关键字： 动车组，交直流，受电弓，主电路
一、项目内容
1.解决的主要技术问题
牵引系统是动车组的核心技术装备，并且受到安装空间、成本以及重量的限制，双流制动车组是不可能同时配置两套相互独立的牵引传动系统，需采用交流系统和直流系统复用技术。即在直流供电制式下，牵引变压器的牵引绕组用作直流滤波电抗器，从而大大提高设备的利用率，并有效地降低了设备的占用空间，降低系统的总重量和成本。
2.研究运用的理论及相关性能
2.1受电弓载流性能分析
受电弓作为机车供电系统电流的载体，将接触网电压引入机车，实现牵引系统供电。为满足供电线路条件下整体牵引功率的需求，不同供电线路条件下，流过受电弓的工作电流也不同，对于受电弓来说，其载流能力很大程度取决于碳滑板的载流能力，因此受电弓碳滑板规格、材质和数量，直接影响受电弓的最大载流量。可通过相关理论计算和运行经验，增加碳滑板的宽度、选用优质材质，提高单位长度载流量和增加碳滑板的数量等手段，可以有效提高受电弓的载流性能。
目前受电弓碳滑板通常选用纯碳和浸金属碳材质，其材质特性参数如表1所示：
表1：受电弓碳滑板材质参数
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在电气性能和物理性能上，浸金属碳条相对纯碳滑条具有更大的优势。通常浸金属碳滑板承载电流密度最大可达20A/mm，单根可承受电流达到1080A。
2.2交直流电路切换方案设计
2.2.1自动切换
为实现动车组能够在AC25kV和DC3000V两种供电制式接触网下运行，可在高压主电路中设置交-直流电压互感器和交直流电路转换开关。通过交直流电压互感器检测并判断当前接触网供电制式，并将结果以数字信号形式发送给列车网络控制单元，网络控制单元根据此信号，发出交直流转换指令，控制交直流转换开关动作，从而实现交直流电路自动切换。
2.2.2手动切换
当列车网络处于故障时，可以通过司机操作台上的接触网供电制式选择按钮进行手动切换。通过设计硬线电路，控制交直流转换开关动作，完成接触网供电制式的选择。
2.3牵引系统设计
牵引系统是电力机车的核心技术装备，并且受到电力机车安装空间、成本以及重量的限制，双流制电力机车是不可能同时配置两套相互独立的牵引传动系统，需采用交流系统和直流系统复用技术。即在直流供电制式下，牵引变压器的牵引绕组用作直流滤波电抗器，从而大大提高设备的利用率，并有效地降低了设备的占用空间，降低系统的总重量和成本。
在交流供电制式下，车载牵引供电系统大部分采用单向多绕组牵引变压器作为电压或电流变换设备，为AC/DC变流器和辅助照明及取暖设备提供合适的电压电流。
在直流供电制式下，直流接入侧需要配置直流滤波电抗器，而此时多绕组牵引变压器不再发挥变压变流作用。为了提高设备的利用率，降低设备占用空间，将多绕组牵引变压器牵引绕组作为直流滤波电抗器，从而实现对多绕组牵引变压器的功能复用。其电路简图如下：
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为实现双流制牵引供电，牵引变流器需要采用双流制牵引变流器，目前电力机车应用的双流制牵引变流器主要分为具有输入斩波的多流制牵引变流器和无斩波的多流制牵引变流器。
具有输入的斩波的多流制牵引变流器
与普通变流器相比，多流制变流器的工况复杂：在交流供电制式下，牵引传动系统必须具备四象限变流器，而在直流供电系统下，牵引变流器需要用作输入斩波器。在直流DC3kV供电制式下，网侧电压波动很大，采用输入斩波器变流器可以调节中间直流环节电压，避免牵引电机承受过电压，降低牵引电机的功率损耗。其电路简图如下：.png)
无斩的多流制牵引变流器
在交流供电制式下，直流环节通过四象限变流器馈电；而在直流供电制式下，中间电路通过滤波器和接触网连接。与具有输入斩波器的变流器相比，拓扑结构简单可靠，运行效率较高，但是牵引电机需要承受较大的电压波动范围，因此系统需要采用更厚的绝缘材料和容量较大的电机，但变流器的成本会相对较低。
3.试验结论
单弓多流制牵引系统主电路设计，主要采用以下关键设计思路：
1）通过交直流转换开关实现交直流电路选择。
2）牵引系统采用交直流复用技术，即在直流供电系统中，牵引变压器次边绕组作为直流电路的滤波电抗器，提高牵引系统的利用率。
二、效益分析
1）掌握多流制系统设计为动车组“走出去”提供了理论基础。
2）单弓多流制受流方式动车组运行空气动力学较多弓多流制受流动车组由明显的优势，减小了空气阻力，相对比较节能；
3）受电弓的数量减少，同时采用牵引系统复用技术，设计、制造成本降低。
论文作者:李杰
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
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