城軌車電傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

朱曉晴（中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧大連116000）

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城軌車電傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

朱曉晴
（中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧大連116000）

摘要：可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今社會(huì)、人類發(fā)展的主題，而低碳化交通是可持續(xù)發(fā)展理念中的重大舉措之一，也是世界各國(guó)交通發(fā)展重點(diǎn)研發(fā)、關(guān)注的課題。在大力發(fā)展城市軌道交通過程中，采用電動(dòng)力、混合動(dòng)力設(shè)計(jì)來驅(qū)動(dòng)軌道交通的運(yùn)行，是當(dāng)前我們重點(diǎn)研究的內(nèi)容，電傳動(dòng)和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)已經(jīng)在城市公交車上大量推廣與應(yīng)用，但是在城市軌道交通發(fā)展中的應(yīng)用相對(duì)較少，還有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谖覈?guó)城市軌道交通迅猛發(fā)展的背景下，不斷深入研究城市軌道交通電傳動(dòng)相關(guān)技術(shù)，對(duì)于發(fā)展、完善城市軌道交通牽引傳動(dòng)系統(tǒng)意義重大。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；電傳動(dòng)；系統(tǒng)；技術(shù)；實(shí)施方案；設(shè)計(jì)

我國(guó)的軌道交通發(fā)展起源于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，軌道交通逐漸發(fā)展壯大。20世紀(jì)50年代，我國(guó)先后建設(shè)了北京地鐵網(wǎng)、上海地鐵網(wǎng)，累積了大量的經(jīng)驗(yàn)，隨后在全國(guó)展開了一系列的地鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著城市人口的急劇增長(zhǎng)及工業(yè)化進(jìn)程的加快，人們對(duì)生活舒適度、生活便捷性的要求不斷提高，導(dǎo)致私家車數(shù)量急劇增長(zhǎng)，汽車尾氣排放量不斷增加，城市交通日益擁堵，城市污染、噪音污染等問題也日益嚴(yán)重。在此背景下，人們保護(hù)環(huán)境的意識(shí)越來越高，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展離不開對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)，不能以破壞環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，因此，全國(guó)各地開始采取有效的方案提高城市交通運(yùn)輸能力，減少私家車的出行量，滿足人們快捷出行的要求。綠色、節(jié)能、環(huán)保的軌道交通成為新型環(huán)保城市建設(shè)的首選，這也有效推動(dòng)了城市軌道交通相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，其中城軌電傳動(dòng)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，由直流調(diào)速發(fā)展到交流調(diào)速階段。筆者闡述了城市軌道交通電傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)。

1 無線電傳動(dòng)系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用現(xiàn)狀

城市軌道交通的安全運(yùn)行離不開供電網(wǎng)絡(luò)，但是在城軌運(yùn)行中，應(yīng)用的供電網(wǎng)絡(luò)對(duì)自然環(huán)境及乘客人身安全帶來了危害，因此，必須采用將接觸網(wǎng)架空或采用第三方供電的方案，而這種方案中的城軌運(yùn)行必須采用專用的線路或封閉線路，這給供電網(wǎng)絡(luò)的安全檢修、安全維護(hù)、系統(tǒng)檢修等帶來了困難。為了解決環(huán)境污染及人身安全問題，城軌車電傳動(dòng)系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)向了無線電網(wǎng)發(fā)展，如由西門子公司生產(chǎn)的無線電容輕軌車輛、龐巴迪公司生產(chǎn)的無線接觸網(wǎng)輕軌車輛、阿爾斯通公司生產(chǎn)的接觸式供電車輛，其中西門子公司研發(fā)的車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)主要是在軌道交通車輛運(yùn)行前，對(duì)車輛的電容器進(jìn)行一次性充電，同時(shí)為車輛安裝超級(jí)電容量?jī)?chǔ)存器。在軌道交通車輛運(yùn)行過程中，對(duì)產(chǎn)生的電力進(jìn)行存儲(chǔ)，為車輛運(yùn)行中的電能消耗進(jìn)行有效補(bǔ)充，保證軌道交通運(yùn)行車輛的動(dòng)力。龐巴迪公司所研制的非接觸網(wǎng)式的軌道交通車輛，主要采用了電磁感應(yīng)原理，對(duì)電網(wǎng)所提供的直流電進(jìn)行大量高頻率的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為交流電，再經(jīng)過機(jī)車內(nèi)部的電氣設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，以此牽引車輛前行，該類機(jī)車電傳動(dòng)系統(tǒng)還可以將車輛運(yùn)行中所產(chǎn)生的電能進(jìn)行有限存儲(chǔ)，保證城市軌道交通車輛的運(yùn)行動(dòng)力。阿爾斯通公司所生產(chǎn)的接觸式供電軌道交通車輛，是采用地面受流裝置來完成軌道交通車輛供電，采用高速接觸器來切換不同運(yùn)行區(qū)間的供電系統(tǒng)，這樣在車輛運(yùn)行中就可以將電網(wǎng)電能進(jìn)行高頻率的切換，保證軌道交通車輛運(yùn)行動(dòng)力。

圖1 有線接觸網(wǎng)對(duì)城市環(huán)境的影響Fig.1 Impact of wired contact networks on urban environment

圖2 阿爾斯通公司生產(chǎn)車輛的電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案Fig.2 Electric drive system design scheme of Alstom company's vehicle production

2 城市軌道交通車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案分析

城軌車電傳動(dòng)系統(tǒng)裝置主要的組成部分有直流電傳動(dòng)系統(tǒng)、交流電傳動(dòng)系統(tǒng)，這兩項(xiàng)系統(tǒng)主要向運(yùn)行的軌道交通車輛提供動(dòng)力，還要向電力牽引變頻器、牽引電機(jī)、車輛制動(dòng)電阻等提供動(dòng)力，而第三城軌車電傳動(dòng)系統(tǒng)還包括超級(jí)電容器組及變流器集合。在電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們要將超級(jí)電容器系統(tǒng)和車輛受電網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合，使二者之間的電能相互切換，以保證電力機(jī)車充足的動(dòng)力。雙向變流器由牽引逆變器的控制單元進(jìn)行控制，用于進(jìn)行受電網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)電容器供電及超級(jí)電容器充電等相應(yīng)控制邏輯計(jì)算和執(zhí)行。（如圖3所示）

圖3 城軌車電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案Fig.3 Electric drive system design scheme of urban rail car

3 結(jié)語

各地城市軌道交通電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要結(jié)合本地電網(wǎng)發(fā)展實(shí)際情況，保證城軌車輛運(yùn)行的充足動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，保障乘客的人身安全，推動(dòng)我國(guó)城市軌道交通又好又快發(fā)展。

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Technical scheme design of urban rail cars' electric drive system

ZHUXiao- qing
(China CNR Co., Ltd., Dalian 116000, China)

Abstract:Sustainable development is the theme of the society and human development, low- carbon transport is one of the major initiatives in the concept of sustainable development, as well as the focus of world countries' transport. In the process of developing urban rail transit, combining electrodynamic force and hybrid power to drive the operation of rail traffic is the current focus of our research content, which has been widely promoted and applied in urban buses, however, there is still a large potential for development of urban rail transit. Under the rapid development situation of urban rail transit, the deepening research on electric drive technology has great significance on completing traction drive system of urban rail transit.

Key words:Urban rail transit; Electric drive; System; Technology; Embodiment; Design

中圖分類號(hào)：U270.381

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674- 8646（2016）09- 0012- 02

收稿日期：2016- 03- 10