大国重器：交流传动技术助力高速铁路技术发展

现代高速列车和动车组几乎全都采用了先进成熟的交流传动技术。交流传动电力牵引列车一般来说主要由受电弓从接触网上将单相交流电引入列车，经过主变压器进行变压后向主变流器输入，变成需要的直流电，再经过逆变器逆变成牵引电机所需的三相交流电，简称交-直-交传动。

（1）变流传动的优越性。三相交流牵引传动系统的优越性在于它集成了简单可靠的三相交流电动机、先进的电子技术和半导体技术，是牵引电传动发展史上的重大突破。三相交流传动系统在机车车辆上的应用已成为主流，也是列车先进技术的代表。

（2）具有良好的牵引和制动性能。由于三相交流电机容量大，一般不会受发热条件的限制，而直流电机常受到最大启动电流和最大磁场削弱的限制。交流电机采用四象限变流器，可以很方便实现牵引与再生能量的转换，为高速列车再生制动创造了条件，节能显著。

（3）具有良好的黏着利用和防空转性能。由于三相交流电机采用平滑调频、调速，牵引力的变化是无极平稳的。同时，调节是采用电子系统依据给定牵引力和转差自动进行，因此启动时可获得较大的黏着力。而且电机的容量是根据启动电流和高速时的最大电压选择的，正常运行时不存在启动过电流的时间限制，这有利于充分利用黏着力和牵引重载列车。

（4）电机功率大、质量轻、体积小。三相交流电机功率大、质量轻、体积小，可以获得较高的功率质量比，而且有利于减轻转向架质量，降低转向架冲击振动对轨道的破坏作用，提高运行速度和运行平稳性，且谐波干扰小。四象限控制器作为网侧变流器，可使机车和动车在较大负载范围内电网侧的功率因数接近1，电流的波形接近于正弦曲线，从而大大提高了功率利用率，提高了供电能力。交流电机无整流子和电刷，转子无须绝缘，无裸露导电部分，因此电机运行安全可靠，几乎无须维修。列车大量使用电子和电气元件，替代了各种机械式设备，大大减少了设备的磨损，避免了复杂的维修。大量自动控制系统的采用，使得司机的操作更加简便。一般情况下，司机通过操纵台显示器可阅读列车的运行信息。(www.xing528.com)

动车组受电弓属于车顶高压系统之一，从高压接触网上引入列车所需的电流（受流），并在制动时作为反馈线将多余的电流馈回至接触网。高速列车的行驶速度较常速列车高得多，因而受电弓接触导线移动的速度大大加快，这就使接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响。高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若备用多弓受电必然会增加阻力和加大噪声，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电问题。

高速列车的受电是通过受电弓与接触网的接触导线紧密接触而实现的，因而受电是否正常直接取决于接触网-受电弓系统的技术状态。接触网-受电弓系统工作可靠是确保高速动力良好取流的根本条件。

接触网-受电弓系统的受流过程是受电弓在接触网下以动车组运行速度在运动过程中完成的，受流过程是一个动态过程，这一动态过程包括了多种机械运动形式和电气状态变化：受电弓相对于接触导线的滑动摩擦；受电弓因轨道激励引起的车体上下振动，导致受电弓的上下振动；受电弓由于车体横向摆动而形成的横向振动；接触网波浪形上下振动，并沿着接触网传播；受电弓和接触导线之间发生的水平和垂直方向撞击；弓网离线时产生的电弧；受电弓受流过程中，电流发生剧烈变化等。所以，弓网受流过程是一个非常复杂的过程。随着列车速度的提高，这些运动加剧，要保持受电弓与接触网之间的良好接触性能就越来越困难，受流质量也会随之下降。当列车运行速度超过受流系统的允许范围时，受流质量将严重恶化，影响列车取流和正常运行。在列车高速运行条件下，受流系统的性能与常规电气化铁路的受流质量是不同的，系统所需解决的问题也不尽相同，高速受流技术是高速铁路的关键技术之一。