1 引言
多年來我對機車上的牽引變頻器稱為變流器總有些茫然,，我們通常稱交流變直流或直流變交流的設(shè)備為變流器。機車變流器分明是將50hz交流,，變?yōu)?～50hz變化頻率的交流,，應(yīng)屬變頻器，為何稱變流器,？冥冥之中似有些怨忿,，又有所期待。
圖1所示的和諧5型動車組牽引變流器結(jié)構(gòu)組成圖，其機車的外形圖如圖2所示,。
我國高鐵呈現(xiàn)井噴式發(fā)展,。剛剛通過486.1km/h運營線路速的世界紀(jì)錄，今年又將打破法國阿爾斯通570km/h的試驗線路速度世界紀(jì)錄,，共有600多份國際合作合同正在洽談中,。我們心曠神怡！我們意氣風(fēng)發(fā),！
沒有隱憂了么,？遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是。國際上稱我們的高鐵是“山寨版”,；牽引變流器仍然由西門子,、阿爾斯通、龐巴迪,、川琦壟斷,；一列動車組兩億人民幣，變流器就超過了一個億,；機車過分相困擾依舊,；電氣化鐵路仍是公共電網(wǎng)的頭號“壞孩子”。怎樣去掉隱憂,？怎樣笑得更舒心,？
圖1 和諧5型動車組牽引變流器結(jié)構(gòu)組成圖
2 需要解決高鐵面臨的問題
小打小鬧已無法適應(yīng)高鐵no.1的情懷，徹底解決高鐵面臨的問題要鋪開多長的戰(zhàn)線呢,？又有多少問題需要我們解決呢,？
(1)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán),，要不同于現(xiàn)有的技術(shù)路線,；
(2)解決機車過分相難題，實現(xiàn)貫通供電,；
(3)不干擾公共電網(wǎng),，無功、負(fù)序,、諧波,、負(fù)荷率全面滿足電網(wǎng)期望；
(4)系統(tǒng)成本和變流器成本要低于現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)成本,。
現(xiàn)有高鐵供電方式是：每30km左右設(shè)一牽引變電所,，三相進線，單相出線,。每個變電所換一次相,，即30km有一個換相點。換相點用一段絕緣體連接2個相電壓，機車通過時稱為過分相,。此時機車要進行復(fù)雜的換相作業(yè),，機車失去供電，還要用回饋制動提供輔助設(shè)備供電,。到達(dá)另一相時車速降低很多,，并且要忍受一次過流沖擊，操作不當(dāng)時產(chǎn)生拉弧燒蝕現(xiàn)象,。由于動車速度極快,，幾分鐘就過一次分相，動車司機面臨很大精神壓力,。由于無法貫通供電,，每個變電所獨自負(fù)擔(dān)區(qū)間內(nèi)的全部機車負(fù)荷，高峰時達(dá)四列機車,，許多時間又空無一車,。按照規(guī)范規(guī)定須按高峰配置容量，平均負(fù)荷率不足10%,，負(fù)荷率太低是造成牽引供電系統(tǒng)高成本,、高損耗、高排放物質(zhì)的主要原因,。電網(wǎng)側(cè)的困難是：因單相取電,，造成負(fù)序電流極大，嚴(yán)重影響電網(wǎng)質(zhì)量,。以及功率因數(shù)低,、諧波高，高鐵成為電網(wǎng)中最為嚴(yán)重的有害負(fù)荷,。
圖2 第二牽引動力系統(tǒng)電路示意圖
3 工藝說明
以和諧5原型為基礎(chǔ),，說明高鐵動車現(xiàn)狀。
和諧5共有兩組相同的,、可相互支援的牽引動力系統(tǒng),。圖2所示為第二牽引動力系統(tǒng)電路示意圖。
由圖2可見受電弓pnt2接牽引變壓器(紅色),，后經(jīng)接地輪接鋼軌,。變壓器副邊經(jīng)高壓開關(guān)（黃色）帶2～3臺變流器（綠色）、圖3是由圖4重繪,，略去制動電阻而得到的變流器框圖,。
4 “直流/多交流變換器”
我們多年的高壓直流變換研究，應(yīng)用于機車牽引成為現(xiàn)實,。新結(jié)構(gòu)采用“做減法”的方案,，減去牽引變壓器,、四象限整流模塊、支撐電容器模塊和附加電容器模塊,；將圖4中的各輔助變流器的斬波器（紅色）,、脈沖變壓器（淡紅色）、高頻整流器（紅黑色）移出,，放至原牽引變壓器位置,。
如圖5所示，各斬波器輸入串聯(lián),，斬波器輸出接脈沖變壓器多原邊系統(tǒng),。多原邊各匝數(shù)相等，因為同一磁路形成串聯(lián)穩(wěn)壓電路,。將牽引逆變器連接到穩(wěn)定節(jié)點上,，穩(wěn)定了各牽引逆變器的輸入電壓。脈沖變壓器副邊整流為各輔助逆變器供電,。牽引電機定子對地電壓高于15kv,。
5 技術(shù)特點
“直流/多交流變換器”（用于電力機車及軋鋼機）由直流串聯(lián)穩(wěn)壓電路、數(shù)個逆變器組成,。直流串聯(lián)穩(wěn)壓電路提供均壓電位,，并提供輔助設(shè)備電源，每段電位安置一臺逆變器,，拖動一臺電機,。另外可通過調(diào)節(jié)某臺逆變器頻率或輸出電壓改變電流幫助保持均壓；亦可調(diào)節(jié)某臺逆變器橋臂短暫貫通強制保持均壓,。雖然無四象限整流器卻能更好地實現(xiàn)回饋制動,，在直流貫通的條件下真正實現(xiàn)將能量利用。
圖3 動力系統(tǒng)電路框圖
圖4 輔助功率模塊電路原理圖
圖5 “直流/多交流變換器”
6 技術(shù)及經(jīng)濟效益分析
(1)平臺變化很小,，便于改造已有車輛,。電機和牽引逆變模塊對地耐壓升高增加少許成本，低于變流器成本1%,；
(2)因減少牽引變壓器,、四象限整流模塊、支撐電容和濾波電容預(yù)計降低變流器成本50%,。（逆變模塊與四象限整流模塊高度相似；全車降低了60%的散熱功率）,；
(3)取消過分相,；
(4)克服負(fù)序、無功,、諧波,、供電設(shè)備利用率低等牽引變電所痼疾,，節(jié)省大量設(shè)備投資；
(5)直流貫通供電提高機車運行效率,，回饋制動變得有意義,；
(6)可不必規(guī)劃電力專線，電網(wǎng)用戶通過整流器與直流牽引網(wǎng)相連,，將他們的負(fù)序,、無功、諧波等負(fù)面電量注入高鐵,，后者可得到廉價電能,；
(7)以直流牽引網(wǎng)為媒介將各電網(wǎng)聯(lián)接起來，形成國家統(tǒng)一電網(wǎng),，啟動電力期貨交易,；
(8)直接吸收風(fēng)電、太陽能入網(wǎng),，降低其成本,，解放我國新能源發(fā)展瓶頸，為國家做出更大貢獻,。
7 結(jié)束語
感悟,！為何機車變頻器稱變流器？——直流變交流是它滿意的方式,！用直流/多交流變換器組成牽引變流器,，無牽引變壓器、無四象限整流器,、直流貫通供電無過分相困擾,、吸收交流電網(wǎng)中的負(fù)面電量，并以直流牽引網(wǎng)為媒介組成全國統(tǒng)一電網(wǎng)才是我們要實現(xiàn)的目標(biāo),。此時它遠(yuǎn)遠(yuǎn)望著“名不正”的前輩們,，可謂“一覽眾山小”。