城市軌道交通車輛牽引電源系統分析

冀建忠?李璐

摘 要 提出城市軌道交通車輛牽引電源系統，需要運用VFF控制技術，成功達到車輛負載供電，逆變模塊可以對車輛運行狀態控制目標。闡述VVVF控制技術及其控制原理方式基礎之上，提出軌道交通車輛牽引逆變器電路，為滿足目前城市軌道交通車輛控制需求研究提供參考意義。

關鍵詞 牽引電源系統;冷卻系統;軌道交通車輛

牽引逆變器對于城市軌道交通車輛來說是不可或缺的重要“心臟”，換言之牽引逆變器的性能優劣程度，直接與車輛的運行性能、能耗、能力等情況密切相關，所以設計軌道交通車輛牽引逆變器至關重要。目前我國在城市軌道交通車輛主要采用了兩種供電制式，分別為DC750V供電制式、DC1500V供電制式兩種[1]。結合國內軌道交通車輛的牽引電源系統特點，分析研究了牽引逆變器主電路。

1VVVF控制技術

如今我國的城市軌道交通車輛的運行牽引動力，基本都是由三相異步交流電機實現，但是由于城市軌道交通運輸列車并未產生較大運行功率和供電半徑，所以并不需要較高的供電電壓。再加上從電壓損失方面，直流制損失要小于交流制，并且目前城市軌道交通供電線路又多處于建筑群內，所以不可以有過高供電壓[2]。因此需要運用牽引逆變器，來滿足軌道交通車輛運行電能轉換，VVVF控制技術應運而生并被廣泛應用于現階段軌道交通車輛牽引電源系統中。該控制技術包括了兩類，一類是分隔VV、VF，VV可以對直流電壓幅值有效改善，VF可以對頻率有效改善，該類技術方法也被稱之為PM技術方式[3]。另一類是VV集中VF在逆變器內共同完成，實現了不可控整流器與直流電壓恒定技術的結合應用，該類技術方法也被稱之為PWM方式[4]。

2VVVF控制原理方式

2.1 VVVF控制原理

對于城市軌道交通車輛的交流異步電機來講，旋轉磁場轉速的決定公式如下：

式中：電機極對數用P表示;電流頻率用f表示。

轉子、旋轉磁場二者之間形成的轉差公式如下：

式中：轉子轉速用nM表示。

2.2 VVVF控制方式

在應用VVVF控制技術中，可以通過調整電機轉矩（S），想要實現轉速調節實現途徑主要包括兩類：對磁極對數P做出針對性改變，適當調節電流頻率f值，作為變頻調速主要任務。在調速控制過程中需要對電流頻率充分調節，所以需要考慮定子繞組反電動勢造成的定制電流、磁通影響。定子繞組反電動勢的有效值表達公式如下：根據上述公式在降低f值時，E值也會隨之降低，增加U（電源電壓）及E（反電動勢）兩值的差值，增加定子電流。假若想要確保E/f為常數值，需要確保不改變磁通值，U、E兩數值近似，也就是可以在調速過程中，對電源、電流頻率進行調整，即VVVF。

3牽引逆變器架控主電路設計

3.1 架控主電路

在架控主電路設計中，設計2個牽引逆變器模塊，每隔模塊包括支撐電容器、IGBT元件、脈沖分配板、驅動板、低感母排，電壓傳感器、DCU、電流傳感器、放電電阻。作為單變流器模塊異步電機共2臺。

3.2 電路參數設計

與城市交通車輛的運行性能需求結合，需綜合考慮車輛加減速度、載重、車速、輪徑、牽引力等指標，進行線路仿真對牽引電機功率加以確定。

4結束語

與目前我國軌道交通車輛的供電制式、車輛運行、控制各項性能需求相結合，通過提出牽引逆變器并對其原理及VVVF控制方式進行分析，發現該技術能夠提高研制效率，并且牽引逆變器能夠滿足軌道交通車輛的運行可靠、可維護等性能指標需求，為其他相關設計研究提供參考依據。

參考文獻

[1] 翁星方，鄒檔兵.城市軌道交通車輛牽引逆變器的技術發展[J].機車電傳動，2012，（1）：47-51.

[2] 杜繼光，焉文海.淺析城市軌道交通車輛牽引逆變器的設計[J].工程技術（引文版）：77.

[3] 陳虎，王洪蓮.城市軌道交通車輛牽引逆變器的技術性發展路徑分析[J].山東工業技術，2017，（7）：99-100.

[4] 吳浩，王泉，王睿軼，等.城市軌道交通車輛系統牽引逆變器專用測試平臺研究[J].城市軌道交通研究，2017，20（12）：83-86.