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平臺登錄：{星空注冊}的5大技術難點，CRH 動車組是用電的，它很美，是我國的“外交名片”，相信大家都見過，都說它好，它長這樣。
好，我們現(xiàn)在已經(jīng)知道 CRH 動車組的動力來源是電了，具體來說，其實是交流電。(至于為什么是交流電?下文會說)
相信你平時也注意到了，鐵軌的上面有一些架著的供電線，這就是“去的那條線”，它叫「接觸網(wǎng)」，長這樣。
其實，那是假象，“回的那條線”你也能看見，它就是鐵軌。這玩意還是 1840 年英國 pincus 搞的專利呢。
“去的那條線”是接觸網(wǎng)，“回的那條線”是鋼軌+回流線。整個“送電”和“回電”過程靠牽引變電所控制的。
好，我們知道了動車組的兩條供電線路，那我們再來看看「車」是怎么與「接觸網(wǎng)」以及「鋼軌」相連接的呢?
那，受電弓又是個啥?其實，你一定也見過，就是車頂上的那個“鐵辮子”，它長這樣。
受電弓是從接觸網(wǎng)獲得電能的部件，列車運行時壓縮空氣通過車的各閥進入受電弓升弓裝置氣囊，升起受電弓，使受電弓滑板與接觸網(wǎng)接觸;降弓時，排出升弓裝置氣囊內壓縮空氣，使受電弓落下。
其實它是機械設計上非常經(jīng)典的四連桿機構，不過它是兩套四連桿嵌套著玩。把受電弓的弓頭“推”起來，讓碳滑板與接觸網(wǎng)接觸，這樣它就受流了。
從「受電弓」獲得的這么大的電流，它又是怎么通過「輪對」傳到「鋼軌」上的?這肯定得有條線吧?
好。通過上面的講解，相信我們已經(jīng)大致明白動車組的供電線路、受流以及回流裝置了。
動車組的牽引傳動方式是“交 - 直 - 交”，也就是從“交流電”到“直流電”，再到“交流電”。
動車組的牽引傳動設備主要有：「受電弓」→「變壓器」→「牽引變流器」→「牽引電機」→「聯(lián)軸節(jié)」→「齒輪箱」→「車抽」→車輪」。
那么你可能會問，為什么是“交 - 直 - 交”?，而不是“直 - 直”，“直 - 交”，“交 - 直”，亦或“交 - 交”呢?
在 1956 年，我國鐵道電氣化剛起步，采用“交流式”還是“直流式”受到人們極大的關注，因為它關系到我國電氣化鐵路的長遠發(fā)展方向。
當時，西南交通大學的曹建猷院士通過論證分析，建議電氣化鐵路采用單相交流 25kV 的供電制式。隨后，1957 年經(jīng)國家正式批準，單相交流 25kV 的供電制式被定為我國電氣化鐵道的標準。
通過查閱相關文獻，談談為什么動車組要采取這一供電制式呢?(非供電專業(yè)，不嚴謹處請指正)
這一供電制式主要有兩個特點：一是高壓(25kV)，二是交流供電(AC)。下面逐點進行分析。
CRH 動車組的運營速度一般在 200 公里及以上，其牽引功率要比地鐵等城市軌道交通裝備大很多。如 CRH2A 的牽引功率是 4800kW，CRH380A 的牽引功率是 9600kW，而成都 1 號線地鐵列車的牽引功率是 2160kW。
在中學課本里，我們知道 P=I²×R，電路中如果電流較大，電能的損失是很大的。很明顯，動車組的電能損耗高于地鐵。
因此，鑒于 CRH 動車組的大功率特性，選擇高壓輸電，將能降低輸電線的能耗——功率一定，電壓變高，則電流變小，則損失的電能變小。
直流供電與交流供電的供電規(guī)律都符合 電壓越高，負荷矩越大， 供電距離越遠的趨勢。
因此，鑒于 CRH 動車組運營里程較長的特點，選擇高壓輸電，將能減少牽引變電所的數(shù)量，從而降低設備的運營費用。
其實，從技術上來說，直流高壓輸電也是可行的(隨著電力電子技術的新突破)，其問題的關鍵主要在于以下兩點：
因此，綜上，CRH 動車組為了降低輸電線的能耗，降低設備的運營費用，選擇高壓輸電;為了保障變壓效率和質量，選擇交流電壓。
兩者復合[高壓 + 交流]，就形成交流高壓供電制式了，即單相交流 25kV。
目前，國鐵(運營普通列車與動車組)與城市軌道交通車輛(地鐵等)的供電制式已形成國家標準[Ref. 6]。
答案是想用交流電機。這玩意是 1888 年特斯拉發(fā)明的，它與直流電機相比，具有功率大，體積小，質量輕，便于控制，維修等優(yōu)點。在這里暫不展開。
這主要是技術上的一個問題，因為“交流 - 交流”之間功率因數(shù)太低，諧波太大，對電氣設備有危害。怎么辦呢?那就在“交流 - 交流”之間建立一個“緩沖帶”洛，這就是“中間直流電路”。
至此，“交 - 直 - 交”就說完了。這種牽引傳動方式現(xiàn)已成為干線鐵路的主流，被世界各國廣泛采用了。
好，知道了 CRH 動車組的牽引傳動方式，那我們就具體來看看，動車組是如何通過“交 - 直 - 交”讓車跑起來的，這里面又有哪些設備呢。
從前面我們已經(jīng)知道，接觸網(wǎng)的網(wǎng)壓高達 25kV，這么高的電壓讓電機怎么玩呀。所以，我們需要降壓。
牽引變壓器用來把接觸網(wǎng)上取得的 25 kV 高壓電變換為供給牽引變流器及電動機、電器工作所適合的電壓，其工作原理與普通電力變壓器相同。
具體關于變壓器的知識就不展開了。你只要知道它的主要功能是交流降壓就得了。
從技術參數(shù)可知，這這玩意其實挺重、挺大的。將近 6000 斤，比快捷酒店的大床還大呢。
從前面我們已經(jīng)得知，動車組的牽引傳動方式是“交 - 直 - 交”，那么它是靠什么實現(xiàn)呢?
整流器是牽引傳動系統(tǒng)的電源側變流器，列車牽引運行時，將牽引變壓器的牽引繞組輸出的單相交流變換成直流電。
具體關于整流器的知識也不展開了。你只要知道它的主要部件是 IGBT，在列車牽引運行時，通過開關的切換，以 PWM 斬波方式把交流電變成了直流電。
逆變器是牽引傳動系統(tǒng)的電動機驅動側變流器，列車牽引運行時，將中間直流環(huán)節(jié)的直流電壓變換成電壓、電流、頻率按照牽引特性要求控制的三相交流電，并保證三相電壓對稱、電流盡量接近正弦，減少諧波及電壓不對稱對牽引電機的影響。
具體關于逆變器的知識也不展開了。你只要知道它的主要部件是 IGBT， 在列車牽引運行時，通過開關的切換，以 PWM 斬波方式把直流電變成了交流電。
本題主要關注動車組牽引過程，也就是列車怎么跑起來的，所以就不對此展開了。
牽引電機是實現(xiàn)電能和機械能轉化的最核心部件，列車牽引時作電動機運行，將電能轉化為機械能。
CRH2A 采用 MT205 型三相鼠籠異步電機。具體關于牽引電機的知識也不展開了。它長這樣。
只不過動車組沒有傳動軸，每個動車轉向架(類似于汽車的底盤和車輪)有兩個電機，每個電機驅動兩個輪子。轉向架具體長這樣。
聯(lián)軸節(jié)是將牽引電機輸出軸與齒輪箱的輸入軸(小齒輪軸)聯(lián)結起來的裝置，在傳遞扭矩的同時，允許兩者間的相對運動。它長這樣。
聯(lián)軸節(jié)一端連接牽引電機輸出軸，一端連接齒輪箱的輸入抽(小齒輪軸)，然后將電機的扭矩傳遞給齒輪箱。
齒輪箱是將牽引電機的扭轉力矩有效地傳遞到車軸而使車輪“跑”起來的裝置。它長這樣。
齒輪箱的小齒輪與聯(lián)軸節(jié)相連接，大齒輪與車軸相連接。大齒輪與小齒輪之比為傳動比。
好，終于到最后一步了，通過齒輪箱的大齒與車軸配合，使得電機的扭矩傳遞到輪對上，最終輪對滾動使車輛前進運行。輪對(車軸&車輪)長這樣。
[4] 薛聰. 直流變壓器設計[C]// 首屆直流輸電與電力電子專委會學術年會. 2012.
[6] 曾志長. 市域鐵路兩種牽引供電制式工程投資對比分析[J]. 鐵路工程造價管理, 2013, 28(5):9-13.
