交流传动技术

交流传动技术

现代高速列车和动车组几乎全都采用了先进成熟的交流传动技术。交流传动电力牵引的列车一般来说主要由受电弓从接触网上将单相交流电引入列车，经过主变压器进行变压后向主变流器输入，变成需要的直流电，再经过逆变器逆变成牵引电机所需的三相交流电，简称交—直—交传动。交流传动的优越性

1）具有良好的牵引和制动性能

由于三相交流电机容量大，一般不会受到发热条件的限制，而直流电机常受到最大启动电流和最大磁场消弱的限制。交流电机采用四象限变流器，可以很方便实现牵引与再生能量的转换，为高速列车再生制动创造了条件，节能显著。2）具有良好的黏着利用和防空转性能

由于三相交流电机采用平滑调频、调速，牵引力的变化是无极平稳的。同时，调节是采用电子系统依据给定牵引力和转差自动进行，因此启动时可获得较大黏着力。而且电机的容量是根据启动电流和高速时的最大电压选择的，正常运行时不存在启动过电流的时间限制，

这有利于充分利用黏着力和牵引重载列车。3）电机功率大、质量轻、体积小

因三相交流电机功率大、质量轻、体积小，可以获得较高的功率重量比，而且有利于减轻转向架重量，降低转向架冲击振动对轨道的破坏作用，提高运行速度和运行平稳性。如日本0系动车组采用直流电机，单个重量达876kg，输出功率为185kW，功率重量比为0.21；而700系采用交流电机，单个重量只有350kg，输出功率却达到275kW，功率重量比为0.786。4）功率因数高，谐波干扰小

由于采用四象限控制器作为网侧变流器，可使机车和动车在较大负载范围内电网侧的功率因数接近1，电流的波形接近于正弦曲线，从而大大提高了功率利用率，节约能源，提高了供电能力。四象限控制器良好的自动调压性能可使变流环节不受网压波动的影响，从而保证逆变器和牵引电机的正常平稳工作及稳定的功率输出。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。5）操作简便，维修工作量少

交流电机无整流子和电刷，转子无需绝缘，无裸露导电部分，因此电机运行安全可靠，几乎无需维修。列车大量使用电子和电气元件，替代了各种机械式电气设备，大大减少了设备的磨损，避免了复杂的维修。大量自动控制系统的采用，使得司机的操作更加简便。一般情况下，司机只需监视速度和瞭望前方、阅读操纵台显示器上的列车运行信息等。6）易于标准化、通用化和模块化

三相交流传动装置的主要电气设备基本上都是由相同的半导体元件的功率开关电路组成，因此易于标准化、通用化和模块化，便于设计、制造、安装和维修。动车组控制和管理系统

列车运行控制系统由地面设备、车载设备和信息传输设备组成，是先进控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术融为一体的行车指挥、安全控制机电一体化的自动化系统。列车运行控制系统分类分类依据类别备注按自动化程度分类ATP—列车自动保护系统对列车运行速度进行实时监控，一旦超速则自动降速处理，保证行车安全ATC—列车自动控制系统比ATP高一级的自动控制系统，除了ATP功能外，还可代替司机的部分操作，降低司机的劳动强度，提高运输效率。我国200km/h动车组引进了ATP设备，但不具备ATC功能按控制模式分类速度码阶梯控制模式在一个闭塞分区内只按一个速度等级进行超速控制，有入口检查和出口检查两种方式。前者以区间进入速度为本闭塞区间的允许速度，新干线采用该方式；后者为上一区间出口速度为下一区间允许速度，法国TVM300采用这种方式速度-距离模式曲线控制模式有分段速度-距离模式曲线控制和连续速度-距离模式曲线控制两种方式。前者将目标速度分为多个阶段来实现，后者则采用连续控制模式，是高速列车运行控制系统发展方向分类依据类别备注按人-机关系分类设备优先的自动减速系统设备按照模式曲线自动控制列车减速并保证列车安全、正点。日本新干线ATC是其代表司机操作优先的速度自动监控系统司机按照模式曲线控制列车速度，设备不干涉司机正常驾驶，只有司机超速时，设备才采取必要措施确保列车安全。德国的LZB、法国的TVM300及TVM430采用这种方式按信号传输方式分类点式列车自动控制系统它也叫点式ATP，采用点式传递信息、车载计算机处理信息的方式达到列车超速防护。我国京津客运专线（前期）采用该系统连续式列车自动控制系统分有线和无线两种方式，几乎所有高速铁路均采用这种模式点连式列车自动控制系统这种系统是在连续式列车自动控制系统中增加点式应答器作为线路数据的输入、进路信息和临时限速信息的输入，这种方式有效利用了轨道线路和点式设备。日本ATC和我国第六次提速所采用的CTCS-2级ATP采用这种模式具有代表性的高速列车控制管理系统设备名称法国TVM300法国TVM430德国LZB日本ATC运行速度

/（km/h）最高：270最高：320最高：270最高：270运营里程/km8501504321832闭塞方式固定闭塞固定闭塞固定闭塞固定闭塞制动模式滞后式分级阶梯分级连续式连续速度控制提前式分级阶梯控制方式人控为主，设备为辅人控为主，设备为辅可实行自动控制（ATC）设备控制优先，人控为辅安全信号传输媒介：无绝缘模拟轨道电路；方向：地对车单方向；载频：1700、2000、2300、2600Hz；信息量：18个媒介：无绝缘模拟轨道电路；方向：地对车单方向；载频：1700、2000、2300、2600Hz；信息量：27bit媒介：数字电道交叉环线；方向：地-车间双方向；载频：（36±0.4）kHz、（56±0.2）kHz；信息量：83.4bit媒介：有绝缘模拟轨道电路；方向：地对车单方向；载频：750、850、900、1000Hz；信息量：10个其他信号传输媒介：环线、应答器方向：地对车或车对地单方向媒介：应答器、无线数传方向：地-车双方向媒介：应答器、无线数传方向：地-车双方向媒介：应答器、无线数传方向：地-车双方向2023/2/511列车闭塞区间：铁路线的两车站之间叫区间。闭塞设备：用来保证列车在区间内运行安全，并提高区间通过能力的区间信号设备。闭塞设备原则：必须保证一个区间内，在同一时间内只能允许一个列车占用。

CRH1型动车组控制与管理系统是一套建立在现场总线通信网络上的分布式计算机系统，称为列车控制和管理系统（TCMS），通过贯穿整列车的总线来传送控制、监测及故障诊断等信息，可控制并监测动车组各主要功能。TCMS主要控制、监控及诊断功能如图所示。•

牵引系统•

制动系统•

高压系统•

辅助供电系统•

蓄电池系统•

自动耦合器•

前面板•

内部照明•

列车诊断•

旅客信息系统•

数据通讯•

后视镜•

司机安全装置•

驾驶台（HMI）•

自动列车防护（ATP）•

外部车门•

内部车门•

供风系统•

卫生间•

餐车业务•

轮椅提升台•

火灾探测系统•

过热轴承箱TCMS功能性如下：1．司机室激活

当司机插入司机钥匙时，能被TCMS硬件侦察到，系统自动配置，产生一列车主控CCU。人机接口(HMI)是一带中文字幕的触摸式终端显示屏(IDU)，能显示登录菜单。司机在TCMS的IDU上输入其识别编号。TCMSIDU能向司机显示所发生的不明事件，使其知道。TCMS系统现在可以正常运作。

2．触摸式显示屏：在处于工作状态的司机室：

司机能看到相关的现行故障和故障史，牵引系统的概况，门的状态和列车情况。司机可以进行制动试验等。非工作状态的司机室：乘务员可以看到相关的现行故障和故障史。乘务员也能输入故障信息。乘务室：乘务员能看到相关的现行故障和故障史。乘务员也能输入故障信息。维修人员除了上述功能外，还能看到以下数据如：更低级别的时间和软件的版本。

3．列车诊断系统（列车诊断功能）

从不同系统来的事件都会存储在TDS。每一个事件都有事件记录和环境数据（如列车速度等）。所有的事件都会按不同的优先次序（如：主要的和次要的）和不同的目录（如：门和制动）进行分类。 列车状况（如关门次数，行程公里数，运行时间）每天都会进行总结，并存储在TCMS系统的每日栏目里。 故障输入功能使得司机和乘务员能对列车的故障在TCMS系统中进行文字存储。4．远程加载功能/在线功能：（1）列车诊断数据通过接收器(GSM)从列车远程加载到在线系统。（2）所有的事件，包括发生的时间和环境数据，都从列车加载到在线系统存储。（3）每日记录装置里的数据也都将从列车加载到在线系统存储。（4）在线系统有中文显示工具，可显示和分析从列车加载的事件数据。（5）在线系统有中文工具将每日记录装置的数据总结成为列车的状况数据。

5．线下的功能（1）列车诊断数据通过GPRS/GSM从列车远程上载到线下系统。（2）所有的事件，包括发生的时间和环境数据，都从列车上载到线下系统存储。（3）每日栏目里的数据也都将从列车上载到线下系统存储。（4）线下系统有显示中文的工具，能显示和分析从列车上载过来的数据。（5）线下系统有中文工具将每日栏里的数据总结成为列车的状况数据。列车网络控制系统是一套分布式计算机系统，通过贯穿列车的总线来传送控制、监测及故障诊断等信息，可控制并监控所有列车和车辆的相关功能。控制系统重要部分采取冗余设计，使系统具有冗余性，排除了单一故障影响系统功能的可能性。TCMS–ExampleofIDUMenus–TheLoginmenu:

TCMS-IDU菜单示例–登录菜单TCMS–ExampleofIDUMenus–TheMainmenu:

TCMS-IDU菜单示例–主菜单TCMS–ExampleofIDUMenus–TheOperationmenu:

TCMS-IDU菜单示例–列车运行菜单TCMS–ExampleofIDUMenus–TheTrainStatusmenu:

TCMS-IDU菜单示例–列车状态菜单

TCMS–ExampleofIDUMenus–TheSystemmenu:

TCMS-IDU菜单示例–系统菜单TCMS–ExampleofIDUMenus–TheSystemmenu:

TCMS-IDU菜单示例–系统菜单外部车门控制

在门的一侧，门柱的内部，安装有一个可触及的门控制装置。在左侧门柱上安装了一个带照明灯和开关的本地控制板。在列车移动速度分别超过1公里/小时（从0公里/小时开始起效）和3公里/小时（从高于3公里的速度减低时开始起效）时，带脚蹬的入口门将不能打开（自动联锁）。入门开启许可由司机操作控制（手动联锁）。

每次许可只适用列车一侧。乘客通过声光信号可得知门是否可使用。紧跟开门指令之后，声音信号将在很短的时间内发出。可视信号通过发光按钮发出，发出时间与门开启的时间相同。门的正常打开可通过按动按钮。按钮方法必须准确，以免错开门。所有释放的门都可在司机室通过中心门打开按钮打开。当门完全打开时，提供门被打开的外门控制单元(DCU)信号。入门打开的时间是7～8秒（不包括脚蹬）。超出正常时间2秒时，发出开门时间错误的信号。关门控制：

入门关闭的时间是7～8秒（不包括脚蹬）。入门的关闭指令下达时会听到声音信号。声音信号在门开始移动前1秒开始。入门可在以下地点关闭：司机室。无论在什么情况下，打开的门将发出牵引阻塞信号。超出正常时间2秒时，发出关门时间错误