地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制的思考

李燁 西安市軌道交通集團有限公司運營分公司

車輛的電氣牽引系統主要包括車輛的牽引力、多種電氣設備和控制電路。車輛電氣牽引系統本質上是一個電源電路，主要用于驅動汽車上高電壓、高功率以及大電流的電機設備。牽引系統的基本工作原理，是使用逆變器將接觸軌原來的高壓直流轉換成三相交流電，使其頻率和電壓均可調，從而給驅動用牽引電機供電，牽引系統地主要功能是從牽引系統吸取電能并轉變為驅動機車車輪的機械能，從而實現能量的轉換與傳輸。

一、地鐵車輛電氣牽引系統的組成和特點

（一）地鐵車輛電氣牽引系統的組成

不同的地鐵車輛牽引系統組成也是不相同的，但大體都由以下組成：牽引系統組成：受流系統（集電靴/受電弓），牽引控制單元（DCU/UNAS），牽引電機，制動電阻，避雷器，高壓箱等。通常會配備兩臺受電弓裝置，以此來保障地鐵車輛的正常運行，要在地鐵車輛系統中配備兩個受電弓裝置的原因，是為了避免地鐵運行的過程中因一臺出現故障，從而引整個發牽引逆變器和輔助逆變器出現故障的問題，進而導致地鐵車輛不能正常運行，因此要配備兩臺受電弓裝置，當一臺受電弓裝置出現故障時，另一臺備用的受電弓裝置仍然可以正常的運行。牽引逆變器是地鐵車輛牽引系統中的重要組成部分，牽引逆變器的輸入端是支撐電容，它的主要功能是保障向逆變器中輸入的電壓是穩定的，還有一個重要的功能是緩沖輸入電流的能量。與此同時，當前的地鐵車輛中還配置了濾波電抗器和電容能源，它們的主要作用是保障系統電壓的穩定性，從而保障逆變器的正常運行。逆變器在地鐵車輛行駛時需要冷卻操作，冷卻過程主要通過熱管散熱器來完成，熱管散熱器是一種高效率的散熱器件，在使用時不需外加電源，而且還不需要專門的維護，運行安全可靠，不會對環境造成污染[1]。

（二）地鐵車輛電氣牽引系統的主要特點

制動裝置是地鐵車輛系統中最重要的一部分，制動裝置指的是，地鐵車輛內配置的全部制動系統和減速系統，它的功能是，讓正處于行駛狀態中的車輛降低車速或停止行駛，或者使處于停止行駛狀態的汽車保持停止的狀態，因此制動裝置的結構與它自身性能的好壞直接影響車輛、人員的安全。在遇到十分緊急的情況時，列車司機可以啟動緊急制動裝置。主要有兩種制動方式，它們分別是摩擦制動和電動制動，摩擦制動的原理是，使兩個運動表面相互接觸，在接觸的過程中產生摩擦阻力，以此來實現汽車的制動，電氣制動有兩種，一個是電氣抱閘，它的工作原理是，利用閘瓦利所產生的摩擦阻力，將其控制對象的運動時速降為零。另一個是能耗制動，電動機斷電之后，改變它的相序，然后再對其通電（通電時間需要控制在一定的范圍內）通過反轉操作，使它的轉矩快速轉換為零，這就是交流反接制動[2]。

二、地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制的工作機制

（一）電氣控制的模式

電氣牽引中的一個重要環節就是電氣控制。在地鐵車輛運行時，由電器牽引技術牽引技術來完成電氣控制動能和電能的轉換，進而約束地鐵車輛所連接的電網系統，從而保障電動馬達的正常運行，減少電能功率的消耗。當地鐵車輛行駛時，列車司機或列車網絡會向牽引逆變器發出牽引指令，牽引逆變器在接收指令時要結合制動控制裝置，最終完成地鐵車輛的牽引控制。因為地鐵車輛的行駛速度不受系統的影響，所以當地鐵車輛超速時，此時的牽引力會被系統降為零，同時，會被封鎖。當地鐵車輛的速度降到正常范圍內時，封鎖解除，此外，盡管沒有ATP，地鐵車輛的限速功能也可以正常使用[3]。

（二）交流傳動控制系統

牽引變流為地鐵車輛電氣牽引的主要技術，牽引變流主要使用功率較大的半導體器件，在地鐵車輛電氣牽引系統中還可以使用光纖傳輸技術、冷卻技術、隔離技術、低感母排技術等等，只有合理地運用改類技術，才能保障地鐵車輛安全、高效以及穩定的運行，此外，還可以對交流電進行精準的轉換。牽引變流技術可以給電器牽引系統降溫，主要方法是，對水進行冷卻，然后再利用散熱管道和散熱風對其進行降溫處理，從而達到減輕系統負荷壓力的目，以此來保障地鐵車輛制動的高效性與安全性。同時，交流傳動技術也能保障地鐵車輛電氣系統的安全運行，交流傳動技術，是使用逆變器將接觸軌原來的高壓直流轉換成三相交流電，使其頻率和電壓均可調，從而給驅動用牽引電機供電，交流傳動基本原理是，受電弓把從接觸網獲得的高壓電流，傳送給車載牽引變壓器，然后對其進行降壓操作，之后使用高頻率的脈沖整流器，是其轉變成直流電，再使用逆變器將直流電轉換三相交流電，并使之能夠調頻和調壓。因此，可以得出，只有在接觸網上獲得單相交流電，并通過逆變器，使其轉變成三相交流電，才能使三相交流異步牽引電機正常運行[4]。

三、結束語

綜上所述，電氣牽引技術在地鐵車輛安全、高效以及穩定的運行過程中起著至關重要的作用，只有電氣牽引系統正常地運行，才能保障地鐵車輛的正常運行，地鐵車輛牽引以及制動的控制主要通過電氣控制來完成，電氣控制系統在地鐵車輛安全與穩定的運行的過程中起著決定性作用。