答铁路小亨之一：“你是不是知道三种高速铁路的技术区别……云云”

yyoyo · 发表于 2003-8-31 00:25:14

就拿比功率大约为20上午TGV2N和日本干线700系的比较吧（不是全动车，比功率大约18左右），加速0-285公里（将就低的700系吧），看谁的加速距离短。专业科学的东西不是赌气就能扭转的，问问请教其他业内专业设计人员吧。

hakutaka · 发表于 2003-8-31 00:28:03

下面引用由yyoyo在 2003/08/31 00:16am 发表的内容：
对不起打误了，我前面引用的应是7而不是9，但是我后面的计算还是按照7进行的。不过7确实太大了，应用时旅客哪个吃得消？特别是在低速时，大车都有低紧急冲动大的经验，要知道我们一般160的列车最大紧急制动率不　...

日本的涡流在50切除，再生在10切除，紧急制动不是考虑吃得消和吃不消，而是尽快停车。681/3系在初速度160时紧急制动距离450米（晴新型闸瓦）580米（雨，旧型，都是满车）就很能说明问题。

yyoyo · 发表于 2003-8-31 00:53:01

不考虑旅客和车辆舒适安全那干脆取100算了吧。制动减速度的确定并不是越大越好，它主要取决于高速列车设计时的紧急停车距离。（例如300时如要求3000M，则我们设计最大减速度为-1，2M/S2就够了），没必要追求更高的指标，否则会带来乘客的不舒适不安全和车辆的损伤。

leland · 发表于 2003-8-31 06:05:09

下面引用由yyoyo在 2003/08/31 07:13am 发表的内容：
很简单，通过速度计算出给定力的大小（F=P/V），调节变流器输出给定转矩即可。

转矩是有电流限制的吧,低速的时候制动功率不可能保持恒定.一般制动电路的上限都是电流/力矩而不是功率.

hakutaka · 发表于 2003-8-31 10:07:08

下面引用由yyoyo在 2003/08/31 00:25am 发表的内容：
就拿比功率大约为20上午TGV2N和日本干线700系的比较吧（不是全动车，比功率大约18左右），加速0-285公里（将就低的700系吧），看谁的加速距离短。专业科学的东西不是赌气就能扭转的，问问请教其他业内专业设计人 ...

那请问距离是多少呢?你不用让TGV将就700系,700系可以跑300,没有跑的原因和500系目前没有跑350的原因一样..你应该知道700系在现在的全速(285)下加速余力是多少吧!

潘帕斯牧羊人 · 发表于 2003-8-31 13:30:52

下面引用由hakutaka在 2003/08/31 00:01am 发表的内容：
我没说任意的大！我说的是速度低时再生制动功率上不去，速度高时他跟着高。另外新干线最大减速度是7不是9。这个是官方数据。

速度越高再生功率越高，这是错误的！！我这两天仔细研究了电传机车的牵引曲线和制动曲线，这两种曲线都有一个共同的规律：在低速区段是恒力，曲线表现为平行于x轴（速度轴）的线段；而过了某一个值以后则变为双曲线，速度越高牵引力（制动力）越小。在线段区段，功率增加，制动力不变，就是所谓的恒力区段；而拐点处表示此时制动功率已经达到最大，速度再大的话，那么制动力和速度就成反比了，这一区段就是恒功率制动区段。高中物理就学过p=fv，p恒定的时候自然曲线就是双曲线了。
其时要从电机上面来讲也比较容易。我们知道，能量制动的时候，电动机接成发电机运行，对于直流电机来说，此时励磁方式为他励，转子在定子产生的磁场中旋转，产生了感应电动势，如果能够接到回路上，则这个电动势就变成了感应电流。此时由于转子里面感应电流的存在，就会产生一个和转子旋转方向相反的的力矩，从而达到制动效果，力矩的大小和感应电流的大小以及定子磁场强弱有关。交流电机得分析也类似。
但是，不能忽略的是，此时转子产生的感应电流，又会产生一个磁场，这个磁场和定子的磁场方向相反，实际上就是削弱了定子的磁场，从而又减小了反向力矩。这就是为什么高速运行时，制动功率一定情况下制动力下降的原因了。
至于空气摩擦制动，摩擦力大小f=un，u就是闸瓦与轮对踏面或制动盘之间的滑动摩擦系数，n是压缩空气产生的压力。只要是在滑动，那么它的制动力基本不变的，随着速度的增加制动功率上升。不过正如yyoyo所说，由于摩擦生热的影响，滑动摩擦系数会改变。
只要是使用电传动，只要是要采用能量制动，那么制动曲线的趋势就不会改变，唯一可以改变的就是恒力制动的范围，但这个受到了制动功率的影响，也就是受到了变流器功率的影响。
当然我不是学电传动的，以上的分析可能有错误，还请大家指正。不过我可以负责任的说，电力牵引传动的书我自学了不少，家里面各种电传机车资料有一小箱子，所以至少我得资料都是真实可信的。我前两天才拿到了今年第四期的《机车电传动》，上面就有若干篇交流机车牵引分析和粘着等等。我也是仔细看了那些文章之后才来发言的。

yyoyo · 发表于 2003-8-31 20:57:24

要知道700系的设计最高运营速度是285，看看日本的介绍。当然并不是说最高运营速度设计低就不能跑高一些，例如中华之行的最高运营速度是270，但照样可以跑300以上。这里牵涉到一个列车的传动比选择（速度越高传动比一般就小一些，以将恒功区延伸高一些）和功率选择的问题，700系为了降低成本没有采用全动车访案，也没有能显著采取降低车体重量蜂窝铝材，因此比功率显著下降（因为只要跑285没必要功率太高），远远地于500系，比TGV也低一些，这样加速就相对慢了一些。剩余加速度的计算很简单，只要把列车的功率折算到285计算出列车牵引力，再减去285时的列车阻力，除以列车总质量就是了。自己去仔细计算以下吧。

yyoyo · 发表于 2003-8-31 21:02:03

没错，低速时电制动是一个恒定的力而不是恒定的功率，但是决定制动距离的并不是低速的制动力大小，而是高速区的电制动功率，因为速度低时制动距离绝大部分集中在较高速度区。例如中华之星106以下电制动就一直恒定在2X150KN，106以上就是恒制动功率2X4400KW。

hakutaka · 发表于 2003-9-2 21:07:52

下面引用由yyoyo在 2003/08/31 09:02pm 发表的内容：
没错，低速时电制动是一个恒定的力而不是恒定的功率，但是决定制动距离的并不是低速的制动力大小，而是高速区的电制动功率，因为速度低时制动距离绝大部分集中在较高速度区。例如中华之星106以下电制动就一直恒　...

所以说不能拿来停车使……

hakutaka · 发表于 2003-9-2 21:11:33

下面引用由yyoyo在 2003/08/31 08:57pm 发表的内容：
要知道700系的设计最高运营速度是285，看看日本的介绍。当然并不是说最高运营速度设计低就不能跑高一些，例如中华之行的最高运营速度是270，但照样可以跑300以上。这里牵涉到一个列车的传动比选择（速度越高传动 ...

700系500系300系都是蜂窝铝（镁）合金车体。700系平线最高速度大约在330左右，285时加速余力1.0KM/H/S。千分之15上坡大约270（都是指满车）。东海道线的大坡大概只有250。

yyoyo · 发表于 2003-9-3 12:58:35

  现借你自己自相矛盾的数据（我不知从何凑出来的）来反驳。如285剩余加速度1km/h/s，除3.6换算为0.277m/s2，哪刨去列车阻力后剩余功率=ma*v=16*44*0.277*285/3.6=15500kW,那么我问一下700系的总功率是多少？只有13200kW，这不是自己打自己的耳光吗？好好静下心来扎扎实实地算一下就不会犯如此低级错误了。
附表1-3：日本300、500、700系高速列车主要参数
   300系          500系             700系
编组5（M+Tp+M’）Tc4（M’+M1+Mp+M2）4(M1+M’+M2+T）
最高运营速度km/h 270          300             285
列车功率kW    12000          18240             13200
单轴功率kW    300    285             275
特征交流传动雏形车最高运营速度经济型设计
投入年代    1992          1997          2000

leland · 发表于 2003-9-4 11:21:02

你们这里的讨论都混淆了机车"持续制"功率和实际机车最大功率的区别. 你们说的"恒功"区,不是说机车输出功率的能力恒定,而是说的人为给定的机车"持续制"功率,就象是日本的新干线,500的车子其实可以跑500公里,持续运行跑350也没有问题,但是因为线路和经济考虑没有跑那么快是一个道理. 一般的机车,持续制功率大约比最大值小1-20%,所以恒功区大约可以到最大速度范围的1/3.比如SS9,恒功区就是100-160,法国TGV大约在170-270(持续功率是4400*2,最大功率是4800*2).中华之星和德国ICE之所以有那么宽的恒功区,原因是持续功率定的低,ICE一台机车的最大功率是7600千瓦,而持续制功率是4800,所以虽然106公里就可以达到持续制功率,但是要达到最大功率却要到180公里左右,跟TGV相当.
在机车各主要功率部件中,电机在设计时速以下的最大输出力矩跟速度的关系应该是略微下降的水平线,变流设备中的后端也是最大电流基本固定,电压可变(对应牵引力不随速度变化);前段(从受电弓开始)则是电压固定,电流受限,所以有一定总功率限制,但是增加这部分设备的容量的成本恐怕比电机等要便宜.
就中华之星来讲,4800千瓦的制式功率,电机的最大功率其实可以达到1万千瓦以上.持续功率比较低的原因,恐怕还是高速下的粘着问题.

leland · 发表于 2003-9-4 11:43:58

不过不管是动力分散还是集中,要达到同样的加速和同样的设计最高速度,比功率还是要基本上一样,因为不同电机和变流设备的扭矩/转速曲线不会差太远,如果机车功率定义为在(相同的)设计最高速度下可以达到的最大功率(不是制式功率),那么这个指标应该和牵引力基本上成正比.
动力集中的最大劣势还是在于需要两节重量占全车重量比例很大的不能坐人的车头,以及重量分布不够均匀.优势是结构相对简单,而且乘客感觉不到动车的噪音.

yyoyo · 发表于 2003-9-4 11:58:46

外行又在乱讲话了。中华之星的JD128电机持续和最大功率都是1225KW，谁说能用到2500KW以上？设计者就在这里楼下。ICE也是一样，根本就没有1900KW一说，ICE技术设计说明书中根本找不到，你从哪看到的，告诉我好长长见识。按照电机设计规范，电机在最高恒功速度点如再提高转矩15%就会颠覆（在任何速度点都必须裕留15%的转矩裕量，这是设计规范，标称的最大功率也必须满足上述要求，否则在运用时由于逆变器输出转矩有一定脉动，就可能会引起牵引系统的颠覆）高速列车设计时一般只标称持续功率，运用也就这么大，不能超过，否则变压器、电气、电缆、元件就会出问题。你去找TGV、ICE高速列车有最大功率标称和实际运用的例子来看。日本500系电机最大功率和持续功率285KW只有在254KM/H速度以上才能达到，这表明285KW已经是最大功率了。电机都有个恒功转速范围，列车传动比越小对应的列车恒功范围越宽，现有高速列车最高恒功速度一般也就在330KM/H左右，速度再高就必须降低输出功率进入自然特性区。要冲刺更高的速度必须修改现有运用列车的传动比才能使试验列车在更高的速度范围内具有较大的功率。TGV创造世界纪录515就是减小了传动比并减去了许多拖车编组，500系列车绝对是不能冲刺500km/h的，哪怕修改传动比也不能，因为它是分散型全动车，单车功率太小（1140KW/车），单位重量的功率—比功率太小，根本就不可能运行到500，除非再增加功率一倍以上；TGV动力车功率大（4400KW/车），拖车较少时试验列车比功率可以做到很大就可以冲更高速度。

leland · 发表于 2003-9-5 03:39:45

OK,前面关于功率曲线的问题我是搞错了.串激电机确实可以通过改变转子电流实现连续恒功调速(转子功率非常小,改变转子电流总功率可以认为不变),但是永磁型或者异步感应式电机还是不可以.典型的异步电机的扭矩/功率曲线确实象我原来说的,额定转速以下基本上扭矩不变,额定以上扭矩迅速下降,恒功区很小.交流传动机车还是以异步电机为发展方向,但是采用了特殊设计使得恒功区变大.据我所知双笼感应电机有这个特点,但是效率比较低,不知道机车上面采用的是什么类型的设计.

leland · 发表于 2003-9-5 04:04:11

至于ICE,ICE1的最大功率确实是7600(持续功率4800),ICE-V的最大功率比持续功率也大很多,具体原因不知道,一来可能这是德国人的风格,做事情余量留的都很大,另外一个可能就是早期异步电机设计确实无法实现大范围恒功.这两个车都是ICE的元老了.ICE2就是半列ICE1,ICE3/4是动力分散,ICE5就是磁悬浮.

leland · 发表于 2003-9-5 04:33:41

再回头说一下这个恒功范围与动力分散/集中对加速的影响.以中华之星为例,功率9600千瓦,106公里进入恒功,车重按678吨+122吨载重估计,忽略阻力以简化计算,我得出的结果是,如果重量和功率不变,但是低速段牵引力通过动力分散可以加倍,在54公里进入恒功的话,0-288公里(80米/秒)加速后匀速行驶,加速时间(30公里行驶时间)可以节约30秒,最大加速度1米/秒/秒(好像还是可以接受的).减速节省的也许不多,因为最后会用机械刹车,按省10秒估计的话总共就是40秒,考虑阻力可以节约的时间就再多一点,按一分钟算.如果站距1000公里,1分钟不算什么.如果距离100公里以下,还是比较明显的.不过新干线也没有把牵引力提高到这个程度.

yyoyo · 发表于 2003-9-5 09:33:50

交流传动机车绝大多数采用异步电机（TGV前期采用同步机）,恒功区一般都能达到2.5以上，最大的能达到3以上，效率都在95%以上。异步电机的优点是制造简单，重量轻，控制比较复杂，但随着数字控制技术的发展已不再成为问题，国际上现在发展的高速列车均已采用异步电机。不过日本电机功率小，一般采用多机并联矢量控制，欧洲电机功率大，为追求高粘着利用全部采用直接转矩控制，最新的采用单轴控制。
中华之星的满载重量设计就是678T，实际上根据称重列车空重仅有（78x2+5*47+4*48)大约583T，定员按800计算载重也就60T左右，实际总重不到678T。上述编组是试验编组，实际运营时会扩编为12节编组，定员1000人左右，实际重量大约800T左右。
对于这种较长距离的运营（>200KM站距，现在T字头列车也早已超过这个距离）动力分散和动力集中的差异很小，只有1分钟以内罢了，没必要仔细核算。另外，恒功区以下低速区牵引力的大小几乎与加速时间没有关系，即使提高50%启动牵引力对加速时间的影响也只有1%不到，更何况加速时间的差异并不代表运营时间的差，就假定比动力分散比动力集中先30S达到额定运行速度（例如270），那么只要动力集中列车把巡航运行的速度稍稍提高1-2km/h就可以弥补过来了。

leland · 发表于 2003-9-5 09:42:25

异步电机恒功调速的办法我也找到了.在低速段是电压和频率同时增加,所以可以做到恒定扭矩,高速段是电压电流固定,只改变频率,可以实现恒定功率.

leland · 发表于 2003-9-5 10:14:43

48吨的车重就跟新干线也差不多了.不过两个78吨的车头不能载客,拖车又不能比动力分散的动车多载客,还是很浪费的.

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