現代軌道交通車輛電氣牽引技術探析

葉逸舸

摘 要：電氣牽引技術在現代城市軌道交通車輛中的應用，不僅能夠令軌道交通車輛運行過程中的功率符合要求，而且能夠有效實現對軌道車輛的控制，對于提高現代軌道交通車輛運行過程中的可靠性和穩定性，具有顯著意義。除此之外，電氣牽引技術的應用可以令軌道交通車輛快速穩定制動，為乘客的人身安全提供保障。

關鍵詞：軌道交通;車輛電氣;牽引技術

中圖分類號：U27;U23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）05-086-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.041

1 牽引逆變器的發展

進入城市鐵路的車輛，大部分使用電力能源。在輸電技術和科學研究中，根據目前的特點，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驅動。物理原理是電能即將進入電動增壓發動機時，渦輪發動機成功完成對駕駛車輛的引導，并使用快速流動的自身慣性。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完成。隨著技術的進一步發展，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。

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，通信設備是確保車輛自身運行過程中的及時性、可靠性和有效性，確保軟件系統滿足操作要求。軌道交通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等功能。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[1]。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。

3 現代軌道交通車輛電氣牽引技術的特點

作為推動我國公共交通運輸實現階段性發展的重要力量，電氣牽引技術自身具有很多顯著特點。首先，電氣牽引技術的應用是通過多個電氣系統之間的組合協作實現的，各個電氣系統之間互相獨立的同時，能夠彼此合作，構成一個有機的整體，進而發揮更大的作用。更為重要的是，電氣牽引技術具有信息化和自動化特點，且隨著電氣牽引技術的不斷發展，其信息化水平和自動化水平也在不斷提高。其次，與普通汽車相比，在現代軌道交通車輛中應用電氣牽引技術后，軌道交通車輛運行過程中產生的尾氣和噪音污染會大大減少，對于城市的可持續發展和自然環境保護具有重要意義。再次，與傳統牽引方式相比，采用電氣牽引方案，對于軌道交通企業的運營成本具有有效的控制作用，可以提高企業的經濟效益[2]。最后，作為非自給式牽引動力，電氣牽引式軌道交通車輛的動力不是靠燃料供給，而是由牽引力作為軌道交通車輛的運行動力。在電氣牽引力作用下，軌道交通車輛的重量會明顯下降，總功率明顯提高，軌道車輛起步時需要花費的時間比較短，加速度也十分快，大大提高了城市軌道交通車輛的便捷性。

4 軌道交通車輛電氣牽引技術的主要應用系統

4.1 電氣控制系統

對于電氣牽引技術在現代軌道交通車輛運行過程中的應用而言，電氣控制系統發揮著不可或缺的作用。通過電氣控制系統的運行，電動機在軌道車輛運行過程中發揮著有效的控制作用，對各電氣牽引相關的各項具體控制措施進行落實。軌道交通車輛在電氣牽引技術的作用下進行啟動時，電氣控制系統會對電能和動能進行相應轉換，確保軌道交通車輛順利啟動。除此之外，對于和軌道交通車輛相連的電網系統，電氣控制系統也能進行一定的控制，使電動馬達在運行過程中具有較高的合理性，減少電能功率在運行過程中的浪費。作為電氣控制系統的主要組成部分，牽引逆變器發揮著導通關斷的作用，這一作用主要通過IGBT順序實現，可以對直流電壓進行轉換，使其成為三相交流電，具有可調幅值和可調頻率，最后將三相交流電傳送到牽引電機中。IGBT逆變器的應用能夠實現故障保護和自診斷功能，同時在一定程度上還具有自動排除故障的作用。與傳統牽引逆變器相比，IGBT具有節約能源、降低污染的作用。而且，隨著相關技術的發展成熟，其信息網絡化、數字化等優勢也越來越明顯。

4.2 牽引系統

由于現代部分軌道交通采用第三軌供電，軌道車輛在實際運行和電路方面具有很高的相似性，故此牽引系統在電氣牽引技術應用過程中，具有至關重要的配合作用，其質量水平是決定電氣牽引技術應用水平的關鍵因素。基于現代軌道交通車輛的特性，要求電氣牽引系統的恒定引力不能大于43.3km/h，速度要控制在43.33km/h～65km/h之間。在設定電氣牽引條件時，要對電氣牽引力基于軌道車輛的負載情況進行自動調節，對車輛載荷范圍內的牽引力要進行合理確定，這樣才能確保軌道車輛運行過程中始終能夠達到額定牽引的標準狀態。為了保證軌道交通車輛的運行穩定性和高效性，使電制動力的速度處于比較穩定的狀態，需要對電制動力與電氣牽引系統之間的配合性和適應性進行調節[3]。

5 電氣自動化技術應用案例

5.1 智能駕駛技術應用

隨著城市人口體量越來越大，路面汽車交通已然十分擁擠，經常存在交通堵塞及交通事故等情況。在此情況下，大力發展軌道交通對于緩解城市出行壓力有著重要意義，同時也可保障交通系統長期健康穩定運行。縱觀現階段所應用的城市軌道交通技術，其中自動駕駛技術無疑有著重要應用潛力，可以實現城市軌道交通的自主、自動駕駛，是未來軌道交通建設發展的必然趨勢。該技術主要指在城市軌道交通系統中融入電氣自動化技術，并借助衛星定位及自動化監控等技術手段，實現對軌道交通的全程監管與自動化處理，有效保障自動化技術落地與應用。

5.2 通信技術應用

對于城市軌道交通而言，通信系統扮演著極為關鍵的角色，是現代軌道交通系統必不可少的一部分，同時也是切實發揮城市軌道交通效力的重要基礎。對此需要借助電氣自動化技術，實現城市軌道交通建設和運行期間的通訊處理與分析，保證軌道交通使用期間可以自主完成信息分析和應對，完成對整個交通系統的全面監控覆蓋，確保城市軌道交通運行穩定。如城市軌道交通建設期間，為確保軌道交通的安全，需要利用電氣自動化技術，提升其數據通信效率及處理質量。構建圍繞城市軌道交通為核心的云計算服務中心，利用云計算技術理念對整個城市軌道系統的運行數據進行全面系統的研究，并將有關分析數據及時傳到平臺，實現數據的高度共享及多元化應用。此外，對于城市軌道電氣自動化技術而言，為確保軌道交通的運行穩定等訴求，也需要就城市軌道交通的通信技術進行全面處理，基于通信自動化技術策略實現軌道交通通信層面的可靠提升。

6 列車牽引控制技術發展趨勢

當前，中國的電能直接牽引技術可以控制多種技術，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。直接基于新材料和節能技術的概念，已經使用了牽引、電動發動機匹配技術和電子核心技術等現代能源技術。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等。服務核心系統和新技術是新時代變革的產物，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發展。

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，以實現大型平臺應用。在產品會議平臺方面，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。總數的增加提高了鐵路運營中城市交通管理的難度，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將大大提高，從而降低了新產品的總體生產成本。

7 結語

在城市軌道交通運輸行業發展過程中，電氣牽引技術的應用和發展是提高自動化與信息化水平的關鍵因素。因此，在實際應用發展過程中，相關企業必須對電氣牽引技術給予足夠重視，積極深入學習相關理論知識，提高自身應用水平的同時，不斷研究創新，增強企業創新能力，以不斷提高企業自身的行業競爭力。

參考文獻

[1] 高杰.城市軌道交通供電系統電力電纜燃燒性能等級的設計選擇[J].電氣技術，2020（7）：31-33.

[2] 徐金平，杜貴府，朱紀法，等.城市軌道交通雙向變流式牽引供電系統的應用[J].城市軌道交通研究，2020（10）：36-38.

[3] 文登，張寧.中國城市軌道交通協會標準化技術委員會牽引系統分委會成立[J].控制與信息技術，2020（1）：37.