中车唐山机车车辆有限责任公司 河北省唐山市 064000
摘要：本文对城际动车组的顶层指标进行了分析，结合架控式牵引系统的特点，分析了架控式牵引系统对制动系统和转向架系统的影响，并对时速160公里城际城际动车组架控式牵引系统的方案设计过程进行了介绍。架控式牵引系统在城际动车中具有良好的应用前景。
关键词：城际动车组；架控；牵引系统
1、城际动车组特点
（1）站间距短，频繁起停
城际铁路是连接相邻城市活城市群的客运专线铁路，其线路长度一般介于50公里至200公里之间，车站间距一般为5公里至20公里。服务以中短途旅客为主，单程时间较短，特别强调旅客出行的快速和便捷。由于站间距较短，车辆起停较为频繁。
（2）快速起停，加、减速度大
由于城际动车组运行的线路站间距较短，需要频繁起停，为保证旅客的旅行速度以及充分发挥车辆的性能，需要尽快将车辆加速到最高速运行，这就要求车辆具有较大的启动加速度和减速度以及较大的动拖比。
（3）发车间隔短，公交化运营
城际动车组运行的线路客流量较大，实行公交化运营，较短的发车间隔，可以尽快缓解较大的客流量压力。
（4）速度等级低
根据《城际铁路设计规范》，城际铁路是指专门服务于相邻两城市间活城市群，旅客列车设计速度200公里每小时及以下的快速、便捷、高密度客运专线铁路。较低的速度等级能够更好的适应较短的站间距，更好的发挥车辆的性能和降低车辆能耗。
（5）编组较短
纵观国内外城际动车组，均以短编组为主。短编组动车组的优点是允许使用的站台较短，从而减少土建工程的工作量，同时，短编组的动车组成本也较低，初期站台建设成本也较低。
2、架控式牵引系统的特点
所谓架控，即每辆动车有2台牵引逆变器，分别对两台转向架上的牵引电机进行独立控制。当1台转向架的上牵引电机或者对应的牵引逆变器出现故障时，可将该转向架的牵引电机所对应的牵引逆变器进行隔离或切除，另外一台转向架上的牵引电机继续运行，该辆动车仍可以以50%的动力继续运行。
根据我国多年的交-直-交传动系统的电力机车开发经验，交-直-交主电路基本上都是采用电压型变流器供电的鼠笼式异步电动机系统[1]。架控式电压型牵引变流器根据四象限脉冲整流器、中间直流环节以及脉宽调制电压源牵引逆变器各环节的配置方式主要有单台四象限整流器供电型架控式牵引变流器和两台四象限整流器供电型架控式牵引变流器。
根据整车的牵引功率、可靠性要求以及经济性，架控式牵引变流器还有其他主电路结构形式，此处不再一一列举。
3、架控式牵引系统与制动系统的配合分析
目前，为尽可能的减少制动系统制动盘的磨耗，降低运营成本，动车组制动系统大多采用空电复合制动。架控式牵引系统和制动系统的控制方式有以下三种配置关系：
（1）架控式牵引系统+车控式制动系统
此种配置方式会出现当1台转向架的电制动失效需要施加空气制动时，有可能造成同一车辆另外一台转向架由于空气制动力和电制动力的叠加而抱死，造成车轮擦伤的情况，制动系统的防滑问题难以处理。为避免此种问题的发生，当一个转向架的电制动失效时，在切除该故障转向架电制动的同时，也需要切除另外一台电制动力正常的转向架的电制动功能，造成动车组电制动功率的浪费，从而影响动车组的节能效果。
（2）架控式牵引系统+架控式制动系统
此种配置方式可以有效解决“架控式牵引系统+车控式制动系统”出现的上述问题，空电制动的匹配性能最好。但此种配置方式将会明显提高整动车组的故障率以及成本。
（3）架控式牵引系统+轴控式制动系统
该配置方式也可以有效解决“架控式牵引系统+车控式制动系统”出现的系统不匹配问题。但此种配置方式也将会显著提高整动车组的故障率以及成本。
4、时速160公里城际动车组架控式牵引系统的设计
4.1 动车组动力配置方案设计
根据目标用户运营线路的客流量分析，经过对动车组的载客能力计算，动车组采用4辆编组方式足够满足线路的客流量需求。为提高动车组的故障运行能力，牵引系统应采用冗余设计。确定动车组的动力配置为以1M1T为牵引单元，两个牵引单元对称布置，牵引变流器采用架控式。
4.2动车组牵引系统方案设计
4.2.1总体牵引性能指标
根据目标用户运营线路的运营需求，时速160公里动车组是目标用户的首选车型，且要求动车组具有不低于0.8
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的启动加速度，时速160公里时的剩余加速度不低于0.5
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。
4.2.2启动牵引力的确定
由于该车采用的成熟车型的车体结果和断面，根据经验推导出该动车组的阻力公式如下:
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(5)
计算出
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载荷条件下的车辆重量
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，定义动车组的启动加速度为
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，根据：
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(6)
即可计算出动车组的启动牵引力。
4.2.3轮周牵引功率的确定
定义启动牵引力
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，轮周牵引功率
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，最高运行速度
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，最高运行速度时的剩余加速度为
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，根据：
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(7)
即可计算出动车组的轮周牵引功率。
4.2.4牵引变流器容量的确定
定义
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为牵引变流器的输出功率，
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为齿轮箱的机械传动效率，根据：
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(8)
即可计算出牵引脉宽调制逆变器的输出功率。定义
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为牵引变流器的容量，
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为牵引变流器的效率，
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为整车的辅助负载功率，根据：
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(9)
即可计算出牵引变流器的容量。
4.2.5牵引变压器容量的确定
定义
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为牵引变压器的容量，
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为牵引变流器的效率，根据：
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(10)
即可计算出牵引变流器的容量。
4.2.6牵引电机特性的确定
定义
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为牵引电机的最大转矩，
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为牵引电机的转速，
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为牵引电机恒功率与恒转矩的速度转折点，
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为动车组转向架轮径，
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为齿轮箱传动比，
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为整列动车组牵引电机台数，根据：
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(11)
即可计算出牵引电机的最大输出转矩，根据：
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(12)
即可计算出牵引电机的最大转速，根据：
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(13)
即可计算出牵引电机恒功区与恒转矩区的速度转折点。
根据以上参数即可确定牵引电机的特性。
4.3牵引变流器主电路结构
在综合考虑整车的冗余设计要求、辅助负载功率、模块化设计、设备安装要求以及故障运行能力等因素，最终确定牵引变流器的主电路结构。牵引变流器主要由两台四象限脉冲整流器、两套中间直流环节、两台牵引脉宽调制电压源牵引逆变器、一台辅助输出脉宽调制电压源逆变器、一台辅助输出变压器、一台直流斩波充电机和一套外部供电电源装置组成。不同转向架的牵引电机由相互独立的牵引逆变器供电，系统的冗余性、可靠性以及故障运行能力较高，能够更好的适应时速160公里城际动车组4辆编组的运营需求。
5、结论
架控式牵引系统的应用有利于提高转向架之间的互换性以及延长转向架的镟轮周期，节省动车组的全寿命周期成本，架控式牵引系统更加适用于城际动车组的运用特点，在城际动车组中的应用具有广阔的前景。
参考文献
[1]张莹,张琳.交-直-交电力机车主电路结构选择[J].电力机车与城轨车辆，2004年7月20日,第27卷,第4期:57～60.