電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用分析論文

　　摘要：伴隨電力電子技術(shù)發(fā)展步伐的加快, 對(duì)電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)較大影響。從當(dāng)前電牽引傳統(tǒng)系統(tǒng)中電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)際看, 無(wú)論在穩(wěn)壓電源或主傳動(dòng)與輔助傳動(dòng)系統(tǒng)方面均取得理想效果, 對(duì)促進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)化、傳動(dòng)裝置改進(jìn)以及交流試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)展等均有一定作用。本次研究將對(duì)電力牽引系統(tǒng)做簡(jiǎn)單介紹, 分析電力電子技術(shù)的應(yīng)用及其影響。

　　關(guān)鍵詞：電牽引傳動(dòng)系統(tǒng); 電力電子技術(shù); 影響;

　　電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)近年來(lái)發(fā)展中, 更注重能耗的控制與機(jī)車(chē)調(diào)節(jié)性能的提高, 而該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)很大程度上依賴(lài)電力電子技術(shù)�；仡欕姞恳齻鲃�(dòng)系統(tǒng)發(fā)展歷程, 電力電子技術(shù)均扮演關(guān)鍵性角色。因此, 本文對(duì)電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展中電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究, 具有十分重要的意義。

　　1 電力牽引系統(tǒng)相關(guān)概述

　　關(guān)于電力牽引系統(tǒng), 首次應(yīng)用可追溯至1879年, 由德國(guó)開(kāi)通第一列電牽引傳動(dòng)車(chē), 盡管其功率僅保持為10k W, 但載客量極高。隨后在電力電子技術(shù)推動(dòng)下, 電牽引系統(tǒng)逐漸完善, 如交直流電傳動(dòng)機(jī)車(chē)、硅整流器電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)車(chē)等。我國(guó)在電力牽引系統(tǒng)應(yīng)用方面, 最初于1958年6Y1型電力機(jī)車(chē)的誕生, 后經(jīng)過(guò)不斷完善, 引入較多如級(jí)間晶閘管相空調(diào)壓技術(shù)、逆變器開(kāi)關(guān)器件等, 電力牽引技術(shù)真正走入到交流傳動(dòng)時(shí)代中。

　　2 電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用分析

　　2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

　　電牽引系統(tǒng)中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展很大程度受電力電子技術(shù)影響, 如許多電力電子器件引入后均使主傳動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)生一定變化, 包括普通晶閘塊、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管、大功率硅二極管、集成門(mén)極換流晶閘管與絕緣柵雙極型晶體管等。以門(mén)極換流晶閘管IGCT為例, 集成GCT器件與硬驅(qū)動(dòng)電路, 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)極為明顯, 表現(xiàn)為:

　　(1) 優(yōu)化設(shè)計(jì)門(mén)極封裝結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)單元, 使陰極回路、門(mén)極回路內(nèi)雜散電感降低;

　　(2) 通態(tài)損耗控制, 由N緩沖層穿過(guò)后將陽(yáng)極結(jié)構(gòu)穿透, 降低硅片厚度, 使器件通態(tài)損耗得到明顯控制;

　　(3) 電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化, 由于該器件將反響續(xù)流二極管集成于芯片內(nèi), 使電路結(jié)構(gòu)整體得到優(yōu)化, 即使與GTO比較, IGCT牽引變流器結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單。

　　2.2 輔助傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

　　電力電子技術(shù)未引入到電牽引傳統(tǒng)系統(tǒng)輔助系統(tǒng)前, 更傾向于以異步旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)作為系統(tǒng)電源, 應(yīng)用過(guò)程中要求采用分相起動(dòng)方式, 取電力電容器并聯(lián)設(shè)置在電動(dòng)相與發(fā)電相之間, 輔助系統(tǒng)負(fù)載變化直接決定電容器數(shù)量的應(yīng)用, 且因三相輸出電壓不平衡, 很可能導(dǎo)致器件被燒損。而在電力電子技術(shù)應(yīng)用下, 最初為改變旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)問(wèn)題, 引入靜止劈相機(jī), 其優(yōu)勢(shì)在于借助三相逆變器保證三相電壓的穩(wěn)定。自90年代以后, IGBT逆變器器件逐漸被引入到輔助系統(tǒng)中, 如該期間內(nèi)600V至100V DC/DC變換器, 極大程度上提升輔助系統(tǒng)應(yīng)用性能。

　　2.3 電路穩(wěn)壓電源控制應(yīng)用

　　電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用, 主要表現(xiàn)在大功率電子器件應(yīng)用方面, 許多直流穩(wěn)壓電源在輔助電路、控制電路中均極為常見(jiàn)。以地鐵動(dòng)車(chē)組為例, 通過(guò)開(kāi)關(guān)電源方式獲取直流穩(wěn)壓電源, 再如電力機(jī)車(chē), 晶閘管相控整流能夠滿(mǎn)足牽引變壓器運(yùn)行要求。盡管開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是獲取電壓的主要方式, 其相比輔助系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)電路變流器, 功率相差較多, 但仍將電力電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)充分體現(xiàn)出來(lái)。

　　3 電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展受電力電子技術(shù)影響分析

　　3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)化

　　電力電子技術(shù)推動(dòng)下, 使電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸以交流傳動(dòng)取代原有的直流傳動(dòng), 極大程度上優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)性能。從交流傳動(dòng)方式的優(yōu)勢(shì)看, 主要表現(xiàn)為:

　　(1) 運(yùn)行性能突出, 如異步電動(dòng)機(jī), 有重量輕、體積小特點(diǎn), 持續(xù)功率較大, 同時(shí)在起動(dòng)力上較高, 表現(xiàn)為靜止?fàn)顟B(tài)下可實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)轉(zhuǎn)矩, 對(duì)于重載或復(fù)雜條件啟動(dòng)要求均能滿(mǎn)足。另外, 恒功率區(qū)寬優(yōu)勢(shì)較為明顯, 交流傳動(dòng)相比直流傳動(dòng), 恒功率區(qū)寬主要表現(xiàn)在最高、額定速度比值優(yōu)化;

　　(2) 節(jié)能效果明顯, 如對(duì)比內(nèi)燃直流傳動(dòng), 在燃料節(jié)約效果上極為明顯, 且因機(jī)車(chē)效率、電機(jī)效率均提高, 能夠取得明顯的節(jié)能效果;

　　(3) 運(yùn)營(yíng)成本降低, 由于交流傳動(dòng)下有明顯的再生制動(dòng)效果, 且減少有觸點(diǎn)電器, 使易損部件數(shù)量得到控制, 降低運(yùn)營(yíng)成本。

　　3.2 傳動(dòng)裝置改進(jìn)

　　電力電子技術(shù)發(fā)展下, 強(qiáng)調(diào)在相關(guān)器件的性能與容量上不斷提高, 改進(jìn)封裝模式, 加之單元模塊化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用, 更能使傳動(dòng)裝置得到改進(jìn)。如器件性能、容量提高下, 可簡(jiǎn)化主電路結(jié)構(gòu), 以IGBT的應(yīng)用為例, 將主電路吸收電路省去, 優(yōu)化主電路結(jié)構(gòu)。從封裝模式改進(jìn)看, 因電牽引傳動(dòng)列車(chē)運(yùn)行中需做制動(dòng)、加速等, 所以牽引變流器應(yīng)適應(yīng)不同工作電流的變化。而該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要求在器件封裝形式上完善, 如對(duì)器件銅基板以AISi C基板取代, 使負(fù)載循環(huán)狀態(tài)下不同構(gòu)件間的焊接疲勞破壞問(wèn)題得以解決。另外, 技術(shù)發(fā)展背景下, 逐漸提出功能單元模塊化設(shè)計(jì)方法, 針對(duì)以往電器運(yùn)行中電磁干擾問(wèn)題, 要求在應(yīng)用抗干擾措施的同時(shí), 輔以功能分離、功能分塊方式, 這些均可反映出功能模塊化技術(shù)取得突破性的發(fā)展。

　　3.3 交流試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)展

　　電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的發(fā)展極大程度上帶動(dòng)交流傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。目前我國(guó)已完成多種類(lèi)型交流試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建, 如能量消耗式、能量反饋式, 雖然系統(tǒng)運(yùn)行中仍有一定的不足, 但許多試驗(yàn)要求均可滿(mǎn)足。有研究中也提及, 在交流試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)展中, 也可借助電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)互饋式交流傳動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建, 其構(gòu)成以電動(dòng)機(jī)、雙逆變器為主, 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯。此外, 電力電子技術(shù)發(fā)展下所帶來(lái)對(duì)影響也表現(xiàn)在器件發(fā)展層面, 較多電傳動(dòng)系統(tǒng)器件類(lèi)型已被引入, 更有助于電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

　　4 結(jié)論

　　電力電子技術(shù)是電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的主要技術(shù)支撐。實(shí)際引入電力電子技術(shù)中, 應(yīng)正確認(rèn)識(shí)電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展歷程, 分析電力電子技術(shù)在其中的應(yīng)用表現(xiàn), 包括主傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助傳動(dòng)系統(tǒng)以及電路穩(wěn)壓電源控制等, 充分利用其實(shí)現(xiàn)優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)性能、改進(jìn)裝置等, 使電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)整體性能進(jìn)一步提高。

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