淺談軌道交通電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制

中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司 遼寧 大連 116000

軌道交通正常運(yùn)行需要電氣系統(tǒng)給予保障，在軌道交通車輛運(yùn)行過程中為其提供所需要的電能。城市軌道交通在不斷發(fā)展當(dāng)中，車輛檢修工作的重要性變得更加顯著。電氣牽引和控制系統(tǒng)則是軌道交通運(yùn)行的關(guān)鍵依靠，可以確保列車安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。所以應(yīng)當(dāng)格外關(guān)注軌道交通電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制內(nèi)容。

1 軌道交通電氣牽引和控制系統(tǒng)特點(diǎn)和構(gòu)成

1.1 主要特點(diǎn)分析

電氣牽引系統(tǒng)和控制系統(tǒng)當(dāng)中包含了很多電路設(shè)備和系統(tǒng)，讓軌道交通得到更完善的保障，為安全?？亢蛙囕v減速產(chǎn)生了十分關(guān)鍵的作用。通常情況下，軌道交通車輛的電制動(dòng)會應(yīng)用再生和電阻制動(dòng)方式，最終實(shí)現(xiàn)減速以及可靠目標(biāo)。為了更精準(zhǔn)控制到車輛速度，促進(jìn)軌道車輛的停靠和減速足夠安全，選擇機(jī)械制動(dòng)作為輔助方式。尤其是在面臨緊急情況下，電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩種制動(dòng)同時(shí)施加，確保車輛安全。制動(dòng)電阻是電阻和再生制定最顯著的區(qū)別，也就是在電機(jī)工作狀態(tài)下所呈現(xiàn)出的差別。其中電阻制動(dòng)指的是發(fā)電機(jī)狀態(tài)所發(fā)出的電能消耗直接體現(xiàn)在了制動(dòng)電阻上，再生制動(dòng)則是將電能直接反饋到電網(wǎng)上。這兩種方式都是借助了軌道電磁制動(dòng)器和制動(dòng)電磁鐵來達(dá)到制動(dòng)目標(biāo)的。一般而言，地鐵車輛需要先開展再生制動(dòng)，在這個(gè)過程當(dāng)中動(dòng)能會轉(zhuǎn)化成為電能，將其并入到電網(wǎng)當(dāng)中[2]。把再生電能傳遞到其他車輛中，在動(dòng)能和電能相互轉(zhuǎn)化的過程中達(dá)到車輛制動(dòng)的目標(biāo)。

1.2 構(gòu)成內(nèi)容分析

軌道交通的電氣牽引系統(tǒng)當(dāng)中包含了避雷器、牽引電機(jī)、電阻器以及制動(dòng)電阻和高壓箱等。主隔離開關(guān)、高速斷路器以及充電設(shè)備等都是高壓箱的主要構(gòu)成內(nèi)容，為了讓電氣牽引系統(tǒng)當(dāng)中的牽引功能和輔助逆變器的功能順利實(shí)現(xiàn)，會在軌道車輛中配備兩臺受電弓，一備一用，保障車輛有效安全地運(yùn)行。濾波電抗器主要是用來穩(wěn)定電壓，讓逆變器可以安全有效運(yùn)行。牽引逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)變成電壓頻率可調(diào)的三相交流電（VVVF）。

2 軌道交通電氣牽引方式和電氣控制所含具體構(gòu)件分析

2.1 牽引方式

（1）直流傳動(dòng)模式

直流傳動(dòng)車輛所采用的就是直流電機(jī)，需要經(jīng)過直流轉(zhuǎn)換器朝著直流牽引電機(jī)供電，主電路以及控制電路是直流牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分。結(jié)合牽引電源的具體特點(diǎn)，直流牽引系統(tǒng)還可以劃分為直一直和交一直兩種模式，最早的牽引裝置是直一直流系統(tǒng)，電阻調(diào)壓是最早的調(diào)壓模式，車輛頻繁啟動(dòng)，采用這種調(diào)壓方式消耗的電能很多，難以平滑和連續(xù)地對車輛速度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)前半導(dǎo)體技術(shù)得到了快發(fā)展，電子交流技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)步。在時(shí)代發(fā)展當(dāng)中，斬波調(diào)壓方式替代傳統(tǒng)電阻調(diào)壓方式，不僅能夠?qū)?dòng)電阻取消掉，而且還可以平滑、連續(xù)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，達(dá)到平穩(wěn)調(diào)速的目標(biāo)。

交一直流牽引模式使用到的是交流電源，而牽引電機(jī)應(yīng)用到的還是直流電機(jī)，這種牽引系統(tǒng)當(dāng)中最關(guān)鍵的部位是可以把交流轉(zhuǎn)變成為可控的直流調(diào)壓裝置模式。在運(yùn)行過程中對整流器的控制角進(jìn)行改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)輸出直流電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度的目標(biāo)。此種系統(tǒng)的電壓比較高，更適合那種距離比較長以及功率比較大的牽引模式。

（2）交流傳動(dòng)模式

晶體管交流技術(shù)在快速發(fā)展過程中，地鐵車輛的電氣傳動(dòng)模式發(fā)生變化，從電力牽引研究視角來看，雖然傳統(tǒng)電流牽引電機(jī)有著比較好的牽引性能，但是防空轉(zhuǎn)性能力整體上卻比較差。而且因?yàn)橹绷鳡恳霓D(zhuǎn)向器和電刷都是固有的，占據(jù)了比較大的重量和體積。與此同時(shí)，換向會帶來更加復(fù)雜的維護(hù)問題。交流牽引電機(jī)當(dāng)中未設(shè)置電刷和換向器，所以重量和體積也比較小。而且電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)子沒有引線，也不需要絕緣。制造交流牽引電機(jī)的成本要明顯更低。交流牽引電機(jī)也具有更好的耐潮濕、抗沖擊性能、防護(hù)功能等，工作更加可靠，壽命也更長。

按照牽引提出的具體要求，控制應(yīng)當(dāng)讓列車保持最大限度的平穩(wěn)性，也就是恒加速及恒減速。逆變器控制需要采用恒流制動(dòng)以及恒流牽引的模式，交流電傳動(dòng)當(dāng)中的變壓器主要起到了定頻以及變壓的效果。靜止變頻器在交流變頻調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)中的應(yīng)用，讓交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍變得更加廣泛。在交流變頻調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)過程當(dāng)中，為了保持恒定的電磁量，必須要按照頻率函數(shù)關(guān)系變化來確定端電壓的設(shè)置。電壓頻率比值是常數(shù)也是基本規(guī)律，否則電動(dòng)機(jī)將會出現(xiàn)過勵(lì)磁情況或者是欠勵(lì)磁情況。

2.2 直線電機(jī)

城市軌道交通當(dāng)中不僅有直流和交流牽引電動(dòng)機(jī)，還有直線電動(dòng)機(jī)。有些東西在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。直線電動(dòng)機(jī)和之前的旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)十分接近，可以將其當(dāng)作是旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變的新型結(jié)構(gòu)。這種設(shè)備可以省去傳統(tǒng)機(jī)械減速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，借助于線性電機(jī)來達(dá)到直線驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的目標(biāo)。牽引系統(tǒng)的應(yīng)用可以產(chǎn)生加減速度，減速度，降低打滑情況。也因?yàn)榫€性電機(jī)的設(shè)置，減少傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架懸掛牽引裝置和傳動(dòng)裝置，提升車輛過小半徑曲線能力，也減少輪軌磨耗情況[3]。

2.3 制動(dòng)控制分析

牽引系統(tǒng)需要具備以下幾方面的特點(diǎn)：第一，制動(dòng)迅速且靈活，制動(dòng)以及緩解時(shí)，前后部車輛所受到的沖擊比較?。坏诙?，制動(dòng)力必須要充足，確保車輛可以在安全范圍內(nèi)停車；第三，應(yīng)當(dāng)讓電制動(dòng)能力得到充分發(fā)揮，降低對城市的污染，減少成本。

3 結(jié)束語

城市軌道交通建設(shè)可以幫助緩解城市的交通壓力，想要確保城市軌道車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須要了解到軌道車輛電氣牽引和電氣控制的相關(guān)內(nèi)容，因?yàn)檫@一系統(tǒng)直接關(guān)系到軌道車輛的安全性能和運(yùn)行情況。本次研究中就介紹了軌道車輛電氣牽引和控制內(nèi)容，希望可以為軌道交通車輛安全性能的提升奠定基礎(chǔ)。