城軌車電傳動系統技術方案設計

朱曉晴（中車大連機車車輛有限公司，遼寧大連116000）

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城軌車電傳動系統技術方案設計

朱曉晴
（中車大連機車車輛有限公司，遼寧大連116000）

摘要：可持續發展是當今社會、人類發展的主題，而低碳化交通是可持續發展理念中的重大舉措之一，也是世界各國交通發展重點研發、關注的課題。在大力發展城市軌道交通過程中，采用電動力、混合動力設計來驅動軌道交通的運行，是當前我們重點研究的內容，電傳動和混合動力驅動已經在城市公交車上大量推廣與應用，但是在城市軌道交通發展中的應用相對較少，還有較大的發展潛力。在我國城市軌道交通迅猛發展的背景下，不斷深入研究城市軌道交通電傳動相關技術，對于發展、完善城市軌道交通牽引傳動系統意義重大。

關鍵詞：城市軌道交通；電傳動；系統；技術；實施方案；設計

我國的軌道交通發展起源于20世紀50年代，經過幾十年的發展，軌道交通逐漸發展壯大。20世紀50年代，我國先后建設了北京地鐵網、上海地鐵網，累積了大量的經驗，隨后在全國展開了一系列的地鐵網絡建設工程。進入21世紀后，隨著城市人口的急劇增長及工業化進程的加快，人們對生活舒適度、生活便捷性的要求不斷提高，導致私家車數量急劇增長，汽車尾氣排放量不斷增加，城市交通日益擁堵，城市污染、噪音污染等問題也日益嚴重。在此背景下，人們保護環境的意識越來越高，經濟社會的發展離不開對自然環境的保護，不能以破壞環境為代價換取經濟社會的發展，因此，全國各地開始采取有效的方案提高城市交通運輸能力，減少私家車的出行量，滿足人們快捷出行的要求。綠色、節能、環保的軌道交通成為新型環保城市建設的首選，這也有效推動了城市軌道交通相關技術的發展與應用，其中城軌電傳動技術不斷更新換代，由直流調速發展到交流調速階段。筆者闡述了城市軌道交通電傳動系統技術方案的設計。

1 無線電傳動系統在城市軌道交通中的應用現狀

城市軌道交通的安全運行離不開供電網絡，但是在城軌運行中，應用的供電網絡對自然環境及乘客人身安全帶來了危害，因此，必須采用將接觸網架空或采用第三方供電的方案，而這種方案中的城軌運行必須采用專用的線路或封閉線路，這給供電網絡的安全檢修、安全維護、系統檢修等帶來了困難。為了解決環境污染及人身安全問題，城軌車電傳動系統逐步轉向了無線電網發展，如由西門子公司生產的無線電容輕軌車輛、龐巴迪公司生產的無線接觸網輕軌車輛、阿爾斯通公司生產的接觸式供電車輛，其中西門子公司研發的車輛電傳動系統主要是在軌道交通車輛運行前，對車輛的電容器進行一次性充電，同時為車輛安裝超級電容量儲存器。在軌道交通車輛運行過程中，對產生的電力進行存儲，為車輛運行中的電能消耗進行有效補充，保證軌道交通運行車輛的動力。龐巴迪公司所研制的非接觸網式的軌道交通車輛，主要采用了電磁感應原理，對電網所提供的直流電進行大量高頻率的轉化，轉化為交流電，再經過機車內部的電氣設備將交流電轉化為直流電，以此牽引車輛前行，該類機車電傳動系統還可以將車輛運行中所產生的電能進行有限存儲，保證城市軌道交通車輛的運行動力。阿爾斯通公司所生產的接觸式供電軌道交通車輛，是采用地面受流裝置來完成軌道交通車輛供電，采用高速接觸器來切換不同運行區間的供電系統，這樣在車輛運行中就可以將電網電能進行高頻率的切換，保證軌道交通車輛運行動力。

圖1 有線接觸網對城市環境的影響Fig.1 Impact of wired contact networks on urban environment

圖2 阿爾斯通公司生產車輛的電傳動系統設計方案Fig.2 Electric drive system design scheme of Alstom company's vehicle production

2 城市軌道交通車輛電傳動系統技術設計方案分析

城軌車電傳動系統裝置主要的組成部分有直流電傳動系統、交流電傳動系統，這兩項系統主要向運行的軌道交通車輛提供動力，還要向電力牽引變頻器、牽引電機、車輛制動電阻等提供動力，而第三城軌車電傳動系統還包括超級電容器組及變流器集合。在電傳動系統設計中，我們要將超級電容器系統和車輛受電網絡有效結合，使二者之間的電能相互切換，以保證電力機車充足的動力。雙向變流器由牽引逆變器的控制單元進行控制，用于進行受電網絡、超級電容器供電及超級電容器充電等相應控制邏輯計算和執行。（如圖3所示）

圖3 城軌車電傳動系統設計方案Fig.3 Electric drive system design scheme of urban rail car

3 結語

各地城市軌道交通電傳動系統設計要結合本地電網發展實際情況，保證城軌車輛運行的充足動力，實現對環境的保護，保障乘客的人身安全，推動我國城市軌道交通又好又快發展。

參考文獻：

［1］劉宏友.影響轉K2型轉向架運動穩定性的主要因素分析［J］.鐵道車輛，2005，43（10）：15- 17 .

［2］提速貨車120 km/ h環行線第二階段可靠性試驗專家組會議紀要（運裝貨車［2006］202號文）［Z］.2006 .

［3］J ohn S am uel s .鐵路降低輪軌接觸應力新進展［J］.國外鐵道車輛，2007，44（5）：26 - 33 .

［4］吳茂杉.國內城軌車輛電傳動系統主要問題分析［J］.變流技術與電力牽引，2007，（01）：98- 99.

［5］尚敬，劉良杰，楊大成.北京前門超級電容有軌電車交流傳動控制系統［J］.變流技術與電力牽引，2008，（03）：70- 71.

［6］馮江華.電力電子技術與鐵路機車牽引動力的發展［J］.變流技術與電力牽引，2006，（02）：114- 115.

［7］王丹煜，曹志懷.地鐵牽引供電系統整流機組建模的研究［J］.成都電子機械高等?？茖W校學報，2012，（02）：49- 50.

［8］陶生桂，崔俊國.城市軌道車輛電力傳動系統及其控制的發展［J］.電力機車技術，2001，（03）：82- 83.

Technical scheme design of urban rail cars' electric drive system

ZHUXiao- qing
(China CNR Co., Ltd., Dalian 116000, China)

Abstract:Sustainable development is the theme of the society and human development, low- carbon transport is one of the major initiatives in the concept of sustainable development, as well as the focus of world countries' transport. In the process of developing urban rail transit, combining electrodynamic force and hybrid power to drive the operation of rail traffic is the current focus of our research content, which has been widely promoted and applied in urban buses, however, there is still a large potential for development of urban rail transit. Under the rapid development situation of urban rail transit, the deepening research on electric drive technology has great significance on completing traction drive system of urban rail transit.

Key words:Urban rail transit; Electric drive; System; Technology; Embodiment; Design

中圖分類號：U270.381

文獻標志碼：A

文章編號：1674- 8646（2016）09- 0012- 02

收稿日期：2016- 03- 10