高速动车组牵引传动控制系统的研究与仿真

孙菁睿　王立栋　康瑛

摘要：近年来，高速动车组的发展一方面适应了社会快速发展的新形势，另一方面也加快了人们的生活节奏。为不断适应发展变化着的新形势，满足人们不断增长的新需求，需要对高速动车组牵引传动控制系统进行优化，从而推动我国交通运输事业的发展，促进国民经济稳步提升。

关键词：动车组；牵引传动；控制系统；仿真设计

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0085-02

高速铁路的快速发展，使得对高速列车的需求也在逐渐增长，并对其提出了更多、更高的要求。虽然高速动车组在促进国民经济发展、社会进步和加快人民生活节奏方面发挥了重要作用，但在很多技术方面刚刚起步，尚未成熟，因此需要技术上的提升和系统优化。对于高速动车组这一复杂系统，建立合理有效的高速动车组牵引传动控制系统显得至关重要。本文主要分析了我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状以及高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案。

1 我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状

1.1 牵引动力配置方式以动力集中方式为主

我国高速动车组的牵引动力配置方式主要有动力分散方式和动力集中方式。动力集中方式是一种较为传统的电力牵引模式，使用历史久，技术相对成熟，而且使用的范围广泛，动力集中型动车组是由日本首创，近年在欧洲得到广泛推广与应用。

随着科学技术的发展进步，我国在动力分散型动车组的设计上取得了一定成就。例如“中原之星”动车组、“先锋号”动车组以及CRH系列动车组。“和谐号”CRH系列动车组，是由十六台三相异步牵引电动机均匀地安置在四辆动车的地板下，由每台电机驱动一根车轴，十六台电机共同合作就让整个动车组高速运行起来了。但是动力分散型的技术仍不够成熟，还处在起步阶段，而且资金投入大、技术要求高，因此，我国高速动车组的牵引动力配置方式仍以动力集中方式为主。

1.2 我国高速动车组以直流传动制式为主

直流传动制式和交流传动制式是高速动车组牵引传动制式的两种方式。在我国，主要铁路上的高速动车组，多数采用直流传动制式，对交流传动制式的使用较少。相比，在国外，先进的科学技术使得交流传动制式的高速动车组具有显著优越性，市场前景广阔。因此，多数生产厂商也已经停止了对直流传动机车的生产，多采用交流传动方式的牵引技术。我国高速电动车组的发展由于技术的不成熟，缺乏创造性，对于交流传动技术的应用也才刚刚起步。

1.3 普遍采用微机牵引控制系统

我国铁路机车普遍采用微机牵引传动系统，但在较为传统的直流传动机车上仍然有大量的模拟电子控制系统。随着科技的进步、网络的发展，网络技术对于交通运输事业也在发挥着越来越大的作用。在列车通信网络快速发展进步的新形势下，我国的高速动车组也开始使用通信网络进行控制和信息的传递，例如，司机对列车的各种控制命令都可以通过列车通信网络传送到列车的各个部位，执行的结果也可以通过网络再反馈给司机，从而使司机更加全面、系统地掌控列车的运行，促进列车协调、稳定运行。通过采用微机牵引控制系统逐渐形成对列车的分布式控制，是我国高速动车组牵引控制系统的现状。

2 高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案

2.1 进行高速列车内外部环境仿真

列车的内部环境不仅包括牵引传动控制系统，还包括网络系统等，外部环境包括牵引供电系统、线路的地理条件和轨道等。通过对内外部环境的仿真模拟，能够对列车在运行过程中可能出现的问题进行预测，并提前找到解决方案，避免实际运行过程出现差错，减少损失。以青藏铁路为例，高原缺氧、低温、强烈的紫外线以及高原冻土是铁路运输所面临的外部环境，这些对列车的控制系统提出了更高要求，因此內外部环境的仿真有其必要性。内外部环境的仿真模拟可以为牵引传动控制系统的优化提供保障。

2.2 进行三维视景仿真

随着数字化进程的发展，各行业信息化建设也加紧了步伐，铁路业也应紧跟时代步伐，为驾驶司机提供三维视景。传统的二维视景数据单一、抽象，只能展现宏观的景象概况，在细节上有局限性。而司机室三维视景仿真，能给司机提供丰富的环境信息，使司机更加清楚地了解在目前操作下，牵引传动系统的整体工作状态。当三维视景达到最佳效果，司机的临场感也会大大增强，从而集中司机注意力，调动其积极性，提高工作效率。

2.3 高速动车组牵引变压器热仿真

牵引变压器是高速动车组牵引传动系统中的关键部件，列车运行过程中的安全性与其密切相关。因此，为保障列车运行的安全性，需要研究高速列车牵引变压器的温度随列车实际运行发生的变化，对其进行冷却降温处理。由于变压器具有复杂的结构，并且涉及对热学、电磁学等多门科学的同时运用，因此研究模拟较为困难。但是预算和控制变压器内部的温升对于牵引变压器的研究具有重要意义。为此，国内外的众多专家也做了很多研究。

变压器作为一个复杂的系统，各个参数之间的关系也非常复杂。要想在列车运行中准确地计算出各个点的温度是很困难的，因此需要简化后再计算。铁芯和绕组产生的损耗是变压器的主要热源，热量会由变压器内部传导到表面。可以通过变压器内部油的对流，把来自铁芯和绕组的热量传给油箱壁，被加热的油箱壁通过周围的空气对流把热量散走，从而达到冷却变压器的目的。做一个具有特殊形状、容易散热的冷却器，把变压器中的油利用油泵，打入油冷却器，冷却后再返回到油箱中，从而带走热量，为牵引变压器降温。

3 结语

伴随着经济的发展和科技的进步，我国的高速动车组取得了巨大进步。但仍不够成熟，需不断开拓创新，引进国外先进技术，发现其中存在的问题，对牵引传动控制系统进行不断优化。从而使我国铁路运输走向成熟，保障交通运输事业的健康、稳定和可持续发展，满足国民经济发展需求，为我国社会主义现代化建设做贡献，推动时代的进步。

参考文献

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基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2009BAG12A01-H04-2）

作者简介：孙菁睿（1984—），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，研究方向：高速动车组调试；康瑛（1973—），女，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：高速动车组调试技术。

（责任编辑：吴 涛）