文档介绍：电力牵引传动与控制技术现状与发展
李继松张晶赵亮徐凯强苏擎宇
(中南大学交通运输工程学院湖南长沙 410075)
摘要:
电力牵引传动与控制技术已经成为衡量一个的最重要标志之一。本文从车载交流牵引传动系统的应用特点出发,描述了大功率牵引传动系统在实际工程应用中面临的诸多技术难题,介绍了在全系列电力电子器件及应用技术、大功率牵引传动变流装置及其控制系统、列车网络控制系统等关键部件的核心技术成果,分析了牵引传动及控制技术的未来发展,展望了利用轨道牵引传动及控制核心技术向光伏发电、直流输电、电动汽车、冶金轧机、舰船推进、油气输送等领域的应用前景。
关键词:电力电子器件;变流装置;传动控制;变频
Abstract: The technology of modern railway traction and control had been one of the most important marks to measure a country's level of railway technology. From the application characteristics of AC traction, this paper described the problems faced by the practical application of the high power traction drive system. This paper introduced the core technologies results of power electronic devices, high power traction device and its control system and work control system. This paper also analyzed the future development of traction and control technology and prospected the future application of railway traction and control technology to solar power, HVDC, electric vehicle, metallurgy and rolling mill, marine propulsion and oil and gas delivery, etc.
Key words: power electronic devices; converter device; drive control; frequency conversion
牵引传动及控制技术是轨道交通机车车辆必须的技术配置,它推动了机车车辆技术的进步,成为高速铁路和重载货运发展的基础。可以说,是否拥有成熟的牵引传动及控制技术,已经成为衡量一个的重要标志之一。同时,牵引传动领域的技术进步和成熟,将辐射到电气自动化、节能等诸多领域,形成具有核心竞争力的自主品牌。
1 车载交流传动系统应用特点
牵引/制动特性
轨道运输装备的牵引/制动特性是其最基本、最重要的性能,是运输装备设计首要考虑的重要因素之一,它包括了运输装备的持续运行速度、最高运行速度、牵引/制动力特性以及装备的加速性能,以满足铁路运输的需求。在轨道运输装备减速制动时通常优先采用再生制动,将电机回馈的电能通过变流装置回馈给电网,达到绿色环保节能的目的。在系统研究与实际工程应用中,采用高功率密度变流装置、变压器、牵引电机和直接转矩控制等先进电机控制策略,在实现对电机的牵引/制动特性准确控制的同时,获得毫秒级的转矩阶跃动态响应性能。
轮轨关系
轮轨粘着条件是指轮轨之间的自然粘着特性,它决定了运输装备所能发挥的最大牵引/制动力,是制约运输装备性能的关键因素之一,对于大功率货运机车而言显得尤为重要。试验表明,轮轨粘着特性不仅自身具有显著的非线性特征,而且在不同的气候条件、轨道曲线半径和轨面清洁度时也截然不同,表现出强烈的随机性和易变性。在各种千差万别的轮轨粘着条件下,怎样使运输装备输出的牵引力尽量逼近当前轮轨粘着条件所容许的最大牵引力是粘着利用控制的主要任务。在理论研究与工程应用中采取了独创的、先
进的自适应粘着控制策略,采用线性系统理论,通过对牵引力的测量与计算,间接地获取粘着特性曲线斜率,实现最佳粘着利用。
弓网关系
采用电力牵引轨道运输装备,在运行时需从接触网取电,转换成机械能驱动列车运行,或者将列车动能转化成电能,在实现列车制动的同时向电网回馈能量。牵引系统必须与电网友好匹配,即:低干扰电流、高功率因数