电力拖动在电动车电力机车中的应用技术初探
摘要：近年，高速铁路在我国取得了蓬勃发展。本文在分析其所在电力拖动领域的电动车、电力机车的历史、分类、优缺点的同时，以电动自行车为例，对其中的电气传动系统，制动系统，供电系统进行了研究。同时，对电力机车的制动系统做出了一定的分析与比较。最后，对我国的“和谐号”动车组作了详细的技术层面介绍。
关键词：电力机车；电动车；动车组；应用；难题
Study of the Application of Electric Traction based on
Electric Cars and Electric Locomotives
Zhou
(School of Electrical Engineering and Information, Chengdu, China, 610065)
Abstract:In this paper, based on the analysis of electric cars and locomotives’ history, classification, advantages and disadvantages, we take the electric bicycle for example and study the electrical transmission system, brake system and power supply system of it. Simultaneously, we analysis the brake system of electric locomotives. The CRH is introduced at last.
Keywords: electric traction; electric cars; electric locomotives; applied technology; CRH
1.引言
电力拖动又称“电力驱动”。利用电动机拖动生产机械的过程的统称。由于电动机易于控制且可靠，故易实现过程自动化。如配以计算装置，则更能灵活控制。用于各种生产部门。
电动机拖动生产机械运转称为电力拖动。在现代化生产中，大多数生产机械都采用电力拖动，如各种风机、水泵与油泵、各种机床、起重机、轧钢机、运输机械、化工机械、纺织机械、印刷机械等。按照电动机的种类不同，电力拖动分为直流电力拖动和交流电力拖动。交直流电动机原理和交直流电力拖动方面分别包括电力拖动系统运动方程式；直流电机的磁路、运行原理、工作特性和机械特性；直流电动机的起动、制动和调速；变压器的运行原理、运行特性、联结组标号等；交流电机的绕组、电动势和磁通势；异步电动机的原理、工作特性和机械特性；异步电动机的起动、制动和调速；同步电动机的稳态运行、起动和调速，永磁同步电动机；电力拖动系统电动机的选择等[1]。
2.电动车应用技术
2.1电动车
(Electric Ground Vehicle）泛指所有使用电能驱动而在陆地上行驶的车辆[2]。
（1）电动车的历史
蓄电池技术的发展，电动车的运用在19世纪的下半叶在欧美得到了较为广泛的运用。1859年法国伟大的物理学家、发明家噶斯顿·普朗特 Gaston Plante 发明了可充电的铅酸电池。19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。在早期的汽车消费市场上电动车比内燃机驱动车辆有着更多优势：无气味、无震荡、无噪音、不用换挡和价格低廉，这形成了以蒸汽、电动和内燃机三分天下汽车市场。
石油资源的日益减少、大气环境的污染严重，让人们重新关注的电动车。1990年之前提倡使用电动车主要还是以民间为主。比如1969年建立的民间学术团体组织：世界电动车协会(World Electric Vehicle Association) 。世界电动车协会每一年半在世界不同国家和地区举办专业电动车学术会议和展览Electric Vehicle Symposium and Exposition(EVS)。
A.有轨电车/无轨电车（Tram and Trolleybus）
以电能驱动在地面的轨道上行驶的车辆是有轨电车，不依赖轨道而依赖地面架空电缆连接的是无轨电车。有轨电车起步最早，1881年德国企业家、发明家西门子(Werner von Siemens) 在他亲自创建的西门子公司发明了世界上第一辆有轨电车。这辆可载20人的有轨电车行驶时速达30KM。无论是在香港街头所见的双层有轨电车、世界各地的地下铁或者现代的高速列车,其实就是有轨电车。
B.纯电池动力车辆（Battery Electric Vehicle）
C.混合动力车辆(Hybrid Vehicle)
D.燃料电池车辆（Fuel Cell Vehicle）
E.纯电动摩托车
F.动力电池（Power battery） 现代电动自行车是融合电力电子、机械、控制、材料以及化工等领域各种新技术的综合产品。我国电动自行车发展的总体目标是生产出在性能和价格上都能媲美于燃油助动车的适合于城市交通的绿色轻便代步工具。实现这一目标的关键在于开发高性能、低成本、安全可靠的动力蓄电池。
3.1电气传动系统
（1）电动自行车对电气传动系统的要求
电气传动系统是电动自行车的驱动和控制中心。对其要求是：结构简单，外形尺寸小，重量轻，效率高，免文护或少文护。电动自行车的电机应具有高功率密度的矩—转速特性：基速以下大转矩，适应车辆负荷爬坡、频繁起制动等要求；基速以上小转矩、恒功率，保证车辆在平坦路面上快速骑行。同时，电机在整个转矩—转速运行范围内应保持高效率，以谋求电池一次充电后的续驶里程尽可能长。
（2）无刷直流电机的控制规律
无刷直流电机具有毕业论文http://www.youerw.com 很高的能量密度，其体积仅为相同功率普通直流电机的50％，且重量轻、效率高。用于电动自行车的永磁无刷直流电机有两类：内转子和外转子，其中外转子电机更适合构成电动轮毅，在电动自行车中有较多应用。电动自行车主要在市区骑行，车速不高，并且起、停频繁，因此电机普遍采用多极三相结构
3.2减速系统的作用
对于相同功率的电机，额定转速越高，其额定转矩和对应的电枢电流就越小，减小电枢电流可降低电机的铜耗和涡流损耗，提高电机效率。采用配有减速装置的电气传动系统，可改善电动自行车的低速动力性能，保证电机始终工作在高速、高效状态，蓄电池处于小电流放电的最佳工况，带有减速系统的电机是将机械减速装置和电机合成一体化的含油电机轮毅。
3.3蓄电池及其应用技术
（1）蓄电池
蓄电池及其应用水平始终是制约包括电动自行车在内的电动车辆进步的瓶颈。世界各主要工业国家纷纷投入巨大的人力、物力、财力开发高能量、低价格的蓄电池，日前已达到实用程度的新型蓄电池性能比较见表1。
电动车对蓄电池的主要要求是；高能量密度，使电动车有较长的一次充电续驶里程；高功率密度，赋予电动车良好的起动、加速、爬坡性能；长寿命，可有效降低。
表1. 新型蓄电池性能比较 特 性 铅酸型电池 镉镍电池 氢镍电池 锂离子电池 比能量/Wh.kg-1 35 55 60 120 能量密度/Wh.L-1 65 85 140 250 单元电压/V 2.0 1.2 1.2 3.7 放电曲线 平坦 平坦 平坦 平坦 循环寿命/次 150~140 500~1000 500~1000 600~1000 月自放电率/% 6 15 25 5 制造成本/（美元/kWh） 75-150 100-200 230-500 120-200 记忆效应 有 有 无 无 环境保护 有污染 有污染 无污染 无污染 安全性 安全 安全 安全 潜在问题 研制生产情况 生产中 生产中 生产中 实验中 车辆的运行成本。目前还没有一种蓄电池能够全面满足上述要求，但近年来突飞猛进的蓄电池制造技术向人们推出了各具特色的新型电池。