城轨车电传动系统技术方案设计

朱晓晴（中车大连机车车辆有限公司，辽宁大连116000）



城轨车电传动系统技术方案设计

朱晓晴
（中车大连机车车辆有限公司，辽宁大连116000）

摘要：可持续发展是当今社会、人类发展的主题，而低碳化交通是可持续发展理念中的重大举措之一，也是世界各国交通发展重点研发、关注的课题。在大力发展城市轨道交通过程中，采用电动力、混合动力设计来驱动轨道交通的运行，是当前我们重点研究的内容，电传动和混合动力驱动已经在城市公交车上大量推广与应用，但是在城市轨道交通发展中的应用相对较少，还有较大的发展潜力。在我国城市轨道交通迅猛发展的背景下，不断深入研究城市轨道交通电传动相关技术，对于发展、完善城市轨道交通牵引传动系统意义重大。

关键词：城市轨道交通；电传动；系统；技术；实施方案；设计

我国的轨道交通发展起源于20世纪50年代，经过几十年的发展，轨道交通逐渐发展壮大。20世纪50年代，我国先后建设了北京地铁网、上海地铁网，累积了大量的经验，随后在全国展开了一系列的地铁网络建设工程。进入21世纪后，随着城市人口的急剧增长及工业化进程的加快，人们对生活舒适度、生活便捷性的要求不断提高，导致私家车数量急剧增长，汽车尾气排放量不断增加，城市交通日益拥堵，城市污染、噪音污染等问题也日益严重。在此背景下，人们保护环境的意识越来越高，经济社会的发展离不开对自然环境的保护，不能以破坏环境为代价换取经济社会的发展，因此，全国各地开始采取有效的方案提高城市交通运输能力，减少私家车的出行量，满足人们快捷出行的要求。绿色、节能、环保的轨道交通成为新型环保城市建设的首选，这也有效推动了城市轨道交通相关技术的发展与应用，其中城轨电传动技术不断更新换代，由直流调速发展到交流调速阶段。笔者阐述了城市轨道交通电传动系统技术方案的设计。

1 无线电传动系统在城市轨道交通中的应用现状

城市轨道交通的安全运行离不开供电网络，但是在城轨运行中，应用的供电网络对自然环境及乘客人身安全带来了危害，因此，必须采用将接触网架空或采用第三方供电的方案，而这种方案中的城轨运行必须采用专用的线路或封闭线路，这给供电网络的安全检修、安全维护、系统检修等带来了困难。为了解决环境污染及人身安全问题，城轨车电传动系统逐步转向了无线电网发展，如由西门子公司生产的无线电容轻轨车辆、庞巴迪公司生产的无线接触网轻轨车辆、阿尔斯通公司生产的接触式供电车辆，其中西门子公司研发的车辆电传动系统主要是在轨道交通车辆运行前，对车辆的电容器进行一次性充电，同时为车辆安装超级电容量储存器。在轨道交通车辆运行过程中，对产生的电力进行存储，为车辆运行中的电能消耗进行有效补充，保证轨道交通运行车辆的动力。庞巴迪公司所研制的非接触网式的轨道交通车辆，主要采用了电磁感应原理，对电网所提供的直流电进行大量高频率的转化，转化为交流电，再经过机车内部的电气设备将交流电转化为直流电，以此牵引车辆前行，该类机车电传动系统还可以将车辆运行中所产生的电能进行有限存储，保证城市轨道交通车辆的运行动力。阿尔斯通公司所生产的接触式供电轨道交通车辆，是采用地面受流装置来完成轨道交通车辆供电，采用高速接触器来切换不同运行区间的供电系统，这样在车辆运行中就可以将电网电能进行高频率的切换，保证轨道交通车辆运行动力。

图1 有线接触网对城市环境的影响Fig.1 Impact of wired contact networks on urban environment

图2 阿尔斯通公司生产车辆的电传动系统设计方案Fig.2 Electric drive system design scheme of Alstom company's vehicle production

2 城市轨道交通车辆电传动系统技术设计方案分析

城轨车电传动系统装置主要的组成部分有直流电传动系统、交流电传动系统，这两项系统主要向运行的轨道交通车辆提供动力，还要向电力牵引变频器、牵引电机、车辆制动电阻等提供动力，而第三城轨车电传动系统还包括超级电容器组及变流器集合。在电传动系统设计中，我们要将超级电容器系统和车辆受电网络有效结合，使二者之间的电能相互切换，以保证电力机车充足的动力。双向变流器由牵引逆变器的控制单元进行控制，用于进行受电网络、超级电容器供电及超级电容器充电等相应控制逻辑计算和执行。（如图3所示）

图3 城轨车电传动系统设计方案Fig.3 Electric drive system design scheme of urban rail car

3 结语

各地城市轨道交通电传动系统设计要结合本地电网发展实际情况，保证城轨车辆运行的充足动力，实现对环境的保护，保障乘客的人身安全，推动我国城市轨道交通又好又快发展。

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Technical scheme design of urban rail cars' electric drive system

ZHUXiao- qing
(China CNR Co., Ltd., Dalian 116000, China)

Abstract:Sustainable development is the theme of the society and human development, low- carbon transport is one of the major initiatives in the concept of sustainable development, as well as the focus of world countries' transport. In the process of developing urban rail transit, combining electrodynamic force and hybrid power to drive the operation of rail traffic is the current focus of our research content, which has been widely promoted and applied in urban buses, however, there is still a large potential for development of urban rail transit. Under the rapid development situation of urban rail transit, the deepening research on electric drive technology has great significance on completing traction drive system of urban rail transit.

Key words:Urban rail transit; Electric drive; System; Technology; Embodiment; Design

中图分类号：U270.381

文献标志码：A

文章编号：1674- 8646（2016）09- 0012- 02

收稿日期：2016- 03- 10