地铁牵引系统控制比选研究

尚磊 艾子洋

摘 要：地铁牵引系统控制方式的选择对于地铁稳定运行、能源消耗的控制有着重要的意义。基于此，本文对地铁牵引系统的配置方式进行了分析，并对车控、架控、轴控这三种地铁牵引系统控制方式在故障下的运行、地铁车下设备布置与质量、与制动系统配合这些方面进行了比较，为相关人员进行地铁牵引系统控制方式的选择提供了指导。

关键词：地铁车辆;牵引系统;控制方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.040

0 引言

目前，地铁车辆牵引系统控制的方式主要有三种：车控方式、架控方式以及轴控方式，在进行地铁牵引系统控制方式的实际选择时，通常会对地铁车辆的编组、线路条件、技术性能、成本等等进行考量。

1 地铁牵引系统的配置方式

当地铁车辆牵引系统控制使用了车控的方式时，每辆地铁车辆上的动车都会布置起一台逆变器;当地铁车辆牵引系统控制使用了架控的方式时，逆变器的布置就有了两种方案：第一，将两个小的逆变器模块组成一个大的逆变器箱，其中的每一个小逆变器模块都控制着一台转向架上的两组电机，使用这样的形式布置起的逆变器的质量相对较轻。第二，在每辆地铁车辆上都设置起两台独立的逆变器箱，分别对转向架上的电机进行控制;当地铁车辆牵引系统控制使用了轴控的方式时，因为受到地铁车辆底部空间的影响，通常会使用两个逆变器箱，并在每个逆变器箱中设置两个小的逆变器模块[1]。

2 地铁牵引系统控制方式的比较

2.1 地铁车辆故障运行能力及冗余性比较

2.1.1 车控方式

当地铁车辆牵引系统控制使用了车控方式时，每一节动车都设置了一台逆变器。在这样的条件下，由于部件故障而产生的整车故障的概率较低。但是，对该节车的逆变器出现故障时，则会使得整节车全部失去动力。对于动拖比为1：1地铁车辆来说，这种情况会使得动车节数与拖车节数的比例低于1：1，导致地铁车辆在故障条件下的运行能力相对较差。举例来说，当一辆4节编组的地铁车辆在80km/h、AW3（9人/m2）的条件下运行时（此时的动拖比为1：1），产生的最大牵引力为180kN。当一台逆变器产生故障时，该地铁车辆的牵引力就降低至了90kN。而若是此时地铁车辆运行的线路为较大的坡道时，则车辆可能会无法继续启动。

2.1.2 架控方式

当地铁车辆牵引系统控制使用了架控方式时，每一节动车都会有两台小逆变器进行工作。相比于车控方式，架控方式在每一节动车上多设置其了一台逆变器，这使得地铁车辆的故障点有所增加，导致由于部件故障而产生的整车故障的概率升高。在这样的条件下，当一台逆变器发生故障时，意味着该节动车丧失了50%的动能。相比于车控方式，架控方式发生故障后持有的动力更大。举例来说，当一辆4节编组的地铁车辆在80km/h、AW3（9人/m2）的条件下运行时（此时的动拖比为1：1），产生的最大牵引力为180kN。当一台逆变器产生故障时，该地铁车辆的牵引力就降低至了135kN。若是此时地铁车辆运行的线路为较大的坡道时，车辆依旧能够继续启动。

2.1.3 轴控方式

当地铁车辆牵引系统控制使用了轴控方式时，意味着地铁车辆中每一节动车都有着四台逆变器提供动能。相比于车控方式，增加了三台逆变器;相比于架空方式，增加了两台逆变器。当一台逆变器发生故障后，该节动车仅仅会丧失25%的动能，比车控方式以及架控方式下保存下的动力更大。举例来说，当一辆4节编组的地铁车辆在80km/h、AW3（9人/m2）的条件下运行时（此时的动拖比为1：1），产生的最大牵引力为180kN。当一台逆变器产生故障时，该地铁车辆的牵引力就降低至了157.5kN。若是此时地铁车辆运行的线路为较大的坡道时，车辆依旧能够继续启动。

通过上述的比较能够发现，从故障下地铁车辆的运行能力来看，使用轴控方式或使用架控方式进行地铁车辆牵引系统控制的效果较好，在線路坡度较大的情况下，使用轴控方式以及架控方式都能确保地铁车辆能够继续启动。

2.2 地铁车下设备的比较

从车下设备的布置方面进行比较能够发现，由于车控方式中每节动车只使用了一台逆变器，所以车底的空间较为充足，设备的布置也相对合理;相比之下，架控方式与轴控方式中使用的逆变器数量较多，车底空间较为紧张。

从车下设备的质量方面进行比较能够发现，使用架控方式的动车比使用车控方式的动车质量上增加了580kg。在地铁车辆实际的运行中，质量的增加意味着能耗的增加。依照笔者的工作经验，当地铁车辆的质量每降低1t，则电能消耗就随着降低8000kWh，二氧化碳的排放量就会减少6.2t。而使用轴控方式进行地铁车辆牵引系统控制，则会使地铁车辆的质量增加的更多。

2.3 不同控制方式与制动系统配合的比较

常见的配置方式有四种：第一，架控做牵引，车控做制动。在这一配合方式下，当某一转向架电制动力失效并开始进行空气制动时，为了避免制动力叠加过大形成车轮抱死，需要切除故障动车中的另一台转向架电制动力。由于这样的方式形成的资源浪费较多，所以较少被使用。第二，架控或车控做牵引，架控做制动。在这样的配合下，电控制动的配合较好。第三，车控做牵引，车控做制动。在这样的配合下，当逆变器发生故障后空气制动提供了全部的制动力，所以不会产生制动力的叠加。第四，轴控做牵引，架控或车控做制动。在这一配合方式下，虽然也会第一种配合方式所产生的问题，但是由于轴控在故障时的电制动能力比车控要好，所以并不需要更多的空气制动补充。

3 总结

综上所述，车控、架控以及轴控这三种地铁牵引系统控制方式各有优劣。由于轴控的耗能较大且设备配置较为复杂，在地铁实际的运行中很少被使用。相比于车控，架控与轴控在故障条件下能够保存更多的动力，在进行实际的选择时，要结合地铁的线路条件、列车编组以及节能减排的理念等进行确定。

参考文献：

[1]张哲.地铁牵引电传动系统与其控制技术研究[D].北京交通大学，2015.