地鐵車輛電氣牽引及控制系統研究

謝海明

摘 要：隨著城市化的推進，城市交通也向前邁進了一大步。目前，地鐵在城市交通中扮演著重要角色，因此確保地鐵的正常運行是發展城市交通的一項重要內容。在地鐵運行過程中，其牽引及控制系統直接關系著地鐵的運行安全與效率，只有確保電氣牽引及控制系統正常工作，才能確保地鐵安全運行。基于此，本文就地鐵車輛電氣牽引與控制系統進行簡要分析，以期推動城市交通的發展。

關鍵詞：控制系統;電氣牽引;地鐵車輛

中圖分類號：U264.3;U264.911 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0123-02

Abstract： With the advancement of urbanization， urban transportation has also taken a big step forward. At present， the subway plays an important role in urban traffic， so ensuring the normal operation of the subway is an important part of the development of urban traffic. In the process of Metro operation， its traction and control system is directly related to the safety and efficiency of Metro operation. Only by ensuring the normal operation of electrical traction and control system， can the Metro safe operation be ensured. Based on this， this paper made a brief analysis of the electric traction and control system of metro vehicles in order to promote the development of urban traffic.

Keywords： control system;electric traction;metro vehicle

電氣牽引系統是地鐵正常運行的保障，其主要負責地鐵運行期間所需的電能。隨著城市軌道交通的迅速發展，地鐵車輛檢修工作變得越發重要，而電氣牽引與控制系統作為地鐵運行的重要依靠，其能確保地鐵安全穩定運行。因此，加強對車輛的檢修尤為關鍵。

1 地鐵車輛電氣牽引及控制系統的特點及構成

1.1 特點

地鐵車輛電氣牽引及控制系統是由許多電路系統和設備構成的，為地鐵車輛的正常運行提供了有力的保障。其中，制動裝置在地鐵車輛減速與安全停靠控制中發揮著至關重要的作用。通常情況下，地鐵車輛制動系統采用再生制動及電阻制動兩種電制動方式來進行減速和安全停靠。此外，為了更為準確地控制地鐵車輛的速度，提升地鐵車輛減速或停靠的安全性，還需要采用機械制動的方式來輔助電制動方式，尤其是當出現緊急情況時，必須同時采用三種制動方式進行控制，從而實現對車輛速度的有效控制，保障車輛運行的安全性。再生制動與電阻制動的制動原理相似，主要利用電機反向磁場產生的電磁力作為電制動力。再生制動和電阻制動的區別是發電機發出的電能消耗在電阻上時是電阻制動，反饋到電網是再生制動。再生制動和電阻制動都是利用鐵路制動電磁鐵和軌道電磁制動器來實現車輛制動的，而機械制動利用的是摩擦力的作用，借助壓縮空氣提供動力而實現對車輛的制動。通常情況下，地鐵車輛先進行再生制動，在此過程中，制動牽引電機將動能轉化為電能，并將轉化的電能并入電網，將再生電能傳遞給其他車輛，通過動能與電能之間的轉化實現其他車輛的電阻制動。在地鐵車輛運行中，這三種制動是相互配合、共同作用的，為地鐵車輛的安全運行提供保障[1]。

1.2 構成

地鐵車輛電氣牽引系統的構成部分主要有高壓箱、制動電阻、牽引電阻器、牽引電動機及避雷器等。其中，高壓箱主要由高速斷路器、主隔離開關和充電設備構成。通常情況下，為了確保電氣牽引系統中牽引和輔助逆變器的正常運轉，地鐵車輛往往會配置兩臺受電弓，采用“一用一備”的形式為地鐵車輛的動力單元提供高壓電源，從而為地鐵車輛的安全穩定運行提供保障。電氣牽引系統中牽引逆變器的輸入端配有支撐電容，其主要起到緩沖的作用，從而保證電壓的穩定性。同時，濾波電抗器也能起到保持電壓穩定的作用，從而保證逆變器安全運行。牽引逆變器在逆變器控制箱和斬波箱控制器的作用下能將直流電轉化為三叉交流電，從而實現對牽引過程中頻率和電壓的合理調節與控制，保證牽引系統的正常運行。

2 電氣控制系統

2.1 牽引控制

列車ATO裝置或者司機控制器向牽引逆變器發送牽引命令以及給定值，然后綜合從制動控制裝置接收到的信號，對列車實施牽引與控制。由于牽引系統配備有限速裝置，待列車超過限定值時，系統將會自動封鎖牽引力，此時牽引力降為0，直到速度符合標準以后再恢復。此外，當切除ATP時，系統也能發揮限速功能。除此之外，這一系統還能發揮高加速功能。在進行坡道救援時，此系統可以輸出平時黏著系數1.15倍的牽引力，這樣列車便能將停在最大坡道的故障列車推開，進而疏通鐵路通道。列車還具有洗車運行模式，開啟此模式后，列車能在限速內自動控制牽引系統，根據列車的時速自動切除與施加牽引力[2]。

2.2 交流傳動控制

牽引交流技術作為地鐵車輛電氣牽引技術的一項重要內容，其以大功率的半導體器件為基礎，對地鐵車輛輸出牽引力。目前，常見的變流技術除了牽引交流技術外，還包括冷卻技術、隔離技術、光纖傳輸技術及低壓母排技術等。這些技術都在地鐵車輛電氣控制系統中發揮著尤為關鍵的作用，合理應用這些技術，不僅能確保地鐵安全地進行牽引工作，還可以較好地完成直流能量的交換。總之，交流傳動控制技術是一種以逆變器為基礎的集合技術，通過綜合傳動系統故障診斷與保護技術、電機控制技術等，能實現對電流互相影響的控制。此外，在地鐵車輛運行期間，經常會出現線路復雜的問題，此時合理使用交流傳動控制技術，便能有效解決這一難題。交流傳動控制技術的使用充分發揮了異步牽引電機控制的作用。地鐵車輛對運行與牽引控制的要求比較高，而交流傳動控制技術不僅滿足了地鐵安全運行的標準，還達到了牽引控制的要求[3]。

2.3 電制動控制

地鐵車輛的制動方式為空氣制動及電制動混合，其中電制動包括電阻制動與再生制動。根據地鐵車輛對制動力的要求，運行系統通常會優先選擇電制動力，以便有效降低閘瓦磨耗并節約電耗。電制動時，優先使用電網吸收再生能量，VVVF控制單元（牽引控制單元）連續監控電網狀態，檢查能量的吸收狀況。當電網吸收電能能力不足或不能吸收時，電網電壓（濾波電容端電壓）會升高，牽引控制單元根據濾波電容器端電壓情況，控制制動斬波器的開通。如果電網電壓超過1 700V，斬波控制器開通，制動電阻投入工作，將多余的能量轉換成熱能排除掉。如果電制動力失效或者達不到要求時，由空氣制動控制裝置控制投入空氣制動進行補足或替代。

3 電氣控制模式

在地鐵車輛實際運行期間，發動設備會受到多方面因素的影響，進而對牽引逆變器帶來不同程度的阻礙。此時，應綜合控制設備多方面的內容，以滿足地鐵車輛高速運行的要求。首先，通過對地鐵接受到的工作指令進行整合，可以達到高效操作設備的目的，且在電氣牽引的基礎上實現更好的控制操作，這能在一定程度上提高車輛運行效率，防止車輛運行出現安全風險。其次，對地鐵車輛的運行速度進行控制，可以較好地滿足安全運行的需求。同時，還可以通過地鐵設備的內部電控模式，達到有效管理移動范疇內的地鐵運行，確保列車運行的安全穩定的目的。實施電氣控制能有效保證地鐵安全行駛，在合理范疇內控制地鐵運行效率，防止出現超速等運行問題，解除地鐵運行的安全隱患。

4 結語

在地鐵車輛運行過程中，電氣牽引及控制系統發揮著至關重要的作用。因此，為了保證地鐵車輛安全運行，必須深入研究電氣牽引及控制系統，通過對該系統進行優化升級，充分發揮該系統的作用。

參考文獻：

[1]白洋，李沖.地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制[J].建材發展導向（上），2016（12）：196-197.

[2]白海波.地鐵車輛電氣系統中牽引與輔助系統的故障與檢修[J].科技與創新，2014（10）：27-28.

[3]肖偉福.地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制探討[J].科技經濟導刊，2016（17）：83-84.