修澤

摘 要 伴隨電力電子技術發(fā)展步伐的加快，對電牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展帶來較大影響。從當前電牽引傳統(tǒng)系統(tǒng)中電力電子技術應用實際看，無論在穩(wěn)壓電源或主傳動與輔助傳動系統(tǒng)方面均取得理想效果，對促進傳動系統(tǒng)性能優(yōu)化、傳動裝置改進以及交流試驗系統(tǒng)發(fā)展等均有一定作用。本次研究將對電力牽引系統(tǒng)做簡單介紹，分析電力電子技術的應用及其影響。

【關鍵詞】電牽引傳動系統(tǒng) 電力電子技術 影響

電牽引傳動系統(tǒng)近年來發(fā)展中，更注重能耗的控制與機車調節(jié)性能的提高，而該目標的實現(xiàn)很大程度上依賴電力電子技術。回顧電牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展歷程，電力電子技術均扮演關鍵性角色。因此，本文對電牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展中電力電子技術的應用研究，具有十分重要的意義。

1 電力牽引系統(tǒng)相關概述

關于電力牽引系統(tǒng)，首次應用可追溯至1879年，由德國開通第一列電牽引傳動車，盡管其功率僅保持為10kW，但載客量極高。隨后在電力電子技術推動下，電牽引系統(tǒng)逐漸完善，如交直流電傳動機車、硅整流器電傳動系統(tǒng)動車等。我國在電力牽引系統(tǒng)應用方面，最初于1958年6Y1型電力機車的誕生，后經(jīng)過不斷完善，引入較多如級間晶閘管相空調壓技術、逆變器開關器件等，電力牽引技術真正走入到交流傳動時代中。

2 電牽引傳動系統(tǒng)中電力電子技術的應用分析

2.1 主傳動系統(tǒng)應用

電牽引系統(tǒng)中主傳動系統(tǒng)的發(fā)展很大程度受電力電子技術影響，如許多電力電子器件引入后均使主傳動系統(tǒng)性能發(fā)生一定變化，包括普通晶閘塊、門極可關斷晶閘管、快速晶閘管、大功率硅二極管、集成門極換流晶閘管與絕緣柵雙極型晶體管等。以門極換流晶閘管IGCT為例，集成GCT器件與硬驅動電路，應用優(yōu)勢極為明顯，表現(xiàn)為：

（1）優(yōu)化設計門極封裝結構、驅動單元，使陰極回路、門極回路內雜散電感降低；

（2）通態(tài)損耗控制，由N緩沖層穿過后將陽極結構穿透，降低硅片厚度，使器件通態(tài)損耗得到明顯控制；

（3）電路結構優(yōu)化，由于該器件將反響續(xù)流二極管集成于芯片內，使電路結構整體得到優(yōu)化，即使與GTO比較，IGCT牽引變流器結構也較為簡單。

2.2 輔助傳動系統(tǒng)應用

電力電子技術未引入到電牽引傳統(tǒng)系統(tǒng)輔助系統(tǒng)前，更傾向于以異步旋轉劈相機作為系統(tǒng)電源，應用過程中要求采用分相起動方式，取電力電容器并聯(lián)設置在電動相與發(fā)電相之間，輔助系統(tǒng)負載變化直接決定電容器數(shù)量的應用，且因三相輸出電壓不平衡，很可能導致器件被燒損。而在電力電子技術應用下，最初為改變旋轉劈相機問題，引入靜止劈相機，其優(yōu)勢在于借助三相逆變器保證三相電壓的穩(wěn)定。自90年代以后，IGBT逆變器器件逐漸被引入到輔助系統(tǒng)中，如該期間內600V至100V DC/DC變換器，極大程度上提升輔助系統(tǒng)應用性能。

2.3 電路穩(wěn)壓電源控制應用

電牽引傳動系統(tǒng)中電力電子技術的應用，主要表現(xiàn)在大功率電子器件應用方面，許多直流穩(wěn)壓電源在輔助電路、控制電路中均極為常見。以地鐵動車組為例，通過開關電源方式獲取直流穩(wěn)壓電源，再如電力機車，晶閘管相控整流能夠滿足牽引變壓器運行要求。盡管開關穩(wěn)壓電源是獲取電壓的主要方式，其相比輔助系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)電路變流器，功率相差較多，但仍將電力電子技術的應用優(yōu)勢充分體現(xiàn)出來。

3 電牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展受電力電子技術影響分析

3.1 傳動系統(tǒng)性能優(yōu)化

電力電子技術推動下，使電牽引傳動系統(tǒng)逐漸以交流傳動取代原有的直流傳動，極大程度上優(yōu)化傳動系統(tǒng)性能。從交流傳動方式的優(yōu)勢看，主要表現(xiàn)為：

（1）運行性能突出，如異步電動機，有重量輕、體積小特點，持續(xù)功率較大，同時在起動力上較高，表現(xiàn)為靜止狀態(tài)下可實現(xiàn)滿轉矩，對于重載或復雜條件啟動要求均能滿足。另外，恒功率區(qū)寬優(yōu)勢較為明顯，交流傳動相比直流傳動，恒功率區(qū)寬主要表現(xiàn)在最高、額定速度比值優(yōu)化；

（2）節(jié)能效果明顯，如對比內燃直流傳動，在燃料節(jié)約效果上極為明顯，且因機車效率、電機效率均提高，能夠取得明顯的節(jié)能效果；

（3）運營成本降低，由于交流傳動下有明顯的再生制動效果，且減少有觸點電器，使易損部件數(shù)量得到控制，降低運營成本。

3.2 傳動裝置改進

電力電子技術發(fā)展下，強調在相關器件的性能與容量上不斷提高，改進封裝模式，加之單元模塊化設計方法的應用，更能使傳動裝置得到改進。如器件性能、容量提高下，可簡化主電路結構，以IGBT的應用為例，將主電路吸收電路省去，優(yōu)化主電路結構。從封裝模式改進看，因電牽引傳動列車運行中需做制動、加速等，所以牽引變流器應適應不同工作電流的變化。而該目標的實現(xiàn)要求在器件封裝形式上完善，如對器件銅基板以AISiC基板取代，使負載循環(huán)狀態(tài)下不同構件間的焊接疲勞破壞問題得以解決。另外，技術發(fā)展背景下，逐漸提出功能單元模塊化設計方法，針對以往電器運行中電磁干擾問題，要求在應用抗干擾措施的同時，輔以功能分離、功能分塊方式，這些均可反映出功能模塊化技術取得突破性的發(fā)展。

3.3 交流試驗系統(tǒng)發(fā)展

電牽引傳動系統(tǒng)中電力電子技術的發(fā)展極大程度上帶動交流傳動系統(tǒng)的發(fā)展。目前我國已完成多種類型交流試驗系統(tǒng)的構建，如能量消耗式、能量反饋式，雖然系統(tǒng)運行中仍有一定的不足，但許多試驗要求均可滿足。有研究中也提及，在交流試驗系統(tǒng)發(fā)展中，也可借助電力電子技術實現(xiàn)互饋式交流傳動試驗系統(tǒng)的構建，其構成以電動機、雙逆變器為主，應用優(yōu)勢更加明顯。此外，電力電子技術發(fā)展下所帶來對影響也表現(xiàn)在器件發(fā)展層面，較多電傳動系統(tǒng)器件類型已被引入，更有助于電牽引傳動系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

4 結論

電力電子技術是電牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展的主要技術支撐。實際引入電力電子技術中，應正確認識電牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展歷程，分析電力電子技術在其中的應用表現(xiàn)，包括主傳動系統(tǒng)、輔助傳動系統(tǒng)以及電路穩(wěn)壓電源控制等，充分利用其實現(xiàn)優(yōu)化傳動系統(tǒng)性能、改進裝置等，使電牽引傳動系統(tǒng)整體性能進一步提高。

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作者單位

哈爾濱理工大學 山東省威海市 264300