电气化铁路传动技术100年的发展二

变流技术与电力牵引２／２００４

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电气化铁路传动技术１００年的发展（二）

Ｄ．Ｈｏｒｓｔｍａｎｎ等（德）

【摘要】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。

关键词：电力牵引；传动技术；主电路

中图分类号：Ｕ２２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—８４１０（２００４）０２．０００１．０５

１００ＹｅａｒｓｏｆＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＴｒａｃｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄＲａｉｌｗａｙｓ（２）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｃｔｉｏｎ；ｄｒｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｍａｉｎｃｉｍｎｉｔ

５ＩＧＢＴ推动技术创新

５１由晶闸管到晶体管

ＧＴＯ使许多进步成为可能，但它毕竟是一种保留内部正反馈的晶闸管，虽有很好的通态性能，但其开关特性却不令人满意，必须克服很大的开关损耗，并需采用复杂的吸收电路和控制技术。而开关性能更好、但通态性能较差的晶体管，特别是绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）是电力电子技术瓶的“伙伴”，其主要优点有：

（１）开关损耗小，允许用较高的开关频率；

（２）尤需吸收电路就可工作，从而简化了变流器的电路；

（３）开关转换均匀，从而提高了稳定性和可靠性；

（４）模块结构便于组装，简化ｒ变流器结构；

（５）能简单并联，允许很好地标定变流器功率等级：

（６）作为电压控制元件，只需简单的控制电路，所以ＩＧＢＴ变流器的可靠性明显高于ＧＴＯ变流器的。

１９９３年首次在法兰克福城市有轨电车上使用的ＩＧＢＴ变流器，采用了由西班牙铁路机车３ｋＶ电路派生的带输入调节器的电路。此后有针对性地开发了牵引用的ＩＧＢＴ，适合直流网压所需的电压等级，如７５０Ｖ网压需用的１．７ｋＶ器件、１５００Ｖ网压需用的３．３ｋＶＩＧＢＴ、３０００ｖ网压需用的６．５ｋＶＩＧＢＴ。ＩＧＢＴ几乎全都是用模块结构，半导体连接技术和绝缘均集成在模块中，特别方便于应用。但对于铁路典型的对温度循环和负荷循环耐受性要求，ＩＧＢＴ内部钎焊和压焊连接就是一薄弱部位。以有轨电车传动为例，３０年寿命中负荷循环至少是１０７次。后来改进了工艺和使用ＡＩＳｉＣ作为底板材料，今天ＩＧＢＴ能达到铁路应用所要求的使用寿命并能批量生产所有电压级所需元件。对于交流电气化铁路的应用，借助变压器可使中间电路电压与半导体元件的阻断能力有最佳匹配。在开发ＩＧＢＴ同时就开始了由ＧＴＯ到ＩＧＢＴ应用的转变，特别是在传动功率等级小的近郊运输车辆上，较好的匹配性明显降低了费用。与此相反，干线运输车辆今天仍是以ＧＴＯ技术为主。５．２结构紧凑的变流器

适合应用的ＩＧＢＴ结构形式和结构简单的ＩＧＢＴ变流器具有紧凑、体积小、重量轻和费用低的优点。紧凑的变流器，如相组件可用自然风冷、强迫风冷以及水冷。分别按使用的冷却技术，ＩＧＢＴ变流器覆盖了约

２电气化铁路传动技术１００年的发展ｔ二）变流技术与电力牵引２／２００４

至１．４ＭＷ的功率范围。紧凑的变流器，除功率部分外，还集成了传动的所有控制和保护功能，从而减少变流器的外部接口。原则上６．５ｋＶ１ＧＢＴ的二点式变流器可扩展用于３ｋＶ电气化铁路。废技术首次用于西班牙城市高速铁路的ＴｒｅｎＣＩＶＩＡ高速动车组上。

５．３大功率变流器

今天由于在工艺和设计方面与中等功率ＩＧＢＴ变流器的虽佳配合，模块结构方式也用于大功率范隔，例如直流３ｋＶ电气化铁路上用并联６．５ｋＶＩＧＢＴ的ＳＩＢＡＳ圆大功率组件。

使用新的６．５ｋＶ器件使得ＩＧＢＴ的二点式逆变器能够直接在３ｋＶ接触网下运行，这也是解决各种不同网压传动的简单方法。例如西班牙铁路Ｊ；｛；ｊ的电路、２级斩波器电路或双星形电路等复杂电路已成为过去。首次使用这种技术的是德国铁路公司的ＢＲｌ８９型四流制电力机车。在交流电气化铁路上运行时通常是经４０ｓ向中间电路供电，在直流电气化铁路上运行时经网侧滤波器直接向中间电路供电。

适合牵引的各种阻断电压的ＩＧＢＴ以及试用成功的紧凑型变流器设计概念和模块化相组件变流器，加快ｒ所有牵引应用向ＩＧＢＴ技术的转变。如同近郊运输中的应用一样，今后干线运输用的新机车动车也只会用ＩＧＢＴ技术。

６作为先行者的微电子技术

６．１日益复杂的传动调节

随着电力电子技术的迅猛发展，控制技术也必须迅速适应新的要求。特别是近２５年，控制技术有了显著的发展。２０世纪７０年代控制装置由分立元件构成，而今天用数字电路和集成运算放大器，可在同样的安装体积中设置越来越多的功能。随着机车车辆运营部门对功能范围提出的高要求，以及由于使用新型电力电子元件的传动技术的复杂性增大，控制系统变得更大和更复杂。

用斩波器的直流传动和用脉流技术的交流传动中，均是依据直接体现转矩的串励电机电枢电流来调节牵引力的。而在ｉ相交流传动时必须使用复杂的调节算法，因为直接用建立转矩的有效电机参量和生成的转矩电流作为调节参数是不易做到的。此时“不安全”的受流引起网侧的不断干扰和轮对侧负荷受粘着变化的影响是对牵引传动控制的一个特殊挑战。

在三相交流传动的情况下，为ｒ由输入的转矩给定值和方向形成牵引电动机所需的变压变频三相交流系统，必须对逆变器进行广泛的控制。由反馈的电动机电流和电动机转速形成闭环的调节回路。特性曲线发送器根据转矩和转速补偿电转差频率的非线性。控制装置将定子频率和定子电压变换成逆变器的三相控制信号。逆变器的３个成对桥臂分别将正、负中间电路电压接到电机端子一ｈ分为用固定开关频率的异步调制区、用固定的开关频率，基波频率整数比的同步调制区以及基频调制区。后者不再进行中间调制，牵引电动机端子｝有最大电压。

６．２磁场定向调节

首先使用的电流一转差率特性曲线控制，稳态下可进行确定的电机磁通和转矩的｛｜割节；但动态下，尤其是打滑和空转时，用这种控制不能达到直流传动的调节质量。只有用７０年代开发的磁场定向调节，三相交流传动在控制性能、下扰性能和转矩动态调节方面才成功获得了和直流传动可比的凋节质量。随后这种方法成为了全球交流传动的主要调节原理。首先用于Ｉ一变流器传动，特别是短途运输的直流车中。由于转子时间常数大，磁场定向原理用较均匀的转子磁通作为磁场定向参数。鼠笼转子异步电动机电流在以转子磁场定向的旋转参考系统中分解为生成磁通和生成转矩的分量。在静态时这是很稳定的量，并同直流传动一样可分开调节。借助调节装置中的磁通模型，由端电流和端电压求出不易直接测定的电机内部参数一一转子磁通（图１４）。

图１４用Ｉ一变流器的牵引传动的磁场定向调节

在交流电网时，４ＱＳ将单相交流电压变换成恒定的中间电路直流电压并供给电动机侧逆变器。此时涮节输入电流，牵引时它与网压同相，再生制动时与网压反相。带有下一级电流调节电路的中问电路电压调节器保持电压在给定值。电力半导体用分谐波法控制，此时比较调节器输入端电压给定值和恒频的＿＿＝＝＝角形电压，形成开关指令。考虑到电网阻抗，特别是考虑到很大的变压器输出阻抗，计算卅该给定值。至今在４ＱＳ侧仍采用这种方法。

６．３微机技术

８０年代初微机技术的应用，使传动调节领域有了决定性的突破。与此前的布线编程的控制结构相比，计算机执行的控制装置所需的电子费用要低得多，而且装置的稳定性和可靠性大大提高。计算机技术的另一主要优点是，通过软件对故障的采集、分类和评价，支持机车车辆诊断。这样就大大简化了机车车辆投人

变流技术与电力牵引２，２００４电气化铁路传动技术１００年的发展ｌ二３运行和维修的作业，因为控制装置连同故障一道还存

储了故障时的重要环境信息。这对即时和以后分析故

障原因，尤其是偶发性故障原因的分析提供了重要信

息。几年后微机技术成为了传动调节的重要组成部分。在调节技术领域中，铁路应用是创新的主要动力。

在短时间内就开发了用于各种不同传动技术形式的微机调节装置，如用于开关装置传动的、斩渡器传动的、电流型中间电路和电压型中间电路变流器交流传动的微机调节技术。

微机调节技术有很多优点：

（１）费用较低；

（２）功能增加；

（３）投入运行简单；

（４）重复性好；

（５）无偏差和无老化；

（６）可靠性高；

（７）集成了故障诊断和识别。

这些优点也能为此前交流接触网的复杂传动电路提供基于计算机的调节方法。与以前调节方法相比，可减少约４０％的费用。同时能将短途运输中试验的磁场定向调节方法扩展到交流电气化铁路的应用范围。因为当时的微机计算能力尚不够处理所有时间紧迫的任务，所以采用混合技术来建立磁通模型和进行必不可少的矢量运算。子计算机和独立承担控制装置功能的数字汁数电路结合，减轻了中央计算机生成电力半导体元件脉冲模式和控制的即时任务。从９０年代起，逆变器调制的分谐波法有了进一步发展，可采用脱机优化脉冲模式的同步调制。通过调制可减少如电网反作用和传动部分机械激振等干扰影响。

６．４三相交流电机的现代调节方法

８０年代中期提出了直接自调节（ＤＳＲ）方法，尽管ＧＴＯ牵引脉冲逆变器的开关频率还较低，但有很好动态性能，而且控制费用也是可接受的。用这种方法时，直接由计算出的定子磁通和转矩实际值推断出逆变器开关指令．在磁场削弱范围中定子磁通为六边形轨迹，这里转矩平均值经预控制调节器预先确定所需的定子磁通。在中等转速范围中通过输入零电压（此时电机所有３个端子与巾闾电路正或负电位连接）同样沿六边形轨迹运动的磁通的平均速度变慢。在低转速范围中定子磁通为圆轨迹。这里使用的足不与定子频率同步的有恒定丌关频率的脉宽调制。

微机技术的迅猛发展，促进了基于微机技术的调节系统的进步。工、ｌｋ传动也如牵引应川一样利用比传统微处理器计算能力大得多的数字信号处理器，越来越多的开环和闭环控制功能在软件巾实现。自９０年代初起，信号处理器就成＿：广传动控制以及直接自调节和进一步发展的磁场定向调节用的组成部分（图１５）．

逆变器

控制脉冲

传意精

图１５ＳＩＢＡＳ３２固磁场定向调节框图

１——磁通调节器；２——形成磁通的电流分量调节器；３——退耦和预控制；４——形成转矩的电流分量调节器

就今天的传动调节方法来说，其转矩调节的动态性和精确性几乎符合人们的愿望。它集成了陵领域的一些新发展，如主动影响传动支路的谐振或主动抑制干扰电流，从而进一步降低了无源滤波元件费用。除了能自调节和自动投人运行外，如今的主流是不用电动机转速传感器来进行运行控制，从而进一步降低了传动装置的复杂性和费用，提高了系统可靠性（图１６）。由于变流器趋向于紧凑型，所以变流器中除ｒ电力电子器件外，在结构上还集成了基于现代化信号处理器和可编程组件的变流器保护和控制用电子装置，从而进－步降低了传动调节硬件费用，对成本和可靠性产生积极的影响。

图１６ｓＩＴＲＡＣ＠不用转速传感器的高动态性能的牵引传动调节

７未来的传动技术

７．１不用传动齿轮的直接传动

除了上述已实现的巨大进步外，在传动技术巾进一步提高能量有效利用系数和可靠性，以及进一步降低寿命周期费用也引起人们的关注，例如无齿轮的直接传动。考虑到电动机的结构尺寸，传统铁路传动实际上都是用传动齿轮将电动机转速降低到轮对的转速。如果不用传动齿轮，结构尺寸按传动比增大，出于安装空问和重量原因，在绝大多数情况中是不可能用传

４电气化铁路传动技术１００年的发展ｆ二｝变流技术与电力牵引２／２００４

统电机来实现的。

今天在高利用率的永磁多极同步电机基础上，可实现很高的转矩密度，从而拉近了实现不用传动齿轮的直接传动的距离。例如在ＩＣＥ３动车Ｉ：！‘ｉ式验ｒ用永磁多极同步电机。由于采用＿厂高极对数结构，电枢内的安装空间足够用来安装传统的万向空心联轴节。由于同步电机效率高和没有传动齿轮损耗，ＩＣＥ３直接传动在作为参照的科隆一法兰克福线路上町减少约５０％的电动机和传动齿轮的损耗，重量也减轻约３０％。此外，还具有噪声很小、无油的泄漏和无传动齿轮维修等优点，但缺点是组合传动时需分开向各同步电机供电。７．２变压器新工艺

特别是１６２／３Ｈｚ电气化铁路时，变压器由于其重量和体积的制约，它是单个损耗最大的部件。对于城际高速铁路动车组，由于这种车辆的启动功率和反馈的制动功率大以及受限制的安装情况，变压器的损耗占动车组总损耗的３０％。酋要是降低损耗和减轻重量，供电及高压变流器选择另一种设计方案。选用直接用接触网电压的多个级联变流器级和一个或多个电位隔离的中频变压器结构（图１７）。用这种工艺估计可降低一半重量和损耗，不过要以费用大的附加电子装置为代价。

圈１７用中频变压器的高压变流器

ａ：高压变流器；ｂ：中频变压器；ｃ：传统的传动系统

另一富有成效的创新技术是高温超导体（ＨＴＳ）。由于超导体电流密度约为铜的５０倍，所以ＨＴＳ变压器的体积和重量比传统变压器的约减少４０％。总的看来，这种超导变压器及其冷却设备的损耗可降低为传统变压器的１０％。此外，ＨＴＳ变压器还具有不用变压器油和无着火危险的诱人特点。曾将１台容量为ｌＭＶＡ的ＨＴＳ变压器安装在ＢＲ４２５型机车的传统变压器油箱中进行了试验，它具有典型变压器的立式结构、高度低（４５０ｍｉｌｌ）、高漏抗的特点和密封液态氮冷却系统。７．３燃料电池和储能器

燃料电池是将化学能变换为电能，它综合了有利环境的特点，在铁路典型的特定负荷范嗣内的效率比一般能源的要高。早在１００多年前就发明了燃料电池，

自近１０年来认为它是公路机动车辆用的最具有前途的能源。但要达到商业上的成熟程度，尤其是ＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏｎ

Ｅｘｃｈａｎｇ

Ｍｅｍｂｒａｎ）燃料电池，还需投入更多研究和开发，才可大批量用在汽车上。虽然Ｓｉｅｍｅｎｓ公司成功演示了１６０ｋＷ的ＰＥＭ燃料电池模块在汽车卜的使用，但要达到像内燃机那样稳定而经济的使用尚需时Ｅｉ。有待解决的难题是在车上的燃料供给和存储。燃料电池本身所需的氢，今天只能将其储在高压气体钢瓶中或作为液态氢存储。但是也可以在车上用甲烷，甚至川汽油来产生氢。但转换和净化需用大量附加装置，这使效率和环境特性大大变差。如果燃料电池在汽车Ｅ的应用获得突破，那么自给的轨道车辆用燃料电池是一种很有益的而且是不可避免的选择。

开发不用接触网，或只从接触网上获取少量能量的车辆用储能器，主要是为了节省能量。除了个别已使用的飞轮质量存储器外，更多的开发是基于双层电容器和超级电容器，它们是纯粹的电能储能器，没有电到机械系统的能量转换，或者反过来的转换。这类电储能器允许很高功率密度，但能量密度大大小于飞轮质量储能器的。

已投入试用或商业运营的储能器，例如包括有轨电车网中的地面固定储能器或内燃电动汽车的制动能缓冲存储器。正在规划中的有通过无接触网区段的车辆用储能器，并讨论了只用储能器供电车辆的新系统，该新系统只在停站时向储能器补充充电。为缩短充电时问和均匀电网负荷，打算用地面固定的超级电容器作为充电电源。用于内燃电传动车辆和未来燃料电池车辆上，除了能回收制动能的优点外，还能提高启动功率或减少内燃机或燃料电池的功率，在车站停车时，包括启动和调车时辅助传动装置经储能器供电可减少废气排放和降低噪声。

７．４电力半导体创新的基本材料——碳化硅

近１５年来，尤其是由ＧＴｏ转变到ＩＧＢＴ，电力半导体工艺有了不曾预料到的高速发展。近几年打算在巩固现有进步的同时，不用新工岂能进一ｎ步改善半导体元件的特性，特别是开关和导通损耗的特性。

用～种可能的新材料碳化硅（ＳｉＣ）取代硅已显现曙光。如果能成功解决提出的材料问题，而且在大型技术应用中有明显的价格优势，那么利用新材料的物理特性就可进一步改善今天的功率调节环节。ＳｉＣ允许很高的场强，能实现正向损耗小的高阻断性能的器件；由于载流子寿命低，能获得较高的开关频率且损耗小；允许阻挡层温度明显高于硅的，所以可降低散发损耗热的费用。因此能实现无损耗或损耗小的快速高阻断开关，用这种开关可降低系统成本和制成结构更紧凑的传动系统。在铁路传动中要充分利用这种巨大潜山，尚需克服很大的障碍。目前还不能估计需多长时间才

甚坶

变流技术与电力牵引２／２００４电气化铁路传动技术１００年的发展【二）５

可取代今天使用的硅材料。

８结语

电气化铁路传动技术的发展已１００年，开始采用的直流传动，全球主要用于近郊运输中。而三相交流传动的试验结果限于当时不能克服的缺点，只在极个别地方得到了使用。干线铁路电气化采用了特殊频率的单柑交流电，它综合了直流和三相交流的优点。这种技术州开关装置控制的单相交流整流子牵引电动机，７５年以来一直以它作为标准。虽然早就刘铁路工频交流电气化进行过试验，但只有使川现代化的电力电子技术才能实现简单的脉流传动。

电力电子技术加速了现代化铁路运输工业的发展：

（１）直流电气化铁路的斩波器技术取代ｒ用开关装置控制的、损耗大的方案，使用再生制动有力地降低了能耗；

（２）在１６２／３Ｈｚ或５０Ｈｚ的交流电气化铁路上用晶闸管技术首次实现了现代化的无级和动态可控的传动：

（３）电力电子技术为实现现代化交流传动作出了决定性贡献，用牢同的异步电动机取代了费用大的整流子电动机。它具有功率密度、传动效率、对电网友好、再生制动和可控制性等方面的优点，促使这种技术有了全面突破。

为了取消花费大的晶闸管强迫关断电路以及减少费用、降低重量、减小体积和提高可靠性，只有采用ＧＴＯ以外的新方法才能有所突破。南于牵引技术方面

韩国Ｇ７型高速列车

韩国第一代高速列车是从法国引进的，命名为ＫＴＸ。其编组为１台动力车＋１台动车＋１６辆拖车＋１台动车＋ｌ台动力车，最高运行速度３００ｋｍ／ｈ。从１９９６年开始．韩国独立研制新一代高速列车，２００２年１０月完成整列车，其编组为１台动力车＋ｌ台动车＋７辆拖车＋２台动车＋７辆拖车＋】台动车＋１台动力车。命名为Ｇ７型，最高运行速度为３５０ｋｍ／ｈ。该车与试制编组在技术规格上有些不同。

试制列车编组为２台动力车＋１台动车＋３辆拖车＋１台动车组成。质量３３１ｔ，输出功率为１３２００ｋＷ，平衡速度为４６２ｋｍ／ｈ。

Ｇ７型是在ＫＴＸ型高速列车基础上发展过来的，它吸收了ＫＴＸ型高速列车的技术，也采用了一些不同的新技术，例如变流器元件ＩＧＣＴ、非粘着涡流制动、气密设计、车体结构、异步牵引电动机都与ＫＴＸ不同。的优点，所以北美大功率电传动内燃机车用交流传动取代高度成熟和经济的直流传动。用ＩＧＢＴ又能进一步创新并再次改善上述目标值，因此近１０年中能逐步用ＩＧＢＴ取代ＧＴＯ。

电力电子技术的发展与其开环和闭环控制技术的发展是密不可分的。微电子技术的迅速发展，促使开环和闭环控制技术有类似于电力电子技术的动态发展。尤其是三相交流传动技术需要综合方法和很高的计算能力，这只有在用微计算机以及进一步发展成信号处理器的情况下才能经济使川。从１９７５年起，用磁场定向调节取代了起初使用的电流一转差率特性曲线控制．从１９８７年起又南直接自调节以及如今用高动态性的不用电动机转速传感器的调节方法所取代。

展望未来电气化铁路的传动．中短期内的创新潜力是用永磁同步电机的直接传动、用巾频变压器或用高温超导变压器取代重量和损耗大的车载变压器；燃料电池为车辆独立自主供电开创了新的可能；用储能器有更充分利用能量的潜力。近３０年电力电子技术不断更新电气化铁路的传动技术，而使用ＩＧＢＴ技术义使电力电子技术得到发展，这里更大的创新只有寄希望于碳化硅技术的突破。

（续完）

（参考文献４６篇略）

摘译自《ｅｂ》２００３，№７

译者：王渤洪

校者：黄济荣

Ｇ７型和ＫＴＸ型高速列车的主要参数如表１所示。

表１Ｇ７型和ＫＴＸ型高速列车的主要参数

姚永康编译自《铁道≯。一于，ｐ》２００２，№８

电气化铁路传动技术100年的发展(二)

作者： D.Horstmann

作者单位：

刊名：

变流技术与电力牵引

英文刊名：CONVERTER TECHNOLOGY & ELECTRIC TRACTION

年，卷(期)：2004，""(2)

被引用次数：4次

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本文对设计好的矢量控制方案采用MATLAB/SIMULIK软件进行建模仿真，仿真结果表明本文设计的矢量控制方案实现了定子电流转矩分量和励磁分量的解耦具有良好的动静态性能。

根据所设计的矢量控制方案，本文设计了以TI公司生产的主频高达150MHz的32位DSP芯片TMS320F2812为核心的控制系统，完成了控制电路和控制软件的设计，并采用VB软件编写了上位机监控界面。

论文采用小功率和大功率相结合的实验方法，两个功率等级的实验表明整个控制系统切实可行，控制性能良好。

5.期刊论文W.Runge.王渤洪从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展(二)-变流技术与电力牵引2006,""(6) 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.

6.期刊论文W.Runge.王渤洪从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展(一)-变流技术与电力牵引2006,""(5) 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.

7.学位论文张胜洲带有双向直流环节的交流电机牵引实验系统的研究2010

采用共用直流母线的双电机对拖实验平台对基于1500VDC/750VDC直流供电的城

轨交通车辆电力牵引交流传动系统中的变流器、变流器控制系统、交流牵引电机进行系

统的功率实验与性能测试及控制策略研究，对我国电力牵引交流传动技术发展和车辆国

产化进程具有重要的理论意义和实用价值。

在对交流电机牵引实验系统和双向直流环节的工作原理深入研究的基础上，提出了

将双向直流环节应用于电机牵引交流传动实验系统，给出了交流电机牵引实验系统和双

向直流环节的小信号模型的线性状态方程，研究了适用于实验系统基于电压反馈解耦的

矢量控制和平均电流控制。利用仿真软件对带有双向直流环节的交流电机牵引实验系统

进行了仿真研究，仿真结果表明：该实验系统不仅可以进行恒负载转矩调节、恒牵引转

速调节，而且还可以调节直流母线电压等级。

在理论分析以及仿真研究的基础上，完成了实验系统的硬件电路部分和软件部分的

初步设计，硬件电路部分包括DSP控制电路、双向直流变换器的功率电路以及控制电

路，其中，DSP控制电路包括检测电路和通信电路等。软件部分包括上位机控制软件和

DSP主控制软件，负责完成数据通信、A/D采样、矢量控制以及SVPWM调制输出。搭

建了1.5kW×2共用直流母线电机对拖实验平台，进行了系统调试，给出了实验波形，验

证了理论和仿真分析的准确性。

关键词：交流电机牵引实验，双向直流环节，矢量控制，平均电流控制，SVPWM

8.期刊论文持永 芳文.钱仲毅电气化铁道可变速传动技术的变迁-变流技术与电力牵引2006,""(1)

概述电气化铁路用可变速传动技术的变迁.

9.期刊论文R.Za-bei.李益丰瑞士和其他国家人口稠密城市的无轨电车的现状和未来-变流技术与电力牵引

2007,""(1)

瑞士和其他国家正致力于发展现代化的地区和城市公共交通系统.日益增长的交通需要,要求继续在技术、政治、经济和环境等方面对各种有轨和其他交通工具进行试验评价.此外,还对无轨电车的使用条件及今后的发展轨迹进行了分析.

10.学位论文高志欣现代有轨电车牵引逆变器的开发2007

近年来，随着经济迅速发展，我国城市现代化轨道交通进入一个高速发展时期，全国许多城市争相发展地铁、轻轨和有轨电车，以缓解日益严重的交通拥堵问题。现代有轨电车的运用不但适应了城市经济的迅猛发展的需求，有效地缓解了城市交通压力，方便居民的日常出行，而更主要的是解决了因地铁和轻轨工程造价昂贵而造成的资金短缺的问题，因此，对于中小城市来说发展现代有轨电车是解决交通拥堵问题的理想选择。现代有轨电车采用交流牵引控制、微机监控显示、气电联合制动、空气弹簧、弹性车轮等国际先进技术，与传统的有轨电车相比具有快速、舒适、环保等特点，具有广阔的应用前景。

交流传动技术取代传统的直流传动技术已成为目前现代有轨电车电力牵引的趋势，由于我国的城市轨道车辆交流传动系统大多数依赖国外进口，因而城市轨道车辆交流传动系统中牵引逆变器的国产化则是目前的重点研究课题。本课题针对750V直流供电条件下的4×75KW交流牵引电动机牵引系统的要求，按4C4M驱动方式对逆变器进行设计、开发。具体设计内容包括主电路设计、驱动电路设计、控制电路设计、保护电路设计，并对散热系统设计方法进行了研究，开发的逆变器配备数据通信接口，通过该接口使逆变器接收上层牵引控制系统的控制指令。本课题的研究对牵引逆变器的国产化进行探索，满足现代有轨电车交流牵引传动系统的需要，为将来实现地铁、轻轨等更大功率的交流传动系统做技术上的储备。

引证文献(3条)

1.刁利军.刘志刚.沈茂盛.雷军交流传动试验系统方案综述[期刊论文]-电气传动 2007(9)

2.李晓春.毛业军.廖洪涛和谐HXD1型大功率交流电力机车电传动系统[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2007(1)

3.严云升高速列车的控制、监控与诊断技术[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2004(5)

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