淺談地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制

摘要：隨著我國城市化進程的不斷發展，城市的規模變得越來越大，人口也越來越集中，城市的公共交通運輸壓力也越來越大，為了逐步的緩解這種運輸壓力，各大城市紛紛修建屬于自己城市的地鐵系統，極大地改善了人們的出行環境。在當前我國城市公共交通的發展過程中，地鐵占據著非常重要的地位，為緩解城市公共交通運輸壓力做出了不可磨滅的貢獻，保障城市地鐵的正常運行，是城市公共交通發展的一個重要前提。在地鐵的運行過程中，地鐵的牽引系統對整個列車運行的安全和效率有著直接的影響，只有保障地鐵車輛牽引系統的穩定運行，才能夠使地鐵安全、平穩的運行。電氣控制是整個地鐵牽引系統的核心，對電氣控制技術的發展直接影響著地鐵牽引系統的運行狀況。本文就對地鐵車輛的電氣牽引系統中的電氣控制進行簡要的探討。

關鍵詞：地鐵車輛；電氣牽引系統；電氣控制

引言

一輛地鐵車輛的電氣牽引系統構成是十分復雜的，主要包括各種電器設備和對其的控制系統，通過對這些設備和系統綜合作用，進而給地鐵車輛的運行提供充足的動力。在這些設備和系統的綜合運行過程中，電氣控制起著十分重要的作用，可以這樣說，電氣控制就是整個地鐵車輛電氣牽引系統的心臟，只有對電氣系統進行合理化的運作，才能夠給地鐵的運行提供充足的牽引力，并且通過電氣系統對整個地鐵車輛進行制動，保障車輛的安全的運行。所以對地鐵車輛的整個電氣控制系統進行探討，對整個地鐵車輛的安全運行有著非常重要的積極作用。

一、地鐵車輛電氣牽引系統的構成及特點

1.地鐵車輛牽引系統的構成

一輛普通的地鐵車輛的牽引系統主要是由避雷器（LP）、制動電阻（BR）、牽引逆變器（VVVF）、含HSCB的高壓箱（HV）、牽引電動機（MOTOR）及受電弓（PAN）等部件組成。具體的地鐵牽引系統由下圖組成。

其中高壓箱主要是由高速斷路器、充電設備及其主隔離開關組成。在一般的地鐵車輛上都配有兩個受電弓，之所以要配備兩個受電弓，就是為了防止地鐵在運行的過程中一個受電弓出現故障，另一臺受電弓依然能夠正常的運行，以提供車輛正常運行需要的高電壓。在地鐵車輛的牽引控制系統內，還配備有牽引逆變器，與牽引逆變器相連的一端有相應的支撐電容，通過這樣的一個支撐電容，能夠有效地保障逆變器輸出電壓的穩定程度，同時在地鐵的運行過程中也能夠起到一個能量緩沖的作用。除此之外，在地鐵車輛牽引系統中，還有著濾波電抗器，它與電容能夠共同構成一個維持電壓穩定的裝置，進而使逆變器能夠穩定的工作。

在逆變器之中，也包含有逆變箱和斬波控制器，這樣就能夠使地鐵在運行的過程中，通過這些裝置將直流電轉變成為三相交流電，在進行轉換之后，可以對列車運行過程中的頻率和電壓進行調控，進而完成對整個電機的控制。而在再生制動的過程中，又可以將三相交流電重新轉變為直流電運輸到電網中，從而實現對電網的再供電。當列車的制動電阻啟動之后，制動電阻會將多余的熱量進行轉化，將這些多余的熱量排放到空氣中，避免列車出現發熱的現象以影響列車的穩定運行。逆變器在使用的過程中還需要對其進行冷卻，通常情況下，對逆變器的冷卻是通過熱管散熱器進行的，熱管散熱器的工作原理是通過液態介質的冷凝和蒸發來實現對熱量的冷卻，而且熱管散熱器的運行機制也十分簡單，不會對環境造成任何的污染。

2.地鐵運行過程中的安全保障

對地鐵車輛的牽引是通過一系列的設備和電路來完成的，系統的正常運行離不開這些設備和電路的正常運行，在這么多的設備和電路之中，制動設備對列車減速和停車是必不可少的，列車每當需要減速或者靠站時，都需要通過制動設備來對其進行減速，所以制動設備的穩定運行，對保障車輛的安全運行以及市民乘坐車輛的舒適程度有著至關重要的作用。一般情況下，在城市軌道交通的運行過程中，制動設備都是采用電制動的方式，具體的形式包括再生制動和電阻制動，同時還可以用機械制動來輔助，只要能夠對地鐵車輛進行一個全方位的制動保障。通過對制動系統的有效使用，對列車運行的速度進行合理的控制，對列車的制動力進行一個完整的調整，進而使車輛在運行的過程中能夠安全穩定的停靠，還大大減少了列車停止時的噪音。機械制動的方式主要采用壓縮空氣作為動力來進行制動，而再生制動和電阻制動都是通過鐵路制動電磁鐵及軌道電磁制動器，在制動的過程中，將車輛的動能轉化為電能，轉化到電網之中，從而提供給其他車輛制動用的電能，從而完成車輛的制動。

二、地鐵車輛電氣牽引系統的電氣控制

1.地鐵車輛牽引系統的交流電傳動控制

在地鐵車輛的牽引技術之中，牽引變流技術是一種非常重要的技術，是所有地鐵車輛中都必須采用的一種技術。牽引變流技術是以功率較大的半導體器件作為基礎，除了牽引變流技術之外，常用的牽引技術還有疊壓低感母排技術、光纖傳輸與隔離技術以及冷卻技術等等。通過對這些技術的有效運用，能夠更加有效地保障地鐵車輛在運行過程中牽引力的持續提供，同時又能夠完成直流能量的有效轉換。在運行的過程中，通過將水作為轉變的媒介，然后再通過自然管和風冷卻技術，使得整個牽引過程中變得更加高效便捷，也使得整個系統的運行負荷有一個很大的提高。

除了地鐵運行過程中牽引變流技術之外，交流傳動技術也為地鐵車輛電氣系統的安全運行提供了更加有效地保障。什么是交流傳動控制技術呢？實際上就是基于逆變器的一種集合技術，從而實現了對電流交互影響的控制，因為在地鐵運行的過程中，很多線路的運行還存在著很大的問題，通過對這種技術的有效運用，能夠使地鐵運行過程中存在的問題得到有效的解決。

2.牽引控制

在地鐵車輛的實際運行過程中，控制器和制動裝置往往會對牽引逆變器發出一定的指令，牽引逆變器通過接受這些指令做出一定的判斷，進而實現對地鐵車輛的牽引控制。但是在地鐵車輛的運行過程中，對車速的控制因素往往是多方面的，如果說車輛的速度超出了一定的范圍，即使司機控制器沒有發出相應的指令，列車運行的速度也會受著其他系統的調整，并且對牽引力的輸出做出封鎖。只有當車輛的運行速度恢復到正常的車速范圍之內，封鎖才會解除。當車輛在運行過程中遇到坡道時，往往會提高加速的功能，使得車輛獲得相應的加速度，保證車輛的正常運行。

結語：

要想讓整個地鐵系統做到正常的運轉，電氣牽引系統是重中之重，因為他在地鐵車輛的運行過程中發揮著至關重要的作用。通過對該系統的控制來實現對地鐵整個牽引力的控制，對維持地鐵的安全運行有著至關重要的作用。

參考文獻：

[1]朱小娟.地鐵車輛電氣牽引系統直流側電流諧波分析[J]同濟大學學報，2012

[2]姜悅禮.地鐵車輛電氣牽引系統的RAMS設計[J]鐵道機車與動車，2014

作者簡介：陳曉宏（1979.06-），男，漢族，廣州揭陽人，講師，碩士，主要從事電力電子與電氣傳動 軌道交通車輛技術的教學與研究