地铁车辆电气牵引系统应用研究

李正杰

摘 要：城市轨道交通车辆电气牵引系统是城市轨道交通车辆中技术含量最高的核心装备，对保证地铁车辆的安全、稳定运行有着重要的意义。本文在分析地铁车辆电气牵引系统特点和构成的基础上，对其应用功能进行了分析，以供参考。

关键词：地铁车辆；电气牵引系统；应用

1 地铁车辆电气牵引系统的特点

地铁车辆电气牵引系统将电力传动车辆产生的牵引力与制动力的种种电子、电机、电器设备联系在一起共同构成一个电系统，以此对车辆功率进行传输，进而满足地铁车辆启动、制动、调速的3种工作状态的控制和调节。地铁列车电气牵引系统的主要特点有：（1）采用优先使用电力再生制动，在电网不能吸收此能量时投入空气制动，在空气制动前投入制动过度电子以保障电气制动和空制动的顺利衔接；（2）按照载重量自空车超负荷范围内对牵引力水平进行灵活调整，进而最大限度地保证车辆在空载状态和超负荷状态下能够保持较为稳定启动加速度。

2 地铁车辆电气牵引系统的构成

每辆动车所包含的一套电气牵引系统主要由受流器、高速断路器、高速断路器、制动过渡电阻、交流牵引机、速度传感器、VVVF牵引逆变器箱构成，现将其中的关键是设备及其构成介绍如下：

2.1 牵引电机

目前国内常用的牵引电机为敞开式三相笼异步电机，多采用自然通风方式。

2.2 VVVF牵引逆变器

VVVF牵引逆变器采用PWM控制技术，其中的逆变模块采用IGBT功率原件，逆变器多采用电压逆变器。VVVF牵引逆变器的主要部件包括线路滤波器、牵引控制单元、三相IGBT功率单元。通常每个VVVF牵引逆变器为一辆车两台动力转向架上的4台并联牵引电动机提供用电，当其中的牵引逆变单元发生故障时，不会影响其他逆变单元的正常工作。

2.3 制动过渡电阻

制动过渡电阻的功能主要包括：（1）实现再生电气制动与机械制动之间的转换；（2）撬棒电路的功能；（3）制动时通过短距离无电区，不必断电制动。

2.4 HSCB高速断路器

HSCB高速断路器为直流单极装置，具有双向过流保护功能，且能够实现自动跳闸释放功能，进而对牵引驱动设备进行过流保护HSCB高速断路器主体和灭弧室两部分构成。

3 地铁车辆电气牵引系统的应用功能

地铁车辆电气牵引系统的控制功能如下图所示：

现对其中的主要功能进行介绍：

3.1 判别和控制车辆运行状态

DCU的基本功能是对车辆信息，包括车辆的运行方向、牵引、制动、惰行、紧急牵引、紧急制动、电机转向、洗车等信号进行收集和判断，进而判别车辆的运行状态和运行模式，并采取合适的控制策略。

3.2 粘着利用控制

为了实现最大粘着利用率，地铁车辆电气牵引系统具备粘着利用控制功能。DCU采用相位移法实现粘着利用控制即当线路状况变化不定的情况下，采集电机转速、电机转矩等信息，并对这些信息进行分析和处理，再对给定电机转矩指令与DCU所生成的电机牵引/制動特性包络线，进行综合分析，得出电机转矩指令，并向电机控制系统发出相应的电机转矩，进而使地铁车辆能够以接近线路当天最大的粘着系数运行。

3.3 载荷补偿

DCU具备载荷补偿功能，其原理是：列车通过空气弹簧压力装备产生载重电信号，载重信号的植直接正比于列车的载客的重量。系统采集这一信号并进行计算后，将信息传送到牵引控制单元DCU，DCU再根据这一信号值自动调节补偿载重系数，进而很好的保障车辆具备既有的制动和牵引性能。具体计算方法为：

F=M×K×α

在上式中：M表示每次计算锁定列车启动速度大于零时的载荷信号；K表示载荷补偿系数；α表示牵引力/电制动力级位。

3.4 中间直流电路控制

地铁车辆在制动和牵引工况下，因空转等原因，常常引起直流电路电压高于设定电压的情况，此时DCU控制斩波桥臂开通，进而通过制动电阻来消耗部分电能，使得中间直流电路电压处于正常数值范围内。

3.5 系统故障记录

地铁车辆电气牵引系统具有完善的故障记录功能，这对系统运行状态的检查、故障的分析和诊断有着重要的意义。首先，向列车控制和诊断系统传输故障信息，形成故障日志，对系统故障的发生时间、工况、故障类别和表现等相关信息进行记录；其次，DCU可记录波形数据，在故障发生后，DCU会对相关电气数据进行采集和记录（主要包括直流环节电压、手柄纪位、输出电流等），并在专用软件上讲这些数据和信息记录下来，通过图形的方式产生数据波形，供工作人员查看、分析和诊断。除此之外DCU插件面板上还设有LED指示灯与测试孔，通过电源指示灯方式来提示相关控制状态信息，以便工作人员检查和判断。

4 总结

综上所述，在地铁车辆控制系统中，电气牵引系统使整个地铁车辆控制的核心所在，深入研究地铁车辆牵引系统，并强化对其创新和应用，对于保证地铁车辆运行的安全性有着重要的意义。

参考文献

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