交流电力传动技术的现状和发展概论

交流电力传动技术的现状和发展

内容摘要

为了资源能效并保护环境，实现高速和重载运输，促进国民经济的可持续发展，在轨道交通运输领域，具有优异运行性能和显著节能效果的电力牵引交流传动系统应用越来越普遍，而交流传动传动控制技术是高速和重载车辆必须的技术配置，是高速铁路和重载货运发展的基础，也已成为衡量一个国家铁路技术水平的重要标志。

本论文从电力牵引交流传动系统的基本结构出发，大致介绍了国内外交流电力传动技术的发展历程，详细分析了系统核心部件牵引变压器、变流器、牵引电动机以及对之进行控制的控制系统的的研究现状和发展历程，最后研究了我国的交流传动控制技术发展及未来展望。

关键词：交流传动与控制结构与原理现状与发展

ABSTRACT

In order to improve the efficiency of resource，protect the environment，realize the high-speed and heavy transportation，and promote the sustainable development of domestic economy，in the area of rail transportation，the electric traction AC drive system，which has excellent core component and eminent effect of energy-saving，is being increasingly prevalent applied in practical condition .Meanwhile，AC drive control technology，a imperative technology about high-speed and heavy transportation and a fundamental of high-speed train and heavy freight transportation，becomes a significant sign to judge a country’s ability of transportation.

This essay is base on the basic structure of electric traction AC drive system，and，roughly，introduces the development about electric traction AC drive system all over the world . also，it explicitly analyses the core components，including transformer, converter, and traction motor，and the related current research and development about its control system. At last，it discusses the development and prospect about AC drive control technology in our country.

KEY WORDS: AC drive and control structure and principle current status and development

目录

引言 (4)

一、电力传动控制系统的基本结构和工作原理 (4)

二、牵引变压器 (5)

2.1发展历程 (5)

2.2变压器铁心及绕组结构的技术现状 (6)

2.3发展展望 (7)

三、变流器 (8)

3.1变流器的发展 (8)

3.2交流传动牵引变流器的技术现状 (9)

3.3发展展望 (9)

四、牵引电动机 (10)

4.1发展背景 (10)

4.2发展历程 (10)

4.2未来展望 (12)

五、控制系统 (13)

5.1机车交流传动控制系统的发展 (13)

5.2机车交流传动系统的现状 (14)

六、我国交流电力传动的展望 (15)

交流电力传动技术的现状和发展

铁道牵引电传动技术是牵引动力设备的核心技术，其发展目标一直是致力于改善机车牵引和电制动性能，提高运用可靠性和能源的有效利用率，减少对环境的影响，降低运营成本，更好地满足铁路运输市场的需求。自上世纪50年代末，我国第1台干线电力机车问世至今，我国机车电传动技术随着电力电子和功率电力电子器件技术的发展和应用，经历了从第1代SS1型电力机车的低压侧调压开关调幅式的有级调压调速技术，到第2代的SS3型电力机车调压开关分级与级间晶闸管相控平滑调压相结合的调压调速技术，再到第3代的SS4～SS9型电力机车的多段桥晶闸管相控无级平滑调压调速技术，直到全新一代的“和谐”型交流传动机车的跨越式发展历程。近20年来, 随着微电子技术和计算机应用技术的迅猛发展, 国际上从事电力机车制造业的各大公司纷纷加大对电力机车控制技术的投入, 使这一称之为机车“大脑”和“神经”的技术不断得到更新、优化。我国在这一领域的研究起步较晚, 但通过走独立自主研究开发与引进国外先进技术相结合的技术路线, 已成功地在技术上走过了第一代模拟控制、第二代数模混合控制阶段, 进入了以计算机技术为主体的第三代控制技术阶段。

国内外在发展机车传动控制的过程中，机车传动方式从液力传动发展至以电力传动为主，并且电力传动形式也在人类的探索中不断改变，从直流—直流到交流—直流，再到交流—直流—交流。为了满足对效率的追求，而逐渐演变成了对交流传动机车的研究。

一、电力传动控制系统的基本结构和工作原理

电力机车牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电气设备）、牵引变压器、脉冲整流器、牵引逆变器和牵引电机等组成。

1.1牵引变流器

采用新型大功率半导体器件，从最早的晶体管发展到GTO、IGBT、IPM，以至于IGCT。牵引变流器发展的目标是小型化、轻量化、节能、环保、可靠和经济适用。随着变流器的模块化、系列化和小型化，出现了将牵引变流器与辅助变流器和列车供电变流器统筹考虑、集成设计、制造的新态势。牵引变流器的冷却是另一项关键技术，它要求冷却效率高、体积小、易于维修、不污染环境，目前的