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電牽引傳動(dòng)系統中電力電子技術(shù)的應用分析論文
摘要：伴隨電力電子技術(shù)發(fā)展步伐的加快, 對電牽引傳動(dòng)系統發(fā)展帶來(lái)較大影響。從當前電牽引傳統系統中電力電子技術(shù)應用實(shí)際看, 無(wú)論在穩壓電源或主傳動(dòng)與輔助傳動(dòng)系統方面均取得理想效果, 對促進(jìn)傳動(dòng)系統性能優(yōu)化、傳動(dòng)裝置改進(jìn)以及交流試驗系統發(fā)展等均有一定作用。本次研究將對電力牽引系統做簡(jiǎn)單介紹, 分析電力電子技術(shù)的應用及其影響。
關(guān)鍵詞：電牽引傳動(dòng)系統; 電力電子技術(shù); 影響;
電牽引傳動(dòng)系統近年來(lái)發(fā)展中, 更注重能耗的控制與機車(chē)調節性能的提高, 而該目標的實(shí)現很大程度上依賴(lài)電力電子技術(shù)�；仡欕姞恳齻鲃�(dòng)系統發(fā)展歷程, 電力電子技術(shù)均扮演關(guān)鍵性角色。因此, 本文對電牽引傳動(dòng)系統發(fā)展中電力電子技術(shù)的應用研究, 具有十分重要的意義。
1 電力牽引系統相關(guān)概述
關(guān)于電力牽引系統, 首次應用可追溯至1879年, 由德國開(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, 電牽引系統逐漸完善, 如交直流電傳動(dòng)機車(chē)、硅整流器電傳動(dòng)系統動(dòng)車(chē)等。我國在電力牽引系統應用方面, 最初于1958年6Y1型電力機車(chē)的誕生, 后經(jīng)過(guò)不斷完善, 引入較多如級間晶閘管相空調壓技術(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)系統中電力電子技術(shù)的應用分析
2.1 主傳動(dòng)系統應用
電牽引系統中主傳動(dòng)系統的發(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器件與硬驅動(dòng)電路, 應用優(yōu)勢極為明顯, 表現為:
(1) 優(yōu)化設計門(mén)極封裝結構、驅動(dòng)單元, 使陰極回路、門(mén)極回路內雜散電感降低;
(2) 通態(tài)損耗控制, 由N緩沖層穿過(guò)后將陽(yáng)極結構穿透, 降低硅片厚度, 使器件通態(tài)損耗得到明顯控制;
(3) 電路結構優(yōu)化, 由于該器件將反響續流二極管集成于芯片內, 使電路結構整體得到優(yōu)化, 即使與GTO比較, IGCT牽引變流器結構也較為簡(jiǎn)單。
2.2 輔助傳動(dòng)系統應用
電力電子技術(shù)未引入到電牽引傳統系統輔助系統前, 更傾向于以異步旋轉劈相機作為系統電源, 應用過(guò)程中要求采用分相起動(dòng)方式, 取電力電容器并聯(lián)設置在電動(dòng)相與發(fā)電相之間, 輔助系統負載變化直接決定電容器數量的應用, 且因三相輸出電壓不平衡, 很可能導致器件被燒損。而在電力電子技術(shù)應用下, 最初為改變旋轉劈相機問(wèn)題, 引入靜止劈相機, 其優(yōu)勢在于借助三相逆變器保證三相電壓的穩定。自90年代以后, IGBT逆變器器件逐漸被引入到輔助系統中, 如該期間內600V至100V DC/DC變換器, 極大程度上提升輔助系統應用性能。
2.3 電路穩壓電源控制應用
電牽引傳動(dòng)系統中電力電子技術(shù)的應用, 主要表現在大功率電子器件應用方面, 許多直流穩壓電源在輔助電路、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壓電源, 再如電力機車(chē), 晶閘管相控整流能夠滿(mǎn)足牽引變壓器運行要求。盡管開(kāi)關(guān)穩壓電源是獲取電壓的主要方式, 其相比輔助系統、主傳動(dòng)系統電路變流器, 功率相差較多, 但仍將電力電子技術(shù)的應用優(yōu)勢充分體現出來(lái)。
3 電牽引傳動(dòng)系統發(fā)展受電力電子技術(shù)影響分析
3.1 傳動(dòng)系統性能優(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)系統性能。從交流傳動(dòng)方式的優(yōu)勢看, 主要表現為:
(1) 運行性能突出, 如異步電動(dòng)機, 有重量輕、體積小特點(diǎn), 持續功率較大, 同時(shí)在起動(dòng)力上較高, 表現為靜止狀態(tài)下可實(shí)現滿(mǎn)轉矩, 對于重載或復雜條件啟動(dòng)要求均能滿(mǎn)足。另外, 恒功率區寬優(yōu)勢較為明顯, 交流傳動(dòng)相比直流傳動(dòng), 恒功率區寬主要表現在最高、額定速度比值優(yōu)化;
(2) 節能效果明顯, 如對比內燃直流傳動(dòng), 在燃料節約效果上極為明顯, 且因機車(chē)效率、電機效率均提高, 能夠取得明顯的節能效果;
(3) 運營(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, 使易損部件數量得到控制, 降低運營(yíng)成本。
3.2 傳動(dòng)裝置改進(jìn)
電力電子技術(shù)發(fā)展下, 強調在相關(guān)器件的性能與容量上不斷提高, 改進(jìn)封裝模式, 加之單元模塊化設計方法的應用, 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)化主電路結構, 以IGBT的應用為例, 將主電路吸收電路省去, 優(yōu)化主電路結構。從封裝模式改進(jìn)看, 因電牽引傳動(dòng)列車(chē)運行中需做制動(dòng)、加速等, 所以牽引變流器應適應不同工作電流的變化。而該目標的實(shí)現要求在器件封裝形式上完善, 如對器件銅基板以AISi C基板取代, 使負載循環(huán)狀態(tài)下不同構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計方法, 針對以往電器運行中電磁干擾問(wèn)題, 要求在應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 交流試驗系統發(fā)展
電牽引傳動(dòng)系統中電力電子技術(shù)的發(fā)展極大程度上帶動(dòng)交流傳動(dòng)系統的發(fā)展。目前我國已完成多種類(lèi)型交流試驗系統的構建, 如能量消耗式、能量反饋式, 雖然系統運行中仍有一定的不足, 但許多試驗要求均可滿(mǎn)足。有研究中也提及, 在交流試驗系統發(fā)展中, 也可借助電力電子技術(shù)實(shí)現互饋式交流傳動(dòng)試驗系統的構建, 其構成以電動(dòng)機、雙逆變器為主, 應用優(yōu)勢更加明顯。此外, 電力電子技術(shù)發(fā)展下所帶來(lái)對影響也表現在器件發(fā)展層面, 較多電傳動(dòng)系統器件類(lèi)型已被引入, 更有助于電牽引傳動(dòng)系統的整體優(yōu)化。
4 結論
電力電子技術(shù)是電牽引傳動(dòng)系統發(fā)展的主要技術(shù)支撐。實(shí)際引入電力電子技術(shù)中, 應正確認識電牽引傳動(dòng)系統發(fā)展歷程, 分析電力電子技術(shù)在其中的應用表現, 包括主傳動(dòng)系統、輔助傳動(dòng)系統以及電路穩壓電源控制等, 充分利用其實(shí)現優(yōu)化傳動(dòng)系統性能、改進(jìn)裝置等, 使電牽引傳動(dòng)系統整體性能進(jìn)一步提高。
參考文獻
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