地铁车辆电气牵引系统的电气控制的思考

2021-01-17李烨西安市轨道交通集团有限公司运营分公司

环球市场 2021年4期

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车辆的电气牵引系统主要包括车辆的牵引力、多种电气设备和控制电路。车辆电气牵引系统本质上是一个电源电路，主要用于驱动汽车上高电压、高功率以及大电流的电机设备。牵引系统的基本工作原理，是使用逆变器将接触轨原来的高压直流转换成三相交流电，使其频率和电压均可调，从而给驱动用牵引电机供电，牵引系统地主要功能是从牵引系统吸取电能并转变为驱动机车车轮的机械能，从而实现能量的转换与传输。

一、地铁车辆电气牵引系统的组成和特点

（一）地铁车辆电气牵引系统的组成

不同的地铁车辆牵引系统组成也是不相同的，但大体都由以下组成：牵引系统组成：受流系统（集电靴/受电弓），牵引控制单元（DCU/UNAS），牵引电机，制动电阻，避雷器，高压箱等。通常会配备两台受电弓装置，以此来保障地铁车辆的正常运行，要在地铁车辆系统中配备两个受电弓装置的原因，是为了避免地铁运行的过程中因一台出现故障，从而引整个发牵引逆变器和辅助逆变器出现故障的问题，进而导致地铁车辆不能正常运行，因此要配备两台受电弓装置，当一台受电弓装置出现故障时，另一台备用的受电弓装置仍然可以正常的运行。牵引逆变器是地铁车辆牵引系统中的重要组成部分，牵引逆变器的输入端是支撑电容，它的主要功能是保障向逆变器中输入的电压是稳定的，还有一个重要的功能是缓冲输入电流的能量。与此同时，当前的地铁车辆中还配置了滤波电抗器和电容能源，它们的主要作用是保障系统电压的稳定性，从而保障逆变器的正常运行。逆变器在地铁车辆行驶时需要冷却操作，冷却过程主要通过热管散热器来完成，热管散热器是一种高效率的散热器件，在使用时不需外加电源，而且还不需要专门的维护，运行安全可靠，不会对环境造成污染[1]。

（二）地铁车辆电气牵引系统的主要特点

制动装置是地铁车辆系统中最重要的一部分，制动装置指的是，地铁车辆内配置的全部制动系统和减速系统，它的功能是，让正处于行驶状态中的车辆降低车速或停止行驶，或者使处于停止行驶状态的汽车保持停止的状态，因此制动装置的结构与它自身性能的好坏直接影响车辆、人员的安全。在遇到十分紧急的情况时，列车司机可以启动紧急制动装置。主要有两种制动方式，它们分别是摩擦制动和电动制动，摩擦制动的原理是，使两个运动表面相互接触，在接触的过程中产生摩擦阻力，以此来实现汽车的制动，电气制动有两种，一个是电气抱闸，它的工作原理是，利用闸瓦利所产生的摩擦阻力，将其控制对象的运动时速降为零。另一个是能耗制动，电动机断电之后，改变它的相序，然后再对其通电（通电时间需要控制在一定的范围内）通过反转操作，使它的转矩快速转换为零，这就是交流反接制动[2]。

二、地铁车辆电气牵引系统的电气控制的工作机制

（一）电气控制的模式

电气牵引中的一个重要环节就是电气控制。在地铁车辆运行时，由电器牵引技术牵引技术来完成电气控制动能和电能的转换，进而约束地铁车辆所连接的电网系统，从而保障电动马达的正常运行，减少电能功率的消耗。当地铁车辆行驶时，列车司机或列车网络会向牵引逆变器发出牵引指令，牵引逆变器在接收指令时要结合制动控制装置，最终完成地铁车辆的牵引控制。因为地铁车辆的行驶速度不受系统的影响，所以当地铁车辆超速时，此时的牵引力会被系统降为零，同时，会被封锁。当地铁车辆的速度降到正常范围内时，封锁解除，此外，尽管没有ATP，地铁车辆的限速功能也可以正常使用[3]。

（二）交流传动控制系统

牵引变流为地铁车辆电气牵引的主要技术，牵引变流主要使用功率较大的半导体器件，在地铁车辆电气牵引系统中还可以使用光纤传输技术、冷却技术、隔离技术、低感母排技术等等，只有合理地运用改类技术，才能保障地铁车辆安全、高效以及稳定的运行，此外，还可以对交流电进行精准的转换。牵引变流技术可以给电器牵引系统降温，主要方法是，对水进行冷却，然后再利用散热管道和散热风对其进行降温处理，从而达到减轻系统负荷压力的目，以此来保障地铁车辆制动的高效性与安全性。同时，交流传动技术也能保障地铁车辆电气系统的安全运行，交流传动技术，是使用逆变器将接触轨原来的高压直流转换成三相交流电，使其频率和电压均可调，从而给驱动用牵引电机供电，交流传动基本原理是，受电弓把从接触网获得的高压电流，传送给车载牵引变压器，然后对其进行降压操作，之后使用高频率的脉冲整流器，是其转变成直流电，再使用逆变器将直流电转换三相交流电，并使之能够调频和调压。因此，可以得出，只有在接触网上获得单相交流电，并通过逆变器，使其转变成三相交流电，才能使三相交流异步牵引电机正常运行[4]。