浅谈电力机车技术的特点及发展历程

浅谈电力机车技术的特点及发展历程

徐兆琪

（中车兰州机车有限公司甘肃兰州730050）

摘要：近年来，随着我国铁路的长足发展，电力机车的运用得到了良好的普及，有力的提高了铁路运输能力。本文主要针对电力机车技术的特点及发展历程进行了简要分析，以供参考。

关键词：电力机车技术；特点；发展历程

在过去西方人用铁路来分割我们的国家，现在我国先进的高速铁路为我国的经济发展提供了强大的动力。现在全球所用的电力机车可分为超过200km/h高速的、140km/h~200km/h中速的与140km/h以下低速3种类别。并且电力机车也是从低速到中速再到高速的发展过程。而目前我国的电力机车很多都是低速的，一直到了20世纪80年代末我国才有了SS5型的中速客运电力机车出现，并在1994年试制成功的160km/h的SS8型电力机车开始运营。因此说我国的中速客运电力机车起步晚。但运输方面铁路与航空和公路的竞争非常大，所以非常迫切的要求铁路要提速并加快牵引动力的长久发展。

1机车技术的自身特点

电力机车采用三相交流传动技术是势在必行、不可逆转的。我国只有加快步伐，采用合作、合资及引进技术的方法，使交流传动技术早日在我国铁路机车上应用，并将交流传动技术推广到城市轨道交通车辆上。

1.1机车技术的功率

在实现重量与速度的完美结合首先就要有充足的功率来带动，所以为了满足运输的要求现代的电力机车都是大功率的，特别是单轴功率上提高的很大。我国电力机车的单轴功率都是在630kW基础上发展起来的，而在其他国家的交流电力机车单轴功率都已经达到了1600kW。其中的单轴功率的提升不并是可以一直延伸的，它也受到了物理学和运动学的约束，所以说功率问题是同电力机车的整体性匹配还要充分发挥粘着。当前全球的国家都采用着货运机车单轴功率在800kW与1000kW以上客运机车。

1.2机车技术的速度调整

电力机车速度是从最原始的机械开始再经过了电机极对数转换调速，最后就是直接到了电压直流调节电机速度，同时还是从机车的直流传动到交直传动的漫长历程发展。当电子技术得到了快速发展后，就直接采用频率调节与交流电压电机调速并进入了当前的交直交传动时代。电力交直传动机车的优点就是牵引性能出众；功率大、体积小和重量轻；它的电网功率因数非常与1相近，同时和小谐波使电流畸变系数又接近，所以它的通信时没干扰的情况；它的恒功速度在两倍以上的范围，作为通用型客货机车来用；同时还没有电机无电刷与整流子，是一个性能非常高的不用太维护的产品。因此交直传动技术才被世人所青睐，特别当前铁路发展到200kmh/以上时的高速运输之后，牵引动力的交直交传动技术就是目前铁路机车先进技术的标志。当前的三相交流传动技术应用在铁路机车上获得了特别大的成功，全球当前新造机车和动车很大部分都是应用交流传动技术，并且都是通过大功率GTO和IGBT等新型元器件来开发，大大的简化了变流器，对于铁路机车能源系统与功率装置都是进学经济实用的。

1.3机车技术的使用控制

机车控制是从最早的继电式有级变速触点开关逻辑控制开始发展到电子式无级直流变速无触点模拟逻辑电路控制。由于半导体器件的发展及由半导体产生的交直传动技术晶闸管相控调压电路与交直交传动技术的变流电路使用，加快了微电子技术机车调整的发展，特别是数字化控制设备早已变成三相交流传动技术必须使用的装置。所以对于电气单相交流铁路的要求就是：变流器控制和电网能量交换的机车最好是用纯有功电流，功率因数为1最佳；电流畸变系数的能量消耗与转换能量反馈的电网谐波少用，在连续不断地无接点进行操作；快速闭环应用控制的陡的转矩转速实际特性可以有效控制空转与滑行；并完成系统自我诊断与网络总线通信等。数字微机控制技术计算机系统从8位发展到16位，但32位的作为商业应用系统模块式微处理器，计算内在也提高了10倍，并让机车控制在不断完善中取得了到新的发展。因此，数控技术也是目前铁路机车先进技术的标志。

1.4机车技术的转向架

转向架是铁路机车重载和高速发展需要最关键最理想的设备。所以新型转向架必须有大牵引力的传递强度与粘着应用，还要有临界速度高、轨作用力低并且质量和稳定性都要好。铁道机车转向架要加大关注牵引力和临界速度的提升。约束着机车牵引力与速度提升的因素就是铁道曲线，它是转向架在设计时要克服的困难。只有转向架降低动力的簧下重量就是提升临界速度最有效方案，所以电机悬挂方式从发展到体承式全悬挂就带动了传动装置的巨大变迁，转向架临界速度也突破了300km/h。目前应用比较多的是径向转向架，它可以有效减少曲线经过轮轨作用力和轮轨磨耗，还提升了其安全稳定性与曲线通过速度，对机车在曲线上的粘着性有了很大提升。还包括自导向与迫导向两种，所以说径向转向架技术也是现在铁路机车先进技术的代表之一。

1.5其他相关技术

在不断的从航空借鉴技术来发展完善铁路机车自己的发展，就像当前的轻量化设计、模块化设计、低空气阻力设计、降噪音设计、人机工程设计、通风制冷设计、工业装饰设计和维修诊断设计等都是当前先进电力机车的技术特点与未来发展。

2当前我国机车技术的发展历程现状

2.1机车技术的功率

目前，我国的交直传动机车单轴功率分别为货运的800kW、客运的900kW和高速客运的1000kW都是实际应用的；所以交流传动电力机车都要以货运1000kW、客运1200kW（含高速）为今后的发展方向。

2.2机车技术交流传动

当前应用的三相交流传动技术是电力机车必须要用的不可逆转的。只有我国以合作合资和引进技术的方式来进行，就可以让我国的交流传动技术尽快应用到铁路机车上，让所有的城市轨道交通车辆都使用交流传动技术。并且交流传动技术最好在单轴功率1200kW上开始起步，这样可以兼顾客运货运的综合应用性，还会有较高模块化设计的实现。

2.3机车技术的控制

数字微机控制技术要在交直传动机车中快速推广还要不断改善控制性能。对于引进的通信系统在机车总线和列车总线要尽快吸收消化。最好同步研发16位和32位微机控制与交流传动技术系统，对于机车自诊断与列车信息采集系统要完善。

2.4机车技术转向架

对于我国铁路曲线比例大轮轨磨耗突出和粘着发挥不好的问题，会造成铁路运输的困难。所以要集中力量研究径向转向架，提升其速度与运能。并要结合当前我国国情来研发，性能采用新一代的B或C的机车径向转向架，对于摆式列车的研究还要考虑在内。

2.5其他相关技术

当前机车车身、转向架、主变压器、牵引电机、主变流器等部件必须要实现其轻量化与模块化方式设计；采用低空气阻力的流线形车身设计；对于司机室的工程要人性化设计，并要降低噪音及工业装饰等都是我国目前机车工作目标，同时也是提高机车质量水平与档次等都有重要的意义。

结语

总而言之，只有提高我国的铁路运输能力就可以对现在的海上丝绸之路和高铁外交都有了坚实的后盾，同时也是国力强大的象征。

参考文献：

[1]张煜.7200kW和谐型电力机车车体涂装体系的技术性研究[J].现代涂料与涂装，2011，14（5）.

[3]段继超，伍智敏，邓谊柏.储能式现代有轨电车制动系统[J].电力机车与城轨车辆，2015（4）：10-12.

[4]李知宇.集成滤波电感技术及其在电力机车牵引传动系统中的应用研究[D].湖南大学，2015.

作者简介：

徐兆祺（1980.5-），男，甘肃武威人，兰州理工大学电气工程及其自动化，本科，单位：中车兰州机车有限公司，研究方向：内燃机车