劉立

摘 要:本文主要對電力機(jī)車的調(diào)速原理進(jìn)行了分析,使大家了解直流機(jī)車和交流機(jī)車的調(diào)速原理的不同,比較出它們的優(yōu)缺點,從而得到交流機(jī)車為什么是機(jī)車發(fā)展的必然趨勢。直流機(jī)車為什么要逐步淘汰,并對中國的機(jī)車發(fā)展歷程有個全面的了解。

關(guān)鍵詞:交流傳動技術(shù)調(diào)速機(jī)車發(fā)展

中圖分類號:U264 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0046-01

中國的鐵路正處于大發(fā)展時期,其中機(jī)車技術(shù)的發(fā)展又是鐵路大發(fā)展的重中之重。過去的電力機(jī)車主要采用國產(chǎn)的韶山系列,這一系列機(jī)車按原理劃分可被稱為交—直機(jī)車,即接觸網(wǎng)是交流供電,到機(jī)車上將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?最后把直流電輸給直流的牽引電動機(jī),驅(qū)動機(jī)車運(yùn)行。但隨著機(jī)車技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)兩大趨勢:一種是專門用來運(yùn)送乘客的客運(yùn)機(jī)車,另一種是運(yùn)送貨物的貨運(yùn)機(jī)車。不管是哪一種機(jī)車,直流機(jī)車都已經(jīng)不能滿足運(yùn)輸?shù)男枰?交流機(jī)車必然要取代直流機(jī)車。

首先分析客運(yùn)機(jī)車:客車機(jī)車的特點是運(yùn)行速度越來越快,國產(chǎn)的韶山型電力機(jī)車的速度從過去的平均速度60km/h左右,后來經(jīng)過五次提速,最后達(dá)到最高速度170km/h。但國外的客運(yùn)列車已經(jīng)能達(dá)到300km/h,甚至更高,現(xiàn)在火車速度的世界紀(jì)錄已經(jīng)達(dá)到574.8km/h。要想達(dá)到這樣的速度,直流機(jī)車是不可能達(dá)到的。因為機(jī)車的運(yùn)行速度主要靠電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn),而根據(jù)直流電機(jī)的工作原理,電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能達(dá)到那么快。直流電機(jī)運(yùn)行時,轉(zhuǎn)子繞組中的電流要換向,而換向就會產(chǎn)生機(jī)械火花和電磁火花,而且隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)速越來越高,火花也會越來越厲害,產(chǎn)生環(huán)火和“放炮”現(xiàn)象,電機(jī)根本無法正常工作。而把牽引電機(jī)從直流電機(jī)變?yōu)榻涣麟姍C(jī),就不會存在這種情況。這是因為交流電機(jī)沒有換向。交流電機(jī)的工作原理是:給定子繞組通入三相交流電,三相交流電就會在定子繞組中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,這個旋轉(zhuǎn)磁場會切割鼠籠式的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動勢和感生電流,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感生電流會在旋轉(zhuǎn)磁場作用下,產(chǎn)生電磁作用力,使轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動。因此,交流電機(jī)就沒有換向,當(dāng)然就不會再產(chǎn)生火花,所以,交流電機(jī)普遍比直流電機(jī)要轉(zhuǎn)的快。

然后再分析貨運(yùn)機(jī)車:貨運(yùn)機(jī)車要牽引貨物列車,所以要求機(jī)車的牽引力要盡量大,功率要盡量高。而韶山型的直流機(jī)車單軸功率最大的是韶山8型,一個電機(jī)的功率為900kW,其他機(jī)車的一臺電機(jī)功率普遍為800kW,而交流機(jī)車上的電機(jī),仍然是輪對旁邊的空間,但它的功率最低為1000KW,后來普遍是1200kW,有的機(jī)車電機(jī)甚至達(dá)到1600kW,是直流電機(jī)功率的兩倍。一臺六軸的交流機(jī)車的總功率相當(dāng)于一臺十二軸的直流機(jī)車的總功率,完全能夠滿足鐵路貨運(yùn)重載的要求。所以中國已經(jīng)慢慢開始減少直流機(jī)車的生產(chǎn),大大加強(qiáng)交流機(jī)車的產(chǎn)量,逐步實現(xiàn)直流機(jī)車向交流機(jī)車的過渡。

既然交流機(jī)車能夠滿足不管是客運(yùn)還是貨運(yùn)的要求,為什么中國過去一直在用韶山型的直流電力機(jī)車呢？難道是設(shè)計人員不知道交流電機(jī)的原理和優(yōu)點嗎？當(dāng)然不是,韶山型機(jī)車的輔助電機(jī)全部采用的都是三相異步電動機(jī)驅(qū)動的,但為什么沒有把牽引電動機(jī)也改成交流電機(jī)呢？大家有沒有發(fā)現(xiàn),韶山型機(jī)車的輔助電機(jī)不能調(diào)速,它們轉(zhuǎn)起來只有一個速度,不可調(diào)。這是因為交流電機(jī)調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速不一樣。之所以過去一直在不斷的研制韶山型電力機(jī)車,原因主要是直流電機(jī)調(diào)速靠調(diào)壓來調(diào)速,而交流電機(jī)調(diào)速與調(diào)壓幾乎無關(guān),它主要靠調(diào)頻來調(diào)速,這就需要晶閘管控制技術(shù),而那時候中國的電子科技水平還比較落后,生產(chǎn)的晶閘管質(zhì)量不過關(guān),還沒有達(dá)到真正應(yīng)用到機(jī)車上的程度。所以韶山型機(jī)車應(yīng)用的電機(jī)一直都是直流電機(jī),那是因為直流電機(jī)的控制技術(shù)中國掌握地比較成熟,直流電機(jī)調(diào)速主要靠調(diào)壓調(diào)速和磁場削弱這兩種方式。比如最早的韶山1型電力機(jī)車,它的調(diào)壓方式采用的是調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓的方式,就是利用變壓器副邊不同的繞組接頭變換,來改變直流電機(jī)的端壓,從而達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的,但每級之間的電壓是跳變的,容易產(chǎn)生縱向的沖動,為了達(dá)到盡量平滑調(diào)速的目的,把調(diào)壓的級位設(shè)置為三十三級,這樣才能基本達(dá)到平滑調(diào)速的目的。后來的韶山3型車還采用了調(diào)壓開關(guān),但只有8個大級,每個大級之間用晶閘管無級調(diào)壓。從韶山4型機(jī)車開始,真正淘汰了調(diào)壓開關(guān),主要采用三段不等分半控橋相控?zé)o級調(diào)壓方式,全部實現(xiàn)了無級調(diào)壓,使機(jī)車的運(yùn)行實現(xiàn)了平滑調(diào)速。磁場削弱也從一開始的三級磁場削弱,最后變?yōu)闊o級磁場削弱,實現(xiàn)了整個調(diào)速過程的無級調(diào)速,但無級磁場削弱也有兩個不同的形式:一種是韶山7型電力機(jī)車的無級磁場削弱,它是復(fù)勵電機(jī)的無級磁場削弱方式;另一種是韶山8型機(jī)車上采用的晶閘管分路的無級磁場削弱方式。

隨著中國的不斷發(fā)展,人們對鐵路的要求也發(fā)生了變化?？瓦\(yùn)列車的速度要求越來越快,貨運(yùn)列車要求重載,這兩個不同的要求靠韶山型直流機(jī)車已經(jīng)無法滿足,只有交流機(jī)車才能滿足人們對客運(yùn)和貨運(yùn)的要求。中國的科技水平在不斷提高,加上不斷引進(jìn)國外的先進(jìn)科技技術(shù),中國的半導(dǎo)體技術(shù)也突飛猛進(jìn),大功率的晶閘管不斷出現(xiàn),交流逆變技術(shù)也越來越成熟,這就使得交流電機(jī)調(diào)速能夠被應(yīng)用到機(jī)車上。中國也有自主研發(fā)的交-直-交機(jī)車,如:中國的第一輛交流機(jī)車AC4000型、技術(shù)比較成熟的“天梭號”、中國單機(jī)功率最大的交流機(jī)車SSJ3型機(jī)車等,還有中華之星,春城號等動車組。但中國的交流機(jī)車技術(shù)和外國相比還有不小的差距,為了盡快縮小和外國的差距,提出了跨越式的發(fā)展,中國從外國引入了一系列先進(jìn)的機(jī)車技術(shù),包括高速的動車組技術(shù)和大功率的交-直-交機(jī)車技術(shù),經(jīng)過幾年的消化吸收,中國已經(jīng)慢慢掌握了交流傳動技術(shù)的關(guān)鍵,國產(chǎn)化的大功率的HXD1C等電力機(jī)車已經(jīng)大批量的生產(chǎn)出來,應(yīng)用到了全國各個鐵路局,發(fā)揮了越來越大的作用,這些都明顯地證明了:交流機(jī)車已經(jīng)慢慢替代直流機(jī)車成為了鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕獎恿Α?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 張鷙中.中國電力機(jī)車的研制與發(fā)展[J].中國科技史料,1998年04期.

[2] 周翊民,李中浩.中國交流傳動機(jī)車的發(fā)展[J].中國鐵路,1995年07期.