電力電子技術(shù)與鐵路機(jī)車牽引動(dòng)力的發(fā)展

摘 要：隨著工業(yè)社會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑸鐣?huì)，國家各方面的技術(shù)手段上也在不斷的進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。鐵路機(jī)車牽引技術(shù)的發(fā)展歷程充分展示了我國技術(shù)手段發(fā)展的歷程。因此，文章中闡述了電力電子技術(shù)與鐵路機(jī)車牽引動(dòng)力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鐵路機(jī)車；電力電子技術(shù)；牽引動(dòng)力

引言

鐵路機(jī)車技術(shù)的發(fā)展過程充分的展示了實(shí)際技術(shù)手段發(fā)展的歷程。近幾年隨著社會(huì)科技的逐漸發(fā)展，在鐵路機(jī)車牽引技術(shù)發(fā)展的歷程上逐漸開始利用電力電子技術(shù)對(duì)其進(jìn)行完善，從而提高鐵路機(jī)車業(yè)的發(fā)展。

1 鐵路機(jī)車技術(shù)的發(fā)展史

1.1 1879年

蒸汽機(jī)車是人類機(jī)車歷史舞臺(tái)中的先驅(qū)者，隨著機(jī)械時(shí)代的發(fā)展，人們利用地電力技術(shù)取代了蒸汽技術(shù)，并且發(fā)明了電力機(jī)車。其中第一臺(tái)鐵路機(jī)車技術(shù)的產(chǎn)生時(shí)間為1879年，其主要的機(jī)車牽引技術(shù)是依靠直流供電的方式進(jìn)行牽引作為機(jī)車驅(qū)動(dòng)力[1]。

1.2 1965年

在1965年，世界上第一輛晶閘管整流器機(jī)車問世。該輛機(jī)車的問世標(biāo)志著人類向電力電子時(shí)代有邁進(jìn)了一步。此外，在該時(shí)期內(nèi)除了使用了以上的幾種技術(shù)手段，通過電力電子技術(shù)的發(fā)展，開始采用50Hz和60Hz的工頻電，人類開始步入了電力技術(shù)發(fā)展的時(shí)代[2]。

1.3 20世紀(jì)70年代

20世紀(jì)70年代初期電力電子技術(shù)進(jìn)一步得到了發(fā)展，開始逐漸采用一步交流傳動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)車提供牽引力。隨后，隨著電力電子技術(shù)的逐漸發(fā)展，到80年代初期，大功率可關(guān)斷電力半導(dǎo)體的問世，進(jìn)一步促進(jìn)了全球機(jī)車牽引力的發(fā)展[3]。

2 現(xiàn)代化電力電子技術(shù)

2.1 電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)是技術(shù)發(fā)展的成果，其中主要是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行控制，從而采用變換和控制技術(shù)滿足各種設(shè)備的需求。電子電力技術(shù)在對(duì)電進(jìn)行變化的過程中可以從1W以下～GW之間進(jìn)行不斷的變化[4]。因此，主要被應(yīng)用于電力交換中。在機(jī)車牽引力傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用電力電子技術(shù)能夠更加完美和準(zhǔn)確的對(duì)設(shè)備的用電情況進(jìn)行控制，從而為傳動(dòng)裝置的調(diào)速和控制提供有力的保障。由此得出機(jī)車牽引力應(yīng)用的主要系統(tǒng)。

2.2 電力電子技術(shù)優(yōu)勢

電力電子技術(shù)在其發(fā)展和應(yīng)用過程中作為交流電動(dòng)機(jī)牽引力使用具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，下面針對(duì)其優(yōu)勢進(jìn)行分析：第一，交流電機(jī)體積較少，在其應(yīng)用過程中具有質(zhì)量輕、功率大、空間小的特點(diǎn)。電力電子技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的改善傳統(tǒng)機(jī)車牽引技術(shù)中應(yīng)用上設(shè)備較大，安裝和運(yùn)行時(shí)間較長的弊端。此外，使用電力電子技術(shù)能夠改善鐵路輪軌之間的作用力，從而使用鐵路高速運(yùn)轉(zhuǎn)的需求，最終從整體上提高了鐵路速度。第二，利用電力電子技術(shù)能夠使用交流電動(dòng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行功率維持。傳統(tǒng)的電力技術(shù)應(yīng)用過程對(duì)穩(wěn)定恒定的大功率的速度范圍進(jìn)行穩(wěn)定，從而能夠持續(xù)性的為鐵路機(jī)車提供原動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)客車的發(fā)展。第三，利用電力電子技術(shù)后對(duì)交流電能夠進(jìn)行電動(dòng)機(jī)無換向器控制，從而消除了電刷與轉(zhuǎn)向器磨損，進(jìn)一步提高了鐵路運(yùn)行中的可靠性，從而降低了鐵路工作過程中的制造和維修成本。第四，利用電力電子技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)使用異步交流電動(dòng)機(jī)，從而提高了牽引性能。此外，隨著電力電子技術(shù)的逐漸應(yīng)用，能夠有力的提高黏著利用率，從而適當(dāng)?shù)母冒l(fā)揮牽引力，促進(jìn)鐵路機(jī)車的運(yùn)行。

3 現(xiàn)代化鐵路機(jī)車技術(shù)

3.1 鐵路機(jī)車技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的逐漸發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足與使用交流電對(duì)牽引力進(jìn)行控制，傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)不能夠滿足人們的日常生活。因此，人們開始逐漸建立了現(xiàn)代化鐵路機(jī)車技術(shù)。鐵路機(jī)車技術(shù)主要是在傳統(tǒng)交流電的基礎(chǔ)上使用多頻交流電為其提供牽引力驅(qū)動(dòng)。1983年世界上首批BR120性大功率干線交流傳動(dòng)電力機(jī)車的產(chǎn)生，被德國聯(lián)邦鐵路認(rèn)可，并且廣泛的進(jìn)行了應(yīng)用。

3.2 鐵路機(jī)車技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的鐵路機(jī)車技術(shù)相比，近幾年隨著鐵路機(jī)車技術(shù)發(fā)的發(fā)展住進(jìn)開始采用交流傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行技術(shù)革新，該項(xiàng)技術(shù)手段的使用優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下幾方面：

第一，利用交流傳動(dòng)電力電子技術(shù)能夠采用四象限脈沖變流

器，而四象限脈沖變流器的應(yīng)用能夠降低機(jī)車在電網(wǎng)中電流諧波的分量，從而從整體上改善了鐵路電力系統(tǒng)供電的品質(zhì)，進(jìn)一步解除了鐵路信號(hào)傳遞工程中受到交流電動(dòng)機(jī)造成的信號(hào)干擾現(xiàn)象。

第二，利用交流傳動(dòng)電力電子技術(shù)能夠使供電電網(wǎng)的電工功率發(fā)生改變，更加趨近于1功率，最終降低電網(wǎng)的損耗。此外，在現(xiàn)代鐵路機(jī)車技術(shù)中應(yīng)用的交流傳動(dòng)電力電子技術(shù)能夠通過再生制動(dòng)的方式不斷的向電網(wǎng)進(jìn)行電能的反饋，從而從整體上提高電網(wǎng)內(nèi)電能質(zhì)量，起到節(jié)約電能的效果。

第三，利用交流傳動(dòng)電力電子技術(shù)能夠改變原有鐵路機(jī)車向前、向后，牽引和制動(dòng)之間的操縱關(guān)系。通過使用位置轉(zhuǎn)換開關(guān)，在主電路上對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而縮短人工轉(zhuǎn)換中的時(shí)間，提高鐵路前后轉(zhuǎn)換、牽引和制動(dòng)之間的效率。此外，該種鐵路機(jī)車技術(shù)的操作較為簡單，可靠性更高。

4 我國鐵路機(jī)車牽引及電力電子技術(shù)的現(xiàn)狀

鐵路機(jī)車牽引領(lǐng)域是國家內(nèi)部技術(shù)發(fā)展的一種標(biāo)志?，F(xiàn)階段我國能夠自主研發(fā)和制造直流傳動(dòng)電力機(jī)車，其中截止到2006年已經(jīng)自主研發(fā)了“韶山”系列品牌，并且逐漸進(jìn)行了技術(shù)完善和改革。截止到2010年我國自主研發(fā)的電力機(jī)車已經(jīng)超過7000萬臺(tái)，其中有90%以上正在運(yùn)行的鐵路機(jī)車均為我國自主研發(fā)和生產(chǎn)的設(shè)備。在鐵路機(jī)車電力電子技術(shù)中已經(jīng)能夠?qū)?00KW～900KW的交流電進(jìn)行控制，其傳動(dòng)軸制造技術(shù)也不斷進(jìn)行了完善，從原有的C0-C0和B0-B0逐漸發(fā)展到B0-B0-B0和2（B0-B0），此外，還研發(fā)了2（C0-C0）等軸式。我國自主研制的直流電傳動(dòng)系統(tǒng)東風(fēng)系列內(nèi)燃機(jī)成為我國貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)闹饕獧C(jī)型。

此外，我國通過自主研發(fā)逐漸研制出斬薄調(diào)壓技術(shù)，該技術(shù)原理主要是利用無觸點(diǎn)的開關(guān)對(duì)其使用脈沖方式將接觸網(wǎng)電壓直接引用到牽引電動(dòng)機(jī)上，從而改變傳統(tǒng)脈沖所占的空間比例，從而可以在0%到100%接觸網(wǎng)電壓范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)性的電動(dòng)機(jī)電壓改變。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)進(jìn)一步促進(jìn)了我國鐵路機(jī)車牽引力及電力電子技術(shù)的發(fā)展。在90年代初期我國研制了1MW的大功率交流電傳動(dòng)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步促進(jìn)了我國原型機(jī)車的研究，自此，我國鐵路機(jī)車牽引力研發(fā)也成功的步入了電子時(shí)代，開始利用電子信息技術(shù)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力的改變，從而實(shí)現(xiàn)地鐵、電力機(jī)車等自主研發(fā)設(shè)備的應(yīng)用。

5 結(jié)束語

文章中首先概述了鐵路機(jī)車的發(fā)展歷史，從不同時(shí)期內(nèi)對(duì)鐵路機(jī)車牽引力及電力電子技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行分析和總結(jié)，從而進(jìn)一步掌握了鐵路牽引力及電力電子技術(shù)的發(fā)展；其次，文章中對(duì)電力電子技術(shù)中交流電動(dòng)機(jī)牽引力及交流傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)牽引力進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)二者在使用過程中均具有一定的優(yōu)勢。因此，未來在鐵路牽引力應(yīng)用過程中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行合理的選擇，以提高鐵路牽引力技術(shù)的發(fā)展。最后，通過文章的研究中能夠明確的料及我國電力電子技術(shù)和鐵路牽引力形成和發(fā)展的過程中，為其未來發(fā)展提供了發(fā)展方向。

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