分散动力配置
1、新干线车辆动力构成变化
新干线车辆最初的0系，由于停车次数比较多，要求能够使用电气制动的全车制动方式，因此采用了全部16节动车，驱动方式是直流电机，采用ATC为安全保护方式沿用至今。
100系电动车仍为直流电机驱动，但提高了功率，且由于使用晶闸管调整，可根据粘着模式来调整电机扭矩，这样驱动轴数可以减少，因此在列车申插入了4节拖车，拖车采用专用的电气制动，以涡流盘形制动机替代直流电机的作用，同时采取其他措施，使100系动车组比 0系减轻约40t重。
300系高速列车集车辆开发各种要素的成熟技术于一身，是具有优良性能的高速车辆。300系高速列车以2MlT的3节车厢1组为基础，另加上1节拖车形成l0M6T。主要针对环境的要求，进行了彻底的轻量化，由于GTO技术的发展，采用了感应电机的驱动系统，提高了轴功率，降低了转向架的簧下重量，将速度在原基础上提高了50 km/h。动车得以使用交流再生制动系统，拖车仍用涡流制动。采用涡流制动拖车的目的也是为了轻量化。
500系电动车是面对运输竞争而开发设计的，将原有速度又提高了3Okm/h，主要针对环境的要求，对车体形状、受电弓及转向架进行了技术开发。300系采取每组2MlT后，由于电机轻型化发展迅速，每台电机由最初的500kg降至390kg，使得拖车转向架(重6.9t)反而比动车转向架(重6.7t)重，因此500系采取了16节动车的方式，以保持轻量化。
由0系至500系动力配置变化可以看到，从直流电动机到GTO元件及交流感应电机的应用，轴功率提高，使分散动力这一特点得以充分发挥。如电制动系统逐步实现了轻量化和免修化，且随技术的发展，电机及控制装置的保养量大为减少，动力分散式电动车组所造成的电机数目太多的所谓缺点也就随之抵消，而增加的制造成本则期望由电气制动取代机械制动所降低的运行成本作补偿。由0系动力配置为16M，100系为12M4T，300系为 10M6T，500系为16M，这一变化充分证明了这一点。
2、动力分散特点
日本近来开发的各种车辆中，动轴重量与编组重量比例从50拆 ~100始范围均有，取多大动轴比是一个系统的综合问题，日本高速列车采用的动力分散的配置方式，主要取决于国土小、城市密集、站间距短、起动制动加减速度大等要求。动力分散的主要特点如下:
(1)全列车总功率大，起动速度和制动减速度快 从表2一7可看到300系动力分散式高速列车，总功率大，起动加速快。
(2)轴重小 以300系为例，其轴重最大11.3t，TGV-A轴重 17t，ICEl轴重19.5t，由于轴重小，可以带来一系列好处;如同样编组列车的重量轻、阻力小、节约能源;簧下重量小，减少对线桥的影响，降低基本建设投资，减少线桥维修保养费;减少轮轨的磨耗。减少了维修保养费;降低了噪声，300系仅 75dB(A)，而TGV-A达到96dB (A)，ICE达到g2dB(A)，有利环境保护等。
(3)转向架结构简单、传动方式简单 以300系为例，其转向架重量为6.6t，与普通客车转向架结构相似，牵引电机传动装置仅采用架悬方式即可;而TGV转向架结构复杂，重量达到llt，牵引电机传动装置需三爪万向轴传动，并需体悬方式;ICE转向架结构更复杂，牵引电机传动需采用双空心轴传动，也需采用柔性体悬方式。
(4)电机体积小，重量轻 由图2一11可看到，300系电动机小型化、轻量化，使得转向架重量也降低，结构变得简单。
图2一11表示了单电机的功率和重量比较，由于新干线采用分散动力，使其全车客室总功率较TGV高36%，较ICE高25%。
(5)采用了VVVF交直控制技术 日本研究和开发的GTO可控硅和逆变器一直处于国际领先地位，从70年代的2500V、600A一直到目前巴达到4500V、4000A;现300系时速270km的高速列车就采用了450OV、300OA的GTO可控硅技术，变流机组特点是采用沸腾风冷却，更换管子比较简单。
(6)增加了每列车的定员 由于机器小型化，轻量化电气装备均可装于车底，每辆车都可以作为客车使用，增加定员。机器的轻量化，也可以增加定员。300系的电气动力设备仅为58.5t(12000kW)，而 TGV动力车重量为136t(8800 kW);300系的逆变器单机容量为 1OINV(l2OOkW/INV)，而TGV仅为8INV(l1OOkW/INV)，300系的逆变器容量大;300系定员为 1323人，TGV仅485人，ICE为 759人。
(7)主要技术经济指标好 列车长度每米定员数300系最多，为 3.29人/m，TGV仅为2.04人/m， ICE仅为1.85人/m;而定员输出功率最低，300系为9.lkW/人， TGV为l8kW/人，ICE为l2.7 kW/人;每定员运行消耗能量低， 300系为16.4kW.h/人，而TGV为25.gkW.h/人;每定员制动消耗能量也低，300系为408.gkW. h/人，而TGV为758kW.h/人。
(8)列车编组自由、灵活 可以编组成6辆、8辆、12辆、16辆等形式的列车，提高了运输的经济性。
3、未来动力配置的趋势
交流感应电机系统的引入，使 日本新干线获益匪浅。该系统优点如下:
(1)交流电机体积小、重量轻，而且输出功率大，对高速车辆很适本合；
(2)功率因数可控制到1;
(3)再生制动机淘汰了电阻器，在重量减轻的同时，腾出了车下空间;
(4)因为不需要象直流电机那样的整流电刷，易于保养，在功率相同时，架线电流降低等。
随着感应电机的发展，动力驱动系统向小型、轻量化、大功率输出化等方向发展，若将驱动轴增多，而新型大功率电子元件的应用，可将电动机以外的变压器、变流装置以及控制等部分集中装在2辆~4辆车上，形成动力相对集中或相对分散的新形式，此外受电弓也由原来多个分散朝集中发展。由表2一8可见，未来的动力配置不会再是单纯地选择动力分散式或动力集中式，而是综合考虑车辆的整体性能和经济性，及铁路运输对环境的影响，以寻找诸多条件配合的最佳点。 |
发表于 2006-11-8 21:49:00