地铁车辆电气牵引及控制系统研究

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　　摘 要：随着城市化的推进，城市交通也向前迈进了一大步。目前，地铁在城市交通中扮演着重要角色，因此确保地铁的正常运行是发展城市交通的一项重要内容。在地铁运行过程中，其牵引及控制系统直接关系着地铁的运行安全与效率，只有确保电气牵引及控制系统正常工作，才能确保地铁安全运行。基于此，本文就地铁车辆电气牵引与控制系统进行简要分析，以期推动城市交通的发展。
　　关键词：控制系统;电气牵引;地铁车辆
　　中图分类号：U264.3;U264.911 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）05-0123-02
　　Abstract： With the advancement of urbanization， urban transportation has also taken a big step forward. At present， the subway plays an important role in urban traffic， so ensuring the normal operation of the subway is an important part of the development of urban traffic. In the process of Metro operation， its traction and control system is directly related to the safety and efficiency of Metro operation. Only by ensuring the normal operation of electrical traction and control system， can the Metro safe operation be ensured. Based on this， this paper made a brief analysis of the electric traction and control system of metro vehicles in order to promote the development of urban traffic.
　　Keywords： control system;electric traction;metro vehicle
　　電气牵引系统是地铁正常运行的保障，其主要负责地铁运行期间所需的电能。随着城市轨道交通的迅速发展，地铁车辆检修工作变得越发重要，而电气牵引与控制系统作为地铁运行的重要依靠，其能确保地铁安全稳定运行。因此，加强对车辆的检修尤为关键。
　　1 地铁车辆电气牵引及控制系统的特点及构成
　　1.1 特点
　　地铁车辆电气牵引及控制系统是由许多电路系统和设备构成的，为地铁车辆的正常运行提供了有力的保障。其中，制动装置在地铁车辆减速与安全停靠控制中发挥着至关重要的作用。通常情况下，地铁车辆制动系统采用再生制动及电阻制动两种电制动方式来进行减速和安全停靠。此外，为了更为准确地控制地铁车辆的速度，提升地铁车辆减速或停靠的安全性，还需要采用机械制动的方式来辅助电制动方式，尤其是当出现紧急情况时，必须同时采用三种制动方式进行控制，从而实现对车辆速度的有效控制，保障车辆运行的安全性。再生制动与电阻制动的制动原理相似，主要利用电机反向磁场产生的电磁力作为电制动力。再生制动和电阻制动的区别是发电机发出的电能消耗在电阻上时是电阻制动，反馈到电网是再生制动。再生制动和电阻制动都是利用铁路制动电磁铁和轨道电磁制动器来实现车辆制动的，而机械制动利用的是摩擦力的作用，借助压缩空气提供动力而实现对车辆的制动。通常情况下，地铁车辆先进行再生制动，在此过程中，制动牵引电机将动能转化为电能，并将转化的电能并入电网，将再生电能传递给其他车辆，通过动能与电能之间的转化实现其他车辆的电阻制动。在地铁车辆运行中，这三种制动是相互配合、共同作用的，为地铁车辆的安全运行提供保障[1]。
　　1.2 构成
　　地铁车辆电气牵引系统的构成部分主要有高压箱、制动电阻、牵引电阻器、牵引电动机及避雷器等。其中，高压箱主要由高速断路器、主隔离开关和充电设备构成。通常情况下，为了确保电气牵引系统中牵引和辅助逆变器的正常运转，地铁车辆往往会配置两台受电弓，采用“一用一备”的形式为地铁车辆的动力单元提供高压电源，从而为地铁车辆的安全稳定运行提供保障。电气牵引系统中牵引逆变器的输入端配有支撑电容，其主要起到缓冲的作用，从而保证电压的稳定性。同时，滤波电抗器也能起到保持电压稳定的作用，从而保证逆变器安全运行。牵引逆变器在逆变器控制箱和斩波箱控制器的作用下能将直流电转化为三叉交流电，从而实现对牵引过程中频率和电压的合理调节与控制，保证牵引系统的正常运行。
　　2 电气控制系统
　　2.1 牵引控制
　　列车ATO装置或者司机控制器向牵引逆变器发送牵引命令以及给定值，然后综合从制动控制装置接收到的信号，对列车实施牵引与控制。由于牵引系统配备有限速装置，待列车超过限定值时，系统将会自动封锁牵引力，此时牵引力降为0，直到速度符合标准以后再恢复。此外，当切除ATP时，系统也能发挥限速功能。除此之外，这一系统还能发挥高加速功能。在进行坡道救援时，此系统可以输出平时黏着系数1.15倍的牵引力，这样列车便能将停在最大坡道的故障列车推开，进而疏通铁路通道。列车还具有洗车运行模式，开启此模式后，列车能在限速内自动控制牵引系统，根据列车的时速自动切除与施加牵引力[2]。
　　2.2 交流传动控制
　　牵引交流技术作为地铁车辆电气牵引技术的一项重要内容，其以大功率的半导体器件为基础，对地铁车辆输出牵引力。目前，常见的变流技术除了牵引交流技术外，还包括冷却技术、隔离技术、光纤传输技术及低压母排技术等。这些技术都在地铁车辆电气控制系统中发挥着尤为关键的作用，合理应用这些技术，不仅能确保地铁安全地进行牵引工作，还可以较好地完成直流能量的交换。总之，交流传动控制技术是一种以逆变器为基础的集合技术，通过综合传动系统故障诊断与保护技术、电机控制技术等，能实现对电流互相影响的控制。此外，在地铁车辆运行期间，经常会出现线路复杂的问题，此时合理使用交流传动控制技术，便能有效解决这一难题。交流传动控制技术的使用充分发挥了异步牵引电机控制的作用。地铁车辆对运行与牵引控制的要求比较高，而交流传动控制技术不仅满足了地铁安全运行的标准，还达到了牵引控制的要求[3]。
　　2.3 电制动控制
　　地铁车辆的制动方式为空气制动及电制动混合，其中电制动包括电阻制动与再生制动。根据地铁车辆对制动力的要求，运行系统通常会优先选择电制动力，以便有效降低闸瓦磨耗并节约电耗。电制动时，优先使用电网吸收再生能量，VVVF控制单元（牵引控制单元）连续监控电网状态，检查能量的吸收状况。当电网吸收电能能力不足或不能吸收时，电网电压（滤波电容端电压）会升高，牵引控制单元根据滤波电容器端电压情况，控制制动斩波器的开通。如果电网电压超过1 700V，斩波控制器开通，制动电阻投入工作，将多余的能量转换成热能排除掉。如果电制动力失效或者达不到要求时，由空气制动控制装置控制投入空气制动进行补足或替代。
　　3 电气控制模式
　　在地铁车辆实际运行期间，发动设备会受到多方面因素的影响，进而对牵引逆变器带来不同程度的阻碍。此时，应综合控制设备多方面的内容，以满足地铁车辆高速运行的要求。首先，通过对地铁接受到的工作指令进行整合，可以达到高效操作设备的目的，且在电气牵引的基础上实现更好的控制操作，这能在一定程度上提高车辆运行效率，防止车辆运行出现安全风险。其次，对地铁车辆的运行速度进行控制，可以较好地满足安全运行的需求。同时，还可以通过地铁设备的内部电控模式，达到有效管理移动范畴内的地铁运行，确保列车运行的安全稳定的目的。实施电气控制能有效保证地铁安全行驶，在合理范畴内控制地铁运行效率，防止出现超速等运行问题，解除地铁运行的安全隐患。
　　4 结语
　　在地铁车辆运行过程中，电气牵引及控制系统发挥着至关重要的作用。因此，为了保证地铁车辆安全运行，必须深入研究电气牵引及控制系统，通过对该系统进行优化升级，充分发挥该系统的作用。
　　参考文献：
　　[1]白洋，李冲.地铁车辆电气牵引系统的电气控制[J].建材发展导向（上），2016（12）：196-197.
　　[2]白海波.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障与检修[J].科技与创新，2014（10）：27-28.
　　[3]肖伟福.地铁车辆电气牵引系统的电气控制探讨[J].科技经济导刊，2016（17）：83-84.
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