交流传动技术（GTO、IGBT）的发展

为了完成铁路牵引和运输任务,机车动车的传动技术起着决定性的作用。功率电子技术与交流传动相结合,不论是对提供牵引力方面,还是对电网的性能方面,都赋予传动技术以新的品质。文中综述了交流传动技术的各个发展阶段和GTO晶闸管技术为交流传动的成功做出的重大贡献;在此期间,IGBT技术发展到最大功率和电压范围,并将取代GTO技术;以德国DB铁路的423型城市快速轨道动车和185型电力机车及瑞士联邦铁路的Re484型多流制电力机车为例,阐述了IGBT技术的优点和新的发展潜力。     

从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展(一)

铁道机车动车在完成其牵引和运输任务中,传动技术起着决定性的作用.无论是在发挥牵引力方面,还是在与电网的关系方面,电力电子学和交流传动控制技术赋予了传动新的特征.GTO技术为交流传动的发展作出了重要贡献.但最近期间IGBT技术有了长足的发展,其功率和电压应用范围得到了扩大,并逐步取代GTO.以德国BR423型城市高速铁路电动车组、BR185型电力机车以及瑞士联邦铁路Re484多流制机车的牵引变流器为例介绍了IGBT技术的优点和新的潜力.     

从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展(二)

铁道机车动车在完成其牵引和运输任务中,传动技术起着决定性的作用.无论是在发挥牵引力方面,还是在与电网的关系方面,电力电子学和交流传动控制技术都赋予了传动新的特征.GTO技术为交流传动的发展作出了重要贡献.但最近期间IGBT技术有了长足的发展,其功率和电压应用范围得到了扩大,并逐步取代GTO.以德国BR423型城市高速铁路电动车组、BR185型电力机车以及瑞士联邦铁路Re484多流制机车的牵引变流器为例介绍了IGBT技术的优点和新的潜力.     

机车电传动技术的新突破

铁路电化区段电源由接触网导线输送到电力机车的主变压器变压后直到转向架上的牵引电动机;内燃机车的柴油机带动发电机发出的电力输送到每个车轴的电动机,这一领域均称为机车电传动技术。如图1,最近几年,由于电子工业和微机的突飞猛进,各种大功率半导体、晶间管,特别是可关断晶闸管(GTO)在牵引上的应用;电化电制的不断发展,机车牵引电动机由直流迈向交流,成为当代铁路科技中最重要的突破。     

现代交流传动技术的水平及前景

交流传动技术的发展，与功率半导体器件及控制技术的发展密切相关。就器件的发展来说，已经历了普通晶闸管、GTO以及IGBT等阶段。目前，IGBT器件正向中大功率的应用方面发展。文中介绍了由西门子公司开发的新的交流传动控制策略——SITRAC。它集动态转矩控制、耐久性和优化的模块以及自调节功能于一体，并且可以不用速度传感器。文中还介绍了超导变压器、静止能量存储系统、无牵引齿轮装置的直接驱动系统和燃料电池等新技术及它们的应用，并讨论了它们的发展前景。     

电力电子器件与牵引传动的发展

阐述电力牵引传动与电力电子器件相互促进和相互依存的密切关系。从直一直传动，交一直传动到交－直－交传动的发展过程来看，如果没有高水平电力电子器件和现代计算机控制技术，就不可能有先进的异步牵引传动方式。现代电力电子器件的发展迅猛，开发周期愈来愈短，如快速晶闸管，ＧＴＯ晶闸管，ＩＧＢＴ、ＩＰＭ等，每种新器件的诞生都迫使我们加快了对新器件的基础应用研究，从而促进了牵引传动试的进步。     

采用新控制和传动技术的汉堡地铁车辆

为了试验汉堡地铁今后车辆采用的新技术,将最近交货的17台DT4车辆装备了最新一代控制和传动技术,用MIRAC的控制技术系统取代以前DT4车辆应用的MICAS-S系统,变流器由GTO技术改为IGBT技术.新设计可以改造以前结构系列的DT4车辆.     

新干线车辆的交流电动机驱动系统

现在,日本新干线车辆大多数以交流电动机驱动并使用交流再生制动.交流电动机驱动本身是车辆技术工作者长年的梦想,与交流再生制动一起,从新干线开业以前起就开始了研究.但在现实中,装置的大小,使用装置的选择等,均根据技术的发展,积累了许多研究成果.大约在90年代,完成了以使用GTO元件的电压型异步电动机驱动、能进行交流再生制动的传动方式.现在,使用的装置已经从GTO转移到IGBT,我们期待着下一代新装置的出现.本文就这些技术从实用转为成熟的发展过程,以及一些有关问题的解决方法作一论述.     

电气化铁路传动技术100年的发展(一)

在直流电气化铁路上,一开始就较好地掌握了传动技术,但在交流电气化铁路上,几十年来传动技术要求供电电源的频率低于地方电网的频率.进一步发展传动技术时只有使用电力电子技术才可减小受电网支配的影响.今天用GTO和IGBT电力电子元件和微机控制技术,能在所有供电电网下使用交流传动技术.     

电气化铁路传动技术100年的发展(二)

在直流电气化铁路上,一开始就较好地掌握了传动技术,但在交流电气化铁路上,几十年来传动技术要求供电电源的频率低于地方电网的频率.进一步发展传动技术时只有使用电力电子技术才可减小受电网支配的影响.今天用GTO和IGBT电力电子元件和微机控制技术,能在所有供电电网下使用交流传动技术.     

我国机车电传动技术的发展

综述了我国机车电传动技术各个发展阶段的技术特点,揭示出电力电子技术与电传动技术的密切关系,重点阐述了我国新型机车交流传动系统的技术特点和发展趋势,涉及到主电路形式、牵引变压器、主变流器、牵引电机及控制等,并展望了以交流传动技术为方向的我国铁路机车车辆装备制造业的发展前景.     

高速铁路供电维修方案探讨

高速铁路供电应用了大量新技术和新设备,提升了供电系统的可靠性和安全性,同时也对供电设施维修管理提出了新的要求。结合多条已开通高速铁路供电维修的设计经验及高速铁路设计规范的编写心得,对我国高速铁路供电维修的机构设置、总平面布置、工器具及仪器仪表配置、安全检测监测技术应用等主要技术标准提出了建议。     

无速度传感器控制技术及其在大功率牵引传动中的应用研究

首先介绍在大功率电力牵引交流传动中,速度传感器在实际应用中存在故障率高的问题,总结了采用无速度传感器控制带来的诸多优点,接着分析了目前国外无速度传感器技术研究及其在轨道牵引传动中应用的现状,总结了异步电机转速在线估计的常用方法,分析了各种方法的优缺点和应用前景.针对无速度传感器技术在轨道牵引传动中应用的主要难点--电动机带速度重投、零频附近稳定运行等进行分析,介绍了目前国外解决这几个难点的技术方案,总结了进一步提高转速估计精度的方法,预测了无速度传感器技术在轨道牵引传动中应用的前景.     

采用单电压源逆变器双异步电动机结构提高机车传动系统的性能

介绍了一种特殊的多电机多变流器系统(MMS)结构,即专为轨道牵引设计的单逆变器双电机结构.牵引设备必须具有良好的转矩响应,为了控制两台电动机的转矩,可以采用基于传统磁场定向控制(FOC)的协调控制结构.单逆变器双异步电动机传动系统可以提高机车性能,降低由内部和外部干扰产生的不良影响,对其系统性能与传统的机车传动控制系统的性能进行了比较.机车制造商已对仿真模型进行了确认.根据结果对这2种控制方式进行了性能分析,而且考虑了该牵引系统中的4种特性干扰.     

基于有源滤波器的单台接线变压器仿真研究

电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量的谐波和无功,各供电区段需要用分相绝缘器分断.制约了高速铁路和重载铁路的发展.基于有源滤波器的同相供电系统的关键技术是检测补偿电流的实时性,检测的精度高低与动态响应性能好坏直接影响补偿效果.针对单台接线变压器,分析适合它的谐波和无功实时检测技术,平衡变换装置和有源滤波器的控制方法,基于MATLAB/Simulation建立了仿真模型,对单台接线变压器构成的同相AT牵引系统进行了仿真.     

三相电流平衡控制装置在铁路动车所中的应用

为提升动车组检修效率,提出一种基于三相电流动态平衡控制的动车所地面电源装置,用于向动车组提供地面检修供电,以替代传统的交-直-交电源。通过分析交-直-交电源在使用中存在的缺陷,以及造成这些缺陷的原因,提出使用三相负载电流的动态平衡调节技术使其达到平衡状态,避免单相负载对动力变压器及上级配电系统的影响,使负序电流不能进入高压电网,使动力变压器三相负载电流的动态平衡,并讨论以三相电流动态平衡装置为核心的动车运用所地面电源系统的设计。在动车运用所使用该技术可以简化低压配电设计,降低建设投资,统一不同用电制式动车组的供电设计。通过对样机的测试,证实该技术能消除单相用电制式动车组所产生的负序电流。     

城市轨道交通不同牵引供电制式的比较

目前我国城市轨道交通牵引供电制式以DC 1500V上部悬挂接触网为主,有些线路采用DC 750V三轨供电制式。随着城市轨道交通的不断发展,为节能减排提高能效,有必要提高牵引供电电压。近年来城际铁路和地铁的大力发展,使牵引供电技术和动车传动控制技术都得到了极大提高,无论是高铁或地铁动车都采用了先进的交流传动技术,不同的仅是高铁、城际铁路采用单相交流27.5 k V供电,而地铁采用的是DC 1500V供电。从技术上讲地铁也可采用与其上部绝缘净空尺寸相应电压等级的单相交流供电,这无疑是一种节能减排、减少地下杂散电流,又可与高铁、城际铁路线路贯通的新型模式。     

基于SOA架构的牵引供电综合SCADA系统

随着中国高速铁路的快速发展,牵引供电系统调度模式发生了很大变化,特别是在规模大、周期长、互联互通要求高等方而.为了适应这种变化,本文提出了牵引供电综合SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统解决方案.系统统筹规划、分步实施,具备统一标准、统一制式、统一调度指挥的...     

和谐型大功率交流传动内燃机车再创新技术发展分析

和谐型大功率交流传动内燃机车在高起点上构筑了世界先进水平的内燃机车技术平台。在此基础上持续推进机车柴油机增压器与电喷燃油控制系统、车载微机网络控制系统、机车型谱化和新技术应用等的再创新,使内燃机车在日益苛刻的环保要求和能源不断趋于紧张的严峻形势下,更好地服务于铁路运输发展、增强企业核心竞争力十分必要。     

新一代信息技术驱动下的智能重载铁路总体架构研究

云计算、大数据、物联网、卫星导航、人工智能、区块链等新一代信息技术的快速发展和融合应用,驱动着全球各行各业的数字化与智能化转型。国内外重载技术的发展趋势表明智能化将成为该领域的重要发展方向之一。重载铁路是一个跨多种运输方式、联动紧密、连续性强、协同性高的复杂系统,在持续保障运输安全、提高运输效率、降低运输成本、增强客户服务等方面面临着极大挑战。文章结合国外重载铁路信息新技术的应用现状和发展形势,基于对重载铁路业务特点和需求的分析,提出了智能重载铁路的内涵及总体架构,给出了典型业务应用的构成。通过介绍浩吉铁路的智能化典型系统的实施应用,证明了总体架构研究成果对重载铁路创新发展的重要作用。