《牵引传动技术应用问题研究7800字（论文）》

牵引传动技术在电力机车中的应用及优化研究目录TOC\o"1-3"\h\u12476第一章绪论 第一章绪论1.1研究目的及意义在城市体量不断增大的背景下，人们对于交通运输的需求也随之增长，随着我国轨道交通及电力技术的高速发展，牵引传动技术在电力机车发展中发挥的作用尤为凸显。牵引传动系统是电力机车控制系统中的核心，近年来，国内外专家学者对牵引传动技术展开了一系列研究与探索，牵引传动技术在电力机车发展中日益成熟，列车牵引的稳定性、响应性、可靠性等性能大幅提升[1]。但在实际应用中电力机车的牵引传动技术同样存在着一些问题，如故障率、节能性等技术问题；行业标准、研发机构等管理问题，人才引进问题及流程可行性等问题都是目前电力机车牵引传动技术发展面临的主要问题[2]。因此，本文的研究目的在于设计可行性方案以优化牵引传动技术在电力机车中的应用，解决技术难题，响应国家号召，提升牵引传动系统的节能性、稳定性，为电力机车发展提供有力保障。随着我国电力机车事业发展进入全盛阶段，对于列车的动力系统也提出了新的要求，是否拥有成熟的牵引传动技术，已经成为衡量一个国家铁路技术水平的重要标志[3]。由此可见，以电力机车为主要目标，研究牵引传动技术的应用及创新发展具有十分重要的现实意义。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状BBC公司提出了基于感应电机作为牵引电机的交流传动技术。到1980年代，这项技术被安装在120辆电力机车的原型上，60辆这种类型的机车被批量生产[4]。此技术已被丹麦国家铁路公司的EA3000机车和一些德国铁路公司的ICE1高速列车采用。从那时起，西门子和庞巴迪(ABB)开发了一种GTO转换器，可用于218kV的中间电路电压。然而，随着近年来技术的不断进步，GTO技术开始退居幕后[5]。目前，国外牵引传动主要零部件的生产水平不高，国外公司如西门子、庞巴迪（ABB）、三菱、日立等，以形式供应这些主要零部件完整的生产线。为了保护垄断和相关技术，外国公司迫使我们在研发过程中依赖进口，特别是在设备领域。如何提高我国电力机车装备技术水平，获得自主知识产权，成为牵引控制的关键技术。我国电力机车自主发展是一个亟待解决的重大问题[6]。1.2.2国内研究现状与国外在牵引传动技术领域的研究相比，我国在该领域的研究起步较晚。80年代初，交流电力机车的国际研究和应用进入商业化阶段，技术成熟[7]。我国已研制出交流1000千瓦电力牵引传动系统。冷变频器、异步牵引电机、卧式牵引变压器和微机/模数机车控制系统等技术是我国电力牵引技术史上的里程碑[8]。2000年，“熊猫号”高速交流电力机车、建健高速电动车在我国诞生。随着这一革命性的发展，我国铁路机车也进入了现代高科技产业[9]。同时，我国在单轴功率300kW的快速、分散式交流传动器的研制方面也取得了长足的进步。从那时起，在直接转矩控制系统、2,800kVA水冷GTO转换器和中功率IGBT的开发方面取得了重大创新[10]。近年来，我国通过合作实施，引进了国外一些成熟的零部件和系统，成功研制了多套牵引传动系统，在牵引传动技术的开发和应用方面积累了丰富的经验。这将有助于提高我国电力机车牵引传动系统的集成能力[11]。1.3研究方法（1）文献研究法。该方法主要是对公开发表的文献资料进行系统的搜集、分析和整理，在文献中获取有效信息。本研究通过查阅电力机车及牵引传动技术方面的文献，对研究现状、相关概念和理论进行归纳。广泛搜集相关文件、报告、会议资料等，以研究电力机车牵引传动技术的现状和问题。（2）综合分析法。本研究主要尝试运用了归纳分析、比较分析和概念解释相结合的方法，深入研究牵引传动技术，提出优化方案。第二章相关概念与理论基础2.1牵引传动的组成交流电力机车牵引传动装置主要包括受电弓、主开关、主变压器、主变流柜、牵引电机等设备。图1牵引传动系统的结构简图2.1.1受电弓受电弓是电力机车的重要电气部件。与汽车网络的直接接触通过电气设备的架空网络向机车供电。受电弓移动时，从动气缸始终提供压缩空气，以确保标点图与气路之间的可靠接触。受电弓根据电源线的高度而变化。如果气压过低，则一台机器的功耗将非常高。另一方面，瞬时离线电弧影响正常功耗，使滑板和接触线之间的表面光滑，导致接触线和接触线之间由于接触电阻增加而产生高温。如果空气压力过高，机械摩擦和磨损增加，影响顶置板和滑板的使用寿命。因此，受电弓接触滑板的控制压力被认为是受电弓保护的主要研究课题。2.1.2主变压器主变压器运行时采用单相交流电。根据法拉第电磁感应定律，变压器铁芯在铁芯中产生磁场和磁涡流并产生热量。线圈和铁芯产生的热量必须随时间消散。否则，如果变压器仍在工作，则会产生涡流。因此，为了保证交流电力机车主变压器的正常可靠运行，有必要采用特殊的冷却方式对主变压器进行冷却，并对循环油冷却器进行强制冷却。整个变压器绕组浸在装满矿物油的油箱中。如果主变压器未冷却，则热量通过强制循环的闭环从主变压器排出。正确地说，变压器内部过热，影响或损坏线圈之间的绝缘，导致线圈和变压器之间的绝缘击穿或整个变压器爆炸，导致严重的冷却损坏。主变压器绝缘是变压器保护领域的一个重要课题。2.1.3主变流器主变柜内逆变模块采用高频IGBT开关元件，在运行过程中会产生一定的热量。如果温度过高，可能会超过最大值。在设计机车保护系统时，机车主变压器系统必须配备专用冷却系统，以确保主变压器系统的安全运行。还应考虑制冷系统的正常运行。2.1.4牵引电机牵引电机是电力机车实现电能和机械能转换的重要部件。电机过热时，绝缘会迅速老化，变得脆弱，绝缘损耗大，这将大大降低机车运行的安全性。大大提高了发动机的使用寿命，防止发动机温度超过额定值，影响发动机的正常运行和使用寿命，从而保护和监测发动机温度。此外，必须充分保护机车的运行速度。机车实际运行速度不过高，不超过机车设计速度，不干扰机车运动部件，正常运行牵引力低。驾驶会损坏机车，造成严重事故。2.1.5辅助变压器由于辅助变压器容量和体积较小，直接转换成开关柜存放在机车室。主变压器主要采用辅助变压器作为主变压器。机车辅助变压器的热保护一般分为两步。当设定值为1级报警时，温度继续上升至2级报警点，触发2级报警并断开辅助变压器。2.1.6主断路器主开关本身的保护主要体现在主辅触点的可靠性上。例如，主开关外壳被堵塞和损坏。2.2牵引传动技术原理电力机车由机械部件（包括车体和转向架）、电气部件和风道系统组成。车身结构是电力机车的骨架，空间结构复杂，主要由钢板和V型梁焊接而成。电力机车的机电设备大多安装在车体上。电力机车由大量触点供电，机车上的触点电路布置在电力机车的顶部，用于控制机车。在升降过程中，摩擦通过接触网滑动，通过机车开关将动力传递给机车。2.3牵引传动技术的特点与优势2.3.1特点分析牵引传动系统的主要特点是：（1）采用传统的网络结构。每个受电弓后面都会安装一个开关，以确保机车的安全运行。接地开关和接地开关集成在一起，适用于高压天花板，确保工人安全。配备高压干式变压器，全隔离高压变压器。（2）主驱动系统采用AC-DC-AC结构，整流电路采用四方PWM，可同步处理电流和电压，具有提高力因数阻力的优点。降低空调电流。无论牵引和后坐力模式如何，后坐力制动技术在额定工况下都能达到0.98以上的功率。（3）采用短轴控制方式。牵引变流器上交直流的六个支路由主变压器的六个牵引绕组控制。一组或某支电机从交流转直流出现故障，将对机车的运行产生不利影响，因为如果失去连接，其牵引力将会损失1/6。（4）二次滤波器去掉了电感和电容，降低了变压器和转换器的质量和重量。二级滤波器的省略，预示着机车换向器的发展方向。（5）间接矢量控制技术引用。2.3.2优势分析发达国家已经进入大规模的轨道交通系统，交流传动技术的研发得到更新，全面完成了交流传动汽车的评价技术。交流传动技术已经取代直流传动产业，形成了新的干线，标志着电力机车的现代化和铁路管理的快速发展。第一代内燃机车电力电子核心技术采用高速晶闸管变压器，设计复杂，效率低，可靠性和可维护性差。自20世纪80年代进入市场以来，高性能交流传动系统迅速应用于机车。为了提高机车的生产效率，90年代采用高压IGBT器件来提高功率转换效率。三相传动控制技术也是控制技术发展的基础。目前主要有晶闸管移相控制、PWM脉冲控制、四象限开关控制等。随着微电子和信息通信技术的进步，控制单元已由模拟电路和数字电路转变为复杂的控制电路，最新的网络控制模块也提高了单片机的运行质量，并进一步发展了8位，32位和64位浮点操作程序。各种技术的进步将大大提高单片机的运算能力。系统采用最新的电气电子设备，引进基于技术创新的交流牵引电机系统。新技术带来更多好处，例如：（1）四象限开关变换器在机车上得到了广泛地应用，大大降低了电网中的谐波功率，改善了电能质量，提高了信号通信的抗干扰能力（2）交流传动可以实现城市电能的高效转换，减少城市电能损耗，实现多方向反馈，提高城市电能质量；节能效果好。（3）机车前后牵引制动过程无需切换，位置开关可通过主电路切换，整个系统简单可靠。第三章牵引传动技术在电力机车中的应用与发展3.1电力机车牵引传动技术发展历程牵引传动技术的进步与电子技术的发展密切相关。自1960年代以来，随着下一代电力机车驱动系统的出现，电子耦合器的发展速度超过了晶体管（SCR）、功率晶体管（GRT）、晶闸管（GTO）和集成栅极晶闸管（IGCT）。隔离的闭合双极晶体管（IGBT）提高了牵引系统的驱动电压、电流和开关频率，降低了牵引系统的功耗，支持了牵引系统的发展。直到1970年代后期，高速机车传动系统中普遍使用晶闸管，但晶闸管有以下缺点：（1）关断容量显著增加，一般在开关电流大于3~5时，网络传输电路复杂，传输功率高，（2）开关电路的精度很高，（3）开关频率低变压器组设计复杂，效率低，可靠性低，维护困难。针对上述缺点，可以采用两种创新的方式来改进晶闸管：一是生产晶闸管集成晶闸管开关，以及晶闸管结构的改进和技术创新。本设计的集成晶闸管整流器成本高、可靠性好，提高了晶闸管的性能，消除了开关吸收电路，采用电网控制技术强传输，增加了绝缘层，采用薄而透明的发射极取代原有的阳极短路结构，降低了硅片厚度和动态功耗。二是混合集成技术。不同器件可以相互结合、互补，形成端到端绝缘栅性能优异的新型器件。双极晶体管是场效应晶体管和双极晶体管的组合。开关频率可达几十kHz，避免了二次击穿、无功耗、电流饱和等问题。3.2牵引传动技术在电力机车中的应用我国电力机车传动系统的发展是一个不断完善和进步的过程。由于电力电子技术的不断创新，我国的电力机车发动机系统也取得了长足的进步。它经历了两个阶段：AC-DC传动系统和AC-DC交流传动系统。3.2.1在交直传动电力机车中的应用1958年，株洲电力机车厂成功建造了我国第一台机车6Y1型机车。1968年株洲电力机车厂研制成功SS1型电动车。从此，我国电力机车技术进入了交直流电站时代。1978年，株洲电力机车厂电力机车研究所研制成功SS3型电力机车用张力变压器。使用侧压控制开关改善牵引速度控制。同时，我国正在电力机车驱动系统中引入逐步电压调节。SS4型机车于1985年在我国研制成功，采用交直流相结合的无级调压方式。它是相控机车的典型代表。该系列机车采用整流、调压和交直流输电系统，这意味着我国电力机车交直流输电系统已进入成熟阶段。3.2.2在交直交传动电力机车中的应用随着电力电子、新设备、新控制技术的不断创新，我国电力机车技术先进，吸收变压器，自主开发GTO高性能机车和IGBT机车变流器。1995年，我国第一套1000kW交直流接地试验系统完成了主变闭锁晶闸管的研制，是2001年株洲机车交流传动机车研制项目的前期工作，株洲电力机车厂电气研究所研制成功的“奥星”型客运电力机车是中国第一台具有自主知识产权的交流电力机车。IGBT自1982年问世以来，经过近40年的发展和优化，在耐高压、大电流、低饱和电压、高频和可靠性等方面有了显著提升。在铁路领域，IGBT正在逐步取代GTO。在我国和谐系列电力机车中，采用IGBT构建多频交流机车电机，节能降耗，优化升级电力机车供电。谐波系列电力机车变流器采用PWM技术，功率因数远高于韶山电力机车，接近1.0。铁电机车谐波传动可以大大降低谐波电流互感器的负荷，改善架空线路的电能质量，提高牵引制动比。随着SiC电机的发展，SiC电机在电力机车传动系统中的应用日益普及。在传统的硅基电气器件中，SiC基电气器件提高了体积、重量、整体效率、系统谐波和系统效率。第四章牵引传动技术在电力机车应用中存在的问题4.1技术问题（1）显示设备与人机设计不符。例如，CTC/TDCS系统监控的可视性和屏幕信息的显示效果差，通信设备的清晰度不足。（2）控制单元的可用性差。可操作性意味着设备的硬件和软件设计应易于行车员使用。例如，高速列车行车员可以通过列车运行图系统读取基本图，调整列车运行计划并发布运输命令。如果控制设备可以执行此操作，则可操作性差会导致行车程序的缺陷操作，从而导致设备状态不安全，并可能损害运输操作的正常运行。（3）设备可靠性低。硬件安全是指硬件或软件系统在一段时间内正常运行的能力。设备及其部件的可靠性对其可靠性有显著影响，这些情况会影响列车员的判断。4.2管理问题管理缺陷可造成机车牵引传动的风险。这不仅包括人员管理，还包括系统内的设备和环境管理，通常包含以下三类情况：（1）人力资源管理人员管理主要包括系统中人员的选择和分配，计划系统以及培训和继续教育等。这些条件直接影响有关人员的技术质量，安全意识以及人员的心理和身体状况。（2）安全管理安全管理主要包括机车设备、安全控制、安全管理体系及其他相关系统的安全测试，相关操作规程的制定和审核，相关设备的测试收集、维修、保养和更换。（3）安全文化安全文化主要涉及安全与运输收益之间的平衡，以及与安全相关的信息的报告和反馈。及时了解牵引传动的安全状况和事故，可以为相关人员提供经验和教训，以防止发生类似的事故，根据安全生产的情况从经济上奖励相关人员，也有助于树立对安全生产的积极性。4.3流程问题机车的牵引传动还涉及到其他设备，例如列车控制系统服务器、车载系统、主机和联锁计算机等，均在室内运行，并且专业人员进行定期维护和维修工作。其中，危险设备的主要风险来源是室温、湿度和灰尘过多。例如，如果内部温度过高，CTC系统产生的热量不够，就会对列车的安全产生不利影响；如果空气太干燥，静电会引起火灾；司机和维修人员缺乏专业技能，缺乏安全知识和经验，会导致设备事故和环境风险，如司机使用不当、设备方式和维护不当。4.4人才问题（1）技术人员的专业技能和素质技术人员的专业技能和素质与某些操作技能并通过他们自己的学习和培训解决问题的能力有关。这种能力在很大程度上决定了技术人员对紧急情况的反应程度。（2）技术人员的专业经验工作经验代表技术人员熟悉设备条件和工作流程，执行计划任务的能力以及相关程序的使用。经验丰富的技术人员通常可以从系统和环境中快速检索信息并执行相关任务。另外，有经验的人员比在任务执行的速度和质量方面经验不足的人员具有某些优势。第五章电力机车牵引传动技术应用优化方案5.1引入信息系统，强化技术手段为了提高电力机车的“安全信息”的可靠性，引入了用于手动输入的信息的定期信息检查系统，并且上层和下层被连接在几个层上。同时，安排专员检查和确认信息，以防止发生人为故障。为系统自动收集和生成的信息设置了许多安全系统，并使用模式2+2取2进行比较以确保信息的安全性和可靠性。5.2规范管理机构，加强技术开发在电力机车牵引传动系统的应用软件中，为保证铁路配电系统相关软件的安全，必须同时实施安全诊断程序、纠错程序和保护程序。同时，将自动化工作、实时人与人监控、人机共存、人机交互集成到计算机关键部件中，提高维护效率，整体系统安全，保障机车供电标准化运行.。5.3优化流程算法，提升技术标准先进的技术是电力机车安全运行的重要基础。如果设备的自动控制处于良好状态，则应避免操作员手动操作干预设备，以最大程度地减少由手动操作引起的不确定性，同时优化过程算法，首先要仔细监控，及时确定设备的异常状况，并迅速采取适当有效的措施。结合实际情况，不断提出改进建议，提高整个系统设备的可控性，对问题进行自动报警，实现面向故障的安全性向导。5.4加强人才引进，打造专业队伍在电力机车运行过程中，调度员是运输生产的实践者。因此，强调以人为中心的铁路行业发展因素并提高调度员的组织和指挥能力是当前运输处理任务中需要解决的紧迫问题。从主观上讲，这是一个以人为本的平稳过程的基本要求。现代管理认为，只有将管理与技术相结合，技术才能转化为有效的生产力。如果拥有先进的技术设备和工作条件而没有适当的科学组织和管理方法，则将无法分析员工的心理并使其发挥实际作用。从客观的角度来看，由于电力机车行车管理涉及许多因素，部门和环节，如果某种类型的工作或生产单位在组织过程中疏忽大意，则某些环节会被延迟或阻碍对整个运输和生产过程产生影响。因此，电力机车的工作与其他工作有很大不同。工作过程的完整性是一个具体的体现。另外，它讲究连续性并注意及时性。只有充分发挥员工的积极主观能动性，使员工全心投入工作，才能取得理想的效果。第六章总结与展望本文以电力机车为例，重点研究了牵引传动技术的概念、原理以及优势。通过讨论实际工作中的问题，详细讨论并研究了牵引传动技术的问题，并提出了相关的控制措施，从技术、管理、流程以及人才等方面展开，最后提出了针对性的解决对策。总之，牵引传动技术是一个复杂的系统项目。为了确保铁路运输的安全，必须更加重视牵引传动技术的研究。由于笔者的学术理论水平有限，对牵引传动技术的研究还不是很全面，只是尝试性地讨论了实际工作中遇到的问题。牵引传动技术的研究是一个非常深入的主题，为了能够有效地发挥牵引传动技术的作用，需要进行进一步的详细研究。参考文献[1]宋安东,贾流棡,张昕.电力机车库内动车电路的比较与分析[J].现代制造技术与装备,2020