科技日報記者 薛巖

牽引與控制系統是高速列車動力系統的核心之一，而永磁同步牽引系統將是軌道交通下一代牽引系統的主流產品。

“我國將在更高速度等級高鐵列車上應用自主研發的永磁同步牽引系統，讓飛馳的高鐵更省電、更綠色。”日前，在接受科技日報記者采訪時，中國中車首席科學家，中車株洲電力機車研究所有限公司（以下簡稱“中車株洲所”）副總經理、總工程師馮江華說。

啃下異步傳動牽引“硬骨頭”

記者：可否請您介紹一下電機牽引系統？

馮江華：牽引系統是軌道交通車輛的“心臟”和“大腦”，是車輛動力的關鍵來源，更是其高速、綠色、安全運行的關鍵。它主要分為直流系統、交流系統和永磁系統三種。其性能在某種程度上決定了車輛的動力、能耗和控制特性，是車輛節能升級的關鍵部件。

記者：20世紀90年代，您組建了國內第一個異步電機牽引控制技術研究與工程實踐團隊。您為何要帶領團隊在這片“無人區”開疆拓土？

馮江華：上世紀七八十年代，德、日等鐵路裝備強國競相發展高速列車。當時，他們采用的主流技術是異步傳動牽引技術，并對其實施技術封鎖。

那時我國正在進行高速列車自主樣車研究，對異步傳動牽引技術有強烈的技術需求。但當時，我國在這一技術領域卻是一片空白。因此，我組建了國內第一個異步電機牽引控制技術研究與工程實踐團隊。

記者：研制過程順利嗎？

馮江華：那個時候，我們幾乎沒有任何可借鑒的資料，很多原理性試驗只能“摸著石頭過河”，甚至連試驗結果的準確性都無法判斷。

我們夜以繼日地開展了多次中小功率樣機系統試驗研究，經歷的失敗不計其數。但我們沒有沮喪放棄，而是在挫折中一步一步堅毅前行。

記者：在研發過程中，您和團隊攻克了哪些技術難關？

馮江華：通過兩年多攻關，我們攻克了低開關頻率下電機磁鏈和轉矩高實時控制等關鍵技術，確立了自主異步牽引控制技術模式，啃下了高性能異步牽引及控制這塊硬骨頭，實現了我國大功率交流傳動控制技術的從無到有，使我國成為少數幾個掌握該技術的國家之一。

此后十余年間，我們陸續攻克了車輛級動力實時控制、分布式系統協同控制等關鍵技術，搭建了自主軌道交通交流傳動技術平臺和產業化平臺。這些技術成功應用在我國最早自主研制的“中華之星”等高速列車上，后來又在和諧號上實現批量應用。

記者：異步傳動牽引技術目前發展情況如何？

馮江華：近20年來，我國高鐵技術不斷發展。從和諧號閃亮登場，到復興號橫空出世，我國逐漸建成世界最大的高鐵運營網絡，牽引控制技術也在持續優化。

復雜的高鐵運營環境以及亟待攻克的關鍵核心技術帶來的挑戰一直擺在我們面前。近年來，我們陸續攻克了一系列難題。比如，為滿足高寒動車組在長大坡道持續高速運行的需求，團隊大膽提出新的控制策略，在自主控制器完成驗證的基礎上，我們實現了在功率提升20%的同時溫升降低25開氏度（K），一舉解決了高能效牽引的行業難題。此外，在車—網穩定、裝備安全等領域也解決了多個難題。

搶占永磁牽引技術領域制高點

記者：您是國內最早提出并啟動高速列車永磁牽引技術研究的人員。什么是永磁牽引技術，其優勢是什么？

馮江華：2000年，在一次國際學術會議上，我第一次接觸國外永磁同步牽引技術。當時，這項技術屬于前瞻性核心技術，在全球尚處于起步階段。

永磁牽引系統是軌道交通新一代電機牽引系統的發展方向。與傳統異步電機牽引系統相比，永磁同步牽引系統更小、更輕、更節能，節能率最高可達30%。

記者：您為什么開始這項技術研發？

馮江華：我感覺自己有一種使命感。在“異步交流傳動時代”，我們是追趕者；在“永磁時代”，我們要做競跑者，抓住機遇，搶占制高點。

2003年初秋，在中車株洲所，我們組建了國內首個永磁牽引系統研發團隊，這是我們第一次與國外公司站在同一起跑線上。

記者：“搶占制高點”應該非常艱難。

馮江華：每一次重大核心技術的更新迭代，都會經歷一段漫長的陣痛期。在剛開始研究這項技術時，放眼國內外，完全沒有代表性的技術可供參考。永磁牽引技術對于我們的很多團隊成員甚至只是一個概念。

記者：研發過程中，您和團隊遇到的最大挑戰是什么？

馮江華：我們遇到的最大挑戰是電機控溫。如果試驗過程中電機溫度過高，永磁體失磁，會導致系統罷工。研發時正值盛夏，實驗室溫度會達到40多攝氏度，就像一個巨大的蒸籠。這為電機控溫帶來了極大挑戰。此外，高溫也是對實驗人員的考驗。每次做實驗至少需要五六個小時，還要人工24小時輪番蹲守記錄實驗數據。在高溫環境下，長時間工作十分艱苦。

在實驗人員的不懈努力下，第一臺功率5千瓦的永磁電機開發成功，隨后，100千瓦的永磁驅動系統也在實驗室誕生。

2011年，永磁牽引系統在沈陽地鐵2號線成功裝車，實現了永磁牽引系統在國內軌道交通領域的首次應用。

攻克永磁高鐵技術難關

記者：您是怎樣想到將永磁牽引系統應用于高鐵的？

馮江華：基于我們對永磁牽引技術8年多的研究，以及關于這一技術在城市軌道交通應用中的經驗積累，2011年，中車株洲所受命參與國家863計劃“高速鐵路重大關鍵技術及裝備研制重點項目”，承擔高速動車組用永磁牽引系統的研發工作。自此，我們瞄準了更高目標——永磁高鐵。

記者：在實現這個目標的過程中，您和團隊遇到了哪些困難？

馮江華：科研之路并非一帆風順。我和團隊奔赴全國十幾個鐵路局、動車段調研，跟車添乘、測量，采集列車復雜、多變的運行工況數據。在這期間，我們遭遇了一道最大難關——在高鐵線路試驗時，由于軌道坡度大，實驗人員只能實行滿手柄牽引、滿手柄制動的“野蠻操作”。這種情況下，試驗中列車跑了幾個回合永磁電機就扛不住了，導致永磁電機兩次被卸下來修理。

記者：如何攻克這個難關？

馮江華：我們連續組織了兩個星期的技術討論會議，還設計了兩套解決方案。我們對這些解決方案挨個進行試驗，對比數據，花了3個月設計最優方案重新裝機。重新裝機后，機車在試驗軌道上以380公里的時速跑了一整天，沒出任何問題。

經過艱苦攻關，我們團隊先后攻克一系列關鍵難題，打造了完全自主知識產權、世界領先的牽引系統產品平臺，使復興號的速度、加速度、牽引動力等關鍵指標領先國際同行。

記者：我國永磁高鐵目前在世界處于什么地位？

馮江華：2013年12月，中車株洲所成功開發出可用于時速350公里高速動車的永磁牽引系統。2014年11月，基于永磁電機控制的高速動車組成功下線，我國實現首套高速動車組永磁牽引系統的研制、試驗和裝車。2015年6月24日，永磁高鐵在北京環鐵試驗基地進行首件鑒定，單臺電機功率達到690千瓦。

2018年，德國西門子才發布出一款使用永磁牽引技術的新型高速列車樣車。這標志著我國成為全球少數幾個掌握高鐵永磁牽引技術的國家，并處于領先地位。

記者：當前，由國鐵集團牽頭推進的CR450動車組樣車研制以及時速400公里基礎設施關鍵技術研究取得積極進展，已進入整車裝配階段。您負責研制CR450牽引系統，可否為我們介紹下該動車組采用的永磁牽引系統有哪些技術新突破？

馮江華：一是我們發明了高速主動弱磁控制技術。這就像是為列車的“心臟”，即永磁電機裝上智能調節器，確保電機高效運轉。

二是我們開發了磁極位置多模辨識技術。這就像是給列車的“眼睛”，即傳感器進行升級，讓列車在迷霧中找到方向，確保列車安全運行。

三是我們創造了列車越行無電區后動力重構技術。這就像是給列車裝上了一個“備用能源包”，即使在沒有外部電源的情況下，列車的動力系統也能快速工作，確保列車在分段供電條件下保持高速運行。

打造人才創新創業廣闊舞臺

記者：您為何選擇投身列車牽引與控制系統技術研究？

馮江華：我上大學時，電機及其控制是熱門專業，畢業時許多同窗好友都選擇留在了大城市。機緣巧合下，我來到了中車株洲所。非常幸運，我剛好趕上參與高性能異步傳動與控制技術的研發工作。在科研攻關過程中，老一輩科研專家的工作熱情和認真執著的勁頭感染了我。有時為了一個技術問題，大家爭得面紅耳赤。“技術面前人人平等”這種思想，一直影響著我，也由我接續傳遞。

記者：作為中車株洲所的總工程師，您一直關注人才培養。中車株洲所在打造科技人才隊伍方面有哪些探索？

馮江華：我們讓想干事的人有機會，能干事的人有平臺，干成事的人有地位。我們建立了專門的培訓機構，構建分類分層分級培訓賦能體系，以此實現員工受訓覆蓋率近100%。

目前，中車株洲所建設了30個以首席專家命名，以科技帶頭人為骨干，覆蓋中、青年科技工作者的專家工作室。

記者：您可否舉例介紹，中車株洲所是如何給青年人才提供發展平臺的？

馮江華：2012年，胡云卿從浙江大學博士畢業進入中車株洲所，被分配從事粘著力與控制研發。當時，這項技術在國內尚屬空白，而自主研發的重擔，就這樣交給了初出茅廬的他。

短短4年，胡云卿和團隊便從無到有自主研發出了一套牽引系統，并成功應用于澳大利亞的火車，僅3次就通過澳大利亞的考核試驗，打破了紀錄。2017年，這套牽引系統被用在了復興號動車組。如今，不到40歲的胡云卿也成長為上市企業時代電氣的總工程師和副總經理。在中車株洲所，像他這樣的“80后”越來越多。

記者：目前中車株洲所形成了怎樣的人才隊伍？

馮江華：如今，我們已構建了多層次、多維度、多類型“人才金字塔”。人才隊伍包括經營管理、專業管理、工程技術、營銷貿易人才和能工巧匠，人才總數近萬名。

[延伸閱讀]

他腦子里總有無數“靈光一閃”

中等個子，穿著普通，溫文爾雅，說起話來平實親切——這是記者對馮江華的第一印象。

作為中車株洲所的副總經理、總工程師，馮江華非常忙。見面時，他之后幾天的日程已經安排得滿滿當當。

從浙江大學電機系研究生畢業后，馮江華來到中車株洲所工作。30多年來，他一直從事電力機車牽引傳動系列研究。在中國軌道牽引動力技術發展上，他取得了很多“第一”：組建了國內最早的電力牽引高性能交流傳動控制技術研究與工程實踐團隊；組建了國內首個永磁牽引系統研發團隊……其中最大的成就是他持續主持研究復興號系列牽引傳動與控制技術。

多年來，馮江華一門心思搞研究。擔任領導職務后，他開會出差越來越多，同事說他“不是在飛機上，就是在去趕飛機的路上”。但他總是擠出時間學習鉆研。無論坐飛機還是乘火車，他總是帶著一疊研究資料閱看，有時一入迷甚至會誤了下車，坐過了站。

技術裝在腦袋里，就會產生一些“奇思妙想”。

2009年，馮江華偶然聽一位同事介紹，法國有一種新型單軌交通電車，就突然想到做一款適合中國道路情況的無軌電車。2013年，他組織團隊研發膠輪智能軌道快運系統，目前已研發成功。2015年4月，格力電器首次開發出裝載了永磁同步變頻熱泵離心機的中央空調，并在北京人民大會堂投入使用。在與格力電器的合作探討中，他靈光一閃想到光伏新能源技術，由此提出“不用電”光伏空調新方案。

同事說，他腦子里總有無數個“靈光一閃”。

對自己能親身參與中國高鐵的建設與發展，馮江華心存感激：“有傳承下來的來自老一輩科學家的科學精神，有一起團結搞科研的和諧氛圍，再加上我們的不懈努力，中國機車動力牽引技術一定能持續領跑世界。”