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未来交通控制将向互联网和智能化技术发展

未知 2019-07-13 10:53

  目前,中国的高速铁路技术已达到世界先进水平,我们从高铁技术的跟随者转变为了引领者。为什么中国的高铁列车跑得又快又安全?这主要得益于我国自主研发的、拥有自主知识产权的高速动车组列车技术体系。这个技术体系有三大核心部分,以变流器为中心的牵引传动系统可以看成是为列车提供动力的心脏,列车控制系统是指挥行车并保证行车安全的大脑,信号传输网络是把列车控制系统发出的指令传送到各个部位的神经系统。三者有机协同合作,确保动车组列车安全、高速运行。

  列车的心脏大脑神经与人的身体功能相似列车的心脏大脑神经怎样协同合作?要回答这个技术问题,我们可以形象地打个比方,用人的跑步这种行为来解释。人跑步可快可慢,制约快慢的因素主要是步频和步幅,而步频的快慢和步幅的大小则取决于心脏对人体供血是否充足、血压是否稳定,取决于大脑根据供血和路面等情况进行综合分析判断后发出跑步的指令、对步频和步幅进行调控的有效程度,取决于这些指令能否通过遍布人体的神经系统传达到腿部和脚部。就这样,心脏提供动力、大脑发出指令、神经传递指令,人体随之而动,完成跑步的行为。

智能化火车

  高速动车组列车的运行原理与之非常相似。外部供电系统提供的高压电通过受电弓引入列车,这就相当于为列车供血。由于外部电网的传输距离长,为了保证供电系统电压稳定,电网电压采取的是25千伏单相电压,而这一电网电压对列车实际工作电压来说过高,所以必须经过列车上的变压器进行降压,将25千伏高电压降至列车所需电压。降压后的单相电压无法调控频率和幅值,因此列车变流器整流电路需要将其转化为直流电,再由逆变器将之转化为可调控频率、幅值的三相交流电。

  到这里,外部电网供给的血液才算是能为列车所用。经过降压、整流、逆变的三相电压驱动牵引异步电动机,电动机再带动齿轮箱产生不同的转矩,达到列车以不同速度跑起来的作用。列车的大脑--列车控制系统根据各种行车情况发出指令,调控电压频率和幅值大小;遍布列车的神经--信号网络系统把控制系统发出的各种指令传送到牵引异步电动机,带动齿轮箱产生不同大小的转矩,形成相应的驱动力,使列车起步、停止、快慢地运行。这一整套机制环环相扣、严丝合缝,列车有了充足的血液和稳定的血压,由大脑指挥、神经传令,高速列车自然能在高铁线上风驰电掣、操控自如。

  未来的轨道交通控制将向互联网和智能化技术发展

  目前,CRH380A/380AL高速动车组列车的心脏是由南车株洲所研制的TGA10系列传动装置,与日本三菱公司和德国西门子公司研制的同类传动装置相比,重量最轻,只有1850千克,输出功率却达到1680千瓦。

  丁院士介绍,由株洲所研制的TEC3000传动控制系统,相当于高速动车组大脑的主处理器速度达到533MHz,远高于庞巴迪公司研制系统的25MHz和西门子公司的100MHz;FPGA逻辑门达到50万门,高于庞巴迪公司的1.5万门和西门子公司的20万门,具有领先优势。

  而株洲所研发的可称为高速动车组神经的DTECS网络系统,也可与西门子、庞巴迪公司的同类型系统比肩。

  关于下一代技术的发展方向,丁院士介绍,高铁列车的心脏将由目前的IGBT功率半导体器件向着SiC器件和变流器永磁驱动的方向发展。

  以SiC为代表的宽带隙半导体电力电子器件是新一代高效能电力电子技术的核心,而永磁驱动最大的优势就是节能,目前世界上能应用永磁驱动技术的只有庞巴迪、阿尔斯通、东芝和中国南车。

  高铁列车的大脑即控制系统将向现代控制技术发展,软件将不断取代部分硬件,系统会更可靠,硬件更经济。

  丁院士介绍,未来的轨道交通控制将向互联网和智能化技术发展。列车智能化需求,特别是城市轨道和高铁的发展,将推动中国网络控制技术的再一次提升。

  最后,丁院士为自己所从事的专业而自豪。在铁路领域成熟应用的交流传动控制技术因其较高的技术含量,正向其他高精尖行业和领域渗透推广。挂着铁路品牌的交流传动控制技术,除了在铁路领域的应用之外,已广泛应用于冶金、轧钢、钻井、风力发电、光伏发电等领域,这是铁路技术的光荣。

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