軌道交通用變流器產品譜系的建立

［摘 要］文章闡述了軌道交通用變流器產品譜系建立的目的和原則及方法，同時用企業實例說明搭建軌道交通用變流器產品譜系的全過程，并分析了變流器產品譜系的管理與應用，以期為相關人員提供參考。

［關鍵詞］譜系；變流器；變流器產品譜系

［中圖分類號］TM46 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0172–03

1 軌道交通產品譜系概述

1.1 產品譜系概念

產品譜系：即一系列的產品，此系列既保證每個具體產品有一定的通用性，又保證不同型號產品中最小數目的規格零部件盡可能覆蓋全部使用要求。

1.2 軌道交通變流器產品譜系

軌道交通用變流器（以下簡稱“變流器”）是指由一個或多個開關器件連同變壓器（如有）、濾波器（如有）和輔助裝置（如有）所組成的運行單元。其可是1 臺分立的整流器、斬波器或逆變器等，也可以由它們組合而成，且可以不在一個柜體內。

軌道交通用變流器產品譜系（以下簡稱為“變流器產品譜系”）即按照不同的屬性、特點、功能等將變流器進行分類、細化，形成一系列相互關聯的子產品，以一種層次結構的方式呈現。

1.3 建立變流器產品譜系的目的

在需求分析的基礎上，篩選分析變流器不同應用環境中的主要組成部件和多個性能規格，從影響變流器外特性的程度排成序列，達到以下目的。

（1）梳理企業現有變流器產品，形成變流器產品譜系表，系統展示變流器產品相關聯系與適用范圍。

（2）合并優化變流器產品性能規格，支持新產品研制重復選用。

（3）分析技術發展需求，拓展產品型號，引領后續產品系列化研發，提升企業產業化能力。

1.4 建立變流器產品譜系的要求

變流器產品譜系是一系列的產品，Ma+W+zCYh5Dq4uze9mq+Gigpaj0nwnK1j6DWEqBH9cc=但絕不是現有變流器產品的匯總目錄，應是具有一系列特定要求、經過優化的變流器產品系列。具體要求如下。

（1）明確變流器發展方向，識別變流器產品定位，正確建立變流器產品譜系框架，將主要精力放在需要改進與發展的產品上。

（2）變流器產品譜系應有一定的前瞻性，應預見較長時期及一定應用領域內的整體科技發展要求，提出當前及未來變流器產品應達到的主要指標要求。

（3）譜系是相對成熟、規格不同、優選優化的變流器產品結構樹。

（4）譜系中的基型產品應相對成熟、規范化，以關鍵特征參數的優選取值和間隔、適當的相鄰性能規格跨度，形成最少數目的基型產品數量。

2 變流器產品譜系的建立

2.1 變流器產品譜系建立的原則

（1）完整性。各類型產品性能、規格應完整、齊全。

（2）協調性。同類性能規格間相互不重復，相鄰性能規格在滿足使用要求的前提下，間隔、跨度應適當，力爭用最少性能規格數量覆蓋已識別的產品需求。

（3）可擴展性。不僅包含現有變流器產品，還應保證持續發展的變流器產品能夠納入產品譜系。

2.2 變流器產品譜系建立步驟

2.2.1 變流器產品譜系建立步驟方法

（1）依據企業發展規劃，制訂變流器科技發展規劃，確定變流器產品發展戰略。

（2）匯總梳理全部變流器產品，放棄無應用需求的產品類型，重點關注市場需求和有技術發展前景的產品類型。

（3）按照變流器相關技術標準，將有發展前景的變流器產品歸類劃分，每類產品獨自建立系列。

（4）確定每類核心變流器產品關鍵性能規格，根據需求和現有產品的主要技術特征，結合科學技術發展，選取若干個具有代表性的關鍵參數，劃分譜系規格。

（5）提出變流器產品譜系性能規格系列的構建原則，在清理現有性能規格的基礎上，從每類變流器產品中選取一個產品型號作為基型，其他變流器產品按規則成為其衍生產品，形成產品矩陣。基型產品可以形象地看做產品譜系結構樹的樹根，其他產品是樹的枝葉。

（6）補充待開發的產品規格，形成完整的、可覆蓋使用需求的產品譜系。

2.2.2 變流器產品譜系建立實例

以某企業變流器產品為例，說明譜系的建立步驟。

（1）確定發展戰略。匯總梳理企業現有變流器產品，根據應用領域，逐個產品列入相應的應用領域，得到每個領域變流器的產品數量占比：軌道交通領域變流器產品占比為95%，風力發電、海洋船舶、礦用等領域變流器產品為5%。因此軌道交通領域變流器產品是該企業變流器的主要戰略方向，兼顧其他領域變流器的發展。

（2）以軌道交通變流器產品為主要脈絡建立譜系。淘汰無市場需求、無條件研制、無發展前景的產品類別，著重研究有市場前景及技術發展需求的軌道交通用變流器。

（3）搜集軌道交通變流器產品各級技術標準、用戶協議、技術條件，同時兼顧其他領域的技術要求。總結出該企業變流器產品主要依據的標準為GB/T25122《軌道交通機車車輛變流》各部分、GB/T 3859《半導體變流器》各部分、IEC61287 等國內外標準。

遵從變流器產品標準與企業發展戰略的實際情況，按照功能、中間電壓、安裝方式3 個條件劃分變流器產品類別。3 個條件互為補充與制約，形成變流器的產品大類。

（4）在變流器產品大類確定的基礎上，從產品結構、性能等方面出發，選取電傳動系統的傳動方式、主電路輸入方式、主電路原理、冷卻方式等關鍵參數劃分變流器的子類。各關鍵參數分別界定了每個子類產品的性能特點。

電傳動系統的傳動方式：交– 直– 交傳動方式、直– 交傳動方式。

變流器的主電路輸出方式：輸出波形為正電平和負電平的兩電平逆變器；輸出波形為正電平、零電平和負電平的三電平逆變器。

主電路原理包含以下幾類：①牽引變流器的電路結構。其中軸控方式為每個逆變器獨立控制1 個電機，嚴格意義上的完全軸控包括整流器，中間回路也是完全獨立的，如圖1（a）所示；但有些軸控方式中的整流器合并輸出，共同組成中間回路，如圖1（b）所示。而架控方式（圖2）為1 個轉向架上的電機由1個逆變器控制，每個逆變器控制兩個及以上的電機。②整流后電路是否共用中間回路。軸控方式和架控方式均可出現是否共用中間回路的情況。如圖1（a）和圖2（a）中雙點劃線方框的整流部分，為獨立中間回路；圖1（b）和圖2（b）中雙點劃線方框的整流部分，為共用中間回路。③輔助變流器的取電方式。分為中間回路取電、變壓器次邊取電、其他取電方式，如圖3（a）中雙點劃線方框部分為中間回路取電，圖3（b）中，雙點劃線方框部分為變壓器次邊取電。

變流器的冷卻方式：變流器內部自帶冷卻塔；變流器內部不帶冷卻塔；變流器內部自帶冷卻風機的強迫風冷；變流器內部不帶冷卻風機，由所處環境冷卻系統提供的自然風冷卻。

以上影響產品關鍵性能的因素中，每個因素變化均會增加1 個子類，因此每個子類其功能或結構均各具特色，形成變流器各個產品系列。

（5）在每個子類產品系列的基礎上，分析和總結性能優越、安全可靠的產品零部件，形成模塊化、簡統化零部件。隨后研究影響這些零部件性能、參數變化的條件，將所有產生變化的條件按結構變化、附加性能變化、參數變化分類歸納，每個變化條件形成基于子類產品系列的一個產品品種。

主電路牽引變流器原理為軸控時，每個變流器中的功率模塊數量變化，形成一個產品品種。

主電路牽引變流器原理為架控時，控制出線方式的增減不同，形成不同的產品品種。

結構原理不變，主電路的接觸器控制方式變化（電磁式或電空式），形成不同產品品種。

主電路的整流回路中使用的電子器件不同，形成不同產品品種：①電子器件選用電力二極管，輸出電壓不可控，為一個品種；②基于IGBT 等全控型器件的PWM 整流，通過控制觸發脈沖來調節輸出電壓值，為一個品種；③電子器件全部或部分選用GTO、IGBT 等可控器件，通過控制部分器件的觸發脈沖，達到輸出直流電壓在高于不控整流電壓時可控，為一個品種。

子類中的冷卻方式確定條件下，變流器冷卻系統包含零件的變化（是否自帶膨脹水箱、水泵），形成不同產品品種。

主要功能組件的保護功能增減，形成不同產品品種：①冷卻系統中增加環控裝置，形成一個品種；②輔助逆變增加預充電接觸器，形成一個品種。

基于子類系列特征上的每一種變化形成的產品品種是獨具特色的具體產品體現，也為用戶個性化的需求。

2.3 變流器產品譜系的體現方式

（1）變流器產品譜系說明是譜系使用和維護的基礎。包括產品梳理、需求分析、分類規則、規格優化、使用管理等內容的總結和說明。

（2）變流器產品譜系表是呈現變流器產品系列化的最直觀方法。該表應既方便展示已有變流器產品型號所處譜系中的位置，也利于新產品型號歸納于譜系的位置。其以電子表格形式展現，將產品大類、小類、品種的各種條件作為表格的表頭，已有產品依次歸入基型產品、系列產品和產品品種中。

（3）變流器產品譜系庫。將變流器產品譜系表結構化到產品全生命管理系統中，與每個產品的屬性相關聯，建立產品譜系庫。庫內以產品型號為索引，設置產品譜系頁面，直接顯示每個產品的性能參數；同時，也可從系統中導出每個產品的屬性而形成譜系表。

3 變流器產品譜系的管理

3.1 持續改進與完善

變流器產品譜系建設是一項持續改進與完善的工作。從長期看，隨著技術進步，產品類型和應用領域會發生改變，有新增產品類型，也有逐漸落后淘汰的產品；短期內，對于不同用戶，存在個性化需求，不僅體現在性能參數上，也體現在外觀等微小處。

3.2 變流器產品譜系相關技術標準

變流器產品譜系既是變流器產品的系列，也是不同類別變流器性能配屬關系的體現，因此，需要編制相應技術標準規定如何維護譜系表、譜系庫。同時變流器產品譜系建立后能促進通用件標準及產品標準體系的完善。

4 變流器產品譜系的應用

變流器產品譜系是對變流器已應用情況和后續需求情況等最基本信息的集中反映。其一方面是變流器產品開發與更新換代、定型與生產及推廣與應用的基礎，另一方面也是選用產品的指導。

4.1 新產品型號授予的依據

變流器產品譜系后，新研制的變流器產品型號應按照譜系的規則授予。

4.2 方便產品營銷

從變流器產品譜系中可以更好地了解產品的組成部分、功能、特點、優缺點等信息，主要技術參數、性能一目了然，方便市場營銷部門引導客戶選擇適合自己的產品，充分發揮技術引領市場作用。

4.3 提升企業生產能力

變流器產品譜系對變流器的細致分類，可促進產品零部件模塊化的演化，指導企業產品線的建立。

5 結束語

產品譜系可引領企業產品規劃、發展的方向，為企業產品生產線建設的策劃提供依據，為企業產品走向國內外市場提供保障。通過建立產品譜系，將企業零散的產品有效形成產品資源，搭建“一次研制、重復應用”的產品研制模式，促進企業的發展。

參考文獻

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