20世纪70年代后期以来,随着晶闸管变流技术的发展,电动列车电传动系统已发展到一个崭新的阶段。从电力牵引的角度考虑,传统的直流牵引电机其自然特性有良好的牵引性能,但其防空转性能较差;况且由于直流牵引电机固有的换向器与电刷,因而带来了较大的体积与重量,以及由换向问题而引出的繁杂的维护问题。而交流牵引电机由于没有换向器与电刷,所以其体积与重量有较大的下降,通常,它与直流牵引电机单位功率重量比为1∶1.25左右。此外,由于交流牵引电机结构简单,其转子无需绝缘,也没有引线,所以制造技术比直流牵引电机要求低,容易制造,成本也低;同时交流牵引电机耐潮湿,防尘和抗机械冲击及电气冲击性能好,工作可靠,寿命长;交流牵引电机没有直流牵引电机那种令人讨厌的环火故障,维修、运行费用低。
交流牵引电机具有很强的机械特性,当转速升高2%~4%时,其转矩就下降为零,因此它比串励直流牵引电机具有更好的防空转性能,比他励直流牵引电机具有充分利用黏着重量,满足重载起动的卓越牵引性能,交流牵引电机的能耗也比直流牵引电机小。
采用交流牵引电机后,车辆的调速需用逆变器来完成,也就是将直流电由逆变器变为可调节电压与频率的交流电来控制交流牵引电机的转速。用了逆变器供电,就不需要笨重的有触点的反向开关与制动转换开关,因而可大大简化车辆主电路,使主电路设备与连线大大减少。同时,由于交流牵引电机没有换向器而不存在换向问题,所以能发挥较高的输出功率;在高速运行时,电机效率也较高,而且在再生制动时也能输出较大的再生电功率。
综上所述,由于交流传动技术具有如此多的直流牵引无法比拟的优点,因而采用交流牵引电机的交流牵引系统已被世界各国公认为近代最优秀的牵引调速系统,因此,交流牵引也是今后世界各国(包括中国)轨道交通发展的总趋势。表8-1为国外部分城市使用交流牵引车辆的情况。
表8-1 国外部分城市使用交流牵引车辆概况(www.daowen.com)
上海地铁2号线的车辆全部采用交流传动技术,受电方式为架空线,供电电压为DC 1500V,用GTO逆变器调速,牵引电机功率为190kW。
任何事物都是一分为二的,虽然交流牵引比直流牵引更具发展前景,但就控制系统制造技术而言,交流调速系统较斩波调速系统复杂,整个控制系统重量和体积较大,对运行维修人员的技术素质要求较高,控制装置成本也较高。
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