沈振华
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000
摘要：随着我国经济发展，高铁发展速度随之加快，这使得各种供电制式动车组有着重要发展意义。当前在电力机车领域主要应用多制式牵引传动技术，还没有在高铁及动车上普及。本文将论述一种使用3kV直流供电及25kV交流供电的动车组新型多制式牵引传动系统的电路结构、控制问题与方法，对于设计多制式的牵引传动系统具有指导意义。
关键词：动车组；多制式；牵引传动系统；设计
现阶段我国的轨道交通中使用25kV/50 Hz交流供电系统以及1500V/750V直流供电系统，机车与动车领域常用交流供电系统，轨道交通领域常用直流供电系统，两种供电系统相互独立。受到历史发展原因影响，很多国家与地区采用多种牵引供电制式，像是日本使用1500 V直流、20kV/50Hz交流、20kV/60Hz交流等牵引供电制式；而美国使用12kV/50 Hz、2.5kV/60 Hz、12kV/60 Hz等交流供电制式；南非使用25kV/50 Hz交流和3kV直流的供电制式。当前我国积极实施高铁走出去这一发展战略，因此需要对动车组各种供电制式进行研究，以促进高铁领域进一步发展。
一、多制式电力机车的主电路分析
（一）主电路结构相同点
1、设置主断路器
多制式供电系统应进行相应主断路器设置，在供电回路中加以应用，交流供电系统使用真空断路器作为主断，而直流供电回路运用高速断路器。考虑其同时处于安全接地状态，不管是怎样的供电制式主断，都应设置相应接地开关。
2、弓网匹配性
供电制式不同需使用不同受电弓，多制式机车能够和普通电力机车使用同一选择原则，但应综合考虑网压、限制要求与弓网特性。
3、制动方式
直流供电制式可设置制动电阻对列车进行电制动，电制动产生能量无需回馈至电网中，在制动电阻中可直接消耗。若是地面设置吸收装置或者是邻线车辆牵引时能够吸收点至能量，这可避免网压快速升高，对列车运行平稳性产生影响。
4、避雷装置
多制式机车为交流供电制式，使用双避雷器。这可保护网测过电压，也可保护牵引变压器侧过电压。直流供电制式不具备牵引变压器，从而只需对直流避雷装置进行设置，以此保护直流网过电压[1]。
（二）主电路结构差异
（1）平波电抗器在直流供电制式下是否选用牵引变压器副边绕组，以此将整车质量降低，节省空间，并减低成本。此外，需要开展大量工作优化平波电抗器应用变压器绕组性能及参数，由此提升主电路选择电器元件难度。（2）主电路在直流供电制式下是否使用四象限斩波电路。存有四象限斩波电路能够使中检测直流电压更加稳定，列车在实际运行中需要四象限控制模块处于工作状态，这会将故障发生概率增加，不具备良好荣誉心。若是不适用四象限斩波电路，将会进一步优化主电路结构，同时降低牵引变流器设计难度和成本，提升设计牵引电机的要求，提升电机应承受电压范围。本文对多制式的牵引变流器优势及缺陷进行分析，可提出动车组运用多制式牵引变流器主电路结构以及供电制式切换、控制策略，结合切换问题制定优化方法。
二、多制式切换控制电路结构和控制方法
（一）电路结构
两点式的电压型交-直-交形式是AC 25kV/DC 3kV 的多制式牵引系统电路主要形式，下图1为其工作原理图。具体分析其原理可知在AC 25kV供电模式下，处于比和状态的有QS1、QS3和QS6，处于断开状态的有QS2、QS4和QS5，而在DC 3kV供电模式之下，处于比和状态的有QS2、QS4和QS5，处于断开状态的有QS1、QS3和QS6，属于一对触头的有QS1/QS2、QS3/QS4、QS5/QS6，经常是一闭一开，其触头机械互锁。经过自身具备主断路器VCB，AC 25kV或者是DC 3kV可以进入牵引变压器，变压器副边牵引绕组属于两重的四象限提供电源，在充电短接后，两重四象限工作将稳定中间直流电压为DC 3600V/DC 3000V，并基于此向逆变模块供电，两重主逆变器对电压、频率的输出可调VVVF电压，进而对牵引电机起到驱动作用[2]。除此之外，中间直流回路需向车载辅助变流器供电，可向动车组中压负载提供其产生的380 V交流电。
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（二）切换控制方法
传统供电制式切换法和原理类似于列车过分相，如下图2所示。各制式间区域设置无电区用来实现制式切换，通过此贴来标定位置。列车中安装A与B两个制式切换传感器，能够感应轨道中的磁铁。（1）进入无电区前，A感应器可感应磁铁1，产生电信号能够将对应继电器导通，向控制器回送反馈信号，接着运用软件将交流主断路器信号撤销，交流主断断开，这时直流主断和受电弓均不动作。（2）进入无电区后，A传感器能够感应磁铁3，对继电器有导通作用，车载控制器能够下发降弓指令，将交流受电弓降下。B传感器能够感应磁铁2，这时直流制式控制器2下发升弓指令，将直流受电弓升起，这时直流主断不动作。（3）在通过无电区后，B传感器能够感应磁铁4，这时控制器2下发闭合直流主断的信号，使其主断路器闭合。在无电区动车组为惰性运行，设置无电区距离应该缩短，确保列车升弓与降弓时间。切换供电制式过程中，供电制式不同所应用的切换控制设备不同，但是在切换前后只用一组设备在工作，使用设备效率较低，控制电路较为冗杂，会将动车组质量提升。
针对这一情况提出一种新型制式切换方法，如下图3所示。该方法与传统方法相似，在进入无电区之前，交流主断断开，直流主断与受电弓不动作[3]。在进入无电区后，磁铁2被感应磁铁感应到，将继电器导通，车载控制器能够下发降弓指令，将交流受电弓降低。除此之外，这一控制器可下发直流受电弓升弓这一指令，直流受电弓上升但直流主断不动作。通过无电区后，磁铁3被感应，控制器下发闭合直流主断这一信号，其主断路器最终被闭合。这一方法只需设置1套控制器，能够切换两种供电制式，可优化牵引变流器结构及控制软件。
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结束语
在动车组中应用多制式的供电系统控制技术，使3kV直流供电及25kV交流供电的动车组使用新型多制式牵引传动系统，探索期电路结构、控制问题及方法，保证其能够促进动车组顺利运行及领域进一步发展。
参考文献：
[1]张瑜,哈大雷,姜雪,白龙.动车组多制式牵引传动系统设计探讨[J].铁道机车车辆,2021,41(02):95-101.
[2]祁善军,荣智林,邹档兵,孙亚运.400 km/h多流制高速动车组牵引系统研制[J].机车电传动,2020(02):7-11+22.
[3]赵峰,李渊琴,陈鲜.动车组牵引传动系统健康状态评估[J].铁道科学与工程学报,2018,15(06):1391-1398.