好了，我不是鸽子，我只是最近突然开始考试了。再一个，闫栋宇这博客的影响力太低，划了半天才遇到这样一个问题。
感谢这位同学，好样的。你的问题我在后面解答了，记得查收。
今天考完了信号与系统，下午忽然看到中车长客下线了哈尔滨地铁2号线的第一列电客车，外形样子很有JR的味道，内部LCD很像港铁。挺帅的，可以期待一下。
所以挺高兴的，忽然想起来自己应该看看这个博客里面也没有人提问题了，就点进来看了一下。遂琢磨写一篇推送，说点轨交的小东西。开始。
提到轨道交通，大家想到的可能是和谐号，复兴号，白色车身，蓝色肩带的钢铁巨龙；或者是拉着汽笛咣啷啷前行的绿皮车。事实上我对轨道交通的兴趣，大概来自于我从小就住在铁路边上，绥满铁路哈尔滨段，也是中东铁路最靠近哈尔滨站的这一段。那时候也没有啥娱乐手段，每天最大的快乐就是看火车。我家门口的铁路桥往北走一点就是著名的滨洲铁路桥，现在已经是个景点了。高中想考同济轨交，没考上，现在换了个地方继续考，我就不信了我还治不了你了。
扯远了，说回来。目前的轨道交通是以电气化发展为主的，你们看看自己城市的地铁，没有在用内燃机车或者蒸汽机车的吧，都是电客车。电客车，以电为能源的载客列车，字面意思即可。通常我们认为火车是车头带着一溜车厢走，动力来自于车头，也就是所谓的机车。机车通过电能驱动电机，或者内燃机燃烧燃料带动车轮（这里要注意，为了更好地控制运行速度，相当一部分内燃机车采用电传动，简单来说就是燃烧燃料是为了发电，，电能驱动列车前进，本质上还是电机带动车轮转动），机车通过车钩把力传给后面的车厢，再传给再后面的车厢，一节一节套娃即可。这种模式成为机辆模式，只有机车有动力，后面全是没有动力的拖车。这样的车坐起来的体验比较差。我们可以把一列火车想象成一个高中学动量定理时候常用的简单的物理模型，就是若干物块通过弹簧串联起来。列车停放时，弹簧是松弛的（有空的时候可以给你们讲讲制动的原理，制动靠的是空气，很有意思），机车带动第一节车厢从零加速，第一个弹簧绷直，第一节车厢有速度之后，第二个弹簧绷直，第二节车厢受力开始加速。落实到乘坐体验上，就会在启动的时候忽然觉得自己所在的车厢被一个很大的力撞了一下，车迷俗称“咣一声”。不同车型的体验是不一样的，减震缓冲做的越好这种感觉越微弱，但再微弱也会有。同理，制动的时候也一样。但如果你坐的火车在站内停车的时候忽然向运行反方向抖了一下，紧接着又向运行方向抖了一下，不要慌，这是在进行更换机车的机车连挂作业，也就是换车头。
传统的机辆方式很传统，但会带来一些问题。刚才说的乘坐体验是一方面，另一方面就是运行方面的问题了。这样的方式限制了列车的加速性能，毕竟要一节一节地去把车厢从静止“拽”成有速度，且一节机车能提供的总功率有限，很难把运行速度进一步提升，目前普速列车最高的速度等级是Z，最高运行速度也就160左右，拉的越多速度还越慢。这倒也好解决，你一辆机车不够我就加一个呗，俩不够就来仨，是可以的。这样的运行模式下，负责总控制的机车称为本务，剩下那些来帮忙的都叫做补机。这样的方法行倒是行，但也仅仅是“凑合着用”。这里我们引入一个不是很严谨的概念，叫动拖比。为什么不严谨暂且不表，先说它是什么。动拖比，字面意思是动力车和拖车的数量比。比如ICE3，很经典的德国高速动车组，我国CRH3C和CRH380B系列都是以ICE3为原型车的。ICE3为8节编组，4动4拖，即4节车上有电机，其余4节轮子上没有驱动装置（但是制动装置是都有的，安全起见），动拖比就是50%，注意动力车本身也算在拖车总数里。一个数据告诉你德国货多牛逼，50%动拖比的ICE3的总牵引功率，比同样是8辆编组且动拖比75%的CRH2A（以新干线为原型车）要高出将近三分之一，这才叫真正的强劲动力。介绍完动拖比的概念，我们不难理解，对于相同水平的动力配置，动拖比越高的列车功率越高。这就为上述问题提供了一个思路，我能不能把动力单元分散到几个车厢中去，让更多的拖车变成动力车，这样起动性能会更好（因为打破了机辆模式），最高运行速度也会更高（动拖比增加，功率增加）。于是，动车组诞生了（这里暂且不谈动力集中型动车组，也就是垃圾桶，机破之王CR200J）。
我们现在看到的动车组都觉得很常见，但这个分散动力单元的思想是很具有跨时代意义的。就像当年被魔改的波音737，把发动机从尾部挪到了大翼悬臂梁下面一样，开创了一个时代。按照这样的定义，其实我们平时坐的地铁也是动车吗？是的。举一个很简单的例子，哈尔滨地铁今天下线的2号线首列电客车，它的动力配置是4动2拖六节编组（1号线也一样，所以我才觉得他俩是一个模子扣的），两端是带控制室的拖车，符号是Tc，第二节和第五节是带受电弓的动车，符号是Mp（p代表受电弓pantograph），第三节第四节则是普通动车，符号是M。提到受电弓，大家可以理解为无轨电车的大辫子，跟它原理上没有任何区别。同理，有些地方可能有轻轨，重庆的单轨，还有一些有轨电车（北京的西郊线，车迷称西溜线，这个故事很有意思，以后可以单拿出来写一篇）等，都可以算是动车的范畴。
以下划重点，我来讨论一下图里的问题。先说交流直流。
我们知道输电的时候有两种形式，交流和直流。其实这两种电轨道交通都在用，只不过国铁（普速铁路或者高铁动车）用的是交流电（惭愧啊，忘了电压是多少了，好像是3000V吧），城市轨道交通一般用的是直流电。注意是一般，不是全部，这个和设计有关系。区别主要在于用的电机不同，国铁的电力机车或者电力动车组用的都是交流电机，感应电机或者永磁同步电机，而城市轨道交通一般用的是无刷直流电机。有人可能会说无刷直流电机和永磁同步电机本质上没有差别。是的，说的没错，但是用在这个场合里的区别在于，国铁主要承担的是大运量、远距离的运输，需要电机长时间稳定高速运行，而城市轨道交通的站间距相对较短，需要频繁的起动制动，所以在这个语境下把这个电机当成一个直流电机来控制，可以得到很好的快速启动、快速制动特性，加速度可以很大。这就是为什么地铁起动的时候，我们一定好扶好坐稳，因为加速度很大，而坐高铁动车的时候，列车起动可能都没什么感觉，加速很慢，但是加速过程很长。此外，发电厂发出来的电可是交流电，荒山野岭的地方隔几公里就要给高铁修个变电站，咱也得考虑成本啊，修个变压器就得了，再整个整流装置太费钱，干脆你就用交流电吧。但城市轨道交通不同，在城市里一条线路可能也就需要一两个主变电站，对于每公里3亿到7亿的成本，两个大容量整流装置应该用不了几个钱。这就是一种相克相生的关系，我需要长时间稳定高速，就用交流电，但起动性能就差；我需要快速起动快速制动，就用直流电，加速很快，但就麻烦点。这里说一下，这么大功率的电机基本没有用有刷电机的。要是用了我估计得天天换电刷。
其实直流交流的区别，上述是业内主要考虑的方面。看到问题里的那个朋友说损耗问题，也有一定道理，确实国铁的线路比较长，高压的交流输电能减少不少损耗，但要知道3000V并不算很高（直接输给受电弓的电压可不是超高压或者特高压的），整个线路的电压都是这个数值，这个电压等级的长距离输电损耗应该也不小，毕竟电压低，所以我个人认为这不是一个主要方面。而且交流和直流相比，如果考虑电缆的集肤效应，同等电压等级的情况下是不是交流的损耗还要高一些？这也是个很有意思的问题，有空可以探讨一下。这个交直流的问题并没有定论，其实也是电客车运用的长期经验反馈给设计者的一种信息。就像舌尖上的中国里的大自然给人类的馈赠一样，倒逼着我们去改进设计，这可能也是工科特有的魅力。
好了，现在说说那个“防空警报声”。
其实我不说你可能觉得它很陌生，但我要是说“唱歌电机”，你可能就恍然大悟了。是的，就是VVVF，variable voltage variable frequency，变压变频调速，就是那个声音。电机嘛，启动过程中一定要调速控制的，我接触到的电力机车或者电力动车组都是VVVF调速。
事实上，不同厂家生产的变流装置发出的声音是不一样的。说到这就不得不提一下三个龙头企业——西门子，阿尔斯通，庞巴迪。这三家企业生产的相关半导体器件制成的变流装置在进行VVVF调速的时候发出的声音是不一样的。防空警报一样的是西门子平台，阿尔斯通和庞巴迪的声音有独特的变化规律，这个区别很明显，每一家公司的产品都很独特，还有其他企业的（比如日立，南车等），但用语言不可描述，感兴趣的话可以来找我，我给你几个B站链接。
车迷中有一个群体很喜欢听VVVF声音，有些人可能把它当成asmr了吧。我也喜欢，但我喜欢只是因为我是学电的。再一个，我觉得它很好听。也许工科生不懂浪漫，但工科也有自己的美吧，即使是一段并不具有太大欣赏价值的VVVF声音。
今天就说到这吧，我还在等同济轨交院的短信和邮件，不知道我能不能进夏令营。这篇文章放在这，感谢栋宇给我这个平台，也感谢提问题的这位兄弟，我真的是看见有人提了个问题才决定今天无论如何也要写一篇出来。轨道交通是一个很冷门的行业，它融合了机械，车辆，空气动力学，能源动力，电气，控制，土木，材料等等很多学科。我自己预测至少30年内传统轮轨还有发展的余地，传统轮轨会向着智能化、自动化、无人化、绝对安全化、绿色节能化、高速和高效化发展。还有一个，就是磁悬浮，那就是另一个故事了。最近胡志强跟我说了有一些想法，觉得轨交这个行业也挺好的。如果可能的话，我也挺希望他能跟我一起去轨交领域开创一片天地出来。
调研和问题招募长期有效，欢迎大家对轨道交通领域有什么问题都可以来栋宇的博客下面找我的文章留言，不定期给大家做点硬核科普。