地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)設(shè)計研究

王小花

（中車四方有限公司，青島 266000）

在城市化的普及下，我國的人口與車輛都在瘋狂增長，在面臨著這種壓力的同時，環(huán)境與交通都成了首要解決的問題，需要引起我們的重視，如果不能以更好的方式解決，城市所承受的東西就會越來越多，而且在發(fā)展過程中也會存在一些阻礙。因此，解決城市的交通問題，就需要利用地鐵系統(tǒng)進(jìn)行暫時的緩解。

1 地鐵車輛牽引系統(tǒng)的構(gòu)成

在地鐵的設(shè)計中，在進(jìn)行配置的時候，有兩臺受電弓，分別為不同的動力單元提供動力需求，這樣設(shè)計的目的是為了防止故障的發(fā)生，有效的防止因為其中一臺機(jī)器發(fā)生故障后另一臺機(jī)器受到影響，從而影響到逆變器的正常運轉(zhuǎn)。在現(xiàn)在的技術(shù)領(lǐng)域中，只有這一種設(shè)計形式能夠確保當(dāng)一臺受電弓發(fā)生故障時逆變器能夠正常工作。但是，地鐵車輛電氣牽系統(tǒng)的容量低，如果不采取動力設(shè)計的方法，當(dāng)其中一臺設(shè)出現(xiàn)故障時，無法保證另一臺機(jī)器的正常運轉(zhuǎn)。因此，兩臺受電弓在運行過程中，如果其中一臺出現(xiàn)問題，地鐵車輛的傳送系統(tǒng)會自動斷開出現(xiàn)故障的受電弓，并下達(dá)牽引指令，使受故障的受電弓能夠在一定的時間內(nèi)停止工作。如圖所示：

圖1 地鐵車輛電氣牽引結(jié)構(gòu)圖

從地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體分析，架構(gòu)中還專門配置了牽引逆變器，在其斷口處配備了支撐電容，電容存在的目的就是為了保證逆變器在運行的過程中能夠安全的完成整個電壓的輸送過程，實現(xiàn)能量的緩沖。電容與濾波電抗器的有效結(jié)合，使得組成了一個完成的裝置系統(tǒng)個，在這個裝置下，使逆變器的穩(wěn)定性得到了保證，使整個系統(tǒng)的電壓處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。但是需要注意的是，逆變器裝置中包含了斬波相控制器和逆變相控制器，在地鐵車輛牽引過程中，直流電會被轉(zhuǎn)換成三相交流電，利用此功能實現(xiàn)了電壓與頻率之間的調(diào)節(jié)性，二者相互制約，相互控制，從而發(fā)揮更好的功能。

2 地鐵車輛牽引系統(tǒng)的重要性

牽引控制單元，是根據(jù)相應(yīng)的動作指令，完成對列車的制動控制，實現(xiàn)主電路的通斷控制和牽引逆變器的啟停控制。根據(jù)列車的運行狀態(tài)與行駛的模式，能夠更好的對牽引控制單元進(jìn)行控制，對列車進(jìn)行充分的了解與熟悉，同時對行駛的方向、制動等信號進(jìn)行判斷，并對其進(jìn)行相應(yīng)的控制策略；牽引控制單元的接收信號，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的控制命令，對電路進(jìn)行相應(yīng)的邏輯控制，如充電連接器、故障處理器、逆變器的邏輯控制等，不同狀態(tài)下對牽引逆變器有不同的邏輯控制關(guān)系，并對高壓電路故障進(jìn)行保護(hù)與檢測；牽引控制單元采用相位移法進(jìn)行利用控制，并根據(jù)線路的不同變化而進(jìn)行相應(yīng)的變化，通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速的分析與處理，結(jié)合轉(zhuǎn)矩指令和牽引控制單元生成的路線，對控制系統(tǒng)發(fā)出合適的控制線路，使得列車能夠接近最大的運行速度，從而獲得更好的利用率。

3 地鐵車輛牽引系統(tǒng)的特點

制動裝置，實際上就是為了幫助地鐵車輛進(jìn)行停車、減速等操作的輔助設(shè)備，主要目的就是為了地鐵車輛在運行過程中的安全進(jìn)行保障，在地鐵車輛移動的過程中提供制動的效果，幫助車輛在規(guī)定的時間與距離內(nèi)完成減速或停運。隨著時代的發(fā)展，科技水平的不斷提高，在這樣的時代背景下，傳統(tǒng)的機(jī)械制動已經(jīng)被淘汰，在當(dāng)前的地鐵車輛中的制動系統(tǒng)基本能夠滿足電制動的要求。在當(dāng)前的地鐵車輛牽引制動技術(shù)中，對于制動系統(tǒng)而言，在保證車輛制動的情況下，降低車輛發(fā)生事故的可能性，并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)功能，并根據(jù)實際的地鐵車輛的運行情況采取相應(yīng)的制定措施或者控制的方向。

4 地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)中的電氣控制類別

第一，矢量控制是在整個地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)設(shè)計中最主要的控制方法，通過矢量控制，能夠?qū)Φ罔F車輛進(jìn)行快速的操作，具有非常精準(zhǔn)的特點，對地鐵車輛的沖擊進(jìn)行一個很好的控制，實現(xiàn)平穩(wěn)的制動效果。在混合制動的狀態(tài)下，一旦發(fā)生了空轉(zhuǎn)或者花型的情況，可以緊急實現(xiàn)該操作，恢復(fù)軌道之間的你附著力，減少設(shè)備損壞的可能性。矢量控制的有效運用，可以使地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)更加的完善、完整，并在列車行駛過程中保證其安全性與穩(wěn)定性。

第二，牽引控制是地鐵車輛電氣牽引控制系統(tǒng)中的另一種控制的方式，對牽引逆變器的接收主要由司機(jī)控制或者列車的自動裝置發(fā)出的指令來完成的，根據(jù)控制裝置對信號進(jìn)行接收。因為牽引控制的核心是逆變器，因此，在進(jìn)行信號傳輸?shù)倪^程中，對地鐵的輸出進(jìn)行控制和牽引，當(dāng)列車超速運行是，系統(tǒng)會主動進(jìn)行封鎖系統(tǒng)，從而將故障列車推到坡道，利用系統(tǒng)對牽引進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)規(guī)定時間內(nèi)的自動控制。

第三，電制動控制包括再生制動和電阻制動，在實際的制動過程中，當(dāng)使用電制動的時候，對電網(wǎng)的吸收進(jìn)行二次使用，并對能量的吸收狀況進(jìn)行檢查，根據(jù)列車的實際情況，發(fā)揮電制動控制的功能，對列車的磨損有很大的作用，不僅能節(jié)約電力，還能為地鐵的運轉(zhuǎn)情況提供有利的支撐。對于電制動系統(tǒng)而言，當(dāng)處于發(fā)電狀態(tài)下時，自身原有的能量會逐漸轉(zhuǎn)換為電能，為地鐵車輛的整個電網(wǎng)提供充足的電源。

5 結(jié)束語

地鐵在現(xiàn)在的社會發(fā)展中起著非常重要的作用，在解決交通擁堵的問題上是最直接直接有效的方法，發(fā)展地鐵非常有必要。為了保證地鐵能夠正常的運轉(zhuǎn)，電氣牽引系統(tǒng)在地鐵行業(yè)中的意義非常重要，該系統(tǒng)通過電氣控制來實現(xiàn)地鐵車輛的牽引和制動的控制，有利于地鐵的安全穩(wěn)定的運行。