大功率交流传动机车的关键技术

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1、大功率交流传动机车的关键技术郭世明西南交通大学电气工程学院2009年11月1内容：1．交流传动的优点2．国内外交流传动的发展概况3．和谐型大功率交流传动机车4．大功率交流传动机车的关键技术21．交流传动的优点交流传动机车所以成为现代机车发展的方向，正是由其所具有的特点和优点所决定的。和传统的直流传动相比，交流传动系统的优越之处表现在功率因数、粘着、维修、效率、重量尺寸、动力性能、制动性能等诸多方面。3（1）粘着性能好1）异步电动机有很硬的机械特性，所以当某电机发生空转时，随着转速的升高，转矩很快降低，具有很强的恢复粘着的能力。串激电动机则不然，转矩变化一点，转速就有很大的变化。2）

2、异步电动机的工作点可以很方便地进行平滑调节。根据检测有关粘着控制的信号，准确、迅速地改变逆变器输出的电压和频率，寻求最佳工作点，使驱动系统既不发生空转，又能充分发挥最大的牵引力。4例如：1992年美国铁路协会（AAR）在向四家机车制造厂提出的26台交流传动机车投标建议书中提出的粘着指标是：起动粘着系数45%，全天候牵引粘着系数是32%（GE公司在交—直传动机车上，采用粘着控制装置后，全天候粘着系数是0.25~0.30）。如此之高的粘着利用，正是针对交流机传动机车所具有的良好的粘着控制而提出的，这对于交—直传动系统是不可想象的。德国四轴120型机车，可满足以往六轴机车的全部要求。5（

3、2）功率大，牵引力大这个概念是指在其它条件大致相同的前提下，在机车结构所提供的空间条件下，可以装更大功率的异步电动机。如加拿大改造的CP4744号机车，在给定的设计空间条件下，直流电动机的功率大约被限制在600~700kW/轴。装用BBC6FRA40B异步牵引电动机，其功率可达1500kW/轴以上。6比较：ND5型交直流传动机车和SD60MAC交流传动机车的牵引力情况：ND5机车的柴油机的标定功率为2940kW，起动牵引力为533.6kN，持续速度为22.2km/h时的持续牵引力为359.8kN；SD60MAC机车的柴油机的标定功率为2835kW，起动牵引力为781kN，持续速度为

4、20.5km/h时的持续牵引力为521kN。后者与前者相比，不论起动牵引力和持续牵引力都高出45%。7不同类型电机其单位重量功率可达到的比值为：直流电动机为0.33kW/kg，同步电动机为0.5kW/kg，异步电动机为0.68kW/kg。随着科技的发展，异步电动机的单位重量功率将越来越高。如日本新干线300系列原型试验车，所采用的交流异步牵引电动机其功率达到300kW，而其重量不足400kg，单位重量功率可达0.75kW/kg。8（3）可靠性高，维修简便交流异步电动机无换向器、无电刷装置；除轴承外无磨擦部件，密封性好，防潮、防尘性能好；全部电气部件所用绝缘材料均为H级或F级，绝缘性

5、能好，耐热性能好。控制装置是模块结构，故障率也很低，驱动系统的全部运行过程和控制过程均由无触点电子元件完成，所以不存在传统系统中经常发生的触点磨损、粘连、接触不良、机械卡滞等问题。9（4）效率高，利用率高、使用灵活性强交流传动系统的总效率约为0.90，而交直流传动系统的总效率约为0.86。E120交流传动机车在长期应用对比中发现，客运作业时可节能3~6%，货运作业时可节能8~10%。由可靠性、耐久性和易于维修的结合，使交流传动机车的利用率显著提高。与直流传动机车相比，BBC交流传动机车的利用率提高了10%。 交流传动机车有很强的使用灵活性，它既可满足货运的大的起动牵引力的要求，又

6、可满足客运高速度的要求。10（5）动力性能好、制动性能好异步电动机结构紧凑、重量轻，同时采用特殊的悬挂装置，簧下重量小，有较高的曲线通过能力，对轨面的冲击力小。可在广阔的速度范围内实行电制动，甚至可以制动到零，制动功率大。一部分电制动的能量可用于其它辅助设备。11（6）功率因素高、节能。交-直-交电力机车采用四象限控制器作为机车电源侧的变流器，可以在广泛的负荷范围内保持功率因素接近1，电流的波形接近于正弦波，而且在再生制动时也是如此。这样不仅降低了电网损耗而且在再生制动时可将高质量电能反馈给电网，消除了电网对信号和通信系统的干扰。12二、国内外交流传动的发展概况1971年德国Hen

7、schel公司和BBC公司首先开发出DE2500型交流传动内燃机车，功率为1840kW，从此开始了现代交流机车的时代。自1970年起，交流传动机车的产量逐年增加。以DE2500型机车为先驱的交流传动机车可视为第一代交流传动机车。受当时技术发展的限制，主电路开关元件采用的是关断速度较快的普通晶闸管，控制电路有的还没有采用微机。131989年ABB公司开发出采用GTO晶闸管逆变器的第二代交流传动的DE1024型内燃机车（1987年世界上出现第一台应用GTO元件的交流机车—