Translohr ste3型列车牵引制动系统研究
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作者:王玉
摘 要：天津经济技术开发区新交通导轨电车线路，是中国首条投入商业化运营的现代电车线路，是位于天津经济技术开发区内的一条南北走向的胶轮导向电车，下文将对该车的牵引及制动系统进行介绍。
关键词：导轨电车;牵引制动;弱电控制
1 线路基本情况介绍
新交通线路途经生活区、工业区、学院区，全长7.86公里，设有14座站台，客源主要以洞庭路沿线居民、上班族、学院区学生流为主。随着人们对该系统的熟悉和认可，自2007年5月开通运营后快速吸引了大量乘客乘坐，并逐渐形成了稳定的客流源。
2 选用车型
线路选用的车型为法国LOHR公司开发的TRANSLOHR STE3型胶轮+导轨制式电车。该车车长25米，宽2.22米，高2.95米，采用电力牵引，自身带有牵引电池包满足无网区运行;100%低地板，地板面距地面260mm;转弯半径小，最小转弯半径仅为10.5米;爬坡能力强，最大爬坡能力达到13%;三节编组车辆额定载客167人，最大载客212人。
3 车辆牵引供电系统
TransLohr ste3型导轨电车的牵引供电系统由意大利阿尔斯通厂进行设计制造，包括车辆的牵引电机、电能分配装置、逆变装置及中央控制器（TCU）组成，由劳尔公司集成安装于车辆顶部，并与车上其他控制单元通过实线或CAN网总线模式进行数据信息传递和交换，以达到整体协调。
3.1 牵引逆变器
车辆的牵引逆变器内部采用IGBT（双绝缘栅晶体管）半导体元件，通过高频率交替通断的移相操作，得到一个可控的交变PWM电压，以供牵引电机使用，并且在传输过程中采用线性滤波器进一步降低电流中的谐波，防止其干扰线路附近的信号传输。虽然高频化操作可以大大降低内部电感电容等部件的体积，节约空间及成本，但也会产生更多的损耗及发热，为有效对部件进行冷却，IGBT半导体被安装在突出铝模块上，模块内的冷却液采用水与乙二醇的混合物，工作温度的范围在-35°C 到 110°C内，具有良好的防腐蚀特性及物理稳定性，通过不断的冷却循环来降低IGBT模块的温度。其他的冷却循环泵、风机及热交换器等循环散热设备被安装在一个独立的通风箱体内，这样就保证了即使出现液体泄漏也不会接触其他用电模块而导致短路的情况出现。
3.2 牵引控制器（TCU）
TCU为车辆牵引供电系统的中心控制系统，分为CPU和DSP两个控制系统。CPU为逻辑动作控制处理器，可接收牵引指示值、车辆运行方向、电机转速、CAN网络的选择以及在紧急制动状态下的禁止牵引等多种指令，内部进行分析处理后，输出控制电能分配、故障隔离、牵引启停等信号，并与车上劳尔控制系统交换CAN网数据，显示车速、关键部件温度、电流电压等信息。DSP处理器模块主要负责对收集的信号进行计算，并检查和管理传给IGBT的控制信号从而实现对牵引电机转矩和转速的控制，当收到制动指令时抑制牵引。
3.3 牵引系统的设计及使用
该系统被设计为双套冗余式结构，即车辆两边各有一套包含TCU、逆变器和牵引电机的设计。正常使用条件下，由位于车辆两端的电机同时负责牵引车辆，电机由对应的逆变器控制，每个逆变器又由牵引控制单元（TCU）控制，两个TCU接入车辆的控制网络，与CAN网进行信息交换。正常启动车辆选定驾驶方向后，司机通过加速踏板将牵引指示值传送给两个TCU，来控制逆变器，这个值正比于踏板的行程，在踏板的最大位置，加速度限制为1.3m/s2。通过CAN网络的数据传递，车辆速度可以实时地显示在中央控制台的BMA显示器上，此时如将加速踏板完全放开，牵引将被切断，车辆向前惰行。当一侧牵引系统（TCU、逆变器或电机）发生故障时，系统将会自动进行降级操作，包括将故障信息显示在BMA上，自动隔离故障一侧的牵引功能，车辆整体的最大加速度也被限定在0.5m/s2以内。
4 车辆制动系统
电车的制动方式包括：电制动、空气制动和机械制动三类。下面详细阐述一下这三种制动的原理及使用環境：
4.1 电制动组成
包括牵引电机，牵引逆变器和命令控制系统（TCU）等。当车辆进行电制动时牵引电机和逆变器设计用做发电机。由牵引逆变器上的“变阻斩波器”控制此损耗。当接触网电压低于900V时，可产生再生制动。如果接触网电压高于900V，能量将被安装于车顶的耗散电阻所损耗。由于牵引逆变器的双向结构，车辆的能量在电制动时能够尽快恢复。
4.2 气制动组成包括
空压机、各类空气阀门、气缸、制动踏板和UCD等。车辆的两端各有一个空压机，每个空压机依据日期的单双而交替工作，输出压强为10bar。当空气环路的气压值低于7.5bar时，空压机会自行启动;当环路气压值超过8.5bar时停止工作。压缩机以额定功率工作时，它的运转率是30%。当设备故障时环路中的安全阀会确保气压处于安全范围。环路中的压缩空气被储存于多个气缸内，以备需要时使用，用于制动系统的气能储存于F缸，用于空气弹簧或车门等其他服务功能的由S缸储存。
4.3 电制动和气制动的控制系统
车辆的电制动和气制动都由刹车踏板控制.踏板有两个档位，分别进行电制动和气制动的控制：在移动的第一个阶段，由两个冗余的角度位置传感器监测踏板的角度位置，以此来确定电制动信号值（减速度值）并发送给司机室内的UCD处理器，电制动的制动力只受自动化电子装置控制，与负载，坡度和其它条件状态无关。在该阶段，不会产生任何气制动;在移动的第二个阶段，气制动的制动力与踏板的压缩距离成正比。气体通过两个双继动阀分别控制两套单独的气控制动环路对车辆进行制动。当制动踏板踩到最下面极限的位置时，电制动和气制动均达到最大，司机信息屏幕上会出现显示，此时车辆将以最大的减速度进行制动。
综上所述，本文主要围绕新交通线路所选用的TransLohr STE3型导轨电车的牵引和制动系统进行介绍，虽然为10年前引入技术，但该车若干的设计理念仍然值得国内有轨电车行业借鉴学习。
参考文献：
[1]TransLohr STE3型导轨电车TEDA技术规范20050516.
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[3]W.D.Weige1 先进的交流电传动现状和展望[J].变流技术与电力牵引，2004（3）.
[4]高庆全，郭祥贵.国产化A型地铁制动控制系统概述.铁道车辆，2009（10）.
作者简介：王玉，中级工程师，车辆电气工程师。
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