地鐵車輛電氣牽引系統的設計及應用

趙曉光 黃 浩

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

1 牽引系統結構與功能實現

1.1 牽引變流器結構設計

牽引電機與變流器構成了傳動系統，作為車輛的動力與控制系統，變流器能夠將車輛從直流電源獲得的直流電轉換成三相交流電，并且幅值與頻率都是可調的，并向牽引機供電，使列車的制動與牽引功能能夠順利實現。牽引系統具備的功能還包括了故障保護、網絡通信、監控、自診斷的功能。

1.2 輔助電源設計

輔助電源包括了輔助變流器與充電機主回路，緊急啟動與低壓控制單元，強迫風冷單元，能夠實現交流與直流輸出。牽引變流器主要是受電弓供電，之后將其轉入輔助電源，經過充電機回路后直流電轉換為交流電并輸出，交流電在經過主回路后輸出直流電。低壓控制單元主要作用是控制系統運行，使風冷單元發揮作用為系統通風，緊急啟動單元主要的作用在于輔助電源自激啟動。

1.3 電機結構設計

電機作為牽引系統驅動的組成部分，是驅動的動力設備，牽引變流器傳輸的電流經過轉換從而變為機械能。電機采用了防電暈絕緣結構，并且需要采取一定的措施，防止絕緣受到損傷。軸承同樣需要采用絕緣結構，防止其受到變頻電源造成的電腐蝕。

2 系統設計

系統定義后，要求及需求都已經明確，設計工作的主要任務是明確系統硬件及軟件，結構要求、安全需求，安全設計原則，從而為系統硬件與軟件設計工作提供一定的指導。列車信號在設計方面采用了網絡冗余與硬線設計，牽引則采用的是列車優先的控制方式，備用控制選擇的是硬線牽引。列車控制網絡處于正常狀態時，制動與牽引控制通過對列車網絡控制來實現目標，當列車牽引出現故障時，啟動備用控制，列車控制主要是由硬線與邏輯電路實現。牽引系統能夠對設備部件進行實時與動態監控。

3 地鐵車輛電氣牽引系統技術應用

3.1 地鐵電氣牽引系統的集成技術

為了獲得最好的地鐵牽引傳動效果，地鐵電氣牽引系統本身就是一項多種系統集成的技術總和，主要包括闡述匹配合格優化、電路和架構、系統邏輯控制、故障保護、系統特性及仿真、故障診斷計量和系統RAMS及EMC等多項系統技術。以此作為基本構架，來為地鐵列車提供牽引和傳動的能力。

通過這種集成技術所構建而成的地鐵車輛電氣牽引技術主要采用IGBT器件的大功率逆變器，也就是異步鼠籠電動機(圖1)，將此設備設置為地鐵車輛的交流傳動系統。這種性能較高的交流傳動系統更加符合TCN的車載網絡控制標準，同時更加適合地鐵車輛的故障診斷系統，能夠有效的為地鐵車輛的變流器做系統輔助。這種技術不但反映更加快速，而且使用起來安全可靠，能夠有效的避免出現空轉和滑行等現象，保持在地鐵車輛牽引中，電氣制動先行的特點。

圖1 電氣牽引系統異步鼠籠電動機

3.2 交流傳動控制

地鐵車輛電氣牽引技術主要以牽引變流為主，此項技術是采用較大功率的半導體器件為基礎，此外較常用到的還包括有疊壓低感母排技術、光纖傳輸技術、冷卻技術、隔離技術等多種技術手段，均在地鐵車輛牽引系統中有著大量的應用，借助于對此類技術手段的合理運用，可確保地鐵安全、高效的實現牽引控制，并且還可實現對直流電的精準轉換。牽引變流技術可利用水進行冷卻，而后經由散熱管道與冷卻風來實現對電器牽引系統的降溫處理，減小系統的負荷壓力，保障車輛的高效制動。另外，交流傳動技術同樣也能夠給予地鐵車輛電氣系統的安全運行提供以充分保障，交流傳動控制技術本質上是來源于逆變器的一項集合技術，借助于對異步電機控制技術、粘著控制技術、參數識別技術與故障診斷技術的綜合應用，來促成對電流影響的有效控制，同時在地鐵車輛的運行階段，常常還面臨著一些十分復雜的問題，而通過應用交流傳動技術便可促使相關問題得以妥善解決。

3.3 地鐵電氣牽引系統的列車控制和診斷技術

以上地鐵電氣淺議系統的技術都是幫助地鐵更好地完成牽引和控制的工作，而在地鐵的電氣牽引系統中，同時也包括對地鐵列車的控制和診斷技術。這項技術從電流分析出發，用于實時監控和診斷地鐵列車的運行狀態、出現的故障以及完成在線調試的工作。不但能夠保證地鐵列車的安全運行和牽引，還符合現階段城市軌道交通環境惡劣、流動性較大的要求。有效的幫助地鐵線路中心控制部門事先對地鐵列車的監控和故障診斷工作，使地鐵列車的運行和牽引符合相關要求標準，實現地鐵列車的安全運行。

總而言之，在地鐵車輛的控制系統當中，電氣牽引傳動系統是—個地鐵控制系統的核心，在地鐵車輛運行過程中，電氣牽引系統扮演者非常重要的角色，起到了控制和診斷地鐵列車故障的作用，具有十分重要的現實意義，本文多地鐵列車電氣牽引系統相關技術進行了一定的分析，旨在為以后地鐵列車電氣牽引系統的革新和發展提供一定的參考，進一步為現代化城市交通壓力起到更好的緩解作用。

[1]苗偉明，曾愷若，付小龍.地鐵車輛充放電電阻燒損的原因與解決措施[J].軌道交通裝備與技術，2016(06)：28-30.