兼論晶閘管級間平滑調(diào)壓的發(fā)展和歷史意義
樓修力
一， 中國早期電力機車的發(fā)展
（一）1958年12月28日第一臺6Y1型電力機車在相潭電機廠落成
1957年10月毛澤東主席率中國政府代表團赴蘇聯(lián)參加十月革命勝利40周年活動悲没、團員中有一位叫周勱的技術(shù)專家，是鐵道部科學(xué)研究院機車車輛研究所所長甫菠，他建議從蘇聯(lián)引進電氣化鐵路路技術(shù),并列入簽訂的《中華人民共和國政府和蘇維埃社會主義共和國聯(lián)盟政府科學(xué)接術(shù)合作協(xié)定》。1958年1月冕屯，第一機械工業(yè)部和鐵道部組織26人的專家考察隊赴蘇聯(lián)諾伏契爾克斯克機車制造廠進行一個月的考察寂诱，在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下，以蘇制H60型電力機車為原型安聘，進行設(shè)計痰洒。半年后這些專家回國開始第一臺電力機車的研制，1958年12月28日,這臺6Y1型電力機車在湖南者委書記周小丹和省長程潛的見證下浴韭，在湘潭電機廠落成丘喻。（圖一）
1959年6月蔣之驥率株洲所團隊開始參加6Y1型2號車的硏制，牽頭部門由第一械械工業(yè)部改為鐵道部囱桨，機車總成也由湘潭電機廠轉(zhuǎn)到株機廠仓犬。
此后株洲所積極參與株機廠6Y1型電力機車試驗改進工作嗅绰，相繼研制了3號到7號機車舍肠。這些電力機車在北京環(huán)形鐵道試驗線和我國第一條電氣化鐵路線上試驗和試用時出現(xiàn)了很多故障，末能投入正式運行窘面。究其原因主要是三大件的問題：牽引電機環(huán)火燒損翠语，引燃管逆弧和調(diào)壓開關(guān)觸頭燒損放炮。
6Y1型1號财边、2號車的研制得到蘇聯(lián)專家伏·阿·斯杰柯里霞±ǎ柯夫的大力幫助。1960年8月15日蘇聯(lián)專家撤回酣难，對6Y1型改進研制是一大沖擊谍夭。我國電力機車研制者唯有自主創(chuàng)新，才能發(fā)展我國的電力機車憨募。
（二）1966年11月改硅成功
1961年春紧索，蔣之驥在參加國家科委織織的赴德國和英國考察時了解到，國外已生產(chǎn)出一批硅整流器機車,運行可靠菜谣≈槠回國后,他極力主張用硅整流器取代引燃管整流器改造機車晚缩。他在株洲所調(diào)集力量，同時為半導(dǎo)體器件應(yīng)用投術(shù)和制造技術(shù)作技術(shù)準備媳危。1963年著手籌劃自行研制韶山2型硅整流器機車荞彼，制定了先研制部件,后研制整車的的技術(shù)方案。1966年株洲所與株機廠,北京變壓器廠共同努力下,用硅整器裝置取代引燃管待笑，改造6Y1型4號機車取得成功惠呼，攻克了消除引燃管遞弧的關(guān)鍵問題，“改硅”成功,是我國電力機車核心技術(shù)上邁出了一大步蛛壳。
采用硅整流裝置取代引燃管昌渤；采用4極加補償繞組的牽引電機，解決牽引電機環(huán)火問題椎侠；隨著20元件調(diào)壓開關(guān)和空心電抗容的采用.為中國電力機車初步定型創(chuàng)造了條件第租。
（三）十年磨一劍，1968年韶山1型8號車研制成功
1967年由株洲所我纪，湘潭電機廠等單位共同研制出700千瓦4極加補償繞組的脈流牽引電動機慎宾，解決牽引電機環(huán)火的問題，并且增加電阻制動系統(tǒng)等30多項改進的6Y1型7號電力機車在株機廠落成浅悉。
1968年4月27日鐵道部將國產(chǎn)6Y1型電力機車命名為韶山1型電力機車趟据。國產(chǎn)第8臺電力機車即為SS1008號機車。
1968年5月在總結(jié)試制和試驗的基礎(chǔ)上术健，株洲所和株機廠在8號車上作了以下改進：采用大功率半導(dǎo)體硅整流器汹碱，20元件調(diào)壓開關(guān)，700千瓦帶償繞組的4極高壓脈流牽引電動機荞估，加裝電阻制動咳促。機車小時功率提高到4200千瓦，電阻制動功率2800千瓦勘伺，時速90公里跪腹，該型機車突破了彷蘇H60型的框框，成為全新的機車飞醉。這是全國鐵路科研設(shè)計冲茸，生產(chǎn)制造和試驗應(yīng)用單位先后經(jīng)過10年努力，十年磨一劍的成果缅帘，
（四）韶山2型電力機車
1966年開始轴术，株洲所和株機廠開始聯(lián)合設(shè)計第二種型號的硅整流器電力機車，采用6Y1型4號車試制成功的硅整流器钦无，1969年10月在株機廠韶山2型試制成功逗栽。該車小時功率4800千瓦，最大時速100公里铃诬，機車采用高壓側(cè)有觸點分級調(diào)壓祭陷，橋式硅整流電路苍凛，低壓脈流牽引電動機。試驗表明機車性能達到設(shè)計要求兵志。但由于是彷法國6Y2型機車醇蝴，制造技術(shù)復(fù)雜，受制于當時中國的工業(yè)技術(shù)想罕，不適合中國的國情悠栓，只生產(chǎn)一臺。1973年株洲所在鐵科院環(huán)形道進行了改200安可控硅整流裝置的試驗按价，此后還進行過牽引電機改他勵的試驗惭适。
韶山2型雖然沒有鑒定和只生產(chǎn)一臺樣機，但該車采用的若干新技術(shù)楼镐、新材料后來逐漸推廣到其電力和內(nèi)燃機車上癞志。
二， 韶山1型電力機車晶閘管級間平滑調(diào)壓的發(fā)展 和歷史意義
（一）課題來自電氣化鐵路運輸生產(chǎn)第一線
自 1969年10月成都鐵路局馬角壩機務(wù)段建段以來框产，國產(chǎn)韶山1型008號為代表的電力機車在660多公里寶成電氣化鐵路廣元至綿陽間運用凄杯，充分顯示了它的優(yōu)越性:拉得多、跑得快秉宿、構(gòu)造簡單戒突、容易操作。在完成國家的運輸任務(wù)及支援大西南建設(shè)中描睦，做出了巨大的貢獻膊存。
但還存在調(diào)壓開關(guān)短路燒損的慣性"放炮"故障，也就是人們常說的"三大件”老大難問題之一忱叭。馬角壩機務(wù)段隔崎，共有39臺類似SS1008號車的應(yīng)用車，1971年由于調(diào)壓開關(guān)燒損慣性“放炮”故障窑多，而引起17次機坡重大事故仍稀，嚴重威脅寶成鐵路運輸生產(chǎn)的安全。
1972年10月馬角壩段技術(shù)室主任鄭樹選來株洲尋求解決方案埂息。得到株洲所傅志寰（時任生產(chǎn)組組長）的熱情接待，通過協(xié)商遥巴，成立由株洲所負責(zé)研究設(shè)計千康，馬角壩段負責(zé)裝車攺造和試運，工廠修改調(diào)壓開關(guān)的聯(lián)合攻關(guān)組铲掐。我有幸作為系統(tǒng)控制技術(shù)的主持人拾弃，提出了采用晶閘管過渡裝置的三個解決方案，即9位8段調(diào)方案摆霉，17位方案和33位方案豪椿，得了專題組的認同奔坟。
（二）1973年8月15日韶山1型31號機車晶閘管級間平滑調(diào)壓試驗成功
1973年1月株洲所樓修力帶著親自設(shè)計的三個解決方案，到馬角壩段征求意見搭盾，最后大家一致同意采用晶閘管9位8段調(diào)的級間平滑調(diào)壓方案咳秉。這就是后來所說的中國第一次采用500安晶閘管並具有恒流啟動、最高電壓限制的級間平滑調(diào)壓方案鸯隅±浇ǎ回所后立即開展施工設(shè)計和地面試驗。
改造方案由晶閘管機組蝌以、調(diào)壓開關(guān)改造和控制系統(tǒng)構(gòu)成炕舵。晶閘管機組采用株洲所生產(chǎn)的6只500A1200V晶閘管〈并聯(lián)）和6只500A1200V二極管（并聯(lián)）組成，共2組跟畅。調(diào)壓開關(guān)的相應(yīng)改造工作由株機廠鄒品元負責(zé)咽筋。1973年在電力機車上首次使用株洲所上一年試制成功的500安晶閘管元件，本人提出了裝車元件的具體技術(shù)要求徊件，彼時晤硕，無論對元件本身的技術(shù)要求、還是控制觸發(fā)和保護都是新事物庇忌∥韫浚控制系統(tǒng)由電流調(diào)節(jié)器、最高電壓限制器皆疹、邏輯電路疏橄、移相和脈沖放大電路、自動升位電路等環(huán)節(jié)組成略就。6個大功率晶閘管并聯(lián)要求觸發(fā)脈沖前沿陡捎迫、觸發(fā)功率大，並要求7500Ⅴ的隔離耐壓表牢。電力機車牽引電機恒流和限壓的實現(xiàn)窄绒，從根本上改變了以往有級調(diào)壓機車的起動和調(diào)速方式，實現(xiàn)了級間平滑調(diào)壓和無級調(diào)速崔兴。
1973年7月投產(chǎn)二套SS1級間平滑調(diào)壓裝置彰导，其中一套留作株洲所試驗車間地面機車試驗專用。首先在試驗車間進行1:1的地面試驗敲茄。另一套于同年8月2日運扺馬角壩段位谋，通過七天時間完成裝車改造。
1973年8月15日在韶山1型31號機車上試運大獲成功堰燎。
1974年7月還進行了牽引試驗和故障運行試驗掏父，以比較改造后機車較之改造前機車性能的改進和提高，其中起動牽引力提高了13%-18%秆剪。
該課題來自運輸生產(chǎn)第一線赊淑，其目的是的要解決調(diào)壓開關(guān)觸頭燒損引起的機坡事故爵政，即解決調(diào)壓開關(guān)"放炮"慣性故障。用株洲所1972年新開發(fā)的500安晶閘管控制4200千瓦功率的機車陶缺，在徹底實現(xiàn)調(diào)壓開關(guān)無電弧轉(zhuǎn)換的同時實現(xiàn)電力機車晶閘管級間平滑調(diào)壓和無級調(diào)速钾挟！這在電力機車發(fā)展早期的試制試驗階段，是重大的技術(shù)突破和技術(shù)創(chuàng)新组哩。
（三）艱辛的歷程
試用等龙、試驗和改進：自1973年8月15日第一次試用成功，到開始的27971公里期間共發(fā)生四次故障伶贰，其中兩次屬人為原因;還有兩次屬經(jīng)驗不足蛛砰，一次在1973年9月3日運行2236公里時，由于調(diào)壓開關(guān)聯(lián)鎖觸頭丅K4黍衙、5接觸不良泥畅，致使晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)不能工作，剛開始使用不久司機也沒有經(jīng)驗琅翻，沒有注意到導(dǎo)通指示表顯示封鎖狀態(tài)位仁，當調(diào)壓開關(guān)再升到高級位時，導(dǎo)致將晶閘管正向擊穿的嚴重事故方椎。經(jīng)事故分析和研究聂抢，作出改進措施如下:①增加強迫觸發(fā)保護系統(tǒng)，當晶閘管兩端正向電壓達到500伏時就自動導(dǎo)通棠众，避免因電壓過高而正問擊穿;②改變調(diào)壓開關(guān)聯(lián)鎖觸點的工況琳疏，原來是觸點閉合時電子電路發(fā)出觸發(fā)脈沖，現(xiàn)改為觸點斷開時發(fā)出觸發(fā)脈沖闸拿，避免聯(lián)鎖觸點接觸不良產(chǎn)生的問題; ③重要的聯(lián)鎖觸點改成雙觸點空盼，以保證接觸可靠。經(jīng)過這次改進和完善新荤，不僅克服了上述的故障揽趾，而且系統(tǒng)的保護和可靠性得到了進一步的提高。
在1974年1月26日苛骨，當運行到27971公里時篱瞎，又發(fā)生了一次脈沖電源變壓器副邊繞組抽頭絕緣擊穿的故障。這次故障智袭，經(jīng)分析探討奔缠，又作了四項改進:①將脈沖變壓器分為兩個相互獨立的變壓器;②快速熔斷器由250V320A改為500V320A，提高額定電壓;③在每一個晶閘管控制極上加裝一個隔離二極管吼野，把各控制極隔開，防止一個元件故障波及其他元件;④為防止在脈沖功率放大管發(fā)生短路故障時两波，使晶閘管控制極漏電流增加而損壞晶閘管瞳步，在控制極上增加一個箝位二極管闷哆。這次故障改進后，一直到1975年3月27日-31日鑒定會单起，又運行了88091公里抱怔，沒有發(fā)生過任何故障，總運行旅程達到11.6萬公里嘀倒。
為了考核晶閘管級間平滑調(diào)壓的可靠性和機車性能的改進屈留，在1974年7月進行了牽行試驗和故障運行試驗，同年12月又去寶雞電力機車段作了抗干擾試驗测蘑。牽引試驗表明灌危，比改造前機車和裝有二極管過渡硅機組的機車比較，功率發(fā)揮好碳胳，起動牽行力分別提高13%-18%;牽引2600噸在12‰坡道上仃車起動比較順利勇蝙，走行1000米后的速度，分別大12-15公里/小時挨约。還作了牽引客車的沖動試驗味混，由三名司機分別操縱十二個起仃站，列車尾部效置三個沖動試驗棒诫惭，沒有發(fā)生跌落翁锡，得到旅客和列車乘務(wù)員的好評。值得一提的夕土，還作了故障運行試驗馆衔。人為使晶閘管自動觸發(fā)系統(tǒng)停止工作，試驗表明機車運行正常隘弊，即證明強迫觸發(fā)保護系統(tǒng)工作可靠哈踱。
提高晶閘管級間平滑調(diào)壓的可靠性工作：1979年全國組織質(zhì)量月活動，我所由所黨委書記帶隊去成都局馬角壩機務(wù)段段訪梨熙，這是韶山1型級間平滑調(diào)壓已小批量應(yīng)用多年开镣，改進成果已推廣到SS3型采用晶閘管級間平滑調(diào)壓，正是在SS3試驗不太順利的時刻咽扇，馬角壩機務(wù)段小批量應(yīng)用的SS1型級間平滑調(diào)壓機車也出現(xiàn)故障邪财，因此株洲所內(nèi)外壓力很大。為此株洲所領(lǐng)導(dǎo)非常招急质欲，及時派出以科研科帶隊的包括總體線路树埠、半導(dǎo)體、試制車間的科研人員嘶伟，到現(xiàn)場去解決問題怎憋，三個多月過去了，人員去了好幾批，恰是一籌莫展绊袋、無功而返毕匀，怎么辦？當時株洲所所長丁愛國想到了已在情報室工作的原設(shè)計人員樓修力癌别，立即親自找我商量皂岔，要我去現(xiàn)場解決問題，我接到任務(wù)后立即開展工作展姐，了解情況躁垛，分析和查找資料。根據(jù)當時所長介紹的情況圾笨、提供的資料和我多年從事晶閘管控制技術(shù)的經(jīng)驗:提出先在所內(nèi)進行地面試驗教馆，提高系統(tǒng)抗干擾的能力，地面試驗通過后墅拭，再到馬角壩段去解決問題活玲。終于地面試驗很成功，我們情報研究室包括我一起共4個同事谍婉，帶著符合要求的晶閘管備品舒憾，總共前后不到半個月，徹底的解決了韶山1型晶閘管級間平滑調(diào)壓的系統(tǒng)可靠性問題穗熬。
（四）鑒定和推廣
在安全運行11萬公里后镀迂，于1975年3月27日至31日，鐵道部在成都局馬角壩機務(wù)段召開鑒定會唤蔗，鐵道部內(nèi)專家教授和領(lǐng)導(dǎo)共40多人參加探遵，株洲所張茂隆，龐亁令妓柜，夏寅和我4人參加箱季，我在會上作設(shè)計試制和改進匯報，鑒定組經(jīng)添乘SS1031號機車棍掐，聽取匯報和審閱文件藏雏，通過部級鑒定。並作為鐵道部新產(chǎn)品重點推廣項目作煌，株洲所當年由夏寅約稿出版了《機車電傳動》1975年No2掘殴，（總14期〉SS1031號機車專輯，記錄了晶閘管級間平滑調(diào)壓研制和鑒定的全過程粟誓。
同年奏寨，所長張茂隆主持全所協(xié)調(diào)會，當年生產(chǎn)5套級間平滑調(diào)壓裝置鹰服。到1976年病瞳，包括SS1008號車在內(nèi)的9臺電力機車得到推廣。
1976年1月7日至13日，在株機廠由鐵道部工業(yè)總局技術(shù)處副處長蔣之驥主持召開仍源。整整5天心褐，鐵道部內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)和專家舔涎，（包括株洲所傅志寰笼踩，樓修力，株機廠靳占林和劉友梅等）約40多人出席亡嫌，研討電力機車如何提高質(zhì)量適應(yīng)鐵路輪乘制的需要嚎于，會上以機務(wù)局內(nèi)電處處長許國強為代表的領(lǐng)導(dǎo)和專家提出將韶山1型新車生產(chǎn)改為晶閘管級間平滑調(diào)壓，即SS1031號機車方式挟冠。
同年12月蔣之驥建議：考慮當前電力機車發(fā)展的急需和我國電子技術(shù)發(fā)展的實際情況于购，提出了先將韶山1型電力機車改為晶閘管級間平滑調(diào)壓（后來的韶山3型電力機車），此建議得到鐵道部的認可知染。1977年下任務(wù)書肋僧，1978年落成。這就是韶山3型采用韶山1型31號晶閘管級間平滑調(diào)壓成果的全過程控淡。
自1973年8月15日開始嫌吠，晶閘管級間平滑調(diào)壓機車，日復(fù)一日奔馳在寶成鐵路上掺炭，8號車為代表的的再改進是株洲所為首的聯(lián)合攻關(guān)組的集體成果辫诅，是株洲所人引以自豪的，為后來采用晶閘管級間平滑調(diào)的第二代電力機車奠定了技術(shù)基礎(chǔ)涧狮。星火燎原炕矮、直到本世紀初，晶閘管一直作為電力機車牽引控制的"機芯”者冤，在電力機車發(fā)展史上具有里程碑式的重要歷史意義肤视。? ? ? ?
我的恩師王堯老師，曾親自在上海交大給我們講授電力機車控制課程涉枫，他給予了更高的評價:韶山1型晶閘管級間平滑調(diào)壓從研發(fā)到投產(chǎn)是劃時代意義的進步邢滑！鐵道部電力機車主管工程師許國強老前輩，他親自參加1975年3月鐵道部鑒定會拜银，作為行之有效的創(chuàng)新方案大力推廣殊鞭，他說:級間調(diào)壓簡單可靠，小號車能改尼桶，大號車能改操灿，新造車也能改。他在1988年6月15日韶山4型鑒定會上盛贊這件事：如果當初沒有樓修力這樣搞那樣搞泵督，我們是不會趾盐、也不敢下達SS3和SS4型的設(shè)計任務(wù)書的。這實際上是盛贊株洲所自力更生，勇于技術(shù)突破和創(chuàng)新救鲤，敢為人先的首創(chuàng)精神久窟！
（五）晶閘管級間平滑調(diào)壓的歷史意義
1,在電力機車試制試驗階段和10年徘徊時期，以株洲所為首的聯(lián)合攻關(guān)小組本缠，采晶閘管新技術(shù)徹底解決了電力機車“三大件問題”最后一件調(diào)壓開關(guān)燒損“放炮”的慣性故障斥扛，徹底實現(xiàn)了無電孤轉(zhuǎn)換。
2丹锹，具有恒流起動稀颁，和1500伏自動限壓功能，起動性能好楣黍，加速快匾灶，牽引力提髙13%～l8％！
3租漂，電流給定和自動升位環(huán)節(jié)阶女，實現(xiàn)司機操作半自動化，增加了安全性哩治。
4秃踩，由于采用9位8段晶閘管相位控制，比進口電力機車功率因數(shù)髙锚扎，諧波干擾小吞瞪。
5，這種晶閘管級間平滑調(diào)壓機車適合中國急需發(fā)展電力機車和電力電子技術(shù)起步較晚的國情驾孔，走出了中國自主發(fā)展電力機車的道路芍秆，迎來了電力機車的快速發(fā)展。
6翠勉，改進一代機車妖啥，奠基二代晶閘管機車，是電力機車發(fā)展的里程碑对碌，晶閘管級間平滑調(diào)壓機車從1973年8月15日開始荆虱，一直奔馳在電氣化鐵路上，星火燎原朽们，晶閘管作為機＂芯＂直到21世初怀读，這是株洲所敢為人先，對交直電力機車的突出貢獻和提供的關(guān)鍵核心技術(shù)骑脱。
后記
關(guān)于電力機車級間平滑調(diào)壓控制技術(shù)的由來菜枷，有一些奇談怪論，有的說級間平滑調(diào)壓是從國外資料上看到的叁丧，有的說在韶山3型開始設(shè)計時由工廠和研究所再去做驗證試驗…啤誊。發(fā)表本文就讓電力機車發(fā)展史正本清源岳瞭，回歸真實，這就是作者作為首創(chuàng)人和親歷者的初衷蚊锹。
