列车的"心脏""大脑""神经"与人的身体功能相似

丁院士的讲座围绕着高速动车组交流传动和网络控制技术展开。目前，中国的高速铁路技术已达到世界先进水平，我们从高铁技术的 "跟随者"转变为了"引领者"。为什么中国的高铁列车 "跑"得又快又安全？这主要得益于我国自主研发的、拥有自主知识产权的高速动车组列车技术体系。这个技术体系有三大核心部分，以变流器为中心的牵引传动系统可以看成是为列车提供动力的 "心脏"，列车控制系统是指挥行车并保证行车安全的 "大脑"，信号传输网络是把列车控制系统发出的指令传送到各个部位的 "神经"系统。三者有机协同合作，确保动车组列车安全、高速运行。
列车的 "心脏" "大脑" "神经"怎样协同合作？要回答这个技术问题，我们可以形象地打个比方，用人的跑步这种行为来解释。人跑步可快可慢，制约快慢的因素主要是步频和步幅，而步频的快慢和步幅的大小则取决于心脏对人体供血是否充足、血压是否稳定，取决于大脑根据供血和路面等情况进行综合分析判断后发出跑步的指令、对步频和步幅进行调控的有效程度，取决于这些指令能否通过遍布人体的神经系统传达到腿部和脚部。就这样，心脏提供动力、大脑发出指令、神经传递指令，人体随之而动，完成跑步的行为。
高速动车组列车的运行原理与之非常相似。外部供电系统提供的高压电通过受电弓引入列车，这就相当于为列车"供血"。由于外部电网的传输距离长，为了保证供电系统电压稳定，电网电压采取的是25千伏单相电压，而这一电网电压对列车实际工作电压来说过高，所以必须经过列车上的变压器进行降压，将25千伏高电压降至列车所需电压。降压后的单相电压无法调控频率和幅值，因此列车变流器整流电路需要将其转化为直流电，再由逆变器将之转化为可调控频率、幅值的三相交流电。
到这里，外部电网供给的 "血液"才算是能为列车所用。经过降压、整流、逆变的三相电压驱动牵引异步电动机，电动机再带动齿轮箱产生不同的转矩，达到列车以不同速度 "跑"起来的作用。列车的 "大脑"--列车控制系统根据各种行车情况发出指令，调控电压频率和幅值大小；遍布列车的 "神经"--信号网络系统把控制系统发出的各种指令传送到牵引异步电动机，带动齿轮箱产生不同大小的转矩，形成相应的驱动力，使列车起步、停止、快慢地运行。这一整套机制环环相扣、严丝合缝，列车有了充足的 "血液"和稳定的 "血压"，由 "大脑"指挥、"神经"传令，高速列车自然能在高铁线上风驰电掣、操控自如。

未来的轨道交通控制将向互联网和智能化技术发展
目前，CRH380A/380AL高速动车组列车的 "心脏"是由南车株洲所研制的TGA10系列传动装置，与日本三菱公司和德国西门子公司研制的同类传动装置相比，重量最轻，只有1850千克，输出功率却达到1680千瓦。
丁院士介绍，由株洲所研制的TEC3000传动控制系统，相当于高速动车组 "大脑"的主处理器速度达到533MHz，远高于庞巴迪公司研制系统的25MHz和西门子公司的100MHz；FPGA逻辑门达到50万门，高于庞巴迪公司的1.5万门和西门子公司的20万门，具有领先优势。而株洲所研发的可称为高速动车组"神经"的DTECS网络系统，也可与西门子、庞巴迪公司的同类型系统比肩。关于下一代技术的发展方向，丁院士介绍，高铁列车的 "心脏"将由目前的IGBT功率半导体器件向着SiC器件和变流器永磁驱动的方向发展。
以SiC为代表的宽带隙半导体电力电子器件是新一代高效能电力电子技术的核心，而永磁驱动最大的优势就是节能，目前世界上能应用永磁驱动技术的只有庞巴迪、阿尔斯通、东芝和中国南车。
高铁列车的 "大脑"即控制系统将向现代控制技术发展，软件将不断取代部分硬件，系统会更可靠，硬件更经济。
丁院士介绍，未来的轨道交通控制将向互联网和智能化技术发展。列车智能化需求，特别是城市轨道和高铁的发展，将推动中国网络控制技术的再一次提升。
丁院士为自己所从事的专业而自豪。在铁路领域成熟应用的交流传动控制技术因其较高的技术含量，正向其他高精尖行业和领域渗透推广。挂着铁路品牌的交流传动控制技术，除了在铁路领域的应用之外，已广泛应用于冶金、轧钢、钻井、风力发电、光伏发电等领域，这是铁路技术的光荣。

  （建议从视频第8分钟开始学习，前面的为主持和领导讲话）

针对网上高铁辐射可致不孕的传闻，丁院士表示，中国南车生产的高速列车的电磁辐射测量极值，仅是心脏起搏器最高限值的五分之一。高铁上的电磁辐射对人体危害可以忽略不计，希望乘客不要恐惧，不要相信网上的传言。（参见视频第42分钟左右开始的介绍）

极端情况下测辐射值

为了弄清这些问题，丁荣军带领技术团队在高铁列车上进行了实地测量。他们在测量时执行的是欧洲标准，即"ICNRP（国际非电离辐射防护委员会）限制时变电场、磁场和电磁场暴露导则 " 和EN45502-2-1心脏起搏器的特殊要求。实测时，技术人员测量了列车各种工况（包括牵引、加速、减速、制动）的电磁辐射强度。为了获得极端情况下的电磁辐射值，技术人员甚至趴在车辆地板上测量。
结果表明，列车在各种工况下电磁辐射值相差不多，均低于欧洲标准限制值的1/5。说白了，列车上的电磁辐射最高值也不到心脏起搏器电磁辐射的20%。

如果电磁干扰很强的话，信号传过去早就误码了

丁荣军说，高铁上的电磁辐射真的非常小。16节列车空中网络传输的数字信号，是从3.75V到5V，试想，如果电磁干扰很强的话，信号传过去早就误码了。

电磁辐射的大小和强弱取决于两个因素，一是电流多大、功率多大，二是设备本身对电磁辐射的防护处理水平如何。一般情况下，列车牵引和制动的时候，电磁辐射是相同的，因为这两种工况下电流相差不大，而且同一台变流器不可能在牵引的时候输出的电流小一些、在制动的时候输出的电流大一些。但是，他也阐述了一种可能--即在不同的频率段有不同的谐波，不同的谐波产生不同的电磁干扰，这个时候电磁辐射强度可能有变化。
作为中国高铁的行业专家，丁荣军要求技术人员，在设计动车组变流器、交流控制系统的时候充分考虑屏蔽电磁辐射，确保信号传输绝对安全。电力机车的 "神经"网络系统要传输3.75伏到5伏的信号，如果1传过来变成0或者0传过来变成1，那么整列车就不能动了。因此，株洲所的设计从最核心的模块到控制系统到变流器都采取了屏蔽措施，可最大限度减少电磁辐射。

高铁上的电磁辐射对人体危害可以忽略不计

“从我搞技术的角度，从我们测量的结果来看，至少不支持高铁辐射导致不孕或流产这个观点。到底有没有害，我不是搞医学的，我不知道。但至少这个害是非常小的，甚至是可以忽略不计的。”丁荣军说。

丁荣军及其技术团队夜以继日工作的高铁实验室的辐射高多了。然而，他们在没有任何防护的情况下已经工作了几十年。丁荣军说，技术团队里有男的也有女的，但是没听说哪个男的不能生小孩或者哪个女的怀孕后因为电磁辐射流产了。

来源： 轨道交通资讯与知识