地鐵列車牽引系統(tǒng)分析及其運(yùn)用實(shí)踐微探

[摘要]隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市人口不斷增加，城市建設(shè)步伐不斷加快，城市交通壓力越來越大。為了緩解城市交通壓力，建設(shè)地鐵列車是一種最為有效的解決措施。地鐵列車的牽引系統(tǒng)是地鐵列車最重要的核心部件，為地鐵列車的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。地鐵列車的牽引系統(tǒng)由電能驅(qū)動(dòng)，滿足地鐵列車的牽引與制動(dòng)。本文主要就南京地鐵牽引系統(tǒng)進(jìn)行分析，并對其運(yùn)行進(jìn)行了微探。

[關(guān)鍵詞]地鐵列車；牽引系統(tǒng)；運(yùn)用實(shí)踐

1、地鐵列車的牽引系統(tǒng)概述

1.1力學(xué)分析

地鐵列車在運(yùn)行過程當(dāng)中會(huì)由于各種外力的影響，導(dǎo)致其實(shí)際運(yùn)行發(fā)生變化，現(xiàn)對其進(jìn)行力學(xué)分析，將地鐵列車所受到的各種外力設(shè)為合力G，做如下力學(xué)分析：

如果G>0，則地鐵列車呈加速運(yùn)行狀態(tài)；

如果G<0，則地鐵列車呈減速運(yùn)行狀態(tài)；

如果G=0，則地鐵列車保持靜止或者保持勻速運(yùn)行狀態(tài)。

將作用于地鐵列車上的力進(jìn)行劃分可以分為三種，分別為：

牽引力：列車運(yùn)行的主要?jiǎng)恿Γ⑶铱梢赃M(jìn)行控制；

制動(dòng)力：與列車運(yùn)行方向相反的力，可以進(jìn)行控制，可以通過施加使列車運(yùn)行的速度剛氐或者停止。

阻力：列車在運(yùn)行過程當(dāng)中所產(chǎn)生的一種與列車運(yùn)行方向相反的力，—般是不可控制的；

這三種力是影響到列車運(yùn)行的最主要的外力，一般最多只能同時(shí)存在兩種力。

1.2牽引系統(tǒng)牽引力分析

牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要是通過輸出軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，列車最終獲得扭矩M，示意圖如圖一所示。假設(shè)如果可以讓車輛離開鋼軌，那么扭矩將作為內(nèi)力矩，因此只有車輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但是不能保證車輪能夠進(jìn)行平衡運(yùn)動(dòng)。在車輛與鋼軌接觸并產(chǎn)生壓力時(shí)，車輪與鋼軌之間就可以產(chǎn)生力F，F(xiàn)會(huì)引起鋼軌與車輪之間的反作用力Fk，這也是在列車進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的外力，示意圖如圖二所示。這種力也是一種由于車輪運(yùn)動(dòng)，鋼軌在列車運(yùn)行當(dāng)中沿著列車運(yùn)行的反方向施加于車輪上的切向外力，這個(gè)力Fk就是列車的輪周牽引力，也就是列車牽引力。

2、地鐵列車的牽引系統(tǒng)設(shè)備組成

一般來說，列車的牽引系統(tǒng)主要由VVVF牽引逆變器、受電弓、牽引控制單元DCU、高速斷路器HSCB、制動(dòng)電阻、以及司控器等組成。

2.1VVVF牽引逆變器

該設(shè)備主要是在牽引當(dāng)中可以通過對于內(nèi)部的1GBT模塊的控制，使其發(fā)生通斷，從而產(chǎn)生三相交流電提供給牽引電機(jī)使用。一般在通電制動(dòng)時(shí)，VVVF牽引逆變器將電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后反饋給電網(wǎng)和制動(dòng)電阻。

2.2受電弓

該設(shè)備主要是可以在接觸網(wǎng)中獲得1500V的直流電，然后將其轉(zhuǎn)換為交流電，從而實(shí)現(xiàn)列車的制動(dòng)以及列車上其他設(shè)備的供電。受電弓結(jié)構(gòu)示意圖如圖三所示。

2.3牽引控制單元DCU

該設(shè)備可以將列車控制系統(tǒng)當(dāng)中所下達(dá)的指令進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，變?yōu)閂VVF逆變器可以使用的信號(hào)，然后實(shí)現(xiàn)對VVVF逆變器以及牽引電機(jī)的調(diào)節(jié)和控制，另外可以對其產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。

2.4高速斷路器HSCB

該設(shè)備主要是作為一個(gè)開關(guān)設(shè)備，用以進(jìn)行低壓高壓控制。它能夠覿將電網(wǎng)和列車上的高壓設(shè)備的區(qū)分，然后當(dāng)電路發(fā)生問題時(shí)，可以迅速的發(fā)現(xiàn)并采取措施保護(hù)設(shè)備。

2.5制動(dòng)電阻

該設(shè)備主要是用于在牽引系統(tǒng)的通電制動(dòng)過程當(dāng)中，能夠?qū)τ诠╇娋W(wǎng)路與列車的安全提供保護(hù)作用。如果在進(jìn)行通電制動(dòng)過程當(dāng)中發(fā)生了電能過載，那么制動(dòng)電阻就會(huì)發(fā)揮作用，將多余的電能轉(zhuǎn)化為熱能，然后在制動(dòng)電阻上進(jìn)行消耗。通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)保護(hù)，否則將由于電壓過高造成危險(xiǎn)。

2.6司控器

該設(shè)備是列車的控制器，可以通過對控制電路的低壓電氣的控制來實(shí)現(xiàn)對于主電路上的設(shè)備的控制，因此司控器是用來控制整個(gè)列車運(yùn)行的核心控制器。—般在司機(jī)控制器的主面板上設(shè)有兩種操作模式，分別為控制手柄與換向手柄。

3、列車牽引系統(tǒng)運(yùn)用微探分析

在地鐵列車的牽引系統(tǒng)當(dāng)中存在有各種監(jiān)控設(shè)施，如果牽引系統(tǒng)出現(xiàn)問題，監(jiān)控設(shè)施發(fā)現(xiàn)了以后就會(huì)及時(shí)切斷牽引的指令線路，從而使列車的牽引停止。列車的牽引制動(dòng)主要通過受電弓作為載體，連接到接觸網(wǎng)，然后將電網(wǎng)當(dāng)中的電能傳遞給牽引系統(tǒng)當(dāng)中。逆變器則是將1500V的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟妷海瑢?shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。逆變器主要是由IPM模塊組成，然后實(shí)現(xiàn)變壓操作與變頻操作，同時(shí)逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)對于感應(yīng)電機(jī)的控制，從而可以對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，這樣就可以讓地鐵列車的速度能夠進(jìn)行自由調(diào)節(jié)。另外，它還可以一系列的操作，例如牽引以及制動(dòng)等。其優(yōu)勢在于可以不通過電路的轉(zhuǎn)換，直接對滑差頻率以及輸出的相序進(jìn)行控制。

結(jié)語：

隨著近些年我國的交通壓力逐漸增大，我國許多主要城市已經(jīng)建立了城市軌道交通系統(tǒng)，南京作為我國的主要城市之一，城市軌道交通已經(jīng)發(fā)展運(yùn)行了多年。列車牽引系統(tǒng)是其最主要的核心技術(shù)，我國的城市軌道交通系統(tǒng)在發(fā)展當(dāng)中已經(jīng)基本掌握了地鐵列車牽引系統(tǒng)的技術(shù)，相信在不久的未來，隨著軌道交通的發(fā)展，牽引技術(shù)必將更上一層樓。