軌道交通用變流器產(chǎn)品譜系的建立

［摘 要］文章闡述了軌道交通用變流器產(chǎn)品譜系建立的目的和原則及方法，同時用企業(yè)實例說明搭建軌道交通用變流器產(chǎn)品譜系的全過程，并分析了變流器產(chǎn)品譜系的管理與應(yīng)用，以期為相關(guān)人員提供參考。

［關(guān)鍵詞］譜系；變流器；變流器產(chǎn)品譜系

［中圖分類號］TM46 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0172–03

1 軌道交通產(chǎn)品譜系概述

1.1 產(chǎn)品譜系概念

產(chǎn)品譜系：即一系列的產(chǎn)品，此系列既保證每個具體產(chǎn)品有一定的通用性，又保證不同型號產(chǎn)品中最小數(shù)目的規(guī)格零部件盡可能覆蓋全部使用要求。

1.2 軌道交通變流器產(chǎn)品譜系

軌道交通用變流器（以下簡稱“變流器”）是指由一個或多個開關(guān)器件連同變壓器（如有）、濾波器（如有）和輔助裝置（如有）所組成的運行單元。其可是1 臺分立的整流器、斬波器或逆變器等，也可以由它們組合而成，且可以不在一個柜體內(nèi)。

軌道交通用變流器產(chǎn)品譜系（以下簡稱為“變流器產(chǎn)品譜系”）即按照不同的屬性、特點、功能等將變流器進行分類、細化，形成一系列相互關(guān)聯(lián)的子產(chǎn)品，以一種層次結(jié)構(gòu)的方式呈現(xiàn)。

1.3 建立變流器產(chǎn)品譜系的目的

在需求分析的基礎(chǔ)上，篩選分析變流器不同應(yīng)用環(huán)境中的主要組成部件和多個性能規(guī)格，從影響變流器外特性的程度排成序列，達到以下目的。

（1）梳理企業(yè)現(xiàn)有變流器產(chǎn)品，形成變流器產(chǎn)品譜系表，系統(tǒng)展示變流器產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)系與適用范圍。

（2）合并優(yōu)化變流器產(chǎn)品性能規(guī)格，支持新產(chǎn)品研制重復(fù)選用。

（3）分析技術(shù)發(fā)展需求，拓展產(chǎn)品型號，引領(lǐng)后續(xù)產(chǎn)品系列化研發(fā)，提升企業(yè)產(chǎn)業(yè)化能力。

1.4 建立變流器產(chǎn)品譜系的要求

變流器產(chǎn)品譜系是一系列的產(chǎn)品，Ma+W+zCYh5Dq4uze9mq+Gigpaj0nwnK1j6DWEqBH9cc=但絕不是現(xiàn)有變流器產(chǎn)品的匯總目錄，應(yīng)是具有一系列特定要求、經(jīng)過優(yōu)化的變流器產(chǎn)品系列。具體要求如下。

（1）明確變流器發(fā)展方向，識別變流器產(chǎn)品定位，正確建立變流器產(chǎn)品譜系框架，將主要精力放在需要改進與發(fā)展的產(chǎn)品上。

（2）變流器產(chǎn)品譜系應(yīng)有一定的前瞻性，應(yīng)預(yù)見較長時期及一定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的整體科技發(fā)展要求，提出當(dāng)前及未來變流器產(chǎn)品應(yīng)達到的主要指標要求。

（3）譜系是相對成熟、規(guī)格不同、優(yōu)選優(yōu)化的變流器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。

（4）譜系中的基型產(chǎn)品應(yīng)相對成熟、規(guī)范化，以關(guān)鍵特征參數(shù)的優(yōu)選取值和間隔、適當(dāng)?shù)南噜徯阅芤?guī)格跨度，形成最少數(shù)目的基型產(chǎn)品數(shù)量。

2 變流器產(chǎn)品譜系的建立

2.1 變流器產(chǎn)品譜系建立的原則

（1）完整性。各類型產(chǎn)品性能、規(guī)格應(yīng)完整、齊全。

（2）協(xié)調(diào)性。同類性能規(guī)格間相互不重復(fù)，相鄰性能規(guī)格在滿足使用要求的前提下，間隔、跨度應(yīng)適當(dāng)，力爭用最少性能規(guī)格數(shù)量覆蓋已識別的產(chǎn)品需求。

（3）可擴展性。不僅包含現(xiàn)有變流器產(chǎn)品，還應(yīng)保證持續(xù)發(fā)展的變流器產(chǎn)品能夠納入產(chǎn)品譜系。

2.2 變流器產(chǎn)品譜系建立步驟

2.2.1 變流器產(chǎn)品譜系建立步驟方法

（1）依據(jù)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，制訂變流器科技發(fā)展規(guī)劃，確定變流器產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略。

（2）匯總梳理全部變流器產(chǎn)品，放棄無應(yīng)用需求的產(chǎn)品類型，重點關(guān)注市場需求和有技術(shù)發(fā)展前景的產(chǎn)品類型。

（3）按照變流器相關(guān)技術(shù)標準，將有發(fā)展前景的變流器產(chǎn)品歸類劃分，每類產(chǎn)品獨自建立系列。

（4）確定每類核心變流器產(chǎn)品關(guān)鍵性能規(guī)格，根據(jù)需求和現(xiàn)有產(chǎn)品的主要技術(shù)特征，結(jié)合科學(xué)技術(shù)發(fā)展，選取若干個具有代表性的關(guān)鍵參數(shù)，劃分譜系規(guī)格。

（5）提出變流器產(chǎn)品譜系性能規(guī)格系列的構(gòu)建原則，在清理現(xiàn)有性能規(guī)格的基礎(chǔ)上，從每類變流器產(chǎn)品中選取一個產(chǎn)品型號作為基型，其他變流器產(chǎn)品按規(guī)則成為其衍生產(chǎn)品，形成產(chǎn)品矩陣?；彤a(chǎn)品可以形象地看做產(chǎn)品譜系結(jié)構(gòu)樹的樹根，其他產(chǎn)品是樹的枝葉。

（6）補充待開發(fā)的產(chǎn)品規(guī)格，形成完整的、可覆蓋使用需求的產(chǎn)品譜系。

2.2.2 變流器產(chǎn)品譜系建立實例

以某企業(yè)變流器產(chǎn)品為例，說明譜系的建立步驟。

（1）確定發(fā)展戰(zhàn)略。匯總梳理企業(yè)現(xiàn)有變流器產(chǎn)品，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，逐個產(chǎn)品列入相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，得到每個領(lǐng)域變流器的產(chǎn)品數(shù)量占比：軌道交通領(lǐng)域變流器產(chǎn)品占比為95%，風(fēng)力發(fā)電、海洋船舶、礦用等領(lǐng)域變流器產(chǎn)品為5%。因此軌道交通領(lǐng)域變流器產(chǎn)品是該企業(yè)變流器的主要戰(zhàn)略方向，兼顧其他領(lǐng)域變流器的發(fā)展。

（2）以軌道交通變流器產(chǎn)品為主要脈絡(luò)建立譜系。淘汰無市場需求、無條件研制、無發(fā)展前景的產(chǎn)品類別，著重研究有市場前景及技術(shù)發(fā)展需求的軌道交通用變流器。

（3）搜集軌道交通變流器產(chǎn)品各級技術(shù)標準、用戶協(xié)議、技術(shù)條件，同時兼顧其他領(lǐng)域的技術(shù)要求。總結(jié)出該企業(yè)變流器產(chǎn)品主要依據(jù)的標準為GB/T25122《軌道交通機車車輛變流》各部分、GB/T 3859《半導(dǎo)體變流器》各部分、IEC61287 等國內(nèi)外標準。

遵從變流器產(chǎn)品標準與企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的實際情況，按照功能、中間電壓、安裝方式3 個條件劃分變流器產(chǎn)品類別。3 個條件互為補充與制約，形成變流器的產(chǎn)品大類。

（4）在變流器產(chǎn)品大類確定的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能等方面出發(fā)，選取電傳動系統(tǒng)的傳動方式、主電路輸入方式、主電路原理、冷卻方式等關(guān)鍵參數(shù)劃分變流器的子類。各關(guān)鍵參數(shù)分別界定了每個子類產(chǎn)品的性能特點。

電傳動系統(tǒng)的傳動方式：交– 直– 交傳動方式、直– 交傳動方式。

變流器的主電路輸出方式：輸出波形為正電平和負電平的兩電平逆變器；輸出波形為正電平、零電平和負電平的三電平逆變器。

主電路原理包含以下幾類：①牽引變流器的電路結(jié)構(gòu)。其中軸控方式為每個逆變器獨立控制1 個電機，嚴格意義上的完全軸控包括整流器，中間回路也是完全獨立的，如圖1（a）所示；但有些軸控方式中的整流器合并輸出，共同組成中間回路，如圖1（b）所示。而架控方式（圖2）為1 個轉(zhuǎn)向架上的電機由1個逆變器控制，每個逆變器控制兩個及以上的電機。②整流后電路是否共用中間回路。軸控方式和架控方式均可出現(xiàn)是否共用中間回路的情況。如圖1（a）和圖2（a）中雙點劃線方框的整流部分，為獨立中間回路；圖1（b）和圖2（b）中雙點劃線方框的整流部分，為共用中間回路。③輔助變流器的取電方式。分為中間回路取電、變壓器次邊取電、其他取電方式，如圖3（a）中雙點劃線方框部分為中間回路取電，圖3（b）中，雙點劃線方框部分為變壓器次邊取電。

變流器的冷卻方式：變流器內(nèi)部自帶冷卻塔；變流器內(nèi)部不帶冷卻塔；變流器內(nèi)部自帶冷卻風(fēng)機的強迫風(fēng)冷；變流器內(nèi)部不帶冷卻風(fēng)機，由所處環(huán)境冷卻系統(tǒng)提供的自然風(fēng)冷卻。

以上影響產(chǎn)品關(guān)鍵性能的因素中，每個因素變化均會增加1 個子類，因此每個子類其功能或結(jié)構(gòu)均各具特色，形成變流器各個產(chǎn)品系列。

（5）在每個子類產(chǎn)品系列的基礎(chǔ)上，分析和總結(jié)性能優(yōu)越、安全可靠的產(chǎn)品零部件，形成模塊化、簡統(tǒng)化零部件。隨后研究影響這些零部件性能、參數(shù)變化的條件，將所有產(chǎn)生變化的條件按結(jié)構(gòu)變化、附加性能變化、參數(shù)變化分類歸納，每個變化條件形成基于子類產(chǎn)品系列的一個產(chǎn)品品種。

主電路牽引變流器原理為軸控時，每個變流器中的功率模塊數(shù)量變化，形成一個產(chǎn)品品種。

主電路牽引變流器原理為架控時，控制出線方式的增減不同，形成不同的產(chǎn)品品種。

結(jié)構(gòu)原理不變，主電路的接觸器控制方式變化（電磁式或電空式），形成不同產(chǎn)品品種。

主電路的整流回路中使用的電子器件不同，形成不同產(chǎn)品品種：①電子器件選用電力二極管，輸出電壓不可控，為一個品種；②基于IGBT 等全控型器件的PWM 整流，通過控制觸發(fā)脈沖來調(diào)節(jié)輸出電壓值，為一個品種；③電子器件全部或部分選用GTO、IGBT 等可控器件，通過控制部分器件的觸發(fā)脈沖，達到輸出直流電壓在高于不控整流電壓時可控，為一個品種。

子類中的冷卻方式確定條件下，變流器冷卻系統(tǒng)包含零件的變化（是否自帶膨脹水箱、水泵），形成不同產(chǎn)品品種。

主要功能組件的保護功能增減，形成不同產(chǎn)品品種：①冷卻系統(tǒng)中增加環(huán)控裝置，形成一個品種；②輔助逆變增加預(yù)充電接觸器，形成一個品種。

基于子類系列特征上的每一種變化形成的產(chǎn)品品種是獨具特色的具體產(chǎn)品體現(xiàn)，也為用戶個性化的需求。

2.3 變流器產(chǎn)品譜系的體現(xiàn)方式

（1）變流器產(chǎn)品譜系說明是譜系使用和維護的基礎(chǔ)。包括產(chǎn)品梳理、需求分析、分類規(guī)則、規(guī)格優(yōu)化、使用管理等內(nèi)容的總結(jié)和說明。

（2）變流器產(chǎn)品譜系表是呈現(xiàn)變流器產(chǎn)品系列化的最直觀方法。該表應(yīng)既方便展示已有變流器產(chǎn)品型號所處譜系中的位置，也利于新產(chǎn)品型號歸納于譜系的位置。其以電子表格形式展現(xiàn)，將產(chǎn)品大類、小類、品種的各種條件作為表格的表頭，已有產(chǎn)品依次歸入基型產(chǎn)品、系列產(chǎn)品和產(chǎn)品品種中。

（3）變流器產(chǎn)品譜系庫。將變流器產(chǎn)品譜系表結(jié)構(gòu)化到產(chǎn)品全生命管理系統(tǒng)中，與每個產(chǎn)品的屬性相關(guān)聯(lián)，建立產(chǎn)品譜系庫。庫內(nèi)以產(chǎn)品型號為索引，設(shè)置產(chǎn)品譜系頁面，直接顯示每個產(chǎn)品的性能參數(shù)；同時，也可從系統(tǒng)中導(dǎo)出每個產(chǎn)品的屬性而形成譜系表。

3 變流器產(chǎn)品譜系的管理

3.1 持續(xù)改進與完善

變流器產(chǎn)品譜系建設(shè)是一項持續(xù)改進與完善的工作。從長期看，隨著技術(shù)進步，產(chǎn)品類型和應(yīng)用領(lǐng)域會發(fā)生改變，有新增產(chǎn)品類型，也有逐漸落后淘汰的產(chǎn)品；短期內(nèi)，對于不同用戶，存在個性化需求，不僅體現(xiàn)在性能參數(shù)上，也體現(xiàn)在外觀等微小處。

3.2 變流器產(chǎn)品譜系相關(guān)技術(shù)標準

變流器產(chǎn)品譜系既是變流器產(chǎn)品的系列，也是不同類別變流器性能配屬關(guān)系的體現(xiàn)，因此，需要編制相應(yīng)技術(shù)標準規(guī)定如何維護譜系表、譜系庫。同時變流器產(chǎn)品譜系建立后能促進通用件標準及產(chǎn)品標準體系的完善。

4 變流器產(chǎn)品譜系的應(yīng)用

變流器產(chǎn)品譜系是對變流器已應(yīng)用情況和后續(xù)需求情況等最基本信息的集中反映。其一方面是變流器產(chǎn)品開發(fā)與更新?lián)Q代、定型與生產(chǎn)及推廣與應(yīng)用的基礎(chǔ)，另一方面也是選用產(chǎn)品的指導(dǎo)。

4.1 新產(chǎn)品型號授予的依據(jù)

變流器產(chǎn)品譜系后，新研制的變流器產(chǎn)品型號應(yīng)按照譜系的規(guī)則授予。

4.2 方便產(chǎn)品營銷

從變流器產(chǎn)品譜系中可以更好地了解產(chǎn)品的組成部分、功能、特點、優(yōu)缺點等信息，主要技術(shù)參數(shù)、性能一目了然，方便市場營銷部門引導(dǎo)客戶選擇適合自己的產(chǎn)品，充分發(fā)揮技術(shù)引領(lǐng)市場作用。

4.3 提升企業(yè)生產(chǎn)能力

變流器產(chǎn)品譜系對變流器的細致分類，可促進產(chǎn)品零部件模塊化的演化，指導(dǎo)企業(yè)產(chǎn)品線的建立。

5 結(jié)束語

產(chǎn)品譜系可引領(lǐng)企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃、發(fā)展的方向，為企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)線建設(shè)的策劃提供依據(jù)，為企業(yè)產(chǎn)品走向國內(nèi)外市場提供保障。通過建立產(chǎn)品譜系，將企業(yè)零散的產(chǎn)品有效形成產(chǎn)品資源，搭建“一次研制、重復(fù)應(yīng)用”的產(chǎn)品研制模式，促進企業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

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