城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)的研究

劉振宇?汪宏宇

摘 要：近些年隨著各大城市的交通狀況愈發(fā)嚴(yán)峻，城市軌道交通憑借其具有美化市區(qū)環(huán)境、緩解交通堵塞現(xiàn)象以及支持城市布局結(jié)構(gòu)優(yōu)化等特點(diǎn)，在我國獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。城市軌道交通車輛具有的獨(dú)立行駛軌道、電力牽引裝置以及技術(shù)領(lǐng)先的信號(hào)控制系統(tǒng)等等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，明顯優(yōu)越于其他交通方式，深得廣大人民群眾的喜愛。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;電氣系統(tǒng);輔助供電系統(tǒng)

一、前言

隨著社會(huì)需求的加大以及種種技術(shù)不斷進(jìn)步，城市軌道交通車輛也隨之迅速發(fā)展。城市軌道交通是城市公共客運(yùn)系統(tǒng)的一種，具有速度快、容量大等特點(diǎn)。城市軌道交通車輛需要借助電力驅(qū)動(dòng)依托軌道運(yùn)行，通過列車編組等方式在市區(qū)內(nèi)快速行駛。本文主要研究了城市軌道交通車輛的電氣系統(tǒng)的各個(gè)組成系統(tǒng)。

作為城市軌道交通車輛的重要系統(tǒng)和先進(jìn)技術(shù)，電氣系統(tǒng)在保證司乘人員旅途安全性以及舒適性的同時(shí)，自身的技術(shù)也得到了長足的進(jìn)步以及長遠(yuǎn)的發(fā)展。比如說軌道車輛電氣控制系統(tǒng)從繼電器的控制上升到PLC控制，達(dá)到了信息化、智能化的極速飛躍;而軌道車輛的電氣控制設(shè)備也從最基本的照明、壓力保護(hù)設(shè)施、電開水爐以及搖頭風(fēng)扇升級(jí)到空調(diào)機(jī)組等等的車內(nèi)外設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保;同時(shí)軌道車輛電氣控制系統(tǒng)的電源技術(shù)先后經(jīng)歷了軸驅(qū)發(fā)電機(jī)供電、柴油發(fā)電機(jī)組供電、機(jī)車直供電等安全可靠的供電系統(tǒng)和越發(fā)先進(jìn)的技術(shù)，種種的一切都提升了司乘人員旅途中的舒適安全度。

二、城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)的組成

城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)主要由四大部分組成，它們分別為：城市軌道交通車輛牽引與制動(dòng)控制系統(tǒng)，城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)，城市軌道交通車輛車門控制系統(tǒng)，城市軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。

（一）城市軌道交通車輛牽引與制動(dòng)控制系統(tǒng)

牽引與制動(dòng)控制系統(tǒng)是城市軌道交通車輛中必不可少的組成部分，牽引與制動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)也是城市軌道交通車輛控制技術(shù)核心之一，該復(fù)合制動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括摩擦制動(dòng)、空氣制動(dòng)、電制動(dòng)以及制動(dòng)指令系統(tǒng)。要知道，軌道車輛的牽引制動(dòng)能力強(qiáng)弱會(huì)直接影響到軌道車輛的運(yùn)行安全及運(yùn)輸能力。因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄜ囕v兩個(gè)站點(diǎn)間距短及停車頻繁等特性，為縮短軌道車輛行駛時(shí)間來增強(qiáng)運(yùn)輸性能，所以軌道車輛必須可以擁有較高的制動(dòng)減速度。而城市軌道交通車輛最常采用減速度控制技術(shù)，制動(dòng)指令需要通過電氣系統(tǒng)才能完成，也就是說制動(dòng)系統(tǒng)必須按照電氣系統(tǒng)減速度的指令要求來施加制動(dòng)力。司乘人員在站臺(tái)兩側(cè)固定區(qū)域上下車，因此要求軌道車輛的停站方位必須準(zhǔn)確，為了達(dá)到這一目的，ATO系統(tǒng)或者司機(jī)會(huì)按照停車距離長短來給定車輛電氣系統(tǒng)減速度指令，這就要求軌道車輛在制動(dòng)過程中一定能夠根據(jù)減速度命令來快速產(chǎn)生相應(yīng)程度的制動(dòng)力。

（二）城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)

城市軌道交通車輛的輔助供電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)除了牽引系統(tǒng)主電路之外其余裝置的供電工作，照明的電源、牽引、制動(dòng)控制裝置的控制電源、空調(diào)通風(fēng)裝置電源、通信信號(hào)裝置電源等等都要通過輔助供電系統(tǒng)來工作。軌道車輛的輔助供電系統(tǒng)主要由直流供電系統(tǒng)和三相交流供電系統(tǒng)構(gòu)成。其中的直流供電系統(tǒng)組成部分為由充電機(jī)、整流裝置、蓄電池以及直流用電設(shè)備，通過充電機(jī)和蓄電池來提供電;而三相交流供電系統(tǒng)的主要組成部分為電熱器、協(xié)助變流器以及三相輔助設(shè)備電機(jī)等種種交流負(fù)載設(shè)備，該系統(tǒng)由輔助變流器提供電。

由此可知，對(duì)于軌道車輛的正常運(yùn)行情況，輔助供電系統(tǒng)本身的安全能力和可靠程度便格外的重要。因此這就需要在軌道車輛設(shè)計(jì)時(shí)期，對(duì)輔助供電系統(tǒng)的組成以及功能性要求種種進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查與分析，最終要選擇出合適的設(shè)備以及相應(yīng)的參數(shù)來構(gòu)建安全能力和可靠程度最佳的輔助供電系統(tǒng)，以此來滿足軌道車輛運(yùn)行需求。

要想輔助供電裝置的低損耗、高效率的特性發(fā)揮出來，就需要實(shí)現(xiàn)供電裝置的高頻化。供電裝置的高頻化還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，減小所占空間以及減輕重量。因?yàn)楣╇娧b置高頻化不僅僅可以降低了變換器的體積，增大性價(jià)比，還可以將瞬時(shí)響應(yīng)速度提到極致，這樣可以抑制輔助供電裝置產(chǎn)生的噪音，因此研究開發(fā)出更加高頻化的輔助供電裝置并投入生產(chǎn)應(yīng)用也已成為新型技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

（三）城市軌道交通車輛車門控制系統(tǒng)

城市軌道交通車輛的車門控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各個(gè)車門的開和關(guān)。它們都是由控制電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)即控制開關(guān)組成。由于各個(gè)控制對(duì)象的模塊信號(hào)采集電路都要與相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，因此必須要考慮不同受控對(duì)象的機(jī)械組織。要想實(shí)現(xiàn)門的開關(guān)，重點(diǎn)是中央控制模塊和子系統(tǒng)控制模塊，軌道車輛總線連接著中央控制以及本單元控制，軌道車輛總線則是通過總線的收發(fā)器同各子系統(tǒng)傳遞控制數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)等，以此協(xié)助各子系統(tǒng)完成相應(yīng)的功能，控制部分車門的開和關(guān)的狀態(tài)。

（四）城市軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)

城市軌道交通車輛對(duì)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性要求頗高，軌道車輛往往以固定的編組模式營運(yùn)，具有兩站間距離短，中間停靠站數(shù)量多，兩站間運(yùn)營時(shí)間少，因此軌道車輛的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行能力必須能夠滿足上述情況，并且具有較強(qiáng)的短時(shí)過載、斷續(xù)工作能力等。軌道車輛的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇是體現(xiàn)軌道車輛技術(shù)水平最為重要的標(biāo)志，而因?yàn)闋恳齻鲃?dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)涉及到國內(nèi)外各個(gè)企業(yè)的利益、對(duì)市場(chǎng)與競(jìng)爭影響非常大，因此核心技術(shù)的設(shè)計(jì)部分基本都是由國外的企業(yè)完成，盡管美其名曰“合作”關(guān)系，但是不難看出我國還未能真正實(shí)現(xiàn)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的國產(chǎn)化。

三、結(jié)束語

城市軌道交通的建設(shè)從規(guī)劃一直到運(yùn)營，過程需要建筑制造以及管理等多方面多個(gè)領(lǐng)域技術(shù)。隨著電力方向以及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，我國迫切需要研發(fā)出“高效、環(huán)保、節(jié)能”的城市軌道交通技術(shù)并且生產(chǎn)投入使用。這其中作為城市軌道交通車輛技術(shù)水平的標(biāo)志，軌道車輛電氣系統(tǒng)急需采用更加智能以及高效的技術(shù)，來滿足我國城市軌道交通的迫切需要，其市場(chǎng)前景及其廣闊。

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