高速動車組牽引傳動控制系統的研究與仿真

孫菁?！⊥趿潯】电?/p>

摘要：近年來，高速動車組的發展一方面適應了社會快速發展的新形勢，另一方面也加快了人們的生活節奏。為不斷適應發展變化著的新形勢，滿足人們不斷增長的新需求，需要對高速動車組牽引傳動控制系統進行優化，從而推動我國交通運輸事業的發展，促進國民經濟穩步提升。

關鍵詞：動車組；牽引傳動；控制系統；仿真設計

中圖分類號：TM922 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0085-02

高速鐵路的快速發展，使得對高速列車的需求也在逐漸增長，并對其提出了更多、更高的要求。雖然高速動車組在促進國民經濟發展、社會進步和加快人民生活節奏方面發揮了重要作用，但在很多技術方面剛剛起步，尚未成熟，因此需要技術上的提升和系統優化。對于高速動車組這一復雜系統，建立合理有效的高速動車組牽引傳動控制系統顯得至關重要。本文主要分析了我國高速動車組牽引傳動控制系統的發展現狀以及高速動車組牽引傳動控制系統的仿真方案。

1 我國高速動車組牽引傳動控制系統的發展現狀

1.1 牽引動力配置方式以動力集中方式為主

我國高速動車組的牽引動力配置方式主要有動力分散方式和動力集中方式。動力集中方式是一種較為傳統的電力牽引模式，使用歷史久，技術相對成熟，而且使用的范圍廣泛，動力集中型動車組是由日本首創，近年在歐洲得到廣泛推廣與應用。

隨著科學技術的發展進步，我國在動力分散型動車組的設計上取得了一定成就。例如“中原之星”動車組、“先鋒號”動車組以及CRH系列動車組?！昂椭C號”CRH系列動車組，是由十六臺三相異步牽引電動機均勻地安置在四輛動車的地板下，由每臺電機驅動一根車軸，十六臺電機共同合作就讓整個動車組高速運行起來了。但是動力分散型的技術仍不夠成熟，還處在起步階段，而且資金投入大、技術要求高，因此，我國高速動車組的牽引動力配置方式仍以動力集中方式為主。

1.2 我國高速動車組以直流傳動制式為主

直流傳動制式和交流傳動制式是高速動車組牽引傳動制式的兩種方式。在我國，主要鐵路上的高速動車組，多數采用直流傳動制式，對交流傳動制式的使用較少。相比，在國外，先進的科學技術使得交流傳動制式的高速動車組具有顯著優越性，市場前景廣闊。因此，多數生產廠商也已經停止了對直流傳動機車的生產，多采用交流傳動方式的牽引技術。我國高速電動車組的發展由于技術的不成熟，缺乏創造性，對于交流傳動技術的應用也才剛剛起步。

1.3 普遍采用微機牽引控制系統

我國鐵路機車普遍采用微機牽引傳動系統，但在較為傳統的直流傳動機車上仍然有大量的模擬電子控制系統。隨著科技的進步、網絡的發展，網絡技術對于交通運輸事業也在發揮著越來越大的作用。在列車通信網絡快速發展進步的新形勢下，我國的高速動車組也開始使用通信網絡進行控制和信息的傳遞，例如，司機對列車的各種控制命令都可以通過列車通信網絡傳送到列車的各個部位，執行的結果也可以通過網絡再反饋給司機，從而使司機更加全面、系統地掌控列車的運行，促進列車協調、穩定運行。通過采用微機牽引控制系統逐漸形成對列車的分布式控制，是我國高速動車組牽引控制系統的現狀。

2 高速動車組牽引傳動控制系統的仿真方案

2.1 進行高速列車內外部環境仿真

列車的內部環境不僅包括牽引傳動控制系統，還包括網絡系統等，外部環境包括牽引供電系統、線路的地理條件和軌道等。通過對內外部環境的仿真模擬，能夠對列車在運行過程中可能出現的問題進行預測，并提前找到解決方案，避免實際運行過程出現差錯，減少損失。以青藏鐵路為例，高原缺氧、低溫、強烈的紫外線以及高原凍土是鐵路運輸所面臨的外部環境，這些對列車的控制系統提出了更高要求，因此內外部環境的仿真有其必要性。內外部環境的仿真模擬可以為牽引傳動控制系統的優化提供保障。

2.2 進行三維視景仿真

隨著數字化進程的發展，各行業信息化建設也加緊了步伐，鐵路業也應緊跟時代步伐，為駕駛司機提供三維視景。傳統的二維視景數據單一、抽象，只能展現宏觀的景象概況，在細節上有局限性。而司機室三維視景仿真，能給司機提供豐富的環境信息，使司機更加清楚地了解在目前操作下，牽引傳動系統的整體工作狀態。當三維視景達到最佳效果，司機的臨場感也會大大增強，從而集中司機注意力，調動其積極性，提高工作效率。

2.3 高速動車組牽引變壓器熱仿真

牽引變壓器是高速動車組牽引傳動系統中的關鍵部件，列車運行過程中的安全性與其密切相關。因此，為保障列車運行的安全性，需要研究高速列車牽引變壓器的溫度隨列車實際運行發生的變化，對其進行冷卻降溫處理。由于變壓器具有復雜的結構，并且涉及對熱學、電磁學等多門科學的同時運用，因此研究模擬較為困難。但是預算和控制變壓器內部的溫升對于牽引變壓器的研究具有重要意義。為此，國內外的眾多專家也做了很多研究。

變壓器作為一個復雜的系統，各個參數之間的關系也非常復雜。要想在列車運行中準確地計算出各個點的溫度是很困難的，因此需要簡化后再計算。鐵芯和繞組產生的損耗是變壓器的主要熱源，熱量會由變壓器內部傳導到表面?？梢酝ㄟ^變壓器內部油的對流，把來自鐵芯和繞組的熱量傳給油箱壁，被加熱的油箱壁通過周圍的空氣對流把熱量散走，從而達到冷卻變壓器的目的。做一個具有特殊形狀、容易散熱的冷卻器，把變壓器中的油利用油泵，打入油冷卻器，冷卻后再返回到油箱中，從而帶走熱量，為牽引變壓器降溫。

3 結語

伴隨著經濟的發展和科技的進步，我國的高速動車組取得了巨大進步。但仍不夠成熟，需不斷開拓創新，引進國外先進技術，發現其中存在的問題，對牽引傳動控制系統進行不斷優化。從而使我國鐵路運輸走向成熟，保障交通運輸事業的健康、穩定和可持續發展，滿足國民經濟發展需求，為我國社會主義現代化建設做貢獻，推動時代的進步。

參考文獻

[1] 丁榮軍.現代軌道牽引傳動及控制技術研究與發展

[J].機車電傳動，2010，（9）.

[2] 張曙光.鐵路高速列車應用基礎理論與工程技術

[M].北京：科學出版社，2007.

[3] 黃濟榮.電力牽引交流傳動與控制[M].北京：機械工業出版社，2009.

[4] 劉友梅.我國電力機車四十年技術發展綜述[J].機車電傳動，2006，（11）.

基金項目：國家科技支撐計劃資助項目（2009BAG12A01-H04-2）

作者簡介：孫菁睿（1984—），男，供職于唐山軌道客車有限責任公司，研究方向：高速動車組調試；康瑛（1973—），女，唐山軌道客車有限責任公司高級工程師，研究方向：高速動車組調試技術。

（責任編輯：吳 濤）