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        铁路机车牵引电传动的技术变革历程

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        铁路机车牵引电传动的技术变革历程

        发布日期:2019-05-14 作者: 点击:

        200多年前发明的蒸汽机车是通过燃煤烧水产生蒸汽来推动活塞往复运动来驱动机车前进的,能源利用效率不足10%,牵引功率较小,因此已经完成其使命进了历史博物馆。


        从上上世纪开始,人们就一直努力地探索着机车牵引动力系统的电传动技术。1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。1891年西门子试验了由三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车,1917年德国又试制了采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。


        这些技术探索终因系统庞杂、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。


        铁路机车牵引电传动的技术变革历程

        机车牵引电传动系统的基本任务是通过机电能量转换,达到传动装置调速或位置控制的目的。其本质是给电动机提供合适的电能,使电动机在合理的工况和牵引特性条件下实现电能与机械能的转换。因此,电传动系统技术性能主要取决于电机和变流装置的性能。电机是电能与机械能能量转换的主体,而变流装置则是实现电能变换的主体,因此电力电子器件就是变流装置的物质基础。


        1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器(即普通晶闸管)的发明,标志着电力牵引跨入了电力电子时代。1965年,晶闸管整流器机车问世,全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮,使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革。


        20世纪70年代,采用异步交流传动系统的DE-2500内燃机车问世,交流传动在牵引领域展现出前所未有的优越性。


        20世纪80年代以前,在机车牵引领域应用的电力电子变流装置,主要是直流传动系统中的整流器和斩波器以及辅助传动系统的辅助变流器,所用的电力电子器件主要是晶闸管,因为其它电力电子器件如GTR、MOSFET的电压与功率定额不能满足铁路领域的应用。


        进入20世纪80年代以后,随着机车技术的发展,交流传动技术日趋成熟,电力电子器件也发展到一个新的水平。在机车牵引领域应用的电力电子装置主要包括:整流器、斩波器、电力制动、逆变器以及辅助传动系统的变流器。这一时期在这些应用领域采用的电力电子器件主要是晶闸管和GTO。 GTO以全控型高压大功率器件的身份首次出现在铁路牵引领域。


        20世纪90年代以后,交流传动在电力机车、内燃机车及电动车组上得以大量应用,电力半导体在机车牵引领域中有了更广阔的应用。这一时期在牵引领域中主要采用的是GTO和IGBT。


        以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型器件已经异军突起,把MOSFET的驱动功率小,开关速度快的优点和GTR通态压降小,载流能力大的优点集于一身,性能十分优越,虽然20世纪80年代后期,IGBT已成为现代电力电子技术的主要器件,但这时它的电流电压定额还不能满足铁路电传动的需要。


        2000年以前,对大功率的电力机车及内燃机车而言,GTO仍占据主导地位。如法国的TGV、德国的ICE高速列车以及美国的大功率内燃机车等。而在中小功率的机车、城市有轨电车、动车及地铁等领域,IGBT则愈来愈显示出其卓越的性能。


        2000年以后,随着IGBT器件性能的改进,在大功率电力机车和高速动车组上, IGBT器件占据了统治地位,获得了空前的应用。


        纵观铁路牵引领域传动技术的变革,可以说正是电力电子器件的进步推动了铁路牵引电传动技术的升级换代,一代电力电子器件造就一代铁路变流器产品。


        本文网址:http://www.ams-medic.com/news/405.html

        关键词:蒸汽机车,城市有轨电车,整流器

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