地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制的思考

李燁 西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司

車輛的電氣牽引系統(tǒng)主要包括車輛的牽引力、多種電氣設(shè)備和控制電路。車輛電氣牽引系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)電源電路，主要用于驅(qū)動(dòng)汽車上高電壓、高功率以及大電流的電機(jī)設(shè)備。牽引系統(tǒng)的基本工作原理，是使用逆變器將接觸軌原來的高壓直流轉(zhuǎn)換成三相交流電，使其頻率和電壓均可調(diào)，從而給驅(qū)動(dòng)用牽引電機(jī)供電，牽引系統(tǒng)地主要功能是從牽引系統(tǒng)吸取電能并轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)機(jī)車車輪的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。

一、地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)

（一）地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的組成

不同的地鐵車輛牽引系統(tǒng)組成也是不相同的，但大體都由以下組成：牽引系統(tǒng)組成：受流系統(tǒng)（集電靴/受電弓），牽引控制單元（DCU/UNAS），牽引電機(jī)，制動(dòng)電阻，避雷器，高壓箱等。通常會(huì)配備兩臺(tái)受電弓裝置，以此來保障地鐵車輛的正常運(yùn)行，要在地鐵車輛系統(tǒng)中配備兩個(gè)受電弓裝置的原因，是為了避免地鐵運(yùn)行的過程中因一臺(tái)出現(xiàn)故障，從而引整個(gè)發(fā)牽引逆變器和輔助逆變器出現(xiàn)故障的問題，進(jìn)而導(dǎo)致地鐵車輛不能正常運(yùn)行，因此要配備兩臺(tái)受電弓裝置，當(dāng)一臺(tái)受電弓裝置出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)備用的受電弓裝置仍然可以正常的運(yùn)行。牽引逆變器是地鐵車輛牽引系統(tǒng)中的重要組成部分，牽引逆變器的輸入端是支撐電容，它的主要功能是保障向逆變器中輸入的電壓是穩(wěn)定的，還有一個(gè)重要的功能是緩沖輸入電流的能量。與此同時(shí)，當(dāng)前的地鐵車輛中還配置了濾波電抗器和電容能源，它們的主要作用是保障系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，從而保障逆變器的正常運(yùn)行。逆變器在地鐵車輛行駛時(shí)需要冷卻操作，冷卻過程主要通過熱管散熱器來完成，熱管散熱器是一種高效率的散熱器件，在使用時(shí)不需外加電源，而且還不需要專門的維護(hù)，運(yùn)行安全可靠，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[1]。

（二）地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

制動(dòng)裝置是地鐵車輛系統(tǒng)中最重要的一部分，制動(dòng)裝置指的是，地鐵車輛內(nèi)配置的全部制動(dòng)系統(tǒng)和減速系統(tǒng)，它的功能是，讓正處于行駛狀態(tài)中的車輛降低車速或停止行駛，或者使處于停止行駛狀態(tài)的汽車保持停止的狀態(tài)，因此制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)與它自身性能的好壞直接影響車輛、人員的安全。在遇到十分緊急的情況時(shí)，列車司機(jī)可以啟動(dòng)緊急制動(dòng)裝置。主要有兩種制動(dòng)方式，它們分別是摩擦制動(dòng)和電動(dòng)制動(dòng)，摩擦制動(dòng)的原理是，使兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面相互接觸，在接觸的過程中產(chǎn)生摩擦阻力，以此來實(shí)現(xiàn)汽車的制動(dòng)，電氣制動(dòng)有兩種，一個(gè)是電氣抱閘，它的工作原理是，利用閘瓦利所產(chǎn)生的摩擦阻力，將其控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)時(shí)速降為零。另一個(gè)是能耗制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)斷電之后，改變它的相序，然后再對(duì)其通電（通電時(shí)間需要控制在一定的范圍內(nèi)）通過反轉(zhuǎn)操作，使它的轉(zhuǎn)矩快速轉(zhuǎn)換為零，這就是交流反接制動(dòng)[2]。

二、地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制的工作機(jī)制

（一）電氣控制的模式

電氣牽引中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是電氣控制。在地鐵車輛運(yùn)行時(shí)，由電器牽引技術(shù)牽引技術(shù)來完成電氣控制動(dòng)能和電能的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而約束地鐵車輛所連接的電網(wǎng)系統(tǒng)，從而保障電動(dòng)馬達(dá)的正常運(yùn)行，減少電能功率的消耗。當(dāng)?shù)罔F車輛行駛時(shí)，列車司機(jī)或列車網(wǎng)絡(luò)會(huì)向牽引逆變器發(fā)出牽引指令，牽引逆變器在接收指令時(shí)要結(jié)合制動(dòng)控制裝置，最終完成地鐵車輛的牽引控制。因?yàn)榈罔F車輛的行駛速度不受系統(tǒng)的影響，所以當(dāng)?shù)罔F車輛超速時(shí)，此時(shí)的牽引力會(huì)被系統(tǒng)降為零，同時(shí)，會(huì)被封鎖。當(dāng)?shù)罔F車輛的速度降到正常范圍內(nèi)時(shí)，封鎖解除，此外，盡管沒有ATP，地鐵車輛的限速功能也可以正常使用[3]。

（二）交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

牽引變流為地鐵車輛電氣牽引的主要技術(shù)，牽引變流主要使用功率較大的半導(dǎo)體器件，在地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)中還可以使用光纖傳輸技術(shù)、冷卻技術(shù)、隔離技術(shù)、低感母排技術(shù)等等，只有合理地運(yùn)用改類技術(shù)，才能保障地鐵車輛安全、高效以及穩(wěn)定的運(yùn)行，此外，還可以對(duì)交流電進(jìn)行精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。牽引變流技術(shù)可以給電器牽引系統(tǒng)降溫，主要方法是，對(duì)水進(jìn)行冷卻，然后再利用散熱管道和散熱風(fēng)對(duì)其進(jìn)行降溫處理，從而達(dá)到減輕系統(tǒng)負(fù)荷壓力的目，以此來保障地鐵車輛制動(dòng)的高效性與安全性。同時(shí)，交流傳動(dòng)技術(shù)也能保障地鐵車輛電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行，交流傳動(dòng)技術(shù)，是使用逆變器將接觸軌原來的高壓直流轉(zhuǎn)換成三相交流電，使其頻率和電壓均可調(diào)，從而給驅(qū)動(dòng)用牽引電機(jī)供電，交流傳動(dòng)基本原理是，受電弓把從接觸網(wǎng)獲得的高壓電流，傳送給車載牽引變壓器，然后對(duì)其進(jìn)行降壓操作，之后使用高頻率的脈沖整流器，是其轉(zhuǎn)變成直流電，再使用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換三相交流電，并使之能夠調(diào)頻和調(diào)壓。因此，可以得出，只有在接觸網(wǎng)上獲得單相交流電，并通過逆變器，使其轉(zhuǎn)變成三相交流電，才能使三相交流異步牽引電機(jī)正常運(yùn)行[4]。

三、結(jié)束語

綜上所述，電氣牽引技術(shù)在地鐵車輛安全、高效以及穩(wěn)定的運(yùn)行過程中起著至關(guān)重要的作用，只有電氣牽引系統(tǒng)正常地運(yùn)行，才能保障地鐵車輛的正常運(yùn)行，地鐵車輛牽引以及制動(dòng)的控制主要通過電氣控制來完成，電氣控制系統(tǒng)在地鐵車輛安全與穩(wěn)定的運(yùn)行的過程中起著決定性作用。