轨道交通车辆牵引控制技术与发展趋势

2021-01-24孙晓琨

设备管理与维修 2021年6期

关键词：双极控制技术列车

孙晓琨

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春 130000）

0 引言

为有效实现轨道交通车辆牵引控制的现代化发展，需要引进牵引控制的系统操作。当前，电气牵引控制技术已广泛应用于轨道交通车辆。本文对牵引控制技术展开相关讨论，供有关人员参考。

1 牵引逆变器的发展

进入城市铁路的车辆使用的大部分能源是电力。在输电技术和科学研究中，根据目前特点，大城市偏离轨道交通的指导方法可以由两种类型的差动电流和互交流来驱动。物理原理是电能即将进入电动增压发动机，涡轮发动机成功完成了对驾驶车辆的引导，并使用快速流动惯性。先导式增压发动机的结构非常复杂，因此直流斩波通常是通过将斩波电压调节与相位控制电压调节相结合的半控单相整流器成功完成。随着技术进一步发展，异步处理电机的直接交流驱动系统已广泛用于轨道运行中车辆的惯性传动系统。随着变频调速和电压值转换器的出现，相互交换已成为驱动技术的主流。

1.1 车辆用IGBT 逆变器的应用

随着能源和电子半导体器件的发布、更新和进一步发展，开发的开关按钮组件逐渐退出城市轨道交通阶段，绝缘栅双极微处理器（IGBT）逐渐兴起。特别是在21 世纪，基础绝缘栅双极型晶体管的核心模块得到进一步发展。例如，适用于650 V 和1500 V 网络电压，城市轨道车辆600-2100a 绝缘栅双极型半导体器件系统模块（例如，1600 V，3250 V 电压电平和大电流）已经成为相对稳定的、整体性能和质量更成熟的产品。主要重型机械和高速列车的电源电压分别提高到4500 V 和6500 V。电压等级为1500 A 和700 A 的非绝缘栅双极型晶体管也适用于DC 5000 V 和AC 16 Hz，15 kV，50 Hz 和25 kV 电网系统电压。目前，绝缘栅双极微处理器模块已成为偏离轨道车辆的主流产品。IGBT 功能模块使用更广泛的技术与出色的整体性能相结合，主要体现如下。

（1）开关按钮消耗能量低，开关设定频率高。

（2）快速集成吸收控制电路，结合低声电感母线，可实现非吸收控制电路。

（3）属于输入电压型直接驱动器，电源电路的功率输出低，开关按钮涂漆均匀，可以有效控制短路。

（4）接地导体模块易于重新组装，散热器的独特设计更加灵活，简化了转换器控制装置的结构。

（5）改进了模块的整体结构和材料，以满足热交变载荷条件下的牵引力。

（6）简单的电阻串联连接，使用由非绝缘栅双极微处理器组成的标准导向反向三相交流电，使设备的电源更易于校准和序列化等。

与以前的GTO 相比，该转换器具有体积小、总重量轻、速度快、效率高和性能好等优点。

1.2 无吸收电路式逆变器

进入轨道的车辆要求整体结构不紧凑，重量轻且体积非常小。与非绝缘体GTO 光电器件相比，使用导电绝缘栅双极晶体管模块可以更好地满足这一要求。另外，采用传统的低电感总线技术，大大减少了总线的寄生生物电感线圈，达到了抑制导通时峰值输出电压的目的，使得光伏逆变器可以省去全部吸收电路元件，从而进一步扩大结构形式，减小体积，减轻整体重量。

1.3 低噪声化的PWM 控制

直接牵引发电机励磁系统的设计模式，隔离变压器恒频调速模式，称为直流电源到直流电源。使用传统的脉冲宽度配置控制方法（平均值）：低频全局异步和不同的控制模式；中频异步IO 保持同步控制不同的模式；超低频全局异步综合控制不同的模式；以及同步和异步扩展控制多种方式。使用这些方法控制不同的模式会产生大量谐波。多谐波是变频器引起的机械噪声源。有许多方法可以更改控制模式的高次谐波覆盖范围的分布，例如，高频扩展控制模式还可以减少电磁能量噪声。

1.4 无速度传感器矢量控制

为了实现由变频器和异步模式电机组成的通信和交流驱动系统，使用先进的高性能整体旋转矢量来控制或直接选择转矩和控制。某些控件要求电机非常快速且及时生成反馈信号。微电子技术飞速发展，需要更多的基本计算功能。开发越强大，使用传感器的坐标转换控制技术的发展就越快。借助于可以控制电机速度并可以实现加速度测量的高压电流和高速公里输出转矩响应器，可以实现无速度传感器矢量控制。这种控制方法的最大特点是不能很快。多个传感器的主动维护还可以极大地提高系统实施的稳定性和可靠性，以及电子控制设计的灵活性。

1.5 全电制动停车控制

当前，城市进入等待控制的铁路交通停车的主流市场是通过空气制动踏板实现路边停车。在高速巡航过程中，出现了空中紧急制动与电动紧急制动协调的核心问题，即气动制动将逐渐增加，电动制动将逐渐减少。从理论讲，点制动率不需要相关要求。由于参考值随时变化，因此强制减速无法完全满足参考值的要求。驾驶员会感到明显晃动，这极大地影响了乘员的自然舒适感。另外，总是存在不正确校准停车等待空间的潜在风险。在这一阶段，相关核心技术已经可以实现全电动紧急制动和对临时停车完全控制的基本功能，从而减少路边停车的强烈冲击和制动噪声。目前，这项核心技术已在一些项目中得到了很好应用。

2 轨道车辆牵引控制发展现状

全面控制核心技术信息综合应用计算机技术，通信设备系统的功能是确保其及时、可靠和有效，确保软件系统满足操作要求。用于驾驶在轨道交通上行驶车辆的设备后面是内部配电变压器，电气控制等以及控制软件系统，主要包括长途列车控制、传动部分和车辆控制模块功能。其次，高速列车控制模块负责管理和监视长途列车的当前状态，对列车运行中的故障原因进行临床诊断。监控行驶中的车辆和控制功能模块可以用传统形式控制高速铁路列车的最大功率单位。系统的可控制范围主要包括具有逆变器基本功能的光伏逆变器和脉波整流电路等，以及辅助转换器。日本平台的高功率密度和高功率输出密度之间存在很大差异。Knorr 公司转换器产品的高功率和高密度产品超过0.3 级。功率输出密度的增加已经成为车载信息系统转换器快速发展的主要趋势。

3 现代列车牵引传动系统控制特点

火车惯性驱动软件系统要完成的任务是控制最佳位置和扭矩。车轮重量施加在前轮上的扭矩以及轮轨材料的更大弹性是整个系统的基本要素。火车使用大部分动力单元。作为一种基本结构，根据旅客列车的潜在功率需求，多个功率单元的超级组合包括功率分配的重型机械和功率分配的动车组。根据功能模块化和良好效果，长途列车可以直接牵引和控制动车组的控制水平。控制系统的驱动力是一个比较复杂的高速列车的高层控制。其次，功能基本上确定一个驾驶方向，选择和操作终端，直接牵引和制动协调，辅助控制系统中的综合控制，以及列车故障原因的诊断。驱动车控制级可以实现动力源单元的内部控制等。变速箱控制的重要功能包括电机、怠速保护和综合控制。现代西方列车可以使用软件系统控制。网上列车必须体现可靠性、稳定性和实时数据性能的特点。其主要特点是对最终数据进行秘密监控，实现动态信息通信地图的初始整体运行。

4 列车牵引控制技术发展趋势

目前为止，中国的电能直接牵引技术可以控制各种技术，该驱动器可以控制最重要的部件和控制装置，采用新型硅输出功率半导体器件。紧急制动寿命能量再生和反馈信息对应设备等，永磁体保持同步和高电控效率和质量的优势已进入现代商业应用阶段。直接基于新材料和节能技术的概念，已经建立了牵引、电动发动机匹配技术和电子核心技术等现代能源。传统的驾驶与控制核心技术涉及建立设备制造系统、铁路高铁制造系统和物联网平台。服务核心系统和新技术是新的革命时代，城市轨道交通推动了技术突破和创新，在轨道交通中偏离车辆驾驶和控制的持续发展的总体趋势是朝着平台的释放和统一。近年来，电子商务公司已经提供了铁路运输的惯性力和控制系统。包括计算机及其技术在内的紧密集成，开发了直接牵引力控制系统，以实现大型平台。从产品会议平台方面，详细分析当前市场的总体发展趋势，定义产品平台提供功能的基本定位，并对产品功能进行详细分类。总数的增加加大了铁路运营中城市交通管理的难度系数。迫切需要紧密集成各种类型信息及其技术，并在逻辑基础上控制信息的内容。大型铁路平台可以为标准化快速发展提供基础。为满足更多用户的多样化实际需求，用于运行轨道上车辆的驱动力的整体控制系统正在向模块化方向发展。铁路车辆直接牵引系统功能的可靠性和安全性大大提高，从而降低了新产品的总体生产成本。