摘要：随着近年来我国科学技术的不断发展与进步，我国的轨道交通行业也进一步取得了新的长足发展。特别是近年来的高铁动车组，通过不断的改造和技术创新，无论是从车体结构的基本稳定和现代化程度，还是系统的优化和完善程度，都已经达到了一个很高的现代化水平，最重要的一点就是高铁动车组的可靠性和时速控制取得了新的技术突破。列车牵引传动系统的可靠性是能够保证高铁动车组高速平稳正常运转的重要技术前提，是高铁动车组最重要的系统之一。基于此，本文以中国复兴号高速动车组为例，首先详细的介绍了列车牵引传动系统中控制电路基本的工作原理；随后再仔细的分析一下列车牵引传动系统。因此，本文仅供其他技术相关的人士就此进行的交流与操作参考。
关键词：动车组；牵引传动系统；复兴号
引言：
为了有效保证复兴号高速动车组能够稳定、高速、安全的运行，必须要充分采用先进成熟的高速牵引传动系统和合理的高速牵引传动的传动方式和策略。但是由于目前我国对高性能的牵引传动系统的研发和生产能力相对比较不足，许多产品以及关键的零部件仍然必需从国外直接进口，重要的技术仍然要依赖国外的技术支持。因此，有必要设计和开发一系列具有完全的自主知识产权的新型高性能高速复兴号动车组。本文以新型复兴号动车组为实际实例，简单的向大家介绍一下高速牵引传动系统及其基本的工作原理。
一、牵引传动系统中电路基本工作原理
复兴号电力动车组的牵引交流传动系统主要由牵引变压器、四象限电源脉冲整流器、中间直流电控制环节、牵引逆变器和异步变频电动机等部分组成。系统的能量回馈电流如图1所示。在列车牵引时，受电弓通过接触网AC25kV交流电流输送至牵引变压器，经降压后输出单相交流1500V，作为牵引变流器的电源输入。牵引变流器利用其脉冲整流器把单相交流电整流成直流电，然后用中间直流电控制环节的电作为驱动牵引逆变器的单相输入，逆变器单相输出的电压在0至2300V后，0至220Hz变频整流器控制三相交流异步电动机的供电；在再生制动的条件下，电动机通常处于发电机再生制动状态。能量回馈电流由牵引逆变器的四象限续流二极管进行整流，再由变压器的四象限电源脉冲二极管整流器转换成的交流电反馈到牵引交流电网，实现发电机能量的回馈。
（一）牵引变流器工作原理
牵引变流器系统是中国铁路动车组系统中实现牵引电能的转换和传输的一个关键部件，它的质量和性能直接地关系到中国铁路动车组的安全可靠和正常运行。动车组的牵引变流器主要由四象限高电平脉冲整流器、中间直流电开关环节和三象限高电平逆变器开关环节组成。脉冲整流器和高电平逆变器均分别采用三象限高电平二极管和四相箝位并联结构，每相由四个反向箝位并联高电平二极管开关管和两个三象限高箝位并联二极管开关环节组成。
（1）采用了瞬变电流双闭环传输法。用于复兴号动车组的脉冲瞬变电压整流器系统采用了瞬态电流双闭环传输法。这种传输方法主要是由大电压瞬变电流双闭环传输系统驱动，即无论任何一个环节的输出电压参数发生变化，系统都可以自动地调整其输出参数，使得输出直流电压保持稳定，动态电流响应快，非常特别适合于复兴号动车组脉冲整流器等各种大功率的电力电子模块。
（2）采用空间水平矢量SVPWM（正弦脉冲宽度调制）正弦脉宽驱动。其中空间水平矢量SVPWM驱动器（SVPWM）的直流输出电压的利用率比二电平正弦脉宽调制的利用率高15%，输出转矩和脉动较小。目前，复兴号动车组的三电平逆变器采用了这种脉冲宽度调制的方式。三电平SVPWM的脉冲宽度调制工作原理与二电平的SVPWM类似，主要是包括以下的几个步骤：判断三电平参考输出矢量的扇区，根据三电平SVPWM的原理确定参考输出的矢量，计算各输出矢量的切换动作频率和时间，优化输出参考矢量的切换动作顺序[3]。
复兴号动车组的牵引电力传动系统主要是包括磁通和转矩计算定向传动模块、恒速定向传动控制模块和牵引转子磁场定向传动三个模块，其控制系统结构如图一所示。
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（图一）复兴号动车组牵引传动传动系统框架
（一）转矩计算模块
二、牵引控制系统
（一）牵引动力控制系统
复兴号动车组控制系统牵引和再生制动力的线性差值计算是确定电动机在牵引和再生制动力条件下的感应加速度和电动机转矩的一个基本前提。根据中国铁路复兴号动车组的控制系统牵引动力特性计算曲线，当连续运行列车速度v小于154km/h时，牵引力基本与速度保持不变。其中当牵引力大于运行速度v为154km/h时，牵引力与感应加速度基本成反比（恒功率）。由线性差值计算方法，我们可以直观地得到复兴号动车组的牵引力与动车组运行速度之间的线性关系[4]。
（二）恒速传动模块
恒速传动模块主要实现两个功能：①实现平滑切换牵引、制动、滑行和其他工作条件，防止造成更大的转矩和电流波动开关可以在不同工作条件下工作；②避免动车组开始时过度的电流和电压的影响。出于这个原因，复兴动车组采用恒速传输策略如图二所示（：当速度差ΔV > 6公里/小时，传输系统进入牵引模式；当- 6公里/小时<ΔV < 6公里/小时，系统进入恒速传输方式；当ΔV < - 6公里/小时，系统进入再生制动模式[5]。
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（图二）恒速传动策略
三、结束语
总而言之，随着科学技术的不断进步与发展，我国动车组的牵引传动系统也越来越完善。本文以复兴号为例，首先对复兴号牵引传动系统中电路基本工作原理进行了简要的分析，随后又对复兴号牵引传动系统进行了介绍，表明了我国高速动车组牵引传动系统的完善。
参考文献：
[1]孔丽君，刘俊杰，张延蕾，etal.CR400BF型“复兴号”中国标准动车组牵引变流器冷却系统研制[J].铁道机车与动车，2018（7）.
[2]罗昭强，尚大为，韩东宁，etal.以太列车骨干网在复兴号动车组中的应用[J].城市轨道交通研究，2019（2）.
[3]赵志鹏，王翔.应用于复兴号的C3车载设备紧急制动技术研究[C]//第十三届中国智能交通年会.0.
[4]程宏明，章阳，华皛，etal.“复兴号”中国标准动车组制动试验设计与应用[J].铁道机车车辆，2019，39（02）：37-41.
[5]陈吉峰，杨佳丽，刘海龙.动车组塞拉门系统隐性故障的测试方法及应用[C]//第十三届中国智能交通年会.0.
论文作者:刘华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：车组论文; 传动系统论文; 脉冲论文; 变流器论文; 整流器论文; 电流论文; 逆变器论文; 《基层建设》2019年第30期论文;