浅析电力机车电力牵引传动系统的工作原理及特点

浅析电力机车电力牵引传动系统的工作原理及特点

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，电力行业有了很大进展。本文通

过分析电力电子技术的发展状况，再结合电力电子技术在我国电力机车牵引电传

动系统中的应用情况，指出了宽禁带半导体技术是今后从事电力电子技术研究的

重要方向，并提出了继续探究优化改型IGBT和SiC功率器件在电力机车上的应用

研究，对促进我国电力机车的发展具有重大意义。

关键词：电力电子技术；电力机车；牵引电传动系统

引言

重视电力牵引传动与控制技术的现状与发展探讨，有利于提高这些技术的实

际利用效率，充分发挥各技术实际应用中的作用，保持不同应用领域的良好服务

水平。因此，需要从不同的方面对电力牵引传动与控制技术的现状进行深入分析，了解相关设备的优势及应用价值，促使该技术作用下我国机车电力牵引系统能够

长期处于稳定的发展状态，优化交流传动系统服务功能。

1现代化电力电子技术

20世纪80年代初期，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）的出现把电力电子

技术的应用带入高频及中大功率领域。IGBT具有较高综合性能，开关频率方面，

一般可达10kHz至20kHz，小功率的甚至高达100kHz；电压等级方面，最高电压

已达到6500V，该电压下的电流可达750A，1700V电压等级的电流可达2400A；

温度方面，最高可达175℃。开关器件的高频化也促进了电感器件体积的成倍缩小。大中型功率高频IGBT的发展持续促进着电力电子设备朝轻重量、小体积、高效能方面发展，再结合日益进步的微处理芯片技术，现代电力电子技术已实现了

全控化、集成化、高频化、控制技术数字化和电路形式弱电化，应用场合越来越

广泛。由于负载对供电电能的质量要求越来越高，科研工作者还在不断进行IGBT

改型研究。经过多年应用发展Si器件为基础的电力电子技术相当成熟，Si器件在

开关频率、通态压降以及结温等性能指标上难以继续提升，发展空间较小。新一

代宽禁带半导体材料（如碳化硅）的电力电子器件具有比硅器件高得多的耐受高

电压的能力、低得多的通态电阻、更好的导热性能和热稳定性以及更强的耐受高

温和射线辐射的能力等。当前宽禁带半导体器件的发展一直受制于材料的提炼、

制造以及半导体的制造工艺水平，尚处于起步阶段。

2科学技术的不断更新，体现了交流电动机作为牵引电机的价值所在（1）相对而言，交流电动机的体积小，正常工作功率大，避免了其安装过程中占据过大的空间。同时，交流电动机质量轻的优点也为机车轮轨力提高带来了

积极影响，促使设备能够在高速度、大功率的要求下进行正常工作，提高牵引电

机运行效率的同时有利于扩大其实际的应用范围。（2）结合当前交流电动机的

实际应用概况，可知其速度变化范围大，自身的组成结构决定了该电动机具有良

好的功率；有利于提升通用式机车实际应用中的服务水平。（3）由于交流电动

机设计与制造中并未设置换向器及其它易损设备，使得该电机使用中确保了牵引

传动系统运行稳定性，降低了系统故障发生率，促使系统维护成本得以控制在合

理的范围内。（4）各种技术支持下生产制造得到的交流电动机，使用中牵引性

能显著，在复杂的环境应用中工作效率很高，确保了牵引力系统控制作用的充分

发挥。在性能可靠的电力电子开关及晶闸管整流装置工艺支持下，保持了直流传

动系统良好的应用效果。同时，通过对结构性能良好的快速晶闸管的合理运用，

为牵引电机出现打下了坚实的基础。随着时间的推移，电力牵引传动与控制技术