我國干線交直傳動機車中軸功率最大的是ss8型客運電力機車，其牽引電動機功率900kw，軸重為22t.近年來，隨著國產大功率交流傳動電力機車的問世，機車單軸功率已經突破1.2mw，同時為適應更高速度運用要求，其軸重普遍小于21 t.這樣一來，機車單位重量所傳遞的功率和牽引力大大增加，粘著利用系數大大提高，傳統的防空轉控制技術已無法適應交流傳動機車大功率、高響應和高粘著利用的要求。因此，有必要對粘著控制技術做一些研究。
1機車粘著控制技術特點比較當交流傳動機車傳遞牽引力時，電機定子頻率與轉子頻率間存在一定的轉速差（轉差很小，一般為定子頻率的1%~2%）。當牽引力超過輪軌粘著力時輪對發生空轉，電機轉子轉速上升很快，而由變流器控制所給定的電機定子頻率因為響應滯后，相對追蹤上升較慢，引起電機轉差減小，進而導致電機轉矩自然下降，抑制了空轉的進一步擴大，輪軌粘著能較快恢復。因此，單從交流電機本身特性來看，其自身就具有一定的空轉抑制能力。再加上交流傳動為高頻開關控制，轉矩響應非常迅速（數毫秒），與交直傳動相控整流相比，響應時間要快一個數量級以上，因此交流傳動機車可通過動態檢測車輪蠕滑狀態來找到輪軌最佳粘著點，并適時地降低給定，提前預防并迅速抑制空轉，使其粘著利用較交直傳動有了很大提高。交流傳動與交直傳動機車粘著利用性能對比見表1.表1交流傳動與交直傳動粘著利用的對比項目交流傳動交直傳動電動機機械特性硬軟轉矩響應快慢控制響應快慢粘著優化有無平均粘著利用高低國際上對交流傳動機車粘著控制的研究工作已進行了數十年，取得了許多突破和進展。據報道，交流傳動機車的啟動粘著利用系數已經達到0.4以上，而交直傳動機車一般只能達到0.36左右。這一方面是由于交流傳動所固有的優點，如電動機特性好、轉矩調節響應高，另一方面也得益于采用了先進的粘著控制技術。所示為1972―1995年ge公司內燃機車啟動粘著利用提高的發展歷程。從可以看出，20多年來，交流傳動粘著控制技術的應用已將內燃機車啟動粘著利用提高了將近1倍。
2粘著控制原理分析機車牽引力是輪軌間相互作用的結果。在牽引電動機的驅動下，車輪踏面與軌面接觸并產生一定塑性變形和蠕滑，鋼軌對車輪施加反作用力即牽引力，輪軌接觸處所能傳遞的最大牽引力稱為粘著力。由于蠕滑的存在，車輪的輪周速度要稍微高于機車速度，二者的差異即為車輪的蠕滑速度，蠕滑速度與機車速度和輪周速度平均值的百分率稱為蠕滑率。為車輪蠕滑及牽引力產生的示意圖。
例如，瑞士re460機車采用的就是相位法，即在實際牽引力上疊加一個（710hz）頻率、（2%4%）幅度的正弦測相信號，根據反饋速度與實際力的相位差來確定是否達到最佳粘著點。當然，任何一種粘著控制模型和算法，都會受到實際運用中各種干擾的影響，不可能精確地得到車輪實際的蠕滑狀況，因此很難真正達到理想的最大粘著，但經過反復優化的確可以提高平均粘著利用率。
我國交流傳動技術的工程化剛剛起步，對粘著控制的研究和試驗還不夠深入。盡管如此，通過借鑒交直傳動防空轉技術成功的經驗，已經探索出了一種通過實時、快速地檢測電機轉速及機車牽引力的變化，不斷尋找最佳粘著點來確定當前的給定轉矩門檻的控制方法。由于交流傳動響應較快，空轉抑制迅速，它與傳統的防空轉技術相比也能取得較好的效果。然而，這種新的粘著控制方法的控制效果還有待于長期的運用考核和觀察。
3正線粘著測試數據分析為驗證首臺國產交流傳動電力機車的粘著控制效果，在鐵道部科技司的安排下，2002年6月22日，d20001“奧星”交流傳動電力機車在鄭州鐵路局管內京廣北段信陽一廣水間進行了2次運行及坡停啟動試驗（如所示），以測試驗證機車的粘著利用效果。當日天氣為小雨轉陰，為模擬濕滑的軌面條件，由安裝在機車上的噴水裝置對軌面實施人工灑水，噴灑用水為手感滑膩的肥皂水，且所有試驗均在未撒砂的條件下完成。試驗編組負載為900t（含試驗車、重載貨車），試驗數據見表2.表2d20001機車試驗結果總匯試驗區間李家寨一孝子店一雞公山武勝關武勝關直段運行次別下行1下行2上行2試驗內容坡行牽引坡行牽引坡停啟動持續時間/min開始速度/kmh-1結束速度/kmh-1最大車鉤牽引力/kn最小車鉤牽引力/kn平均車鉤牽引力/kn運行附加阻力/kn平均牽引力/kn粘著利用系數為準確地分析機車的粘著利用，應盡量排除彎道和線路超高帶來的影響。在上行2啟動加速過程中，試驗車記錄的速度、時間、縱斷面和車鉤力曲線表明，15~40km/h恰好處于直線段上，因此取此段數據來估算啟動粘著利用系數最合適。該段平均車鉤力約為175kn，加速時間恰好約為100s，平均啟動加速度a=0.0694m/s2，機車重量m按84t計，機車加速力約為5.8kn，機車坡道阻力為9.9kn（12%.坡道下滑力），機車基本阻力根據環行線數據近似取2kn，則機車實際發揮牽引力f為：175+5.8+9.9+2對比ss8機車1997年和1998年在同樣區段進行的防空轉性能試驗報告還發現，在噴水和撒砂的情況下，ss8機車的平均啟動牽引力僅約為182kn（根據記錄下的電機電流折算到機車上的輪周牽引力），機車粘著利用系數大約為0.210.d2機車與ss8機車的坡停啟動粘著利用測試結果對比見表3.表3 d2機車與ss8機車啟動粘著利用對比項目軸重/t總重/t最大啟動牽引力/kn實測平均牽引力/kn 192.7（不撒砂）實測粘著利用系數0.234（不撒砂）從表3可以看出，d2交流傳動機車的粘著利用即使在不撒砂的情況下，仍較ss8交直傳動機車提高11%以上。
4存在不足及改進建議盡管國產交流傳動機車粘著利用較交直傳動機車有所提升，但仍存在不少有待改進的地方，有必要進一步改善空轉的保護和抑制的效果，進一步提高粘著利用率。據國外相關資料介紹，交流傳動機車粘著利用較直流傳動機車可提高20%30%.如adtranz公司（現bombadier公司）提供的12x交流傳動機車粘著控制試驗資料3eh-110328中，給出了各種軌面條件下試驗的粘著利用數據，詳見表4.表412x機車粘著試驗數據工況人工噴水自然潮濕雪覆蓋平均啟動牽引力/kn粘著利用系數注：機車重量82t，不撒砂，取直線段數據。
12x是單軸控制方式的交流傳動機車，軸重轉移的影響幾乎可以忽略不計。即使考慮到軸重轉移的影響（按最大10%考慮），其粘著利用仍高于國產交流傳動機車的20%左右。由此看來，國產交流傳動粘著控制技術仍有較大的提升改進空間。
針對d2交流傳動機車運用考核近1年暴露的問題，對其粘著控制提出如下改進建議：盡快開展優化粘著控制模型和算法的研究，并全天候跟蹤機車的粘著控制的效果，不斷優化粘著控制參數。
因在不同速度下粘著的發揮不一致，相同的一組參數難以使各段的粘著控制效果達到最佳，建議高速和低速段（或分幾段）采用不同的參數。
由于傳動環節存在彈性，電機側與輪對側轉速不完全一致，可能會導致粘著利用不充分。建議在取一路電機側轉速作為逆變器控制轉速信號的前提下，嘗試另一路直接采用輪對端轉速作為粘著控制的輸入轉速信號。
電機側轉速傳感器輸出脈沖數太少（60個/r），建議向d機車和12x機車靠攏，取120個/r或更高數目，以提高轉速測量的精度，提高粘著控制的效果。
綜上所述，國產交流傳動粘著控制技術的研究仍有很大潛力，相信隨著研究的不斷深入，國產交流傳動機車粘著控制技術將會日益走向成熟。
：鞏經理
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