高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與仿真

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摘要：近年來，高速動(dòng)車組的發(fā)展一方面適應(yīng)了社會(huì)快速發(fā)展的新形勢(shì)，另一方面也加快了人們的生活節(jié)奏。為不斷適應(yīng)發(fā)展變化著的新形勢(shì)，滿足人們不斷增長(zhǎng)的新需求，需要對(duì)高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而推動(dòng)我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步提升。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；牽引傳動(dòng)；控制系統(tǒng)；仿真設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）14-0085-02

高速鐵路的快速發(fā)展，使得對(duì)高速列車的需求也在逐漸增長(zhǎng)，并對(duì)其提出了更多、更高的要求。雖然高速動(dòng)車組在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和加快人民生活節(jié)奏方面發(fā)揮了重要作用，但在很多技術(shù)方面剛剛起步，尚未成熟，因此需要技術(shù)上的提升和系統(tǒng)優(yōu)化。對(duì)于高速動(dòng)車組這一復(fù)雜系統(tǒng)，建立合理有效的高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)顯得至關(guān)重要。本文主要分析了我國(guó)高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真方案。

1 我國(guó)高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 牽引動(dòng)力配置方式以動(dòng)力集中方式為主

我國(guó)高速動(dòng)車組的牽引動(dòng)力配置方式主要有動(dòng)力分散方式和動(dòng)力集中方式。動(dòng)力集中方式是一種較為傳統(tǒng)的電力牽引模式，使用歷史久，技術(shù)相對(duì)成熟，而且使用的范圍廣泛，動(dòng)力集中型動(dòng)車組是由日本首創(chuàng)，近年在歐洲得到廣泛推廣與應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)在動(dòng)力分散型動(dòng)車組的設(shè)計(jì)上取得了一定成就。例如“中原之星”動(dòng)車組、“先鋒號(hào)”動(dòng)車組以及CRH系列動(dòng)車組?！昂椭C號(hào)”CRH系列動(dòng)車組，是由十六臺(tái)三相異步牽引電動(dòng)機(jī)均勻地安置在四輛動(dòng)車的地板下，由每臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一根車軸，十六臺(tái)電機(jī)共同合作就讓整個(gè)動(dòng)車組高速運(yùn)行起來了。但是動(dòng)力分散型的技術(shù)仍不夠成熟，還處在起步階段，而且資金投入大、技術(shù)要求高，因此，我國(guó)高速動(dòng)車組的牽引動(dòng)力配置方式仍以動(dòng)力集中方式為主。

1.2 我國(guó)高速動(dòng)車組以直流傳動(dòng)制式為主

直流傳動(dòng)制式和交流傳動(dòng)制式是高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)制式的兩種方式。在我國(guó)，主要鐵路上的高速動(dòng)車組，多數(shù)采用直流傳動(dòng)制式，對(duì)交流傳動(dòng)制式的使用較少。相比，在國(guó)外，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)使得交流傳動(dòng)制式的高速動(dòng)車組具有顯著優(yōu)越性，市場(chǎng)前景廣闊。因此，多數(shù)生產(chǎn)廠商也已經(jīng)停止了對(duì)直流傳動(dòng)機(jī)車的生產(chǎn)，多采用交流傳動(dòng)方式的牽引技術(shù)。我國(guó)高速電動(dòng)車組的發(fā)展由于技術(shù)的不成熟，缺乏創(chuàng)造性，對(duì)于交流傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用也才剛剛起步。

1.3 普遍采用微機(jī)牽引控制系統(tǒng)

我國(guó)鐵路機(jī)車普遍采用微機(jī)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，但在較為傳統(tǒng)的直流傳動(dòng)機(jī)車上仍然有大量的模擬電子控制系統(tǒng)。隨著科技的進(jìn)步、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)于交通運(yùn)輸事業(yè)也在發(fā)揮著越來越大的作用。在列車通信網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展進(jìn)步的新形勢(shì)下，我國(guó)的高速動(dòng)車組也開始使用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和信息的傳遞，例如，司機(jī)對(duì)列車的各種控制命令都可以通過列車通信網(wǎng)絡(luò)傳送到列車的各個(gè)部位，執(zhí)行的結(jié)果也可以通過網(wǎng)絡(luò)再反饋給司機(jī)，從而使司機(jī)更加全面、系統(tǒng)地掌控列車的運(yùn)行，促進(jìn)列車協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運(yùn)行。通過采用微機(jī)牽引控制系統(tǒng)逐漸形成對(duì)列車的分布式控制，是我國(guó)高速動(dòng)車組牽引控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀。

2 高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真方案

2.1 進(jìn)行高速列車內(nèi)外部環(huán)境仿真

列車的內(nèi)部環(huán)境不僅包括牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)，還包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，外部環(huán)境包括牽引供電系統(tǒng)、線路的地理?xiàng)l件和軌道等。通過對(duì)內(nèi)外部環(huán)境的仿真模擬，能夠?qū)α熊囋谶\(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提前找到解決方案，避免實(shí)際運(yùn)行過程出現(xiàn)差錯(cuò)，減少損失。以青藏鐵路為例，高原缺氧、低溫、強(qiáng)烈的紫外線以及高原凍土是鐵路運(yùn)輸所面臨的外部環(huán)境，這些對(duì)列車的控制系統(tǒng)提出了更高要求，因此內(nèi)外部環(huán)境的仿真有其必要性。內(nèi)外部環(huán)境的仿真模擬可以為牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供保障。

2.2 進(jìn)行三維視景仿真

隨著數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展，各行業(yè)信息化建設(shè)也加緊了步伐，鐵路業(yè)也應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，為駕駛司機(jī)提供三維視景。傳統(tǒng)的二維視景數(shù)據(jù)單一、抽象，只能展現(xiàn)宏觀的景象概況，在細(xì)節(jié)上有局限性。而司機(jī)室三維視景仿真，能給司機(jī)提供豐富的環(huán)境信息，使司機(jī)更加清楚地了解在目前操作下，牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的整體工作狀態(tài)。當(dāng)三維視景達(dá)到最佳效果，司機(jī)的臨場(chǎng)感也會(huì)大大增強(qiáng)，從而集中司機(jī)注意力，調(diào)動(dòng)其積極性，提高工作效率。

2.3 高速動(dòng)車組牽引變壓器熱仿真

牽引變壓器是高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，列車運(yùn)行過程中的安全性與其密切相關(guān)。因此，為保障列車運(yùn)行的安全性，需要研究高速列車牽引變壓器的溫度隨列車實(shí)際運(yùn)行發(fā)生的變化，對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫處理。由于變壓器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且涉及對(duì)熱學(xué)、電磁學(xué)等多門科學(xué)的同時(shí)運(yùn)用，因此研究模擬較為困難。但是預(yù)算和控制變壓器內(nèi)部的溫升對(duì)于牽引變壓器的研究具有重要意義。為此，國(guó)內(nèi)外的眾多專家也做了很多研究。

變壓器作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系也非常復(fù)雜。要想在列車運(yùn)行中準(zhǔn)確地計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的溫度是很困難的，因此需要簡(jiǎn)化后再計(jì)算。鐵芯和繞組產(chǎn)生的損耗是變壓器的主要熱源，熱量會(huì)由變壓器內(nèi)部傳導(dǎo)到表面?？梢酝ㄟ^變壓器內(nèi)部油的對(duì)流，把來自鐵芯和繞組的熱量傳給油箱壁，被加熱的油箱壁通過周圍的空氣對(duì)流把熱量散走，從而達(dá)到冷卻變壓器的目的。做一個(gè)具有特殊形狀、容易散熱的冷卻器，把變壓器中的油利用油泵，打入油冷卻器，冷卻后再返回到油箱中，從而帶走熱量，為牽引變壓器降溫。

3 結(jié)語(yǔ)

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我國(guó)的高速動(dòng)車組取得了巨大進(jìn)步。但仍不夠成熟，需不斷開拓創(chuàng)新，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷優(yōu)化。從而使我國(guó)鐵路運(yùn)輸走向成熟，保障交通運(yùn)輸事業(yè)的健康、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做貢獻(xiàn)，推動(dòng)時(shí)代的進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介：孫菁睿（1984—），男，供職于唐山軌道客車有限責(zé)任公司，研究方向：高速動(dòng)車組調(diào)試；康瑛（1973—），女，唐山軌道客車有限責(zé)任公司高級(jí)工程師，研究方向：高速動(dòng)車組調(diào)試技術(shù)。

（責(zé)任編輯：吳 濤）