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕、控制簡單、可靠性高、功率因數(shù)及效率高的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)時(shí)要求其體積小、重量輕、輸出功率大，并能在控制中實(shí)現(xiàn)機(jī)車啟動(dòng)時(shí)的輸出大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在很寬的速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，以便達(dá)到對機(jī)車轉(zhuǎn)矩控制的目的。現(xiàn)代永磁同步電動(dòng)機(jī)也正向大功率、高轉(zhuǎn)矩和微型化方向發(fā)展，此發(fā)展趨勢必將推動(dòng)鐵路直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。1.2.8 牽引傳動(dòng)新技術(shù)4.

變壓器小型化和輕量化技術(shù)車載變壓器小型輕量化方案主要包括硅油變壓器、超導(dǎo)變壓器和中頻變壓器。硅油比礦物油具有更好的電氣絕緣性能，且硅油還有不易著火、自熄性等性質(zhì)。硅油變壓器采用超導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線，具有小型輕量、低耗高效的特點(diǎn)。超導(dǎo)變壓器采用中頻變壓器也可以實(shí)現(xiàn)交流傳動(dòng)系統(tǒng)的輕量化。中頻變壓器1.2.8 牽引傳動(dòng)新技術(shù)5.

無牽引變壓器技術(shù)無牽引變壓器技術(shù)新型牽引變流器設(shè)計(jì)與控制技術(shù)由于交流側(cè)牽引交流器串聯(lián)連接，各個(gè)變流器模塊直流中間回路電壓的點(diǎn)位不同，結(jié)果對驅(qū)動(dòng)側(cè)則是每個(gè)直流中間回路為具有不同電位的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電路的一部分，因此需要引入一種新的電動(dòng)機(jī)的概念。新型電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)由于當(dāng)前電力電子器件的耐壓等級的限制，可以將多個(gè)變流器模塊串聯(lián)連接，并且每個(gè)牽引變流器模塊可以采用多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以降低所需電力電子器件的耐壓等級。動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)組成1.31.3.1 動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及作用從動(dòng)車組的發(fā)展過程來看，動(dòng)車組的傳動(dòng)方式主要包括交-直傳動(dòng)方式和交-直-交、交-交的傳動(dòng)方式。交-直傳動(dòng)系統(tǒng)交-直傳動(dòng)系統(tǒng)是指機(jī)車或動(dòng)車組采用交流供電而采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)車組運(yùn)行的傳動(dòng)系統(tǒng)。從下圖可以看出，為了能夠用電網(wǎng)提供的交流電驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)工作，系統(tǒng)中采用了變流器，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并通過對變流器的控制來調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)的工作速度。交-直牽引傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成1.3.1 動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及作用交-直-交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)交-直-交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要由受電弓（包括高壓電氣設(shè)備）、牽引變壓器、四象限變流器、中間環(huán)節(jié)、牽引逆變器、牽引電機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。牽引傳動(dòng)系統(tǒng)組成如下圖所示。受電弓將接觸網(wǎng)的AC25kV單相工頻交流電輸送給牽引變壓器，經(jīng)變壓器降壓后的單相交流電供給脈沖整流器，脈沖整流器將單相交流電變換成直流電經(jīng)中間直流電路將直流電輸出給牽引逆變器，牽引逆變器輸出電壓、電流、頻率可控的三相交流電供給三相異步牽引電動(dòng)機(jī)，牽引電機(jī)軸端輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速通過齒輪傳動(dòng)傳遞給輪對，轉(zhuǎn)換成輪緣牽引力和線速度。交-直牽引傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成1.3.1 動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及作用交流傳動(dòng)系統(tǒng)交流傳動(dòng)系統(tǒng)是指由各種變流器供電的異步或同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)車或動(dòng)車組傳動(dòng)系統(tǒng)。目前交流器主要有直接式變流器（即交-交變流器）和帶有中間環(huán)節(jié)的間接式交流器（即交-直-交變流器）兩大類?，F(xiàn)有機(jī)車或動(dòng)車組采用的交流傳動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)為：電壓型交-直-交變流器供電的異步電機(jī)系統(tǒng)；交流型交-直-交變流器供電的異步電機(jī)系統(tǒng)；電流型交直交變流器供電的異步電機(jī)系統(tǒng)和交-交變流器供電的同步電機(jī)系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢看，未來干線鐵路牽引將主要采用電壓型交-直-交變流器供電的異步電機(jī)系統(tǒng)。1.3.1 動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及作用交流傳動(dòng)系統(tǒng)直接式變流器（即交-交變流器）先把電網(wǎng)交流能量轉(zhuǎn)換成直流能量，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電壓和頻率可調(diào)節(jié)的交流能量。間接式交流器（即交-直-交變流器）交-交變流器是把電網(wǎng)的交流能量直接轉(zhuǎn)換為電壓和頻率適合交流電機(jī)調(diào)節(jié)的能量。1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)下圖給出了交-直-交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的能量傳遞關(guān)系。①黑色箭頭：列車牽引運(yùn)行是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，能量變換與傳遞的途徑。②白色箭頭：再生制動(dòng)運(yùn)行是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，能量變換與傳遞的途徑。能量變換與傳遞途徑示意圖1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備完成從接觸網(wǎng)到牽引變壓器的接通與斷開，主要包括：受電弓、主斷路器、避雷器、電流互感器、接地保護(hù)開關(guān)等；具體功能包括：完成供電系統(tǒng)的接入與斷開控制、網(wǎng)側(cè)電流檢測、保護(hù)等功能，不參與能量的轉(zhuǎn)換。其中受電弓最為關(guān)鍵，它負(fù)責(zé)完成列車運(yùn)行過程中的高速受流、并確保受流質(zhì)量。高壓電氣設(shè)備1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)牽引變壓器用來把接觸網(wǎng)上取得的25

kV高壓電變換為供給牽引變流器及電動(dòng)機(jī)、電器工作所適合的電壓，其工作原理與普通電力變壓器相同。針對高速列車交流傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，為了抑制變壓器二次側(cè)電流紋渡、控制開關(guān)器件的關(guān)斷電流以及抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流，要求牽引變壓器各繞組有很高的電抗；為了使二次側(cè)并聯(lián)的脈沖整流器的負(fù)荷平衡，各牽引繞組的電抗必須相等。二次側(cè)各繞組之間相互干擾很強(qiáng)時(shí)，電流波形會(huì)產(chǎn)生紊亂，嚴(yán)重影響開關(guān)器件的關(guān)斷電流，因此各繞組之間要采取磁去耦結(jié)構(gòu)。由于變流器負(fù)載的諧波電流等會(huì)引起牽引變壓器局部發(fā)熱，對冷卻系統(tǒng)要求很高；同時(shí)高速列車要求其體積小、質(zhì)量小、性能穩(wěn)定。牽引變壓器1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖整流器脈沖整流器是牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的電源側(cè)變流器，列車牽引時(shí)作為整流器，再生制動(dòng)時(shí)作為逆變器，可以實(shí)現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換。列車牽引運(yùn)行時(shí)，將牽引變壓器的牽引繞組輸出的單相交流變換成直流電，并要保證中間直流環(huán)節(jié)的電壓恒定，交流電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，使電網(wǎng)電流盡量接近正弦，減少電網(wǎng)對周圍環(huán)境的電磁污染。對直流側(cè)，在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能夠維持中間直流電壓的穩(wěn)定，給牽引逆變器提供良好的工作條件。列車再生制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，將中間直流環(huán)節(jié)的直流電壓變換成電壓頻率、相位滿足要求的單相交流電，通過牽引變壓器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。再生制動(dòng)及其并網(wǎng)技術(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)問題。1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)牽引逆變器牽引逆變器是牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)變流器，列車牽引時(shí)作為逆變器，再生制動(dòng)時(shí)作為整流器，可以實(shí)現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換。列車牽引運(yùn)行時(shí)，將中間直流環(huán)節(jié)的直流電壓變換成電壓、電流、頻率按照牽引特性要求控制的三相交流電，并要保證三相電壓對稱、電流盡量接近正弦，減少諧波及電壓不對稱對牽引電機(jī)的影響。列車制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，牽引電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，將牽引電機(jī)輸出的電壓、頻率變化的三相交流電變換成直流電，輸出給中間直流環(huán)節(jié)。高速列車采用轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對逆變器的PWM控制。逆變器-牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，是牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的最核心的部件，列車牽引時(shí)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，制動(dòng)時(shí)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。高速運(yùn)行的列車要求牽引電機(jī)機(jī)械強(qiáng)度能承受很大的輪軌沖擊力，故采用耐電壓、低介質(zhì)損耗的絕緣系統(tǒng)以適應(yīng)變頻電源供電。電機(jī)前后端采用絕緣軸承，以防止電機(jī)軸承的電蝕；轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用低電阻、溫度系數(shù)高的銅合金材料，保證傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度；電機(jī)采用輕質(zhì)量高強(qiáng)度材料，以減輕電機(jī)自重。采用經(jīng)過驗(yàn)證的軸承和軸承潤滑結(jié)構(gòu)，從而減少電機(jī)的維護(hù)，保證電機(jī)軸承更可靠工作。在輸出功率一定的情況下，為減少體積，采用強(qiáng)迫通風(fēng)和優(yōu)化通風(fēng)結(jié)構(gòu)，充分散熱，以降低電機(jī)的溫升，提高材料的利用率；電機(jī)的非傳動(dòng)軸端安裝了速度傳感器，用以給傳動(dòng)控制系統(tǒng)提供速度信號，便于逆變器控制和制動(dòng)控制。牽引電機(jī)1.3.2 能量變換及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是高壓系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)安全可靠工作，系統(tǒng)的保護(hù)十分必要。因此，牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)對各種故障具有檢測和保護(hù)功能。為了有效利用黏著力，牽引變流器設(shè)有牽引時(shí)檢測空轉(zhuǎn)并實(shí)施再黏著控制的功能，在制動(dòng)控制裝置設(shè)有制動(dòng)時(shí)檢測滑行并進(jìn)行再黏著控制的功能；為了在故障和并聯(lián)電機(jī)載荷分配不均勻等情況時(shí)保護(hù)牽引電機(jī)，設(shè)有電機(jī)過流檢測、電機(jī)電流不平衡檢測、接地檢測等保護(hù)功能。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式目前世界上高速電動(dòng)車組有兩種牽引方式：動(dòng)力分散方式和動(dòng)力集中方式。前者以日本為代表；后者以歐洲為代表。動(dòng)力集中型將這些動(dòng)力設(shè)備全部設(shè)置在一輛頭車中，如下圖所示，全列車的牽引力由集中在動(dòng)力頭車的動(dòng)力輪對上的電動(dòng)機(jī)提供。動(dòng)力集中型注意：第一，動(dòng)力軸的質(zhì)量必須足夠提供牽引力所需的黏著力，否則動(dòng)力車輪將產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，喪失牽引力，不但使電機(jī)功率不能發(fā)揮反而會(huì)損傷車輪和鋼軌。第二，動(dòng)力軸的質(zhì)量又不能過大，否則在高速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生過大的輪軌力，損壞鋼軌和線路。歐洲高速鐵路網(wǎng)在有關(guān)的技術(shù)規(guī)程中規(guī)定高速列車的最大軸重不能超170kN，在做牽引力計(jì)算時(shí)輪軌黏著系數(shù)值定為：①低速啟動(dòng)時(shí)：0.2；②100

km/h時(shí)：0.17；③200

km/h時(shí)：0.13；④300

km/h時(shí)：0.09。特點(diǎn)：集中在頭車的動(dòng)力設(shè)備便于檢修和集中通風(fēng)冷卻，同時(shí)使拖車減少負(fù)擔(dān)動(dòng)力設(shè)備的質(zhì)量和噪聲干擾。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式另一種動(dòng)力系統(tǒng)配置方法，卻將全列車分為若干個(gè)動(dòng)力單元，在每一個(gè)動(dòng)力單元中帶牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸（動(dòng)力軸）分散布置在單元的每一個(gè)或部分車軸上，更重要的是將傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)動(dòng)力設(shè)備也分散地設(shè)置在各個(gè)車輛底下，而不占用任何一節(jié)車廂。下圖是該類動(dòng)力配置的一個(gè)例子，圖示為2輛動(dòng)力車和l輛無動(dòng)力拖車（簡稱2動(dòng)1拖）組成的一個(gè)列車單元。列車可以按需要由若干個(gè)單元組成，列車兩端必須設(shè)有帶駕駛室的頭車。由圖例可見動(dòng)力系統(tǒng)的主要設(shè)備：主變壓器（MTr）、變流器/逆變器（C/I）以及空壓機(jī)、空調(diào)機(jī)等輔助設(shè)備都以吊掛的方式置于各車體的底部。為了平衡質(zhì)量分配，拖車下面也安裝一定的動(dòng)力設(shè)備，圖示為一種典型的配置方式，主變壓器承擔(dān)前后2臺動(dòng)力車的功率供給，即2臺動(dòng)力車共用一臺主變壓器。動(dòng)力集中型1.3.3 動(dòng)車組牽引方式動(dòng)力分散方式列車頭尾各有一臺動(dòng)力車，中間為拖車，如果動(dòng)力不夠，靠近動(dòng)力車的中間車轉(zhuǎn)向架亦裝有牽引電動(dòng)機(jī)，這種動(dòng)力布置方式實(shí)質(zhì)上是傳統(tǒng)機(jī)車牽引方式的變形。動(dòng)力分散型動(dòng)力分散布置列車的單元一般可由2～4輛車構(gòu)成。根據(jù)列車的牽引、加速、最高速度等特性決定各單元?jiǎng)恿嚕∕）和拖車（T）的組合。如可能的組合有2M，2M＋1T，2M＋2T，3M＋1T，4M，等。特點(diǎn)：①

包括頭車在內(nèi)的各車廂都用來布置乘客座席和旅客設(shè)施；②每組單元都具有完善的牽引、制動(dòng)、控制、信息和輔助電源系統(tǒng)這；③

每列編組中設(shè)2架受電弓，采用高壓線連接以抑制離線和電弧的發(fā)生；④

動(dòng)力設(shè)備分散于車底下部，設(shè)備的工作環(huán)境和檢修條件較差。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式動(dòng)力分散型動(dòng)車組軸重小，牽引力大，氣動(dòng)加速快，驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸多，黏著性能比較穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；其動(dòng)力設(shè)備均可安裝于地板底下，所有車輛（包括頭車和中間車）均可作為客車使用，這樣可提高列車定員。以新干線300系為例，其額定功率為12000

kW，啟動(dòng)加速牽引力可達(dá)到360

kN，每噸啟動(dòng)加速牽引力可達(dá)到0.5kN，由啟動(dòng)加速到250

km/h速度的時(shí)間僅需215

s、走行9.6

km。新干線300系每米定員為3.29人，超過TGV-A的2.04人和ICE的1.85人?；谶@種特點(diǎn)，動(dòng)力分散型動(dòng)車組比較適合鐵路路基較軟、站距較短的日本等國家。40年來，日本始終堅(jiān)持動(dòng)力分散電動(dòng)車組，從0系帶700系，一直不變?nèi)〉幂x煌成績。之所以取得這樣大的成績的原因：①輪軌作用力小，牽引、制動(dòng)性能良好；②采用交流傳動(dòng)（300系開始）；③部件輕量化；④采取了減小運(yùn)行阻力和噪聲的措施。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式可從如下幾個(gè)方面來分析動(dòng)力集中與動(dòng)力分散之間的特點(diǎn)牽引總功率和軸功率從輪軌關(guān)系來看，理論上每根動(dòng)軸能傳遞的牽引功率為軸重、黏著系數(shù)和速度的乘積，而實(shí)際上能實(shí)現(xiàn)的功率受輪徑、傳動(dòng)裝置布置方式和電傳動(dòng)技術(shù)水平等的限制。由于動(dòng)力分散方式電動(dòng)車組的輪徑和車體底下空間位置比動(dòng)力集中方式的?。▽?shí)際上也不需要大），所以就單軸功率而言，動(dòng)力分散方式的小，目前最大為550

kW；動(dòng)力集中方式的大，目前最大可達(dá)1200

kW。就車組總功率而言，由于動(dòng)力分散方式動(dòng)軸多，可以超過10000

kW；動(dòng)力集中方式目前尚未超過10000

kW。當(dāng)然也可以在動(dòng)力車相鄰的中間車轉(zhuǎn)向架上加牽引電動(dòng)機(jī)的辦法來增加總功率。但總的來說，只要站線長度允許，動(dòng)力分散方式可以增加動(dòng)力單元，其總功率比動(dòng)力集中方式大，從而可牽引更多的旅客，啟動(dòng)加速度快。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式最大軸重和簧下質(zhì)量根據(jù)日本新干線的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，在速度和簧下質(zhì)量一定時(shí)，軌道下沉量隨著軸重增加而增加。所以采用動(dòng)力分散方式的理由之一是可以減少線路建設(shè)費(fèi)用并降低軸重。一般軸重在160kN以下，300系車降到114kN。動(dòng)力集中方式日本電動(dòng)車組一般軸重大，規(guī)定不超過170kN，但I(xiàn)CE車高達(dá)195kN。所以就最大軸重而言，動(dòng)力集中方式比動(dòng)力分散方式大，對線路不利。但對軌道的破壞不只是軸重，簧下質(zhì)量也起著同樣重要的作用。日本曾就軸重140kN、100kN計(jì)算了簧下質(zhì)量與運(yùn)行速度的關(guān)系。結(jié)果表明，如果簧下質(zhì)量不變，即使減輕軸重，對軌道的破壞不會(huì)有太大的好轉(zhuǎn)，簧下質(zhì)量必須與軸重一起減少。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式黏著利用動(dòng)力分散方式一般軸重較輕，單軸黏著力也較小，但由于動(dòng)軸多，可以發(fā)揮的黏著牽引力大；而動(dòng)力集中方式雖然軸重大，單軸黏著力大，但由于動(dòng)軸少，單軸黏著利用接近極限，可以發(fā)揮的總的黏著牽引力小。就啟動(dòng)加速度而言，經(jīng)計(jì)算表明，在低速區(qū)段，動(dòng)力分散方式可以充分利用黏著質(zhì)量大的特點(diǎn)，動(dòng)力集中方式黏著質(zhì)量小，低速時(shí)采用恒流控制。制 動(dòng)動(dòng)力分散方式的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)軸多，對每個(gè)動(dòng)軸都可以施加電力制動(dòng)和盤形制動(dòng)，制動(dòng)功率大，甚至可以超過牽引功率，使列車迅速停車。動(dòng)力集中方式動(dòng)軸少，制動(dòng)功率沒有動(dòng)力分散那么大。1.3.3 動(dòng)車組牽引方式制造成本采用動(dòng)力分散方式電動(dòng)車組，電氣設(shè)備分散、總重大、造價(jià)高。維修費(fèi)用原西德曾把動(dòng)力分散方式電動(dòng)車組與一臺BR41型電力機(jī)車牽引三輛客車的穿梭列車做過比較，結(jié)果表明，如果只分析每千米折舊維修費(fèi)，則BR430型電動(dòng)車組約貴50%，BR420/421電動(dòng)車組約貴20%。日本也承認(rèn)動(dòng)力分散方式維修費(fèi)用比動(dòng)力集中方式電動(dòng)車組高得多。采用動(dòng)力分散可增加乘員，并使整列車質(zhì)量分布更均勻，隨之降低了最大軸重，得到了更好的牽引特性和降低單位座席的質(zhì)量。還提高了再生制動(dòng)的利用率，制動(dòng)功率8.2MW，最大電制動(dòng)力為300

kN，相當(dāng)于ICE2“短編組”的2倍，減少了盤形制動(dòng)的磨耗量及維修費(fèi)用。1.3.4 動(dòng)車組供電牽引系統(tǒng)發(fā)展概況早期的電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)均采用交-直傳動(dòng)，用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用抽頭切換，間斷控制或可控硅連續(xù)相位控制技術(shù)進(jìn)行調(diào)速。由于直流電動(dòng)機(jī)的單位功率質(zhì)量較大，直流牽引電動(dòng)機(jī)一般不超過500

kW，使高速列車既要大功率驅(qū)動(dòng)又要求減輕軸重，特別是減輕簧下部分質(zhì)量，形成難以克服的矛盾。到20世紀(jì)80年代末90年代初，高速列車開始采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。并存在兩種不同的技術(shù)路線，即交流同步電機(jī)和交流異步電機(jī)。1.3.4 動(dòng)車組供電牽引系統(tǒng)發(fā)展概況交流傳動(dòng)系統(tǒng)采用三相交流鼠籠式感應(yīng)電機(jī)。三相異步電機(jī)與直流電機(jī)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維護(hù)少，價(jià)格低，易于制造；②

功率大（目前，世界上最大的直流牽引電機(jī)功率為1000

kW，而交流牽引電機(jī)功率，已達(dá)到l800

kW），效率高，質(zhì)量??；③無換向引起的電氣損耗和機(jī)械損耗，無環(huán)火引起的故障；④耐振動(dòng)、沖擊的性能較好；⑤耐風(fēng)雪，多塵，潮濕等惡劣環(huán)境；⑥具有可持續(xù)的大啟動(dòng)牽引力；⑦過載能力強(qiáng)（僅受定子繞組熱時(shí)間常數(shù)的影響）；⑧轉(zhuǎn)速高，功率/質(zhì)量比高，有利于電機(jī)懸掛；⑨轉(zhuǎn)矩-速度特性較陡，可抑制空轉(zhuǎn)，提高黏著利用率；⑩在幾臺電機(jī)并聯(lián)時(shí)，不會(huì)發(fā)生單臺電機(jī)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象；?由于取消了整流子和電刷，大大減少了維修工作量（據(jù)統(tǒng)計(jì)，不到直流電機(jī)的1/3）。1.3.4 動(dòng)車組供電牽引系統(tǒng)發(fā)展概況新型全控電力電子器件的應(yīng)用電力電子器件是牽引變流技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。誕生于20世紀(jì)80年代的新型全控制電力電子器件IGBT是一種MOSFET與晶體管復(fù)合的器件，由于它既有易于驅(qū)動(dòng)、控制簡單、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管的導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的顯著優(yōu)點(diǎn)，IGBT的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展十分迅速。高速動(dòng)車組牽引變流器的功率電子器件大多采用大功率IGBT/IPM。牽引變流器PWM控制技術(shù)交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中的變流器，無論是電源側(cè)的整流器還是電機(jī)側(cè)的逆變器都屬于開關(guān)電路，電路中開關(guān)器件的周期性通斷，從根本上破壞了交流電壓、電流的連續(xù)性和正弦性。電壓、電流中的高次諧波，一方面給交流電網(wǎng)帶來嚴(yán)重危害；另一方面交叉使電機(jī)運(yùn)行性能惡化。諧波電流產(chǎn)生的脈動(dòng)力矩，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)軸系振動(dòng)，增大運(yùn)行噪聲，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使電機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行。減小諧波含量的有效辦法是牽引變流器采用PWM技術(shù)。高速列車牽引變流器均采用PWM控制技術(shù)。1.3.4 動(dòng)車組供電牽引系統(tǒng)發(fā)展概況列車驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)高速列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)多變量、非線性和強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。通常電壓（或電流）和頻率是可控的輸入量，輸出量則是轉(zhuǎn)速、位置和力矩，它們彼此之間以及和氣隙磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)子電流等內(nèi)部量之間都是非線性耦合關(guān)系。矢量控制系統(tǒng)是采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制概念，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量與力矩分量之間的解耦，從而使交流電機(jī)能像直流電機(jī)一樣分別對其勵(lì)磁分量和力矩分量進(jìn)行獨(dú)立控制，是交流驅(qū)動(dòng)控制最有效的方法之一。直接力矩控制方法與矢量解耦控制的方法不同，它無須進(jìn)行兩次坐標(biāo)變換及求矢量的模與相角的復(fù)雜計(jì)算，而是直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電機(jī)磁鏈和力矩的實(shí)際值，并與磁鏈和力矩的給定值相比較，通過二點(diǎn)式調(diào)節(jié)器進(jìn)行力矩的直接調(diào)節(jié)，加快了力矩的響應(yīng)速度，使響應(yīng)時(shí)間控制在一拍之內(nèi)，能使系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能得到很大的提高。動(dòng)車組的技術(shù)特點(diǎn)1.41.4.1 CRH1型動(dòng)車組CRH1型動(dòng)車組是一種全面采用先進(jìn)技術(shù)、現(xiàn)代化的動(dòng)力分散型電動(dòng)車組。該列車為8輛車編組，其中5輛車為動(dòng)車，3輛車為拖車，設(shè)計(jì)運(yùn)營速度為200km/h，最高試驗(yàn)速度為250

km/h。CRH1型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架采用成熟的設(shè)計(jì)概念，懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能最大限度地降低軌道作用力，減少車輪磨耗和噪聲；電動(dòng)機(jī)變流器由微處理器控制，具有自檢、自診斷和保護(hù)功能，模塊化程度高，冷卻系統(tǒng)的效率高，控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)性好；列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)模塊化程度高、智能化程度高，為列車高速、安全運(yùn)行提供了可靠的保證，同時(shí)也為旅客提供了健康和舒適的旅行環(huán)境。1.4.1 CRH1型動(dòng)車組1.

主要技術(shù)特點(diǎn)1）

牽引電動(dòng)機(jī)與牽引變流器優(yōu)化匹配牽引電動(dòng)機(jī)能在牽引工況下，將列車獲得的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并牽引列車前進(jìn)，在制動(dòng)工況下，又能將車輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而產(chǎn)生制動(dòng)力。一個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上有2個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)，并聯(lián)連接到一個(gè)電動(dòng)機(jī)變流器上，牽引電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況受電動(dòng)機(jī)變流器微機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控。牽引電動(dòng)機(jī)與牽引變流器統(tǒng)一進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)，減小波形畸變和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，噪聲小，損耗小。這種設(shè)計(jì)還能夠最大限度地減少牽引電動(dòng)機(jī)的零部件磨損，減少設(shè)備維修時(shí)間，提高系統(tǒng)可靠性。1.4.1 CRH1型動(dòng)車組2）微機(jī)控制的牽引電動(dòng)機(jī)變流器電動(dòng)機(jī)變流器模塊將直流環(huán)節(jié)電壓轉(zhuǎn)變成可變電壓、可變頻率的對稱的三相電壓，一臺電動(dòng)機(jī)變流器向兩臺并聯(lián)的牽引電動(dòng)機(jī)供電。電動(dòng)機(jī)變流器的功率器件是IGBT模塊，IGBT為電壓驅(qū)動(dòng)方式，開關(guān)頻率高，模塊的抗干擾及短路保護(hù)能力強(qiáng)，損耗小，性能好，工作可靠。此外，大功率IGBT模塊本身絕緣，外殼不帶電，冷卻方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。電動(dòng)機(jī)變流器由微機(jī)控制，具有自檢、自診斷和保護(hù)功能，模塊化程度高，冷卻系統(tǒng)的效率高，控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)性好。1.4.1 CRH1型動(dòng)車組3）高度自動(dòng)化的牽引控制系統(tǒng)CRH1型動(dòng)車組8輛車分為3個(gè)基本列車單元，每個(gè)基本單元有相對獨(dú)立的高壓系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和輔助動(dòng)力供給系統(tǒng)。列車兩端的帶司機(jī)室的動(dòng)車、帶弓拖車和普通動(dòng)車各為一個(gè)單元，列車中部的普通動(dòng)車和二等車餐車合造車為一個(gè)單元。每個(gè)單元的高壓、牽引和輔助動(dòng)力供給系統(tǒng)基本相同，各單元控制設(shè)備包括列車控制設(shè)備（VCU）、牽引設(shè)備（PCU）、驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備（DCU/X）、蓄電池充電控制設(shè)備（BCC/I）和輸入/輸出（I/O）設(shè)備等。牽引控制系統(tǒng)是一個(gè)基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)，牽引控制的總線型式為MVB，各列車基本單元獨(dú)立運(yùn)行，受列車主控制器的協(xié)調(diào)與監(jiān)控。1.4.1 CRH1型動(dòng)車組4）模塊化、智能化的列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS）CRH1型動(dòng)車組通過列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS）實(shí)現(xiàn)對全列車的控制和管理。TCMS是分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，全車需要控制的裝置都在TCMS的監(jiān)控之下，如牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、壓縮空氣供給系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、輔助電氣系統(tǒng)、車鉤系統(tǒng)、列車安全和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)、車內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)、內(nèi)外門系統(tǒng)、供水和衛(wèi)生間系統(tǒng)、餐飲系統(tǒng)、火災(zāi)檢測系統(tǒng)、軸溫警報(bào)系統(tǒng)、后視鏡系統(tǒng)等。TCMS是通過列車通信網(wǎng)絡(luò)對這些系統(tǒng)進(jìn)行宏觀監(jiān)控的，每個(gè)系統(tǒng)都自帶有安裝在其附近的、可獨(dú)立運(yùn)行的、完備的微機(jī)控制裝置，即控制的執(zhí)行是分散的；司乘人員通過TCMS給這些控制裝置發(fā)送命令、接收其狀態(tài)和故障信息，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。CRH1型動(dòng)車組的列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)模塊化程度高、智能化程度高，為列車高速、安全運(yùn)行提供了可靠的保證，同時(shí)也為旅客提供了健康和舒適的旅行環(huán)境。1.4.1 CRH1型動(dòng)車組5）電空及再生制動(dòng)系統(tǒng)CRH1型動(dòng)車組采用動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)方式，動(dòng)力制動(dòng)采用再生制動(dòng)方式，空氣制動(dòng)用盤形制動(dòng)。在拖車轉(zhuǎn)向架上，制動(dòng)盤放置在車軸上（每根軸上3個(gè)制動(dòng)盤），在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上，制動(dòng)盤安裝在車輪輻板上，這樣就保證了全列車所有的轉(zhuǎn)向架都可實(shí)施盤形制動(dòng)，不但使制動(dòng)力得到保證，而且提高了制動(dòng)的平穩(wěn)性。CRH1型動(dòng)車組的制動(dòng)系統(tǒng)由微機(jī)控制，不但可以根據(jù)列車速度、制動(dòng)方式（常規(guī)制動(dòng)還是緊急制動(dòng)）等情況自動(dòng)在動(dòng)力制動(dòng)與空氣制動(dòng)之間分配制動(dòng)力，而且空氣制動(dòng)本身也采用了電空制動(dòng)（制動(dòng)指令由電信號傳遞，制動(dòng)力由壓縮空氣產(chǎn)生），保證了良好的制動(dòng)性能。1.4.1 CRH1型動(dòng)車組2.

主要技術(shù)參數(shù)編組型式動(dòng)力配置定員最高運(yùn)營速度最高試驗(yàn)速度適應(yīng)軌距傳動(dòng)方式牽引功率頭車車輛長度中間車輛長度車輛寬度車輛高度8輛編組，可兩列編組連掛運(yùn)行2（2M＋1T）＋（1M＋1T）670人200

km/h250

km/h1435

mm交-直-交型變頻5500

kW26950

mm26600

mm3328

mm4040

mm420.4t，213.5m≤160kN915

mm2700

mmAC

25kV，50HzIGBT水冷VVVF265

kW分體式空調(diào)系統(tǒng)0.6m/s2直通式電空制動(dòng)編組質(zhì)量及長度軸重輪徑轉(zhuǎn)向架固定軸距受流電壓牽引變流器牽引電動(dòng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)加速度制動(dòng)方式緊急制動(dòng)距離（制動(dòng)初速度為200km/h）輔助供電制式≤2000m三相AC380V，50Hz，DC100V1.4.2 CRH2型動(dòng)車組CRH2型動(dòng)車組為動(dòng)力分散、交流傳動(dòng)電動(dòng)車組。動(dòng)車組具有以下技術(shù)特點(diǎn)。動(dòng)車組采用鋁合金型材車體，采用了先進(jìn)的IGBT功率器件及變壓變頻調(diào)速（VVVF，Variable

Voltage

andVariable

Frequency）控制牽引方式。先進(jìn)動(dòng)車組的原型車為日本新干線動(dòng)車組，其主要系統(tǒng)和部件均有長時(shí)間的運(yùn)營業(yè)績。成熟動(dòng)車組采用流線型頭形，各車輛的最大軸重僅140kN，牽引和制動(dòng)能耗低。另外，列車采用再生制動(dòng)方式，在節(jié)能、環(huán)保以及減少機(jī)械損耗等方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。經(jīng)濟(jì)動(dòng)車組具有速度提升能力，通過調(diào)整動(dòng)車、拖車比例，能夠靈活適應(yīng)200～300km/h各種速度等級運(yùn)行。另外，動(dòng)車組還可通過兩列自動(dòng)聯(lián)掛滿足大運(yùn)量需求。適用動(dòng)車組采用了先進(jìn)的防滑、防空轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和自動(dòng)列車保護(hù)系統(tǒng)，為列車在各種運(yùn)行環(huán)境下的準(zhǔn)時(shí)性提供了可靠的保障?？煽?.4.2 CRH2型動(dòng)車組1.

主要技術(shù)特點(diǎn)1）高速轉(zhuǎn)向架高速轉(zhuǎn)向架采用無搖枕式轉(zhuǎn)向架、H形構(gòu)架；二系采用具有高度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的空氣彈簧懸掛，且其輔助風(fēng)缸由橫梁內(nèi)腔承擔(dān)；采用單拉桿式中央牽引裝置傳遞縱向力，采用抗蛇行減振器兼顧高速穩(wěn)定性和曲線通過性能；一系采用轉(zhuǎn)臂式定位，軸箱彈簧采用雙圈鋼圓簧；采用小輪徑（860mm）車輪減少簧下重量，采用內(nèi)孔為60mm的空心車軸；全部車輪設(shè)有制動(dòng)輪盤，所有拖車轉(zhuǎn)向架車軸上還裝有制動(dòng)軸盤。基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用特殊的液壓油缸卡鉗式盤型制動(dòng)，制動(dòng)裝置體積小；裝有踏面清掃裝置，以改善輪軌間運(yùn)行噪聲和黏著狀態(tài)；動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上裝用輕型交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，通過撓性浮動(dòng)齒式聯(lián)軸器與齒輪箱連接，驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。1.4.2 CRH2型動(dòng)車組2）輕型牽引系統(tǒng)CRH2型動(dòng)車組采用VVVF控制牽引方式，牽引變流器采用IGBT，工作頻率為1500Hz，牽引電動(dòng)機(jī)采用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，功率為300kW。動(dòng)車組牽引系統(tǒng)各部件體積小、質(zhì)量更小、集成化程度高，使得動(dòng)車組牽引變壓器和牽引變流器可以整合到同一輛車上，即兩個(gè)動(dòng)力車可組成一個(gè)基本動(dòng)力單元。1.4.2 CRH2型動(dòng)車組3）復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)為復(fù)合制動(dòng)模式，動(dòng)車采用再生制動(dòng)＋電氣指令式空氣制動(dòng)，拖車采用電氣指令式空氣制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)信號發(fā)生裝置、信號傳輸裝置、控制裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置以及空氣供給系統(tǒng)組成。基礎(chǔ)制動(dòng)均采用空壓-油壓變換的增壓氣缸和油壓盤式制動(dòng)裝置。制動(dòng)控制裝置分常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)、防雪制動(dòng)。其主要特點(diǎn)為：①具有適應(yīng)黏著變化規(guī)律的速度-黏著控制模式；②具有根據(jù)載荷自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力的能力；③具有防滑保護(hù)控制；④

以1M＋1T為單元進(jìn)行制動(dòng)力的協(xié)調(diào)配合，充分利用動(dòng)車再生制動(dòng)力，減少拖車空氣制動(dòng)力使用，僅在再生制動(dòng)力不足時(shí)才由空氣制動(dòng)力補(bǔ)充；⑤具有與車載ATP/LKJ2000的接口，施行安全制動(dòng)；⑥具有故障診斷和相關(guān)信息保存功能。1.4.2 CRH2型動(dòng)車組為了克服列車在高速運(yùn)行下，特別是在會(huì)車和進(jìn)入隧道時(shí)造成的客室內(nèi)外空氣的壓力差傳到客室內(nèi)，CRH2型動(dòng)車組采用供排氣一體的換氣裝置。換氣裝置采用變頻器控制送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，動(dòng)車組運(yùn)行速度高于160km/h時(shí)，送風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，動(dòng)車組運(yùn)行速度低于160

km/h時(shí)，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行。通過提高換氣裝置送風(fēng)機(jī)的靜壓力性能，能夠很好地抑制客室內(nèi)的壓力變動(dòng)，同時(shí)確保客室內(nèi)新風(fēng)量的要求。4）保持車內(nèi)壓力穩(wěn)定的換氣裝置1.4.2 CRH2型動(dòng)車組2.

主要技術(shù)參數(shù)氣