軌道交通車輛牽引控制技術與發展趨勢

孫曉琨

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春 130000）

0 引言

為有效實現軌道交通車輛牽引控制的現代化發展，需要引進牽引控制的系統操作。當前，電氣牽引控制技術已廣泛應用于軌道交通車輛。本文對牽引控制技術展開相關討論，供有關人員參考。

1 牽引逆變器的發展

進入城市鐵路的車輛使用的大部分能源是電力。在輸電技術和科學研究中，根據目前特點，大城市偏離軌道交通的指導方法可以由兩種類型的差動電流和互交流來驅動。物理原理是電能即將進入電動增壓發動機，渦輪發動機成功完成了對駕駛車輛的引導，并使用快速流動慣性。先導式增壓發動機的結構非常復雜，因此直流斬波通常是通過將斬波電壓調節與相位控制電壓調節相結合的半控單相整流器成功完成。隨著技術進一步發展，異步處理電機的直接交流驅動系統已廣泛用于軌道運行中車輛的慣性傳動系統。隨著變頻調速和電壓值轉換器的出現，相互交換已成為驅動技術的主流。

1.1 車輛用IGBT 逆變器的應用

隨著能源和電子半導體器件的發布、更新和進一步發展，開發的開關按鈕組件逐漸退出城市軌道交通階段，絕緣柵雙極微處理器（IGBT）逐漸興起。特別是在21 世紀，基礎絕緣柵雙極型晶體管的核心模塊得到進一步發展。例如，適用于650 V 和1500 V 網絡電壓，城市軌道車輛600-2100a 絕緣柵雙極型半導體器件系統模塊（例如，1600 V，3250 V 電壓電平和大電流）已經成為相對穩定的、整體性能和質量更成熟的產品。主要重型機械和高速列車的電源電壓分別提高到4500 V 和6500 V。電壓等級為1500 A 和700 A 的非絕緣柵雙極型晶體管也適用于DC 5000 V 和AC 16 Hz，15 kV，50 Hz 和25 kV 電網系統電壓。目前，絕緣柵雙極微處理器模塊已成為偏離軌道車輛的主流產品。IGBT 功能模塊使用更廣泛的技術與出色的整體性能相結合，主要體現如下。

（1）開關按鈕消耗能量低，開關設定頻率高。

（2）快速集成吸收控制電路，結合低聲電感母線，可實現非吸收控制電路。

（3）屬于輸入電壓型直接驅動器，電源電路的功率輸出低，開關按鈕涂漆均勻，可以有效控制短路。

（4）接地導體模塊易于重新組裝，散熱器的獨特設計更加靈活，簡化了轉換器控制裝置的結構。

（5）改進了模塊的整體結構和材料，以滿足熱交變載荷條件下的牽引力。

（6）簡單的電阻串聯連接，使用由非絕緣柵雙極微處理器組成的標準導向反向三相交流電，使設備的電源更易于校準和序列化等。

與以前的GTO 相比，該轉換器具有體積小、總重量輕、速度快、效率高和性能好等優點。

1.2 無吸收電路式逆變器

進入軌道的車輛要求整體結構不緊湊，重量輕且體積非常小。與非絕緣體GTO 光電器件相比，使用導電絕緣柵雙極晶體管模塊可以更好地滿足這一要求。另外，采用傳統的低電感總線技術，大大減少了總線的寄生生物電感線圈，達到了抑制導通時峰值輸出電壓的目的，使得光伏逆變器可以省去全部吸收電路元件，從而進一步擴大結構形式，減小體積，減輕整體重量。

1.3 低噪聲化的PWM 控制

直接牽引發電機勵磁系統的設計模式，隔離變壓器恒頻調速模式，稱為直流電源到直流電源。使用傳統的脈沖寬度配置控制方法（平均值）：低頻全局異步和不同的控制模式；中頻異步IO 保持同步控制不同的模式；超低頻全局異步綜合控制不同的模式；以及同步和異步擴展控制多種方式。使用這些方法控制不同的模式會產生大量諧波。多諧波是變頻器引起的機械噪聲源。有許多方法可以更改控制模式的高次諧波覆蓋范圍的分布，例如，高頻擴展控制模式還可以減少電磁能量噪聲。

1.4 無速度傳感器矢量控制

為了實現由變頻器和異步模式電機組成的通信和交流驅動系統，使用先進的高性能整體旋轉矢量來控制或直接選擇轉矩和控制。某些控件要求電機非常快速且及時生成反饋信號。微電子技術飛速發展，需要更多的基本計算功能。開發越強大，使用傳感器的坐標轉換控制技術的發展就越快。借助于可以控制電機速度并可以實現加速度測量的高壓電流和高速公里輸出轉矩響應器，可以實現無速度傳感器矢量控制。這種控制方法的最大特點是不能很快。多個傳感器的主動維護還可以極大地提高系統實施的穩定性和可靠性，以及電子控制設計的靈活性。

1.5 全電制動停車控制

當前，城市進入等待控制的鐵路交通停車的主流市場是通過空氣制動踏板實現路邊停車。在高速巡航過程中，出現了空中緊急制動與電動緊急制動協調的核心問題，即氣動制動將逐漸增加，電動制動將逐漸減少。從理論講，點制動率不需要相關要求。由于參考值隨時變化，因此強制減速無法完全滿足參考值的要求。駕駛員會感到明顯晃動，這極大地影響了乘員的自然舒適感。另外，總是存在不正確校準停車等待空間的潛在風險。在這一階段，相關核心技術已經可以實現全電動緊急制動和對臨時停車完全控制的基本功能，從而減少路邊停車的強烈沖擊和制動噪聲。目前，這項核心技術已在一些項目中得到了很好應用。

2 軌道車輛牽引控制發展現狀

全面控制核心技術信息綜合應用計算機技術，通信設備系統的功能是確保其及時、可靠和有效，確保軟件系統滿足操作要求。用于駕駛在軌道交通上行駛車輛的設備后面是內部配電變壓器，電氣控制等以及控制軟件系統，主要包括長途列車控制、傳動部分和車輛控制模塊功能。其次，高速列車控制模塊負責管理和監視長途列車的當前狀態，對列車運行中的故障原因進行臨床診斷。監控行駛中的車輛和控制功能模塊可以用傳統形式控制高速鐵路列車的最大功率單位。系統的可控制范圍主要包括具有逆變器基本功能的光伏逆變器和脈波整流電路等，以及輔助轉換器。日本平臺的高功率密度和高功率輸出密度之間存在很大差異。Knorr 公司轉換器產品的高功率和高密度產品超過0.3 級。功率輸出密度的增加已經成為車載信息系統轉換器快速發展的主要趨勢。

3 現代列車牽引傳動系統控制特點

火車慣性驅動軟件系統要完成的任務是控制最佳位置和扭矩。車輪重量施加在前輪上的扭矩以及輪軌材料的更大彈性是整個系統的基本要素。火車使用大部分動力單元。作為一種基本結構，根據旅客列車的潛在功率需求，多個功率單元的超級組合包括功率分配的重型機械和功率分配的動車組。根據功能模塊化和良好效果，長途列車可以直接牽引和控制動車組的控制水平。控制系統的驅動力是一個比較復雜的高速列車的高層控制。其次，功能基本上確定一個駕駛方向，選擇和操作終端，直接牽引和制動協調，輔助控制系統中的綜合控制，以及列車故障原因的診斷。驅動車控制級可以實現動力源單元的內部控制等。變速箱控制的重要功能包括電機、怠速保護和綜合控制。現代西方列車可以使用軟件系統控制。網上列車必須體現可靠性、穩定性和實時數據性能的特點。其主要特點是對最終數據進行秘密監控，實現動態信息通信地圖的初始整體運行。

4 列車牽引控制技術發展趨勢

目前為止，中國的電能直接牽引技術可以控制各種技術，該驅動器可以控制最重要的部件和控制裝置，采用新型硅輸出功率半導體器件。緊急制動壽命能量再生和反饋信息對應設備等，永磁體保持同步和高電控效率和質量的優勢已進入現代商業應用階段。直接基于新材料和節能技術的概念，已經建立了牽引、電動發動機匹配技術和電子核心技術等現代能源。傳統的駕駛與控制核心技術涉及建立設備制造系統、鐵路高鐵制造系統和物聯網平臺。服務核心系統和新技術是新的革命時代，城市軌道交通推動了技術突破和創新，在軌道交通中偏離車輛駕駛和控制的持續發展的總體趨勢是朝著平臺的釋放和統一。近年來，電子商務公司已經提供了鐵路運輸的慣性力和控制系統。包括計算機及其技術在內的緊密集成，開發了直接牽引力控制系統，以實現大型平臺。從產品會議平臺方面，詳細分析當前市場的總體發展趨勢，定義產品平臺提供功能的基本定位，并對產品功能進行詳細分類。總數的增加加大了鐵路運營中城市交通管理的難度系數。迫切需要緊密集成各種類型信息及其技術，并在邏輯基礎上控制信息的內容。大型鐵路平臺可以為標準化快速發展提供基礎。為滿足更多用戶的多樣化實際需求，用于運行軌道上車輛的驅動力的整體控制系統正在向模塊化方向發展。鐵路車輛直接牽引系統功能的可靠性和安全性大大提高，從而降低了新產品的總體生產成本。

5 結束語

牽引控制技術是軌道中重要的組成部分，擔任著重要作用。為此，有關人員應當加強研究，利用牽引控制技術數量傳輸功能完成對車輛的有效控制。