交流傳動技術(shù)

交流傳動技術(shù)

現(xiàn)代高速列車和動車組幾乎全都采用了先進成熟的交流傳動技術(shù)。交流傳動電力牽引的列車一般來說主要由受電弓從接觸網(wǎng)上將單相交流電引入列車，經(jīng)過主變壓器進行變壓后向主變流器輸入，變成需要的直流電，再經(jīng)過逆變器逆變成牽引電機所需的三相交流電，簡稱交—直—交傳動。交流傳動的優(yōu)越性

1）具有良好的牽引和制動性能

由于三相交流電機容量大，一般不會受到發(fā)熱條件的限制，而直流電機常受到最大啟動電流和最大磁場消弱的限制。交流電機采用四象限變流器，可以很方便實現(xiàn)牽引與再生能量的轉(zhuǎn)換，為高速列車再生制動創(chuàng)造了條件，節(jié)能顯著。2）具有良好的黏著利用和防空轉(zhuǎn)性能

由于三相交流電機采用平滑調(diào)頻、調(diào)速，牽引力的變化是無極平穩(wěn)的。同時，調(diào)節(jié)是采用電子系統(tǒng)依據(jù)給定牽引力和轉(zhuǎn)差自動進行，因此啟動時可獲得較大黏著力。而且電機的容量是根據(jù)啟動電流和高速時的最大電壓選擇的，正常運行時不存在啟動過電流的時間限制，

這有利于充分利用黏著力和牽引重載列車。3）電機功率大、質(zhì)量輕、體積小

因三相交流電機功率大、質(zhì)量輕、體積小，可以獲得較高的功率重量比，而且有利于減輕轉(zhuǎn)向架重量，降低轉(zhuǎn)向架沖擊振動對軌道的破壞作用，提高運行速度和運行平穩(wěn)性。如日本0系動車組采用直流電機，單個重量達876kg，輸出功率為185kW，功率重量比為0.21；而700系采用交流電機，單個重量只有350kg，輸出功率卻達到275kW，功率重量比為0.786。4）功率因數(shù)高，諧波干擾小

由于采用四象限控制器作為網(wǎng)側(cè)變流器，可使機車和動車在較大負載范圍內(nèi)電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)接近1，電流的波形接近于正弦曲線，從而大大提高了功率利用率，節(jié)約能源，提高了供電能力。四象限控制器良好的自動調(diào)壓性能可使變流環(huán)節(jié)不受網(wǎng)壓波動的影響，從而保證逆變器和牽引電機的正常平穩(wěn)工作及穩(wěn)定的功率輸出。

功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。5）操作簡便，維修工作量少

交流電機無整流子和電刷，轉(zhuǎn)子無需絕緣，無裸露導(dǎo)電部分，因此電機運行安全可靠，幾乎無需維修。列車大量使用電子和電氣元件，替代了各種機械式電氣設(shè)備，大大減少了設(shè)備的磨損，避免了復(fù)雜的維修。大量自動控制系統(tǒng)的采用，使得司機的操作更加簡便。一般情況下，司機只需監(jiān)視速度和瞭望前方、閱讀操縱臺顯示器上的列車運行信息等。6）易于標準化、通用化和模塊化

三相交流傳動裝置的主要電氣設(shè)備基本上都是由相同的半導(dǎo)體元件的功率開關(guān)電路組成，因此易于標準化、通用化和模塊化，便于設(shè)計、制造、安裝和維修。動車組控制和管理系統(tǒng)

列車運行控制系統(tǒng)由地面設(shè)備、車載設(shè)備和信息傳輸設(shè)備組成，是先進控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)與鐵路信號技術(shù)融為一體的行車指揮、安全控制機電一體化的自動化系統(tǒng)。列車運行控制系統(tǒng)分類分類依據(jù)類別備注按自動化程度分類ATP—列車自動保護系統(tǒng)對列車運行速度進行實時監(jiān)控，一旦超速則自動降速處理，保證行車安全ATC—列車自動控制系統(tǒng)比ATP高一級的自動控制系統(tǒng)，除了ATP功能外，還可代替司機的部分操作，降低司機的勞動強度，提高運輸效率。我國200km/h動車組引進了ATP設(shè)備，但不具備ATC功能按控制模式分類速度碼階梯控制模式在一個閉塞分區(qū)內(nèi)只按一個速度等級進行超速控制，有入口檢查和出口檢查兩種方式。前者以區(qū)間進入速度為本閉塞區(qū)間的允許速度，新干線采用該方式；后者為上一區(qū)間出口速度為下一區(qū)間允許速度，法國TVM300采用這種方式速度-距離模式曲線控制模式有分段速度-距離模式曲線控制和連續(xù)速度-距離模式曲線控制兩種方式。前者將目標速度分為多個階段來實現(xiàn)，后者則采用連續(xù)控制模式，是高速列車運行控制系統(tǒng)發(fā)展方向分類依據(jù)類別備注按人-機關(guān)系分類設(shè)備優(yōu)先的自動減速系統(tǒng)設(shè)備按照模式曲線自動控制列車減速并保證列車安全、正點。日本新干線ATC是其代表司機操作優(yōu)先的速度自動監(jiān)控系統(tǒng)司機按照模式曲線控制列車速度，設(shè)備不干涉司機正常駕駛，只有司機超速時，設(shè)備才采取必要措施確保列車安全。德國的LZB、法國的TVM300及TVM430采用這種方式按信號傳輸方式分類點式列車自動控制系統(tǒng)它也叫點式ATP，采用點式傳遞信息、車載計算機處理信息的方式達到列車超速防護。我國京津客運專線（前期）采用該系統(tǒng)連續(xù)式列車自動控制系統(tǒng)分有線和無線兩種方式，幾乎所有高速鐵路均采用這種模式點連式列車自動控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)是在連續(xù)式列車自動控制系統(tǒng)中增加點式應(yīng)答器作為線路數(shù)據(jù)的輸入、進路信息和臨時限速信息的輸入，這種方式有效利用了軌道線路和點式設(shè)備。日本ATC和我國第六次提速所采用的CTCS-2級ATP采用這種模式具有代表性的高速列車控制管理系統(tǒng)設(shè)備名稱法國TVM300法國TVM430德國LZB日本ATC運行速度

/（km/h）最高：270最高：320最高：270最高：270運營里程/km8501504321832閉塞方式固定閉塞固定閉塞固定閉塞固定閉塞制動模式滯后式分級階梯分級連續(xù)式連續(xù)速度控制提前式分級階梯控制方式人控為主，設(shè)備為輔人控為主，設(shè)備為輔可實行自動控制（ATC）設(shè)備控制優(yōu)先，人控為輔安全信號傳輸媒介：無絕緣模擬軌道電路；方向：地對車單方向；載頻：1700、2000、2300、2600Hz；信息量：18個媒介：無絕緣模擬軌道電路；方向：地對車單方向；載頻：1700、2000、2300、2600Hz；信息量：27bit媒介：數(shù)字電道交叉環(huán)線；方向：地-車間雙方向；載頻：（36±0.4）kHz、（56±0.2）kHz；信息量：83.4bit媒介：有絕緣模擬軌道電路；方向：地對車單方向；載頻：750、850、900、1000Hz；信息量：10個其他信號傳輸媒介：環(huán)線、應(yīng)答器方向：地對車或車對地單方向媒介：應(yīng)答器、無線數(shù)傳方向：地-車雙方向媒介：應(yīng)答器、無線數(shù)傳方向：地-車雙方向媒介：應(yīng)答器、無線數(shù)傳方向：地-車雙方向2023/2/511列車閉塞區(qū)間：鐵路線的兩車站之間叫區(qū)間。閉塞設(shè)備：用來保證列車在區(qū)間內(nèi)運行安全，并提高區(qū)間通過能力的區(qū)間信號設(shè)備。閉塞設(shè)備原則：必須保證一個區(qū)間內(nèi)，在同一時間內(nèi)只能允許一個列車占用。

CRH1型動車組控制與管理系統(tǒng)是一套建立在現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)上的分布式計算機系統(tǒng)，稱為列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS），通過貫穿整列車的總線來傳送控制、監(jiān)測及故障診斷等信息，可控制并監(jiān)測動車組各主要功能。TCMS主要控制、監(jiān)控及診斷功能如圖所示。?

牽引系統(tǒng)?

制動系統(tǒng)?

高壓系統(tǒng)?

輔助供電系統(tǒng)?

蓄電池系統(tǒng)?

自動耦合器?

前面板?

內(nèi)部照明?

列車診斷?

旅客信息系統(tǒng)?

數(shù)據(jù)通訊?

后視鏡?

司機安全裝置?

駕駛臺（HMI）?

自動列車防護（ATP）?

外部車門?

內(nèi)部車門?

供風系統(tǒng)?

衛(wèi)生間?

餐車業(yè)務(wù)?

輪椅提升臺?

火災(zāi)探測系統(tǒng)?

過熱軸承箱TCMS功能性如下：1．司機室激活

當司機插入司機鑰匙時，能被TCMS硬件偵察到，系統(tǒng)自動配置，產(chǎn)生一列車主控CCU。人機接口(HMI)是一帶中文字幕的觸摸式終端顯示屏(IDU)，能顯示登錄菜單。司機在TCMS的IDU上輸入其識別編號。TCMSIDU能向司機顯示所發(fā)生的不明事件，使其知道。TCMS系統(tǒng)現(xiàn)在可以正常運作。

2．觸摸式顯示屏：在處于工作狀態(tài)的司機室：

司機能看到相關(guān)的現(xiàn)行故障和故障史，牽引系統(tǒng)的概況，門的狀態(tài)和列車情況。司機可以進行制動試驗等。非工作狀態(tài)的司機室：乘務(wù)員可以看到相關(guān)的現(xiàn)行故障和故障史。乘務(wù)員也能輸入故障信息。乘務(wù)室：乘務(wù)員能看到相關(guān)的現(xiàn)行故障和故障史。乘務(wù)員也能輸入故障信息。維修人員除了上述功能外，還能看到以下數(shù)據(jù)如：更低級別的時間和軟件的版本。

3．列車診斷系統(tǒng)（列車診斷功能）

從不同系統(tǒng)來的事件都會存儲在TDS。每一個事件都有事件記錄和環(huán)境數(shù)據(jù)（如列車速度等）。所有的事件都會按不同的優(yōu)先次序（如：主要的和次要的）和不同的目錄（如：門和制動）進行分類。 列車狀況（如關(guān)門次數(shù)，行程公里數(shù)，運行時間）每天都會進行總結(jié)，并存儲在TCMS系統(tǒng)的每日欄目里。 故障輸入功能使得司機和乘務(wù)員能對列車的故障在TCMS系統(tǒng)中進行文字存儲。4．遠程加載功能/在線功能：（1）列車診斷數(shù)據(jù)通過接收器(GSM)從列車遠程加載到在線系統(tǒng)。（2）所有的事件，包括發(fā)生的時間和環(huán)境數(shù)據(jù)，都從列車加載到在線系統(tǒng)存儲。（3）每日記錄裝置里的數(shù)據(jù)也都將從列車加載到在線系統(tǒng)存儲。（4）在線系統(tǒng)有中文顯示工具，可顯示和分析從列車加載的事件數(shù)據(jù)。（5）在線系統(tǒng)有中文工具將每日記錄裝置的數(shù)據(jù)總結(jié)成為列車的狀況數(shù)據(jù)。

5．線下的功能（1）列車診斷數(shù)據(jù)通過GPRS/GSM從列車遠程上載到線下系統(tǒng)。（2）所有的事件，包括發(fā)生的時間和環(huán)境數(shù)據(jù)，都從列車上載到線下系統(tǒng)存儲。（3）每日欄目里的數(shù)據(jù)也都將從列車上載到線下系統(tǒng)存儲。（4）線下系統(tǒng)有顯示中文的工具，能顯示和分析從列車上載過來的數(shù)據(jù)。（5）線下系統(tǒng)有中文工具將每日欄里的數(shù)據(jù)總結(jié)成為列車的狀況數(shù)據(jù)。列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一套分布式計算機系統(tǒng)，通過貫穿列車的總線來傳送控制、監(jiān)測及故障診斷等信息，可控制并監(jiān)控所有列車和車輛的相關(guān)功能?？刂葡到y(tǒng)重要部分采取冗余設(shè)計，使系統(tǒng)具有冗余性，排除了單一故障影響系統(tǒng)功能的可能性。TCMS–ExampleofIDUMenus–TheLoginmenu:

TCMS-IDU菜單示例–登錄菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheMainmenu:

TCMS-IDU菜單示例–主菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheOperationmenu:

TCMS-IDU菜單示例–列車運行菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheTrainStatusmenu:

TCMS-IDU菜單示例–列車狀態(tài)菜單

TCMS–ExampleofIDUMenus–TheSystemmenu:

TCMS-IDU菜單示例–系統(tǒng)菜單TCMS–ExampleofIDUMenus–TheSystemmenu:

TCMS-IDU菜單示例–系統(tǒng)菜單外部車門控制

在門的一側(cè)，門柱的內(nèi)部，安裝有一個可觸及的門控制裝置。在左側(cè)門柱上安裝了一個帶照明燈和開關(guān)的本地控制板。在列車移動速度分別超過1公里/小時（從0公里/小時開始起效）和3公里/小時（從高于3公里的速度減低時開始起效）時，帶腳蹬的入口門將不能打開（自動聯(lián)鎖）。入門開啟許可由司機操作控制（手動聯(lián)鎖）。

每次許可只適用列車一側(cè)。乘客通過聲光信號可得知門是否可使用。緊跟開門指令之后，聲音信號將在很短的時間內(nèi)發(fā)出?？梢曅盘柾ㄟ^發(fā)光按鈕發(fā)出，發(fā)出時間與門開啟的時間相同。門的正常打開可通過按動按鈕。按鈕方法必須準確，以免錯開門。所有釋放的門都可在司機室通過中心門打開按鈕打開。當門完全打開時，提供門被打開的外門控制單元(DCU)信號。入門打開的時間是7～8秒（不包括腳蹬）。超出正常時間2秒時，發(fā)出開門時間錯誤的信號。關(guān)門控制：

入門關(guān)閉的時間是7～8秒（不包括腳蹬）。入門的關(guān)閉指令下達時會聽到聲音信號。聲音信號在門開始移動前1秒開始。入門可在以下地點關(guān)閉：司機室。無論在什么情況下，打開的門將發(fā)出牽引阻塞信號。超出正常時間2秒時，發(fā)出關(guān)門時間錯誤