課外研學(xué)報(bào)告-關(guān)于電力機(jī)車的探究

課外研學(xué)報(bào)告書

學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：

關(guān)于電力機(jī)車的探究

一、機(jī)車的發(fā)展歷史

早在1804年，一個(gè)名叫德里維斯克的英國(guó)礦山技師，首先利用瓦特的蒸汽機(jī)造出了世界上第一臺(tái)蒸汽機(jī)車。這是一臺(tái)單一汽缸蒸汽機(jī)，能牽引5節(jié)車廂，它的時(shí)速為5至6公里。這臺(tái)機(jī)車沒有設(shè)計(jì)駕駛室，機(jī)車行駛時(shí)，駕駛員跟在車旁邊走邊駕駛。因?yàn)楫?dāng)時(shí)使用煤炭或木柴做燃料，所以人們都叫它“火車”引，于是一直沿用至今。人類歷史上最重要的機(jī)械交通工具，早期稱為蒸汽機(jī)車，也叫列車，有獨(dú)立的軌道行駛。鐵路列車按載荷物，可分為運(yùn)貨的貨車和載客的客車，亦有兩者一起的客貨車。

在1781年，火車先驅(qū)喬治.斯蒂芬森出生在一個(gè)英國(guó)礦工家庭。直到18歲，他還是一個(gè)目不識(shí)丁的文盲。他不顧別人的嘲笑，和七八歲的孩子一起坐在課堂里學(xué)習(xí)。1810年，他開始制造蒸汽機(jī)車。1817年，當(dāng)斯蒂芬森決定他主持修建從利物浦到曼徹斯特的鐵路線上完全用蒸汽機(jī)車承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)。但是，保守的鐵路擁有者卻對(duì)蒸汽機(jī)車的能力表示懷疑。他們提出，在鐵路邊上固定的牽引機(jī)，用拖纜來牽引火車。斯蒂芬森為了讓人們充分相信火車的性能，制造出了性能良好的“火箭號(hào)”機(jī)車。這種機(jī)車的卓越表現(xiàn)終于讓懷疑者改變了態(tài)度，利物浦--曼徹斯特鐵路因此成為世界上第一條完全靠蒸汽機(jī)運(yùn)輸?shù)蔫F路線。

最早使用燃煤蒸汽動(dòng)力的燃煤蒸汽機(jī)車有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是必須在鐵路沿線設(shè)置加煤、水的設(shè)施，還要在運(yùn)營(yíng)中耗用大量時(shí)間為機(jī)車添加煤和水，這些都很不經(jīng)濟(jì)。在19世紀(jì)末，許多科學(xué)家轉(zhuǎn)向研究電力和燃煤蒸汽機(jī)車。

世界上第一列真正在軌上行駛的蒸汽火車是由康瓦耳的工程師查理特里維西克所設(shè)計(jì)的。它的火車有四個(gè)動(dòng)力輪，1840年2月22日試車，空車時(shí)，時(shí)速20公里，載重時(shí)，每小時(shí)8公里(相當(dāng)于人快步行走的速度)。不幸，火車的重量壓垮了鐵軌。

1879年，德國(guó)西門子電氣公司研制了第一臺(tái)電力機(jī)車，重約954公斤，只在一次柏林貿(mào)易展覽會(huì)上做了一次表演。1903年10月27日，西門子與通用電氣公司研制的第一臺(tái)實(shí)用電力機(jī)車投入使用，其時(shí)速達(dá)到200公里。

燃油機(jī)車1894年，德國(guó)研制成功了第一臺(tái)汽油內(nèi)燃機(jī)車。并將它應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸，開創(chuàng)了內(nèi)燃機(jī)車的新紀(jì)元。但這種機(jī)車燒汽油，耗費(fèi)太高，不易推廣。

1924年，德、美、法等國(guó)成功研制了柴油內(nèi)燃機(jī)車，并在世界上得到廣泛使用。1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽輪機(jī)車，以柴油為燃料。且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、震動(dòng)小、運(yùn)行性能好，因而，在工業(yè)國(guó)家普遍采用。

20世紀(jì)60年代以來，各國(guó)都大力發(fā)展高速列車，例如法國(guó)巴黎至里昂的高速列車，時(shí)速到達(dá)260公里；日本東京至大阪的高速列車時(shí)這也達(dá)到200公里以上。

人們對(duì)這樣的高速列車仍不滿足。法國(guó)、日本等國(guó)率先開發(fā)了磁懸浮列車。我國(guó)也在上海修建了世界第一條商用磁懸浮列車線，由地鐵龍陽路站到浦東機(jī)場(chǎng)。這種列車懸浮于軌道之上，時(shí)速可達(dá)400－500公里。但我相信磁懸浮列車并不是人類研究火車的終點(diǎn)，而應(yīng)該是一個(gè)新的高度上的新起點(diǎn)。中國(guó)第一輛火車

古老火車中國(guó)磁懸浮列車

中國(guó)磁懸浮新湖明珠號(hào)

中國(guó)高速火車－動(dòng)車組

中國(guó)子彈頭動(dòng)車組和諧號(hào)日本、法國(guó)、德國(guó)是當(dāng)今世界高速火車技術(shù)發(fā)展水平最高的三個(gè)國(guó)家。

法國(guó)高速火車

二、電力機(jī)車的動(dòng)力原理

1879年出世的世界第一臺(tái)電力機(jī)車，是利用兩條鐵軌之間的第三條軌將電力引進(jìn)機(jī)車?yán)锏模�但是這種供電方式適合于電壓和功率都比較低的情況。隨著電力機(jī)車的發(fā)展，要使它跑得快，運(yùn)載量大，就得提高電力機(jī)車供電系統(tǒng)的電壓和功率，因而需要使用高壓輸電線和變電裝置。在這種情況下，就不能再使用設(shè)在地面上的第三條軌供電的方式了，因?yàn)檫@既不安全，又給使用帶來不便。

1881年，德國(guó)試驗(yàn)成功一種適合以高壓輸電線供電的電力機(jī)車新的供電系統(tǒng)，叫做“架空接觸導(dǎo)線”供電系統(tǒng)，也就是將電力機(jī)車的供電線路由地面轉(zhuǎn)向空中。實(shí)際上，這種供電系統(tǒng)和現(xiàn)在城市中的有軌電車相似，在車頂上裝著一條“長(zhǎng)辮子”。它與以前使用蓄電池的電動(dòng)機(jī)車的主要不同在于，它自身不帶電源，由電廠供電，所以機(jī)車的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但需要一套供電設(shè)備。

這種裝有“長(zhǎng)辮子”的火車，依靠裝在車頂上的受電弓子把電力從架在空中的電線上引到機(jī)車?yán)铩８邏狠旊娋�送來的電是高達(dá)110千伏的三相交流電，必須經(jīng)過牽引變電所變成25千伏的單相交流電，方能供機(jī)車使用。因此，在電力機(jī)車行駛的鐵道沿線上，每隔50公里左右設(shè)一個(gè)牽引變電所。變電所的電又被送到鄰近的沿線接觸網(wǎng)上，通過機(jī)車上的受電弓將交流電引到機(jī)車的整流器上，把交流電變成直流電，使直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過一套傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)車就會(huì)跑動(dòng)起來。三、交流電力機(jī)車的結(jié)構(gòu)

交流電力機(jī)車由電氣系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)兩大部分組成。電氣系統(tǒng)包括受電弓、主斷路器、一臺(tái)大容量的牽引變壓器、4～6臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，兩套司機(jī)控制設(shè)備、一套由晶閘管或可關(guān)斷晶閘管構(gòu)成的變流器，以及功率不等的輔助電動(dòng)機(jī)和大量電器、電子器件等。此外，還有通訊設(shè)備、儀表，有些電力機(jī)車還裝有電腦控制裝置。牽引電動(dòng)機(jī)裝在輪軸和轉(zhuǎn)向架上，通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)力。受電弓裝在車頂，其余電工設(shè)備均在車體內(nèi)。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由車體、車架和轉(zhuǎn)向架構(gòu)成。車體通過車架安裝在轉(zhuǎn)向架上，轉(zhuǎn)向架再通過彈性支承裝置和軸箱，將機(jī)車重量均勻地分配到各個(gè)輪對(duì)上。中國(guó)電力機(jī)車的每軸載重量為23t。

四、交流電力的電氣原理

交流電力機(jī)車所用電能從接觸網(wǎng)獲得,再由裝在車頂?shù)氖茈姽瓕?dǎo)入車體，然后經(jīng)過主斷路器進(jìn)入牽引變壓器的原邊,降壓后輸入特殊形式的整流器(變流器)和電抗器,使之成為電壓可以平滑調(diào)節(jié)的直流電流，供給牽引電動(dòng)機(jī)。通過調(diào)節(jié)整流器的直流輸出電壓，即電動(dòng)機(jī)的端電壓以及電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的起動(dòng)和調(diào)速。

交流電力機(jī)車的電氣原理圖

五、交流電力機(jī)車的特點(diǎn)

交流電力機(jī)車由于接觸網(wǎng)供給的是交流電,因此在牽引變電所中不需要整流裝置，比直流電力機(jī)車供電設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。交流接觸網(wǎng)的電壓高、電流小、所需的牽引變電所因距離加大而數(shù)量減少，故比直流供電系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)機(jī)車的功率也大為提高。因接觸網(wǎng)電壓高、電流小，接觸點(diǎn)的用銅量和損耗都相對(duì)減小。牽引電動(dòng)機(jī)的端電壓由車內(nèi)的變壓器供給，不受接觸網(wǎng)電壓的限制，可以選擇對(duì)電機(jī)最有利的電壓定額，從而提高了牽引電動(dòng)機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

此外，交流牽引變電所還可以與其他供電網(wǎng)連接起來，統(tǒng)一供電，促進(jìn)鐵路沿線地區(qū)的電氣化。因此用工頻交流電的交流電力機(jī)車，在要求功率強(qiáng)大，運(yùn)行地區(qū)寬廣的鐵路干線電力牽引中，得到了世界范圍的發(fā)展。由于交流電力機(jī)車采用單相交流接觸網(wǎng)，僅有一條架空導(dǎo)線（另一導(dǎo)線由鐵路鋼軌實(shí)現(xiàn)），對(duì)其沿線的導(dǎo)體產(chǎn)生不對(duì)稱的電磁影響，故對(duì)沿線通信線路的干擾較大，通信電纜需要屏蔽，或者改用微波通信及光纖通信，因此增加了投資費(fèi)用。此外,交流電力機(jī)車上的電器設(shè)備絕大多數(shù)為變流裝置,這些裝置（如常用的相控整流器）難免給電網(wǎng)帶來較多的諧波分量污染和供電質(zhì)量問題；因機(jī)車中整流器的相位控制，使電網(wǎng)電流滯后于網(wǎng)壓，這種相位后移和諧波分量，又降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)。

六、交流電力機(jī)車的發(fā)展前景

電力機(jī)車雖然問世較早，但直到20世紀(jì)60年代才開始受到人們的重視，被大量普遍

地使用起來，已成為鐵路機(jī)車家族中的佼佼者。目前，有的國(guó)家已制成了具有萬匹馬力的電力機(jī)車，使火車的速度超過了每小時(shí)200公里。還有的在研制14000馬力的大功率電力機(jī)車，將會(huì)使火車的速度得到進(jìn)一步提高。由此可見，電力機(jī)車將有著美好的發(fā)展前景。

用鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流電力機(jī)車，因鼠籠式電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單、可靠、造價(jià)低、重量輕、體積小、易于維護(hù)檢修、防潮和抗有害氣體性能好、牽引特性硬等優(yōu)點(diǎn)，可以防止機(jī)車輪對(duì)和鋼軌間的打滑（空轉(zhuǎn)），運(yùn)行部分的牽引特性又可調(diào)節(jié)成恒功率性能，最大程度地利用了機(jī)車上機(jī)電設(shè)備的功率。因此，這種電力機(jī)車具有重載、高速、可靠等特點(diǎn)，是電力機(jī)車的發(fā)展方向。

由于我每次從家里到學(xué)校都要坐火車，因此關(guān)于火車的未來我也有很多想法。大家都知道火車晚點(diǎn)是很正常的，但是每個(gè)人都希望火車能準(zhǔn)時(shí)到站，我想晚點(diǎn)不僅僅是單輛火車的速度或者其他方面的問題，更重要的是與鐵路系統(tǒng)的調(diào)度有關(guān)。這就需要更完善的調(diào)度制度和更合理的管理方案。還有火車硬座座位的設(shè)計(jì)接近九十度，這樣的座位對(duì)長(zhǎng)途旅客來說容易引起腰酸背疼和其他不適感，將來的火車設(shè)計(jì)必將會(huì)越來越人性化。

記得有一次回家，火車上播放廣播講到關(guān)于火車的科普小知識(shí)，里面說到現(xiàn)在的火車都安裝了“黑匣子”，這種裝置類似于飛機(jī)上的黑匣子，能夠?qū)崟r(shí)記錄火車的運(yùn)行速度、顯示軌道狀況和列車的運(yùn)行細(xì)節(jié)，為列車的安全運(yùn)行提供了更可靠的保障。同時(shí)還安裝了全球定時(shí)定位系統(tǒng)。我想隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，列車的運(yùn)行將會(huì)越來越安全，運(yùn)行速度也會(huì)的到很大的提高

希望有一天火車也會(huì)像現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)無人駕駛。

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關(guān)于電力機(jī)車新技術(shù)應(yīng)用的調(diào)研報(bào)告

一、摘要

近年來,為了適應(yīng)“提速、重載”的要求,功率大、性能技術(shù)先進(jìn)的新型國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃、電力機(jī)車的投人運(yùn)用,成為我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕獱恳齽?dòng)力。自1995年以來,我國(guó)鐵路機(jī)車迅速更新?lián)Q代,不僅蒸汽機(jī)車迅速退出歷史舞臺(tái),而且國(guó)產(chǎn)第一代內(nèi)燃機(jī)車和第二代內(nèi)燃機(jī)車的早期產(chǎn)品也批量報(bào)廢,國(guó)產(chǎn)第一代電力機(jī)車早期產(chǎn)品已開始批量報(bào)廢,第二代國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車正通過大修改造為第三代相控電力機(jī)車。近年來,大批量生產(chǎn)的是適應(yīng)“提速、重載”的第三代內(nèi)燃、電力機(jī)車,并在積極研制第四代新型內(nèi)燃、電力機(jī)車。本文擬就我國(guó)電力機(jī)車新技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)研報(bào)告。

二、調(diào)研基本情況

（一）調(diào)研地點(diǎn)：北京機(jī)務(wù)段

（二）調(diào)研時(shí)間：201*年9月28日201*年10月28日（三）調(diào)研方法：

本次調(diào)查主要通過文案調(diào)查法和詢問調(diào)查法對(duì)交流傳動(dòng)技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行更深一步的調(diào)研。（四）調(diào)研目的：

通過對(duì)機(jī)車車輛新技術(shù)的調(diào)查了解，我們可以更好的掌握高速重載電力機(jī)車車的原理、構(gòu)造、性能及交流傳動(dòng)的基礎(chǔ)理論和最新技術(shù)，具備機(jī)車運(yùn)用、保養(yǎng)和維修的能力，并能夠應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)對(duì)機(jī)車進(jìn)行故障分析和診斷。在學(xué)校學(xué)習(xí)期間，我們主要學(xué)習(xí)了變流技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)車電子電路兩部分。主要學(xué)習(xí)晶閘管器件原理、參數(shù)，單、三相整流電路，無源、有源逆變電路原理、參數(shù)計(jì)算；機(jī)車電子電路的原理及常見故障的分析處理方法。通過這次調(diào)查使我的對(duì)機(jī)車電子

電路原理，具有分析整流、逆變電路的能力、對(duì)機(jī)車電子電路常見故障處理的能力可以有顯著的提高。并且對(duì)交流傳動(dòng)技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)有了更深一步的了解。

三、調(diào)研內(nèi)容

（一）交流傳動(dòng)技術(shù)

1.交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況

我國(guó)交流傳動(dòng)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代初，可說是起步不晚，但國(guó)際上20世紀(jì)80年代初交流傳動(dòng)機(jī)就已經(jīng)進(jìn)入商用化，技術(shù)日趨成熟。因此鐵道部主管領(lǐng)導(dǎo)曾指出，我國(guó)發(fā)展交流傳動(dòng)不要更在別人后面KK，后GTO，再IGBT一步一步地走老路繞彎子，應(yīng)跨過GTO階段，直接發(fā)展IGBT技術(shù)，縮短我國(guó)已國(guó)際上當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的差距。

20世紀(jì)90年代我國(guó)有株洲電力機(jī)車研究所和鐵道部科學(xué)研究院共同研究院共同研制的，功率達(dá)1000kW的電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)獲得成功。在此基礎(chǔ)上由南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車有限公司、株洲電力機(jī)車研究所于1996年共同研究的4軸4000kW,我國(guó)第一臺(tái)交流傳動(dòng)電子機(jī)車誕生。已AC4000命名的交流傳動(dòng)機(jī)車的研制，標(biāo)志著我國(guó)電力機(jī)車金屬交流傳動(dòng)時(shí)代。

我國(guó)同時(shí)也進(jìn)行著交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的研制。1999年9月8日我國(guó)首臺(tái)交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車“捷力”型吊車內(nèi)燃機(jī)車研制成功，它標(biāo)志我國(guó)機(jī)車工業(yè)有直流傳動(dòng)向交流船從轉(zhuǎn)換發(fā)展戰(zhàn)略邁出關(guān)鍵的一步。交流傳動(dòng)機(jī)車是以現(xiàn)金的交流傳動(dòng)技術(shù)替代傳統(tǒng)的直流傳動(dòng)技術(shù)的新一代機(jī)車。是我國(guó)鐵路機(jī)車發(fā)展的方向和主流機(jī)車。目前只有美國(guó)、德國(guó)、日本等少數(shù)生產(chǎn)。

未來十年將是鐵路機(jī)車交流傳動(dòng)技術(shù)“十年轉(zhuǎn)換”工程的關(guān)鍵時(shí)期。交流轉(zhuǎn)動(dòng)電力機(jī)車和內(nèi)燃接車牽引運(yùn)載裝備將成為牽引動(dòng)力主流。通過與國(guó)威合資研發(fā)生產(chǎn)、引進(jìn)技術(shù)，200km/h及以上交流傳動(dòng)電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車和動(dòng)車這要到達(dá)產(chǎn)業(yè)化，交流傳動(dòng)電力牽引擺式列車技術(shù)在工程換上將有所突破，構(gòu)成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擺式列車技術(shù)，滿足既有線路客運(yùn)進(jìn)一步提速的要求。交流傳動(dòng)技術(shù)將為我國(guó)鐵路牽引動(dòng)力的發(fā)展和技術(shù)升級(jí)換代做出貢獻(xiàn)。

2、交流傳動(dòng)技術(shù)的原理簡(jiǎn)介

交直流傳動(dòng)電力機(jī)車是采用直流供電,，由直流或脈流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)牽引的機(jī)車。其優(yōu)點(diǎn)是串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有“軟特性”，在電源電壓一定時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中隨著負(fù)載阻力的變化而自行調(diào)節(jié)，特別適合機(jī)車牽引特性的要求。其缺點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用銅多、重量大、維修不便，且由于換向器能力限制,負(fù)載大時(shí)易環(huán)火，故無法進(jìn)一步提高電機(jī)功率。交流傳動(dòng)電力機(jī)車是采用交流供電，交流異步電動(dòng)機(jī)牽引的機(jī)車，其優(yōu)點(diǎn)是交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、體積小、重量輕、功率大，而且粘著利用率高，電機(jī)恒功區(qū)寬，特別適合大功率機(jī)車采用。其難點(diǎn)是交流異步電動(dòng)機(jī)必須采用變頻調(diào)整，且大功率變頻器不僅技術(shù)難度大，而且需要大功率高性能的電力電子元件。

國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車交流傳動(dòng)裝置，基本上均采用架控供電方式的交直交電傳動(dòng)系統(tǒng)。電力機(jī)車的供電方式分為集中供電、架控供電和軸控供電三種。由一臺(tái)大功率牽引逆變器向機(jī)車所有電機(jī)供電，稱為集中供電方式由一臺(tái)牽引逆變器向一個(gè)轉(zhuǎn)向架的幾個(gè)電機(jī)供電，稱為架控供電方式；由一臺(tái)牽引逆變器向一個(gè)動(dòng)軸上的一個(gè)電機(jī)供電，稱為軸控供電方式。因架控供電的逆便變器功率和數(shù)量適中，并且于實(shí)施軸重轉(zhuǎn)移電氣補(bǔ)償，因此，國(guó)產(chǎn)交傳動(dòng)電力機(jī)車均采用架控供電方式。

交直交電傳動(dòng)機(jī)車的關(guān)鍵部件是牽引逆變器，它承擔(dān)著將電壓穩(wěn)定的中間直流電轉(zhuǎn)換為電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電的任務(wù)，目前已經(jīng)歷了三代逆變器的發(fā)展過程。第三代牽引逆變器以智能功率模塊為元件，它性能更好，關(guān)斷電流大，開關(guān)頻率很高。

3、交流傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

人們很早地認(rèn)識(shí)到交流傳動(dòng)的優(yōu)越性。交流傳動(dòng)技術(shù)是一門綜合技術(shù)，但其本質(zhì)的特點(diǎn)是牽引電動(dòng)機(jī)采用了交流異步電動(dòng)機(jī)，其一系列的優(yōu)點(diǎn)都是由此而表現(xiàn)出來的。交流傳動(dòng)接車所以成為現(xiàn)代機(jī)車發(fā)展方向，正是由異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和有點(diǎn)所決定的。和傳統(tǒng)的串激直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

系統(tǒng)的優(yōu)越之處表現(xiàn)在機(jī)械、絕緣、耐熱、耐潮、黏著、維修、概率、質(zhì)量尺寸等諸多方面。交流轉(zhuǎn)動(dòng)功能具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，黏著性能好，功率大，牽引力大，可靠性高，維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

（二）車載微機(jī)控制系統(tǒng)

1、微機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念

控制系統(tǒng)一般都具有三個(gè)要素，即控制對(duì)象、信息處理機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制對(duì)象給出控制目標(biāo)；信息處理機(jī)構(gòu)將目標(biāo)值和實(shí)際情況進(jìn)行比較、運(yùn)算，給執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作指令；執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)接收到的動(dòng)作指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，以求達(dá)到或盡量接近目標(biāo)。

控制系統(tǒng)有開環(huán)指控和閉環(huán)控制之分。在開環(huán)控制中，輸出信號(hào)不反饋到信息處理機(jī)構(gòu)；在閉環(huán)控制中，信息處理機(jī)構(gòu)是根據(jù)給定目標(biāo)與反輸出反饋信號(hào)的差值來進(jìn)行控制。毫無疑問，閉環(huán)控制比開環(huán)控制易于穩(wěn)定并具有較高的精度。

一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)可以由多個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)組合而成，如速度環(huán)、電流環(huán)、電壓環(huán)等等。SS型電力機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)，不論在正常工況還是故障工況下都采用閉環(huán)控制，有系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化司機(jī)的操縱程序。

在電力機(jī)車上，微機(jī)的控制目標(biāo)主要是電機(jī)電樞電流和機(jī)車速度，信息處理機(jī)構(gòu)是微型計(jì)算機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是晶閘管變流裝置。機(jī)微機(jī)根據(jù)司機(jī)給定的手柄級(jí)位以及實(shí)際一車速度來調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，從而是機(jī)車穩(wěn)定運(yùn)行在司機(jī)希望的工況。

SS8型電力機(jī)車是國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車中首次采用微機(jī)控制制度車型。以往的機(jī)車都采用模擬控制，如SS3、SS4改和SS7型機(jī)車等，它們都是采用以運(yùn)算放大器為基礎(chǔ)的模擬控制方式。隨著電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展和控制要求提高，用為微機(jī)控制來取代模擬控制是牽引動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的必由之路，他標(biāo)志著機(jī)車控制技術(shù)水平上升到新階段。

2、電力機(jī)車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展概況

國(guó)產(chǎn)交直傳動(dòng)電力機(jī)車控制系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了有接點(diǎn)控制，SS1型電力機(jī)車；模擬控制，SS3型、SS4型電力機(jī)車；微機(jī)控制，SS8，SS4B,TM1，SS9，DDJ1、春城號(hào)動(dòng)車SS7D和SS7E等車型。

國(guó)產(chǎn)交直傳動(dòng)電力機(jī)車的微機(jī)控制從1987年開始研究，1991年底裝于SS4型0038號(hào)機(jī)車試運(yùn)行，1993年底通過部級(jí)技術(shù)審查，1996年底通過部級(jí)鑒定，1997年開始批量生產(chǎn)，并推廣到各型新研制的交直傳動(dòng)電力機(jī)車上。

我國(guó)研制機(jī)車微機(jī)控制技術(shù)取得了較快的發(fā)展。1994年株洲廠研制成功的SS8型電力機(jī)車采用了微機(jī)控制系統(tǒng)，能自動(dòng)控制機(jī)車牽引、電制動(dòng)特性，并可以進(jìn)行空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)，速度分級(jí)控制，空電取合制動(dòng)控制，良動(dòng)過分相控制和各種故障診斷、監(jiān)測(cè)、顯示及處理功能。1999年起大同廠和株洲電力機(jī)車研究所生產(chǎn)的SS7D、SS7E等型電力機(jī)車，均采用了微機(jī)控制系統(tǒng)。近年來，由株洲電力機(jī)車研究所等單位研制成功的、具有國(guó)際先進(jìn)水平的電力機(jī)車分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，在201*年株洲廠新制黔“奧星號(hào)”和“中原之星”號(hào)電力機(jī)車上采用。機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由若干個(gè)微機(jī)柜、司機(jī)室顯示器和網(wǎng)卡所組成，是機(jī)車的神經(jīng)中樞，它將列車控制、自動(dòng)保護(hù)、監(jiān)控記錄、智能顯示器、各車輛控制、牽引控制、制動(dòng)控制、輔助系統(tǒng)控制、車門及軸溫和空調(diào)監(jiān)視等裝置有機(jī)地連為一個(gè)整體，可有效實(shí)現(xiàn)整列車的控制、檢測(cè)、診斷、安全防護(hù)及旅客信息管理等功能，大大提高列車的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性。采用機(jī)車微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)的首創(chuàng)，株洲電力機(jī)車研究所，致力于加快機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研制推廣。今后國(guó)產(chǎn)機(jī)車的微機(jī)控制系統(tǒng)將由目前的集中控制方式提高到分布式的機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

3、微機(jī)控制系統(tǒng)的原理特點(diǎn)

目前，國(guó)產(chǎn)機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)大都采用集中控制方式，機(jī)車上幾大控制部件，如機(jī)車微機(jī)控制裝置、調(diào)速器控制或變流器控制單元等，集中裝在微機(jī)柜內(nèi)，其功能相當(dāng)集中，各種信號(hào)檢測(cè)裝置遍布全車，而控制目標(biāo)給定裝置司機(jī)控器和診斷顯示屏微機(jī)顯示屏裝在兩端司機(jī)室內(nèi)，各種部件通過機(jī)車總線相連接共同完成機(jī)車控制任務(wù)。機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

不僅需要有硬件，而且需要軟件，硬件可以是通用的,而軟件是靈活可變的。

對(duì)不同的機(jī)車控制要求，微機(jī)系統(tǒng)可采用相同的硬件，而以改變軟件的方式來實(shí)現(xiàn)。

在微機(jī)控制中只有輸人和輸出部分與模擬控制相似，而中間運(yùn)算過程為數(shù)字運(yùn)算。所有輸入的模擬信號(hào)，須經(jīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入中央處理器處理同樣，中央處理器送出的數(shù)字量，也須經(jīng)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。由于數(shù)字量本身不受環(huán)境溫度影響，因此，微機(jī)控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

由于微機(jī)控制系統(tǒng)元器件集成度高，控制功能增加，控制速度快，而且大量的控制功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，只要中央處理器工作正常，軟件執(zhí)行就不會(huì)錯(cuò)，因此，微機(jī)控制更可靠。

微機(jī)本身具有記憶功能，可存儲(chǔ)大量信息，以及某些特定時(shí)刻的信息可以進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制可以進(jìn)行自檢，故障檢索和故障監(jiān)控等工作,具有智能的特點(diǎn)�？傊�，微機(jī)控制具有通用性、靈活性、重現(xiàn)性、可靠性和智能性等特點(diǎn)，是機(jī)車控制的發(fā)展方向。

四、調(diào)研結(jié)論與建議

通過此次調(diào)研是我了解到，近年來，我國(guó)鐵路在高速技術(shù)、重載技術(shù)、管理技術(shù)、安全技術(shù)和信息技術(shù)等方面均取得了重大進(jìn)展。特別是201*年4月18日我國(guó)鐵路順利時(shí)間第六次大提速，更引發(fā)了鐵路牽引領(lǐng)域以告訴動(dòng)車組和大功率交流傳動(dòng)機(jī)車位載體的鐵路牽引技術(shù)的巨大進(jìn)步與飛躍。以三項(xiàng)交流傳動(dòng)技術(shù)、微機(jī)控制及診斷技術(shù)、高轉(zhuǎn)速向架和徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)、機(jī)車柴油機(jī)電子噴射技術(shù)等為代表的牽引動(dòng)力領(lǐng)域的典型領(lǐng)先技術(shù)已日益融入我國(guó)鐵路科技現(xiàn)代化進(jìn)程。

為了使我國(guó)鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)的從業(yè)人員方便學(xué)習(xí)掌握這些技術(shù)，提高專業(yè)素質(zhì)，建議更全面的發(fā)展學(xué)習(xí)電力機(jī)車新技術(shù)，以更好地完成實(shí)踐，運(yùn)用新技術(shù)到實(shí)際工作中去，可以更高效更科技的做好機(jī)務(wù)工作。

致謝

本論文是在多位老師指導(dǎo)下完成的。在論文撰寫期間，老師們給了我許多指導(dǎo)，也得到了現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)人員的幫助，再次，對(duì)老師表示衷心的感謝和敬意。由于本人水平有限，論文中有許多不足之處，敬請(qǐng)指正。對(duì)引用的技術(shù)資料、參考書目的有關(guān)作者也在此一并致謝。

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