摘要：本文将围绕电力牵引系统的发展现状、控制优势以及电力系统在牵引控制中的应用进行分析，以供参考。
关键词：电力牵引；现状；优势；应用
1.前言
不同的发展阶段，电力电子与电力传动技术应用中产生的作用效果有所差异，与传输功率变化有关。因此，为了扩大电力牵引传动与控制技术的实际应用范围，实现这些技术的高效利用，应对现场进行分析，找出各技术之间的关系，满足相关领域的实际需求。
2.目前我国机车牵引系统的发展与现状分析
相比西方的发达国家，我国电力机车研究时间起点晚，最初参照是苏联的直流型电力机车模型。随着时间的推移，我国的铁路规范逐渐趋于完善，加大了整流器作用下电力机车的研究力度，但此时调压开关、牵引电机等主要设备的技术可靠性依然不足，其中的引燃管整流实际工作中难以达到预期效果，限制了电力机车的大规模生产。而随着我国工业发展速度的加快及技术研究水平的不断提升，高功率电力电子整流二极管的试验工作逐渐开展，在可靠的机车电力牵引技术支持下，新型电力机车的性能可靠性增强。通过对可控硅式装置的合理运用，对机车电力牵引传动技术发展速度加快产生了积极影响。此时，新型电力牵引传动技术与二极管整理压力控制作用紧密联系在一起，电力电路结构设计中引入了调压变压器，并将平滑调速技术应用于相控闸管调压与相关构件中，保持了机车良好的调速工作性能。而作为相控晶闸管的重要系列产品，其运输质量明显提高，在干线运输机车中占据着重要的地位。经过50多年的发展，我国机车电传动技术实际应用中取得了良好的作用效果，实际的应用范围正在扩大，交流传动作用下的机车速度明显加快，其功率正在不断提高。与此同时，电力牵引传动与控制技术未来的发展潜力大，在高速、重载铁路牵引设备应用中优势明显。因此，需要提高对这项重要技术的正确人员，重视相关研究工作开展，促进其快速发展。
3.交流传输线控制优势
在外观设计和辅助变流器上都成功地进行了尝试，建立了机车电力牵引设计和运行的基本模式，交流传动不仅优于直流电机，采用新技术后带来了更多的优势:
3.1机车广泛使用四象限脉冲变流器，大大降低电流谐波分量的电源网络，提高供电质量，提升通信信号的抗干扰能力。
3.2交流传动可以实现电网功率的高效能量转换，降低电网能量损耗，多方向的反馈结果是网络质量好，节能效果也很优异。
3.3前后机车牵引制动操作无需转换，开关位置的变化可以通过主电路控制，整个系统简单可靠。发达国家已经进入大规模的轨道交通系统，交流传动的研究和开发，以及评估技术更新都完成的比较彻底，交流传动车辆取代了直流驱动产业，形成了自己的新干线，已经成为铁路运输的现代化符号，铁路管理实现高速发展。在发展的过程中，发展电力电子器件的基本技术就是交流传动技术。第一代机车采用快速晶闸管变流器单元结构复杂，效率较低，可靠性和可维护性都不突出。G丁O在80年代问世，之后大功率交流传动系统迅速应用于机车组，并且伴随着性能的改进。在上世纪90年代，IGBT高压装置提高了电源转换器和更新的效果。同时，控制发展进步的基础还是对交流传动的控制技术，目前有可控硅移相开关控制，脉冲PWM控制和四象限整流控制，还有磁场定向控制和直接转矩控制等。
微电子技术、信息技术和通信传输技术的进步也使控制装置从模拟数字电路转向复杂控制，并逐步使其操作简单化，现代网络控制的模块也在单片机和微处理器质量提升的推动下不断提高，发展为8位，32位和64位的浮点运算程序，每一点科技的进步都会大大提高电力牵引传动控制技术的处理能力。这个庞大系统得益于电力电子技术的发展水平，牵引力的交流传动系统依赖于技术的革新。
4.电力电子技术在电牵引传动系统中的应用
从电牵引传动系统的发展可以看出，要降低电牵引传动系统的能耗，提高机车调节性能，离不开电力电子技术。因此，电力电子技术已成为电牵引传动系统的基本特征。
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电力电子技术在电牵引传动系统中的应用主要分为三个方面，它们是主传动系统、辅助传动系统、控制和辅助系统中的稳压电源。
4.1电力电子技术在主传动系统中的应用
电力电子技术在主传动系统中的应用与电力电子器件的发展密切相关。至今为止，电力电子器件在电牵引主传动系统的应用主要经历了大功率硅二极管(PiIV-Diode)、普通晶闸管(KP-SCR),快速晶闸管(KK-SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和集成门极换流晶闸管(IGCT)这几个阶段。
90年代中后期，随着IGBT器件的发展，单机容量相对较小的内燃机车和动车组的牵引变流机组已开始采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，IGBT器件是电压型控制的自关断器件，开关频率高，器件本身dvldt和dildt的承受能力大。这就使得IGBT变流器的结构设计可以采用低感迭层母线(LowInductanceLaminatedBusBar)，降低回路电感，从而简化甚至取消吸收电路。另外，IGBT器件模块内部集成了反并联续流二极管，进一步减小了装置体积和重量;同时开发了具有矩形安全工作区的牵引用IGBT模块，使得传动系统中IGBT牵引变流器的可靠性比GTO牵引变流器的可靠性大大提高。
由于3300V/1200A(或6500V/600A)大容量的IGBT器件得到进一步开发，IGBT器件在可能的功率等级范围内，正在取代GTO器件。但是IGBT是晶体管导通型器件，其通态压降比晶闸管型器件的GTO要高，同时IGBT的容量不如GTO，因此，改进GTO的新器件正在不断涌现，例如:IGCT就是对GTO结构和控制电路进行改进的器件。它得到了有关电力半导体器件厂家的推崇。IGCT是一种在GTO结构内引入缓冲层(BufferLayer)、薄层可穿透发射区(VeryThinTransparentEmitter)和反并联续流快恢复二极管而形成新结构的器件，称为门极换流晶闸管(GCT);然后利用GTO硬驱动的优点，把硬驱动电路和GCT器件集成在一起，称为集成门极换流晶闸管(IGCT)。
4.2电力电子技术在辅助传动系统中的应用
电牵引传动系统的辅助系统大多需要三相电源供电。在电力电子技术得到应用之前，在单相交流供电的电力机车中，辅助系统电源大多采用异步旋转劈相机，把单相交流电变为三相交流电，如韶山8型电力机车的YPX-280M-4型劈相机。在直流供电的地铁列车中，辅助系统电源大多采用直流电动—同步发电机组来获得三相交流电，如出口伊朗地铁列车的ZQD-14/TQF-14型辅助发电机组。
旋转劈相机在起动时，需要发电相进行分相起动。劈相机在工作时，为了达到三相线电压的对称，必须在发电相和其中一个电动相之间并联电力电容器。电容器的数量需随辅助系统的负载大小变化而变化。另外，三相输出电压的不平衡和频繁起动容易烧损旋转劈相机。地铁车辆辅助发电机组中两电机同轴连接，占用空间大;同时为了达到输出三相电压的稳定和频率的稳定，需要增加复杂的稳频稳压控制屏。
对于单相交流牵引供电的电力机车，辅助传动系统采用电力电子技术构成的静止劈相机。所谓静止劈相机，主要指采用单相相控整流桥获得基本稳定的直流电压，再通过一个三相逆变器变为所需的三相电压。国内最早应用的是1986年开始进口的8K电力机车，当时采用的是GTO逆变器。也出现过另一种形式的静止劈相机，既把单相交流电源看成两相，另一相交流电源通过两相整流和一个逆变桥臂的输出获得。对于直流牵引供电的地铁列车，辅助系统采用斩波器加逆变器的方法获得。斩波器用于稳定逆变器直流侧的电压，逆变器输出获得三相平衡的可变频率的电源。90年代以来，辅助系统开始陆续采用IGBT作为逆变器的器件。我国在90年代中期投人运营的广州地铁和北京地铁复八线车辆等辅助电源分别采用了德国和日本的IGBT逆变器。
5.结束语
综上所述，当前形势下电力牵引传动与控制技术的应用范围正在逐渐扩大，为交流电动机工作性能改善及交流传动系统运行效率提高带来了重要的保障作用。
参考文献
[1]刘友梅.我国轨道电力牵引传动与控制技术进化[J].自动化博览,2017,(06)：18
[2]刘家鑫.电力牵引传动系统仿真研究[D].大连交通大学,2017,(03)：36
论文作者:卢鸿健,杨钊,战雨奇,王滨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/7
标签：电力论文; 技术论文; 电力机车论文; 晶闸管论文; 器件论文; 机车论文; 变流器论文; 《电力设备》2017年第22期论文;