交流电力传动技术的现状和发展内容摘要为了资源能效并保护环境，实现高速和重载运输，促进国民经济的可持续发展，在轨道交通运输领域，具有优异运行性能和显著节能效果的电力牵引交流传动系统应用越来越普遍，而交流传动传动控制技术是高速和重载车辆必须的技术配置，是高速铁路和重载货运发展的基础，也已成为衡量一个国家铁路技术水平的重要标志。
本论文从电力牵引交流传动系统的基本结构出发，大致介绍了国内外交流电力传动技术的发展历程，详细分析了系统核心部件牵引变压器、变流器、牵引电动机以及对之进行控制的控制系统的的研究现状和发展历程，最后研究了我国的交流传动控制技术发展及未来展望。
关键词：交流传动与控制结构与原理现状与发展ABSTRACTIn order to improve the efficiency of resource，protect the environment，realize the high-speed and heavy transportation，and promote the sustainable development of domestic economy，in the area of rail transportation，the electric traction AC drive system，which has excellent core component and eminent effect of energy-saving，is being increasingly prevalent applied in practical condition .Meanwhile，AC drive control technology，a imperative technology about high-speed and heavy transportation and a fundamental of high-speed train and heavy freight transportation，becomes a significant sign to judge a country’s ability of transportation.This essay is base on the basic structure of electric traction AC drive system，and，roughly，introduces the development about electric traction AC drive system all over the world . also，it explicitly analyses the core components，including transformer, converter, and traction motor，and the related current research and development about its control system. At last，it discusses the development and prospect about AC drive control technology in our country.KEY WORDS: AC drive and control structure and principle current status and development目录引言 (4)一、电力传动控制系统的基本结构和工作原理 (4)二、牵引变压器 (5)2.1发展历程 (5)2.2变压器铁心及绕组结构的技术现状 (6)2.3发展展望 (7)三、变流器 (8)3.1变流器的发展 (8)3.2交流传动牵引变流器的技术现状 (9)3.3发展展望 (9)四、牵引电动机 (10)4.1发展背景 (10)4.2发展历程 (10)4.2未来展望 (12)五、控制系统 (13)5.1机车交流传动控制系统的发展 (13)5.2机车交流传动系统的现状 (14)六、我国交流电力传动的展望 (15)交流电力传动技术的现状和发展铁道牵引电传动技术是牵引动力设备的核心技术，其发展目标一直是致力于改善机车牵引和电制动性能，提高运用可靠性和能源的有效利用率，减少对环境的影响，降低运营成本，更好地满足铁路运输市场的需求。
自上世纪50年代末，我国第1台干线电力机车问世至今，我国机车电传动技术随着电力电子和功率电力电子器件技术的发展和应用，经历了从第1代SS1型电力机车的低压侧调压开关调幅式的有级调压调速技术，到第2代的SS3型电力机车调压开关分级与级间晶闸管相控平滑调压相结合的调压调速技术，再到第3代的SS4～SS9型电力机车的多段桥晶闸管相控无级平滑调压调速技术，直到全新一代的“和谐”型交流传动机车的跨越式发展历程。
近20年来, 随着微电子技术和计算机应用技术的迅猛发展, 国际上从事电力机车制造业的各大公司纷纷加大对电力机车控制技术的投入, 使这一称之为机车“大脑”和“神经”的技术不断得到更新、优化。
我国在这一领域的研究起步较晚, 但通过走独立自主研究开发与引进国外先进技术相结合的技术路线, 已成功地在技术上走过了第一代模拟控制、第二代数模混合控制阶段, 进入了以计算机技术为主体的第三代控制技术阶段。
国内外在发展机车传动控制的过程中，机车传动方式从液力传动发展至以电力传动为主，并且电力传动形式也在人类的探索中不断改变，从直流—直流到交流—直流，再到交流—直流—交流。
为了满足对效率的追求，而逐渐演变成了对交流传动机车的研究。
一、电力传动控制系统的基本结构和工作原理电力机车牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电气设备）、牵引变压器、脉冲整流器、牵引逆变器和牵引电机等组成。
1.1牵引变流器采用新型大功率半导体器件，从最早的晶体管发展到GTO、IGBT、IPM，以至于IGCT。
牵引变流器发展的目标是小型化、轻量化、节能、环保、可靠和经济适用。
随着变流器的模块化、系列化和小型化，出现了将牵引变流器与辅助变流器和列车供电变流器统筹考虑、集成设计、制造的新态势。
牵引变流器的冷却是另一项关键技术，它要求冷却效率高、体积小、易于维修、不污染环境，目前的冷却方式主要是风冷、油冷、水冷、沸腾冷却和热管冷却。
1.2主变压器是牵引系统中质量、体积最大、耗能最多的部件。
尤其在动力分散式高速列车组中，由于要求启动加速功率和再生制动功率大，而安装空间又有限，所以主变压器损耗占到总损耗的30%。
因此，减轻质量、减小体积、降低损耗一直是主变压器技术发展的目标。
近代，随着电子技术的发展和高温超导线材性能的提高，出现了两种新型变压器，即电子变压器和高温超导变压器它们与传统的工频变压器完全不同，具有质量轻、体积小、效率高的特点。
1.3牵引电动机现代高速动车组大多采用三相交流异步牵引电动机，与直流电动机相比，它具有质量轻、功率大、机构简单、运用可靠、寿命长、维修简便的特点。
近代开发的永磁多极同步牵引电动机由于可实现很高的转矩密度，从而有可能实现无传动齿轮的直接驱动，与带传动装置的异步牵引电动机相比，它具有损耗低、质量轻、噪声小、无油泄露等优点。
很有发展前途。
列车受电弓从接触网获得AC25000/50Hz电源，为了满足列车牵引特性的需要，牵引电机需要电压频率均可调节的三相交流电源。
受电弓将接触网的AC25kV 单相工频交流电输送给牵引变压器，经变压器降压输出1500V单相交流电共给脉冲整流器，脉冲整流器将单向交流电变成直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压0V-2300V，频率0Hz-220Hz可控的三相交流电供给牵引电动机。
二、牵引变压器2.1发展历程自1958 年试制成功我国第一台SS1 型干线电力机车牵引变压器以来, 国内企业先后研制成功SS3～SS9, TM1,DDJ1 等12 种交直传动电力机车用牵引变压器。
并在近十年内相继开发研制了AC4000,DJ,“蓝箭”,“奥星”, “先锋号”,“中原之星”,“中华之星”,“天梭”,“SSJ3”等10余种交流传动机车及动车组用牵引变压器。
通过国内相关工程技术人员的努力,牵引变压器设计、制造技术取得了较大发展, 满足了电力牵引总体线路对牵引变压器的要求, 满足了我国电力机车及动车组用户的要求, 为我国电气化铁路的发展作出了重大贡献。
我国电力牵引变压器设计及工艺技术起源于20 世纪50 年代从前苏联引进的6Y2 机车牵引变压器技术, 代表产品为SS1 型电力机车用TBQ1 型牵引变压器。
该变压器为立式结构, 采用铜管冷却、车内进风等技术。
经过不断的技术改进, 基本上形成了一个初步技术平台。
20 世纪70 年代后期经过自主创新及技术升级等艰难过程, 完成了SS2,SS3 型机车牵引变压器的研制, 此阶段为牵引变压器发展的初始期。
80年代, 随着我国改革开放, 铁路发展加快, 市场需求增加, 牵引变压器技术进入了其发展壮大期, 国内相继研制成功SS4 系列货运机车用TBQ4 系列变压器、SS5 型机车用TBQ5 型变压器及SS7系列机车牵引变压器。
90 年代完成了交直牵引系列牵引变压器研制, 包含SS6,SS7,SS8,SS9 等型机车系列牵引变压器产品。
90年代中期开始了交流传动牵引变压器产品的研制, 先后研制成功AC4000,DJ,DJJ 等机车用10 种交流传动牵引变压器。
21 世纪初期我国引进了DJ1 型机车及ABB公司的技术, 牵引变压器设计及制造技术得到快速发展, 平均每年有两个以上新品种面世。
2.2 变压器铁心及绕组结构的技术现状近几年电传动技术不断发展, 牵引变压器作为电传动系统关键部件日益向轻量化、小型化、高可靠性方向发展。
目前我国牵引变压器铁心及绕组有以下 4 种典型结构:(1) 心式铁心 + 混合线圈结构 ( 层式线圈 + 饼式线圈) 。
这种变压器结构比较新颖, 综合了层式线圈和饼式线圈的优点, 解决了饼式线圈空间漏磁屏蔽问题及层式线圈的绝缘强度问题, 加上合理的内部结构布置, 具有重量轻、尺寸小的特点。
我们曾经用饼式线圈、层式线圈、混合式线圈对 SS9 独立通风型机车变压器进行过优化求解, 采用穷举法, 对所有方案进行优化筛选, 发现混合式线圈结构在重量上有 5%～10%的优势; 在尺寸方面有20~50mm的高度优势。
(2) 心式铁心+ 饼式线圈结构。
从 20 世纪 90 年代末期开始, 国内尝试采用饼式线圈结构, 从 AC4000 交流传动车开始设计了 5 种以上型号的饼式线圈变压器。
其主要特点为: 采用心式铁心和饼式线圈。