《电力牵引交流ktv点歌台传动及其控制系统》报告 ——交流传动与直流传动优劣的比较
1.电力传动的发展
从十九世纪七十年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台城市电车都在尝试直流供电牵引方式。1891年西门子试验了三相交流直接供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车, 1917年德国又试制了采用“劈相 冷凝水回收装置机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。这些技术探索终因系统庞大、能量转换效率低、电能转换为机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。
1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器( 即普通晶闸管) 的发明, 标志着电力牵引跨入了电力电子时代。大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世, 使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革, 全球兴起了单相工频交流电网电气化的高潮。随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展，20世纪70年代以后出现了交-直-交传动(交流发电机或交流供电-硅整流-逆变器-交流电动机)，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交-直传动。
与直流传动机车相比，交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我国铁路发展的必然趋势。
2．交流传动与直流传动的比较
pnp网络摄像机2.1 机车工作原理的比较
2.1.1 直流传动电力机车工作原理
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直流传动电力机车包括直直型电力机车和交直型整流器电力机车。
直直型电力机车是由直流电源供电，直流串励牵引电机驱动，通过串并联切换加凸轮变阻或晶闸管斩波器调阻（调压)方式进行调速和控制的机车。一般工矿用4轴电力机车串并联切换加凸轮变阻的电传动装置工作过程为:机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QF，启动电阻R，向4台直流牵引电动机M1-M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。随着4台牵引电动机接通电源即行旋转，电能转变为机械能，分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮实现牵引运行。
交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的单相工频交流电，经机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流（脉流）牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。如图所示。
2.1.2 交流传动电力机车工作原理
交（直）交型电力机车是指由各种变流器供电的交流异步或同步电动机作为传动电机的电力机车或电动车组。
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根据变流器是否带中间回路，分为交直交变流器和交交变流器两类。根据中间回路选择元件的不同，又分为电压型系统、电流型系统两种基本结构。因此电力牵引领域的交流传动机车基本上有两类：电流型变流器供电的同步或笼型异步电动机机车和电压型变流器供电的笼型异步电动机机车。电压型变流器供电的笼型异步电动机系统原理。来自接触网的单相交流电经受电弓引入机车变压器，在牵引变压器中变换成所需的合适电压后送人电源侧变流器，将单相交流电转换为直流电，提供给中间回路经平滑功率脉动，送入电动机侧的变流器，将直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电供给三相异步牵引电动机，实现牵引运行。在这个系统中，机车先将电网的交流能量转换为直流能量，然后进一步转换成电压和频率可调的交流能量。
由于电压型变流器供电的笼型异步电动机机车的转矩脉动以及对电网的反作用小，适合于较大功率的机车，因此干线交流传动电力机车绝大部分都采用这种系统。
直流传动机车，无论是直直型还是交直型，共同点是采用直（脉）流牵引电动机，都可通过控制励磁电流使牵引电机具有所要求的软特性和良好的防空转性能，脉流牵引电动机虽然在结构上与直流电机有所不同，但其工作原理基本上与直流电机相同，直流电动机结构
上的缺点是存在电刷和换向器，无法改变电机存在的火花和环火的致命缺陷，从而限制了直流电动机的功率和容量，不能很好地满足铁路高速重载的发展要求，继而限制了直流传动机车的发展，因此在机车上采用无整流子的交流电动机成为趋势。
2.2 交流传动与交直流传动机车主电路的比较
交流传动机车与交直流传动机车都是将接触网供给的单相工频交流电，经受电弓进入机车内部的牵引变压器降压，再经整流装置将单相交流电转换为直流电。所不同的是，交直传动机车会将转换来的直流电通过滤波电抗器、电磁绕组进行滤波，然后向直流（脉流）牵引电动机供电，从而产生牵引力牵引列车运行。而交流传动机车会将转换来的直流电通过逆变器再逆变成三相交流电，向三相异步牵引电动机供电。
交流传动与直流传动机车主电路的区别在于两者变流装置的不同，从而造成的能量传递形式的不同。而交流传动机车与直流传动机车本质上的不同是，这两者所采用的牵引电机不同。交直与交流传动机车主电路比较如图所示。
3. 电力电子在交流传动机车上的应用
在交流传动技术的发展过程中,电力电子器件的发展是这一技术进步的物质基础。第一代机车采用快速晶闸管,变流机组复杂、效率较低、可靠性和可维修性等均不理想。随着大功率GTO器件的诞生, 上世纪80 年代中后期被迅速应用于大功率交流传动机车动车, 技术性能又有新的提高。进入上世纪90年代,中高压IGBT相继问世,器件品质进一步提高,变流机组又开始更新换代。
与此同时, 控制策略的发展是交流传动技术进步的理论基础。先后研究、应用了晶闸管移相整流控制、PWM控制、四象限脉冲整流控制、磁场定向控制、直接转矩控制等方法。
酮康唑香波微电子、信息技术等为交流传动技术进步提供了现代控制手段。从过去复杂的模拟--数字电路实现简单的控制功能,进人现代网络化控制、小型化及模块化结构。微计算机和微处理器品质不断提升,由8位进步到32位、64位,由定点运算进步到浮点运算,处理能力大幅提升,构筑了以高速数字信号处理器为核心的实时控制器。
由此可见,电力电子技术这门综合学科对牵引动力交流传动系统的发展产生了强大的推动力。
4.总结
通过机车交流传动与直流传动的分析比较，我们不难看出交流传动机车明显的发展优势。交流传动机车所以成为现代机车发展的方向，正是由异步电动机的特点和优点所决定的。和传统的串激直流电动机驱动系统相比，交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、重量尺寸等诸多方面。
