CRH5型高速动车牵引技术的控制方法研究

摘 要：CRH5是中国铁道部为实现中国铁路第六次提速中修建的高速铁路，整个列车组都高强度耐寒的特点。CRH5型车是组配于多台微机的系统，其功能很全面，对列车的牵引、制动、空调等的方面进行监控，更重要的是可以完成自动编组。本文将阐述CRH5高速动车牵引技术控制方法的研究。

关键词：CRH5型高速动车；牵引技术；方法；研究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.019

1 引言

交通运输系统作为工业化过程中具有重要地位的产业之一，其修建和运行情况关系到中国新型工业的方方面面，例如高新技术产业同传统产业的关系，发展经济和保护生态环境的关系等等。而随着城市化进程的发展，高速动车也在交通运输体系中发挥着不可替代的作用，更重要的是，牵引控制是高速动车组、重载列车的重点研究对象。本文将以CRH5型高速列车为例阐述牵引技术的控制方法与研究。

2 CRH5高速动车的发展现状及存在的问题

2.1 发展现状。CRH5动车组分为四大类：

（1）CRH5A是由北车长春轨道客车股份有限公司负责生产修建，是8节车厢编组座车动车组，最高的运行速度达到250km/h，同时可以实现五动三拖，以及两组列车的重联运行。并且在第六次火车提速后，CRH5在耐寒方面比CRH1和CRH2更占有优势，CRH5A型列车可承受的温度范围可达到±40℃左右，大多被应用于中国东北部地区。

（2）CRH5E是由北车长春轨道客车股份有限公司生产，是16组车厢的卧铺动车组，其设计时速同样高达250km/h，具有良好的抗寒、抗沙的性能。被应用西北地区。

（3）CRH5G是为兰新二线所准备的高寒防风沙型动车组，由CRH5A优化改良而来，CRH5型列车具有更强的耐寒能力，被誉为“高寒战士”。此车型布局为“统型”布局，与CRH2A布局相似。

（4）CRH5J是综合高速检测列车，由CIT0改名而来，目前我国只有一列，车号为0501，被称为“黄医生”。

2.2 CRH5型高速动车组牵引传动装置存在常见故障及应对措施

（1）轴承故障导致电动机故障。造成轴承故障的原因是多方面的，例如轴承不到位或者轴承承受外力的冲击过大以及轴承本身结构不能长时间满足列车运行要求等。但是这些故障都是可以预防的，比如，在启动电机时观察电机是否有异常，在动车行驶过程中监控电机上方是否有振动，发现异常后及时采取措施加以治理，就可以将轴承故障减少到最小。

（2）牵引电机通风故障。通风机出现故障会导致冷却效果不明显，两个或更多的通风机故障将使牵引电机迅速增温到90℃，而此时动车已达到预警状态，若持续升温达到110℃时，就会造成动车牵引切除。产生通风故障的原因也是多种的，例如，通风机本身的故障，或者通风扇未能起到冷却的效果，因此，技术人员要及时检查牵引机是否温度过高，并且保障排风扇正常工作，使得牵引系统不会被切断。

3 CRH5高速动车牵引技术控制方法研究

（1）电力牵引传动控制。电力牵引控制目前最常见得有三种，分别为转差频率―电流控制、磁场定向控制和直接转矩控制。以直接转矩控制举例，它的特征是控制子磁链，换句话说也就是在定子静止坐标系中，以空间作为大背景，通过检测定子电压，电流并直接通过定子坐标系计算出控制电动机的磁链和转矩，获取转矩的高动态性能。这个过程只需要关注电磁转矩的大小就可以，省去了繁琐的计算过程，并且也不需要进行模仿直流电机的控制，这在一定程度上简化了交流电动机的数学模型。所以控制层面上除了做引入的定子磁链观测器很容易得到磁链模型，同时也很容易得到转矩模型，那么磁链模型和转矩模型就构成了完整的电动机模型，从而就可以实现了无速度传感控制。

（2）电机牵引控制。牵引电机作为电能转化为机械能的最终步骤成为高铁运行必不可少的结构。高速列车的运行状态―起动、加减速、制动―最后都是通过对电动机的控制实现的。根据列车的牵引功率、齿轮传动功率、牵引电动机效率等参数便可计算出牵引电机的总功率，下图为计算公式：

除了电机的控制技术，电机与传动系统的接口也是非常重要的。电机转子与齿轮箱的接口关系到动车运行速度以及电动机扭矩匹配。影响动车组牵引性能的主要因素是牵引力与运行阻力，通过改变传动比来提高相同电机转速下轮轴的输出转速，从而达到降低所需的牵引电机轴承速度。

（3）牵引变流器控制。牵引变流器的零部件均采用模块化设计，牵引变流器采用电压型3点式电路，由脉冲整流器，中间直电流，逆变器组成。下面以逆变器为例做出简要分析。逆变器控制的具体原理为将电压输入滤波电容器中，依靠无接点控制装置来控制电流信号，输出变频变压的三相交流电，再向滤波电容器输出直流电压。牵引电动机采用矢量控制方式，独立控制扭矩电流和励磁电流，以此来达到扭矩控制高度精华，提高电流的控制性能。

4 结Z

随着高速铁路的发展，人们对高速动车组的性能要求越来越该高，牵引系统作为高速动车组核心技术，因而在动车性能优化中显得格外重要。面对高速动车牵引系统可能存在的问题，我们应做到及时发现，及时解决，全面优化控制系统，把故障存在的可能性降到最低，更重要的是利用现有的网络技术资源，将动车系统网络化，我相信未来的CHR5型列车一定能更加快速、安全。

参考文献：

[1]王新德.CRH5型动车组牵引变压器控制逻辑分析及切除故障研究[D].中国铁道科学研究院，2015.

[2]蔡丽.高速动车组牵引传动系统的监测平台[D].华东交通大学，2016.

[3]熊盛艳.CRH5型动车组牵引变流器的研究[D].西南交通大学，2013.