變頻牽引技術(shù)在國外的應(yīng)用情況
隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，使電力牽引系統(tǒng)有了很大的變化，其牽引與調(diào)速系統(tǒng)由最初的變阻調(diào)速發(fā)展到斬波器調(diào)速，進而發(fā)展到應(yīng)用交流三相異步牽引電動機采用調(diào)壓變頻調(diào)速（VVVF）的牽引技術(shù)。目前世界上德、日等發(fā)達國家研制的地鐵和輕軌車輛幾乎全部采用交流變頻調(diào)速牽引技術(shù)。
例如，根據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)的德國采用BR120型交流變頻牽引電力機車試驗的結(jié)果表明，這種性能的機車比直流牽引車輛具有以下顯著的優(yōu)點：
1）在相同粘重時牽引力提高30%；
2）功率因數(shù)高（cos漬可達到1），電網(wǎng)利用率提高30%；
3）由于它采用電力電子器件取代了有觸點元件，維修費可降低50%；
4）無故障運行超過40萬km；
5）節(jié)能顯著，采用GTO變頻器的交流電牽引裝置比相同容量使用斬波調(diào)速的直流牽引裝置效率可提高6%～7%。
據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)，一輛5600kW的機車每小時可節(jié)電392kW，若按年運行3000h計算，則每年節(jié)電可達117.6萬kW。
國際上在交流牽引處于領(lǐng)先水平的日本和德國，基本都是采用PWM（交-直-交）型GTO-VVVF逆變器（簡稱GTO變頻器）和異步牽引電動機配套組成變頻牽引系統(tǒng)。
日本在1990年后生產(chǎn)的GTO變頻器容量就達到了4500V/3000A。日本于1991年11月統(tǒng)計公布的所有日本交流變頻調(diào)速車的主要參數(shù)基本上都是采用由日立、東芝、三菱電機、富士電機和東洋公司制造的GTO變頻器。東洋公司從1986年到1990年底止，就已為23種車型提供了GTO變頻器。
近年來，德、日等國家新研制的地鐵和輕軌列車，幾乎全部采用交流變頻牽引技術(shù)；而用于交流牽引系統(tǒng)的新型三點式逆變器，在德國和日本則已有應(yīng)用。1993年德國就已經(jīng)有成千臺用此方案構(gòu)成的IGBT三點式逆變器用于輕軌電車上。IGBT器件與可關(guān)斷器件GTO相比有較多優(yōu)點。IGBT為電壓驅(qū)動，其開關(guān)頻率高，抗干擾和貫穿短路保護能力強，損耗小，性能好及工作可靠，雖然IGBT耐壓不如GTO高，但采用新型的三點式電壓型逆變器，則可用耐電壓等級低一半的器件，而且還有效地減少了諧波電流，抑制了電磁噪聲。因此，目前高壓大電流的GTO和IGBT模塊構(gòu)成的變壓變頻裝置和微機技術(shù)在機車車輛上的應(yīng)用已取得了很大的進展。
4變頻技術(shù)在我國城市交通車輛上的應(yīng)用根據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)，廣州本田公司已用200臺變頻電車取代了152臺電阻式控制的舊電車和48臺斬波控制電車。在實際的營運路線上，分別對各種電車進行了耗電測定。
測量結(jié)果表明，新型車耗電量為電阻式控制車的72.6%。根據(jù)他們對200臺新型變頻車與200臺舊車一年的耗電量比較計算，新型車的耗電約減少24%。由此可見采用變頻技術(shù)的車輛節(jié)電效果十分明顯。因此，我國電子工業(yè)部在電子工業(yè)早在“九五”規(guī)劃中就將以變頻牽引裝置為代表的節(jié)能技術(shù)列為發(fā)展的重點。
我國于1996年研制成功了AC4000型交流牽引電力機車。目前DC750V系統(tǒng)下的地鐵車輛每臺牽引電機功率為90~160kW，因此采用600～1000A/1200VIBGT構(gòu)成的三點式逆變器牽引系統(tǒng)，已能達到所需的容量。我國原來規(guī)劃的廣州地鐵和上海地鐵準(zhǔn)備用直流斬波調(diào)速車，后考慮到與國際先進水平、節(jié)約能源及經(jīng)濟合理性等因素，最終確定了選擇三相交流異步牽引機變頻調(diào)速的傳動方案。
例如，根據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)的德國采用BR120型交流變頻牽引電力機車試驗的結(jié)果表明，這種性能的機車比直流牽引車輛具有以下顯著的優(yōu)點：
1）在相同粘重時牽引力提高30%；
2）功率因數(shù)高（cos漬可達到1），電網(wǎng)利用率提高30%；
3）由于它采用電力電子器件取代了有觸點元件，維修費可降低50%；
4）無故障運行超過40萬km；
5）節(jié)能顯著，采用GTO變頻器的交流電牽引裝置比相同容量使用斬波調(diào)速的直流牽引裝置效率可提高6%～7%。
據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)，一輛5600kW的機車每小時可節(jié)電392kW，若按年運行3000h計算，則每年節(jié)電可達117.6萬kW。
國際上在交流牽引處于領(lǐng)先水平的日本和德國，基本都是采用PWM（交-直-交）型GTO-VVVF逆變器（簡稱GTO變頻器）和異步牽引電動機配套組成變頻牽引系統(tǒng)。
日本在1990年后生產(chǎn)的GTO變頻器容量就達到了4500V/3000A。日本于1991年11月統(tǒng)計公布的所有日本交流變頻調(diào)速車的主要參數(shù)基本上都是采用由日立、東芝、三菱電機、富士電機和東洋公司制造的GTO變頻器。東洋公司從1986年到1990年底止，就已為23種車型提供了GTO變頻器。
近年來，德、日等國家新研制的地鐵和輕軌列車，幾乎全部采用交流變頻牽引技術(shù)；而用于交流牽引系統(tǒng)的新型三點式逆變器，在德國和日本則已有應(yīng)用。1993年德國就已經(jīng)有成千臺用此方案構(gòu)成的IGBT三點式逆變器用于輕軌電車上。IGBT器件與可關(guān)斷器件GTO相比有較多優(yōu)點。IGBT為電壓驅(qū)動，其開關(guān)頻率高，抗干擾和貫穿短路保護能力強，損耗小，性能好及工作可靠，雖然IGBT耐壓不如GTO高，但采用新型的三點式電壓型逆變器，則可用耐電壓等級低一半的器件，而且還有效地減少了諧波電流，抑制了電磁噪聲。因此，目前高壓大電流的GTO和IGBT模塊構(gòu)成的變壓變頻裝置和微機技術(shù)在機車車輛上的應(yīng)用已取得了很大的進展。
4變頻技術(shù)在我國城市交通車輛上的應(yīng)用根據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)，廣州本田公司已用200臺變頻電車取代了152臺電阻式控制的舊電車和48臺斬波控制電車。在實際的營運路線上，分別對各種電車進行了耗電測定。
測量結(jié)果表明，新型車耗電量為電阻式控制車的72.6%。根據(jù)他們對200臺新型變頻車與200臺舊車一年的耗電量比較計算，新型車的耗電約減少24%。由此可見采用變頻技術(shù)的車輛節(jié)電效果十分明顯。因此，我國電子工業(yè)部在電子工業(yè)早在“九五”規(guī)劃中就將以變頻牽引裝置為代表的節(jié)能技術(shù)列為發(fā)展的重點。
我國于1996年研制成功了AC4000型交流牽引電力機車。目前DC750V系統(tǒng)下的地鐵車輛每臺牽引電機功率為90~160kW，因此采用600～1000A/1200VIBGT構(gòu)成的三點式逆變器牽引系統(tǒng)，已能達到所需的容量。我國原來規(guī)劃的廣州地鐵和上海地鐵準(zhǔn)備用直流斬波調(diào)速車，后考慮到與國際先進水平、節(jié)約能源及經(jīng)濟合理性等因素，最終確定了選擇三相交流異步牽引機變頻調(diào)速的傳動方案。
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