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摘要：动车组牵引系统由牵引变压器，牵引变流器（四象限整流器和牵引逆变器），牵引控制单元和牵引电动机组成。本文对复兴号动车组牵引系统工作原理与系统性能参数做了深入分析。
关键词：动车组；牵引系统；参数分析
1四象限整流器控制原理及性能参数
TCU是电驱动系统的核心控制部分，电源由外部110V DC提供。TCU通过检测电压、电流、速度、温度、压力和其他量来完成对牵引变流器闭环的实时控制，并实现列车的牵引功能。同时，如果火车控制和诊断系统发生故障，则具有硬接线的紧急牵引功能。
TCU获取诸如电网同步电压、变压器的二次电流、中间电路的直流电压等信号，并且如果电网电压在一定范围内波动（例如电网电压突然升高或突然升高），则PWM使用控制技术的网络电压降并在中间电路中产生直流电压。在确保电机侧逆变器正常运行的同时，电网侧获得正弦电流，减少对周围环境的电磁干扰，并使接触器或牵引变压器初级侧的功率因数降低。图一中LN和RN是交流回路的电感和电阻，UN是变压器的次级电压矢量，IN是变压器的次级电流的基本电流矢量，而US是调制电压的基本矢量。二次侧交流回路的矢量电压方程式为：
UN= Us+ INRN+ jωLNIN （1）
假设UN和US之间的相位角为Φ，而UN和IN之间的相位角为θ，则使用该方程式表示牵引状态的矢量图如图1（a）所示。类似地，图1（b）示出了在这些条件下的再生制动条件的矢量图。
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图1 四象限转换器的控制向量图
如果变压器次级电压UN和电感LN为已知量，则US的幅度和相位得到控制，IN的幅度和相位得到控制。相反，只要控制IN的大小和相位，US的大小和相位也就得到控制。式（1）是用于实现四象限转换器的控制的基本方程式。
2牵引逆变器控制原理及性能参数
TCU通过网络传输或备用命令获得设置在驾驶员座椅上的电动机扭矩，并将电动机的牵引制动特性与可用的粘合条件集成在一起，以设置最终的适当扭矩。TCU捕获IG-BT组件的中间DC电压电动机相电流电动机速度和工作状态反馈信号，并使用直接转矩控制技术控制策略来控制逆变器输出电压幅度相位频率和控制扭矩，控制精度小于5%。牵引逆变器由六个IGBT开关组成，为了同时输出三相交流电源，三个开关始终处于接通状态。牵引逆变器的开关控制采用脉宽调制（PWM）方法，通过比较三角波载波和正弦波调制波获得开关控制脉冲信号。可以通过改变正弦波的频率来调节输出交流频率，并且可以通过调节正弦波的幅度来改变交流电压。其中，SVPWM调制使用分段同步调制算法，如图2所示。全速范围分为异步调制，同步调制 15 分频、12 分频、9 分频、7 分频、5 分频、3分频和方波．最大开关频率设计为 450 Hz。
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图 2 PWM 调制分频设计
3 粘着利用控制原理及性能参数
受许多复杂因素（例如气候条件和轨道表面条件）的影响，车轮和轨道之间的物理粘合特性会随时间和位置而变化，并且这种变化是不可预测的。结合利用控制的目的是在车轮和轨道之间进行物理结合。在不确定的条件下，火车的牵引力接近车轮和轨道之间可提供的最大附着力，从而最大程度地利用附着力并防止打滑。车轮滑行时，控制制动系统执行滑移控制。
如果与该轴相同的节中的汽车其他车轮的速度之间的速度差大于设定的保护阈值，则电动机的预定扭矩将根据该差值迅速减小，空转和滑行时，火车会立即恢复这些条件。具体的调整方法如下：如果速度差ΔV大于阈值ΔV0，则电动机结合的给定转矩将根据一定的斜率逐渐减小，并且速度差ΔV逐渐增大。如果速度差ΔV急剧增加，则电动机的附着力将具有非常大的转矩卸载范围，并且如果发生非常差的空转现象，则转矩将被卸载为零。
蠕变速度是车轴速度与火车参考速度之间的速度差。如果蠕变率大于阈值，则电动机的规定转矩将根据该差快速下降，从而使机车可以从空转和惯性滑行开始。这些条件将立即结束，粘接将恢复。具体的调整方法如下：当蠕变速度ΔV大于阈值ΔV0时，电动机接合的预定转矩根据蠕变速度ΔV逐渐增加而逐渐减小的特定梯度而逐渐减小。此时，如果速度ΔV大于阈值ΔV1（ΔV1>ΔV0），则随着蠕变速度ΔV逐渐增加，电动机接合的预定扭矩将为恒定斜率逐渐减少。此时，保护得到增强。在蠕变速度ΔV的情况下如果其大于阈值ΔV2（ΔV2>ΔV1），则蠕变速度ΔV逐渐增加，并且根据电动机的预定转矩，电动机的恒定转矩根据恒定梯度逐渐减小，粘附力下降并接近零，此时将提供最大程度的保护。
4 牵引变流器逻辑控制功能及性能参数
执行TCMS分配的牵引命令以实现牵引级别模式。TCMS根据当前级别生成牵引百分比命令，并将方向和牵引状态命令发送到TCU。TCU确定牵引转换器和外部条件（包括75m / s3，电网电压，限速命令等），根据每个转向架的轮径值生成扭矩参考，并将其分配给两个转向架。为了确保实时加速度不超过0.75m / s3（与预定扭矩相同），在牵引电机的最大牵引范围和实际牵引TCMS速度范围内实现列车的牵引功能反馈模式。TCMS根据恒定的速度控制要求和当前速度实时生成和调整牵引/电制动比，方向和牵引状态命令发送到TCU，该命令将牵引转换器和外部条件集成在一起判断（包括电网电压等），根据每个转向架的车轮直径值生成扭矩参考，并将其分配到小车上执行（给定扭矩恒定）。确保实时加速度不超过0.751 m / s3，以便在牵引电机的最大牵引范围内实现牵引电机（±2 km / H或更小）要求，恒速控制和实际牵引力/制动力反馈给TCMS。牵引时打开制动器。如图3所示，要确定牵引力是否仍大于零，必须等到牵引力根据坡度降至零后才能切换到制动状态。否则，保持牵引力并降低功率。
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同样地，在制动转到牵引时，判断制动力是否还大于0。如图 4 所示，必须等到制动力按斜率降到0，才能转换到牵引工况；否则保持制动工况降力。
结束语
复兴型动车组牵引系统是基于高速动车组牵引系统技术平台的独立创新设计的。系统设计充分考虑了系统参数的匹配以及每个组件的可靠性和安全性，反映了复兴动车组牵引系统逻辑控制的严格性，复兴动车组可以充分利用逆变器和变矩器的粘合性能，从而可以更加稳定，平稳和安全地运行。
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