城市軌道車輛電氣傳動系統(tǒng)發(fā)展綜述

劉超

摘 要： 社會的進(jìn)一步發(fā)展以及人們逐漸追求低碳出行的環(huán)保理念，對國家完善公共交通體系的構(gòu)建具有重要的推動作用，而城市軌道交通是組成公共交通體系的主要組成部分，一般具有固定線路和運行軌道以及專門運輸服務(wù)的公共交通就是所謂的城市軌道交通。當(dāng)前在我國現(xiàn)代化進(jìn)一步深入的情況下逐漸大力的推廣和應(yīng)用城市軌道交通，使其發(fā)揮著更加重要的作用，對整個國家都具有積極的意義。而電氣傳動系統(tǒng)是城市軌道車輛中的重要組成部分，只有合理的使用電氣傳動系統(tǒng)，才能為其正常運行提供有利的保障，因此本文主要是綜述了城市軌道車輛電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞： 城市軌道車輛；電氣傳動系統(tǒng)；發(fā)展

前言：由于不斷推進(jìn)城市化進(jìn)程大大增加了城市人口和車輛的數(shù)量，從而將交通擁堵的現(xiàn)象引發(fā)出來，尤其是上下班高峰期，嚴(yán)重的交通擁堵情況對居民造成了很大的困擾。在這樣的情況下城市軌道交通由于一系列的優(yōu)點，如較快的速度、節(jié)能環(huán)保以及較大的運輸能力等方面逐漸被居民所認(rèn)可和接受。米志宏在研究中指出軌道車輛是城市軌道交通的主要支撐點，其運行是在獨立的軌道上，而且離不開相應(yīng)的電氣系統(tǒng)，城市軌道交通要想長期安全的運行必須要保證電氣傳動系統(tǒng)的安全性和可靠性，而且軌道車輛的質(zhì)量是由電氣傳動系統(tǒng)的技術(shù)水平直接體現(xiàn)的[1]。所以具體研究城市軌道車輛電氣傳動系統(tǒng)具有重要的意義。

1、電力傳動系統(tǒng)發(fā)展論述

從城市軌道交通車輛的驅(qū)動電動機(jī)方面來說，直流和交流傳動是電氣系統(tǒng)的兩種主要類型，前者具有較為復(fù)雜的電動結(jié)構(gòu)，但是具有相對簡單的控制原理；后者雖然具有較為簡單的結(jié)構(gòu)，但是在控制性能等方面的技術(shù)難度較大。從直流到交流的過程就是電力電子器件的發(fā)展過程。

吳天皓指出從直流斬波到相控調(diào)壓質(zhì)變發(fā)展的主要節(jié)點是半控型晶閘管的出現(xiàn)，在20世紀(jì)90年代中后期德國地鐵車輛中已經(jīng)開發(fā)和廣泛應(yīng)用電流型逆變器異步電機(jī)的交流傳動系統(tǒng)；電壓型逆變器的變壓變頻交流傳動系統(tǒng)的發(fā)展是由可關(guān)斷晶閘管出現(xiàn)和發(fā)展來推動的，同時其使歐洲先進(jìn)國家將直流傳動的機(jī)車車輛逐漸停止生產(chǎn)[2]。電壓驅(qū)動全控型器件主要包括GTO和BJT，其進(jìn)一步提高了器件的性能，同時更加充分的發(fā)揮出交流傳動的優(yōu)勢，隨著后續(xù)的不斷發(fā)展，在機(jī)車車輛上的逐漸被IGBT所代替。

2、牽引變流器的發(fā)展情況

2.1車輛用IGBT逆變器的發(fā)展

范偉媛在研究中指出德國和日本曾經(jīng)在750V和1500V的電網(wǎng)中應(yīng)用1200V和1700V等級IGBT構(gòu)成的三點式逆變器，在后續(xù)生產(chǎn)與使用過程中，逐漸將電壓級別器件構(gòu)成的兩點式逆變器應(yīng)用到1500V的電網(wǎng)中，隨著技術(shù)的不斷完善，在20世紀(jì)末，HVIGBT構(gòu)成的兩電平逆變器已經(jīng)被國際生產(chǎn)地鐵和輕軌等軌道車輛的公司所應(yīng)用[3]。同時三電平逆變器也是存在的，這種逆變器具有較低的電壓上升率和更好的輸出波形等優(yōu)勢，但是由于具有比較復(fù)雜的主電路和較高的成本，所以在實際的生產(chǎn)過程中主要使用IGBT構(gòu)成的兩電式逆變器。

2.2無吸收電路式逆變器

夏兵在研究中發(fā)現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)、較小的體積和較輕的重量等方面是軌道車輛對相應(yīng)裝置的具體要求，而絕緣式的IGBT模塊可以使這些需求得以更好的滿足，而且通過低感母線技術(shù)的應(yīng)用可以將母線的寄生電感大大降低，從而使關(guān)斷時抑制尖峰電壓的目的得以實現(xiàn)，使逆變器可以吸收電路的情況消失，這樣不但可以將裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，同時可以將裝置的重量和體積進(jìn)一步減輕和縮小，該技術(shù)應(yīng)用到1500V網(wǎng)壓下，可以在2300V以內(nèi)抑制其尖峰電壓[4]。

2.3低噪聲化的PWM控制

涂漢卿在研究中指出牽引變流器所使用的調(diào)速方法是變壓變頻，變壓變頻逆變器是其主要構(gòu)成，其中高頻全域異步控制方式、低頻全域異步控制方式和異步擴(kuò)大控制方式等這些控制方式是脈寬調(diào)制控制主要使用的方式，但是在這些控制方式中會存在大量的諧波，這是逆變器產(chǎn)生噪聲的主要原因[5]。針對這種狀況要想將電磁的噪聲降低，則需要通過對高次諧波分布范圍的控制模式進(jìn)行改變，如可以對頻譜擴(kuò)散的控制方式進(jìn)行改變等。

2.4無速度傳感器

在旋轉(zhuǎn)矢量與直接轉(zhuǎn)矩技術(shù)控制的逆變器和異步電機(jī)構(gòu)成的交流傳動系統(tǒng)中，電機(jī)速度的反饋信號是這些控制技術(shù)的主要支撐點。隨著微電子技術(shù)發(fā)展速度的不斷加快大大加強(qiáng)了其計算功能，從而將無速度傳感器的矢量控制技術(shù)開發(fā)出來。由于將速度傳感器取消，使軸向之間的距離進(jìn)一步增加，這對設(shè)計電機(jī)工作具有重要的作用。胡兵在研究中指出在使用無速度傳感器矢量控制技術(shù)的過程中要對轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，其主要目的是使測算速度和高速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)等工作得以更好的完成。這一技術(shù)使維護(hù)和管理速度傳感器等工作量大大減少，同時可以使電氣傳動系統(tǒng)對可靠性和靈活性等方面的需求得以滿足[6]。

2.5全電制動停車

當(dāng)前停車系統(tǒng)的停車任務(wù)主要是通過氣制動系統(tǒng)來實現(xiàn)的，但是在軌道車輛低速行駛的過程中這種制動方式的穩(wěn)定性較差，其造成客室內(nèi)的晃動感非常的明顯和強(qiáng)烈，從而對乘客的乘車舒適度方面造成不利的影響。陶生桂認(rèn)為針對這種問題全電制動停車系統(tǒng)可以將問題合理的解決，這一停車系統(tǒng)技術(shù)主要是在原有的制動系統(tǒng)上發(fā)展起來的，該技術(shù)不但可以將停車的精度大大提升，同時可以將停車產(chǎn)生的沖擊感和損耗情況大大減少，逐漸降低制動的噪聲，這些優(yōu)點都可以使乘客較高的乘車需求得以滿足，從而可以將車輛的行駛質(zhì)量大大提升[7]。

2.6軟門極驅(qū)動技術(shù)

康勁松在研究中發(fā)現(xiàn)在關(guān)斷5000V/μs的IGBT模塊時電壓上升率陡峭，而通過軟門極驅(qū)動技術(shù)的使用可以將其電壓的上升率降低到2000V/μs以內(nèi)，而且可以在2300V內(nèi)控制其尖峰電壓，通過降低電壓上升率對裝置中各種器件都會產(chǎn)生有利的影響。另外IGBT的損耗情況也可以通過軟門極驅(qū)動技術(shù)來降低[8]。

結(jié)論：由此可見，通過使用城市軌道交通可以將人們出現(xiàn)的便利性大大提升，將我國大部分城市交通擁擠情況良好的改善，同時將更加環(huán)保和便捷的出行方式提供給城市居民。在研究中發(fā)現(xiàn)車輛電氣系統(tǒng)是城市軌道交通的主要技術(shù)支撐點，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高逐漸出現(xiàn)了更多關(guān)于軌道車輛技術(shù)的研究成果，這為城市軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展提供了有利的保障。要想將城市軌道交通的發(fā)展水平不斷提升，需要相應(yīng)的技術(shù)工作人員，根據(jù)我國的具體情況和城市軌道交通發(fā)展的狀況將新型的技術(shù)盡快的研發(fā)出來。研發(fā)的新型技術(shù)不但技術(shù)水平要高，同時要具有獨立的知識產(chǎn)權(quán)，只有這樣才能為我國城市軌道交通的發(fā)展提供有利的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]米志宏.城市軌道車輛電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（15）：17.

[2]吳天皓.城市軌道交通中車輛電氣傳動系統(tǒng)的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2016，23（10）：89.

[3]范偉媛.城市軌道車輛電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2015，21（08）：13.

[4]夏兵.城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)的研究[J].科技與企業(yè)，2014，16（05）：261.

[5]涂漢卿.昆明地鐵首期工程車輛電氣牽引系統(tǒng)設(shè)計[J].鐵道工程學(xué)報，2012，29（12）：85-89.

[6]胡兵.機(jī)車車輛制動系統(tǒng)系列產(chǎn)品[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016，18（02）：43-47.

[7]陶生桂.城市軌道車輛電氣傳動系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2017，31（02）：1-5+22.

[8]康勁松.城市軌道交通電動車組電力電子器件與變流器發(fā)展趨勢[J].城市軌道交通研究，2016，26（02）：20-24.