節能技術在城市軌道交通車輛牽引傳動系統中的應用

夏振東

◆摘? 要：隨著我國科技的迅猛發展，以及城市化規模的擴大，城市中開始廣泛普及軌道交通運輸形式。牽引傳動系統是軌道交通車輛中不可獲取的組成部分，節能技術應用于牽引傳動系統中，對軌道交通更長遠發展有著重要意義。本文基于此，先概述城市軌道交通車輛牽引傳動系統，再提出城市軌道車輛牽引傳動系統節能技術措施，以給相關軌道交通公司員工以參考。

◆關鍵詞：節能技術;城市軌道交通;車輛牽引傳動系統

時代向前邁進，人們的生活變得輔助，動車、地鐵等成為大家日常出行常用的交通工具。同時，其也有助于促進各地區文化交流、經濟發展等。國家從人們實際需求出發，基于城市軌道交通車輛載運量大、運行穩定、速度快等特點，為高效利用城市空間和緩解交通堵塞現象，紛紛采取了將軌道交通車輛廣泛推行使用。而軌道交通系統車輛的牽引傳動系統是由高壓電氣回路、牽引變流系統等組成，其在車輛總能耗中占據重要部分。本文主要研究的就是城市軌道交通車輛牽引傳動系統中節能技術的應用。

一、城市軌道交通車輛牽引傳動系統概述

城市軌道交通車輛牽引傳動系統分為電力牽引控制和電傳動系統主電路。①電力牽引控制，其指的是以電力機來驅動完成車輛牽引的傳動控制方法。其能夠將牽引電機當作控制對象，借由控制系統來對電動機速度、牽引力進行調節，從而達成車輛牽引和制動特性需求。其可分為直流、交流兩種傳動系統。直流傳動系統顧名思義就是以直流（脈流）來牽引電動機，而交流傳動系統則是以交流（同步、異步）來對電動機進行牽引。②電傳動系統主電路，其大多時候是指一車輛單元牽引動力電路。是牽引箱、制動電阻箱、電抗器和電器開關等組成。

二、城市軌道交通車輛牽引傳動系統的節能技術措施

（一）采取最大轉矩電流比控制技術

隨著人們對能源消耗的重視，節能技術開始被支持應用于城市軌道交通車輛牽引傳動系統中，最大轉矩電流比控制技術能更好的提高工作效率，降低損耗，優化性能。過去采用的矢量控制手段，其勵磁電流一般為給定恒定額定值，并不會根據負載變化來對勵磁進行調整。如此，尤其基于輕載狀況，電機效率會變差。一定轉矩下，采用適當控制方法來保持輸出電流的最小化，則不單單能提升電機效率，還能縮減和電機連接的逆變器或變頻器的電流應力。

城市軌道車輛在運行時，其收到的是轉矩指令（無論牽引亦或制動狀況下），依照矢量控制思路，電機轉矩大小和勵磁電流分量、轉矩電流分量乘積為正比，則能采取“基于最大轉矩電流”的節能控制法。在工作中，對電機勵磁電流分量與轉矩電流分量間的大小關系進行調節，考量變流器狀態的動態波動、列車載荷變化和列車粘著系數變化等條件，可保證轉矩下最小電流輸出，并優化牽引能量使用效率。

（二）使用碳化硅（SiC）功率器件

近些年，隨著材料制造和生產工藝的快速進步，大電流、高電壓的碳化硅（SiC）功率器件被逐步投入到市場中。外國相關企業已經推出了電壓等級各異的SiC功率器件。SiC功率器件有著能承受高壓、耐受高溫、保持高工作頻率等的特性，能充分提升車輛牽引變流器、輔助變流器效率，降低其工作產生的噪音豐碑，并通過增大整機功率密度來降低整車質量，達到節能目的。

例如：近日，《地鐵列車全碳化硅牽引逆變器研制項目》已通過中國城市交通協會技術裝備專業委員會專家評審，邁進了實際運營的道路，碳化硅軌道交通又添一名“力將”。軌道交通相關企業都知悉了，該搭載了全碳化硅牽引逆變器的深圳地鐵1號線列車，已經無故障運營5個月以上，累計載客公里數超過6.5萬公里。該項目突破了全碳化硅器件應用、高頻控制等關鍵技術，能使城市軌道交通牽引系統更高頻、高效、低耗，尤其在節能方面表現十分突出，裝車試驗測試，其和傳統硅基IGBT牽引逆變器的傳動系統比較起來，綜合能耗下降了10%以上，且牽引電機中低速段噪聲相比降低了5分貝還多，溫升相比下降40℃以上。

（三）應用特定諧波脈寬調制技術

特定諧波消除脈寬調制技術，就傅里葉分析來看，其為一種在特定時期操作開關動作，能消掉一些指定次數的諧波的辦法。因為當下許多SHEPWM都為事先計算好開關角度并儲存成表格再應用，所以也叫做開關預算脈寬調制。SHEPWM和SPWM對比來說，SHEPWM相比SPWM來說，其有著更優越的電流諧波特性，其穩態電流正弦特性更好，峰值電流更小。

大功率牽引變流器中，電壓波形通常并非標準正弦波，包含五次、七次和十一次等低次諧波。這些低次諧波會影響電機的運行，主要在諧波發熱、轉矩脈動與噪音上表現顯著。特定諧波消除脈寬調制技術可消掉低次諧波，因此也避免了這類低次諧波對電機造成影響，從而能保證軌道交通車輛牽引傳動系統更可靠和穩定，減少諧波發熱狀況，達到節能的效果。

三、結語

總的來說，城市軌道交通牽引傳動系統發展到如今，節能技術作為迎合國家節能減排政策的一項技術受到相關企業的重視。而能具體應用到軌道交通車輛中的節能技術一直是軌道交通公司研究的重點，備受員工關注。通過采取最大轉矩電流比控制技術，使用碳化硅（SiC）功率器件，以及應用特定諧波脈寬調制技術等方法，能充分提升牽引傳動系統的工作效率，降低能耗，從而達到節能的最終目的。

參考文獻

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