电力牵引传动控制课堂论文.docx

电力牵引传动控制技术的现状与发展摘要：电力牵引传动与控制技术在轨道交通领域中发挥着重要的作用。本文以典型机车为例，揭示电力电子器件的更新换代与电力牵引传动控制技术发展的紧密联系。并阐述了电力牵引传动与控制的研究现状及技术展望。关键词：电力电子器件；牵引电动机；控制技术The javascript:void(0);current?javascript:void(0);situation and development of the electric traction drive and control technologyAbstract:Electric?traction?drive?control?technology?plays?an?important?role?in?the?field?of?rail?transport.?This?paper?introduces?the?history?and?current?situation?of?the?electric?traction?drive?control?technology?in?terms?of?power?electronic?devices,?locomotive?types?and?control?technology,?and?summarizes?its?future?development?direction. Key words: Electric device; traction motor; control principle; development direction在城市交通运输中，电力牵引是使用最为广泛的牵引方式，将电能转换为机械能以驱动列车的前进。电力牵引传动系统是轨道交通运输装备的核心系统，高速铁路动车组和城市轨道交通车辆的运行形式就是以电力牵引为主。采用电力牵引方式主要有五点优势：牵引电机自身无燃料消耗，可使用再生能源，电力牵引供电系统与大容量电气系统对接，足以提供充足的电能。空气污染和环境（噪声）影响比较小，有利于改善交通区域的环境条件。电力牵引供电系统的工作效率较高，远远超越蒸汽机车牵引动力系统，且比内燃机机车牵引系统优异。电力机车动车组的启动加速系统具有承载能力强等特点，可满足所有的现代交通运输工具快速运行所需要的运输动力。微电子技术广泛应用，电力机车可实现驾驶自动化，实时检测故障，对电力系统进行监测和远程控制。更有利于实现信息的自动化，有利于铁路电气化的发展，推动运输业的发展。1 电力牵引传动与控制技术的历史电气传动技术系统很早就被引入了牵引机车的技术领域中。1879年，第一台由电力驱动的机车问世；1881年，城市电动机车被大规模地铺设；1891西门子公司在1891年发明了由线式转子异步牵引电动机驱动的三相交流的电动机车[1]。1955年，水银整流车问世，这标志着机车电力牵引传动技术开始进入实践。1957年，可控硅整流器（普通晶闸管）的发明，标志着电力电子技术的诞生以及电力牵引时代的出现。1958年，普通晶闸管SCR整流器的发明使得大功率电子硅整流技术广泛应用于机械传动系统。1965 年，晶闸管的机车牵引动力系统出现了，各国的铁路运输系统广泛采用晶闸管电力传动系统。20世纪70年代，随着大功率晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，人们开始了电气牵引领域三相变频调速技术的研究；80年代以后，新一代高频化、全控型的电力集成器件IGBT技术得到进一步发展，实现了传统的电力电子技术向现代电力电子技术的转变，使得交流传动系统性能及可靠性得到极大提升[2]。目前，基于大功率IGBT的交流传动电力牵引系统已广泛应用于轨道交通行业，全面覆盖机车、动车及城轨车辆。蒸汽机车是铁路牵引动力的最初型式, 有近两个世纪历史。虽然经历了多次重大发展与改造, 但鉴于蒸汽机车热效率低, 牵引性能差, 环境特性和劳动条件极坏, 无法适应铁路运输增长的需求。世界各国铁路牵引动力逐渐以内燃、电力牵引取代蒸汽牵引[3]。内燃机车诞生于20 世纪20 年代, 内燃机车使用方便、灵活, 基本投资少。目前仍然是许多国家铁路运输的主要牵引动力。20 世纪60 年代以来, 世界内燃机车发展经历了3个阶段:持续稳定发展阶段(1961 ～ 1976)、水平显著提高的发展阶段(1977 ～ 1992)、内燃机车交流传动大发展时期(1993起)。内燃机车的发展, 主要体现在柴油机技术、传动技术、微机控制及诊断技术和径向转向架等几方面技术的发展。从诞生到现在, 内燃机车用柴油机的发展主要体现在提高功率、提高可靠性、降低燃油消耗率和改善排放上。随着重载牵引和高速客运的发展, 普遍要求提高列车牵引功率。美国GE 公司和德国Deutz MWM 公司合作研