淺談地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制

摘要：隨著我國城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市的規(guī)模變得越來越大，人口也越來越集中，城市的公共交通運(yùn)輸壓力也越來越大，為了逐步的緩解這種運(yùn)輸壓力，各大城市紛紛修建屬于自己城市的地鐵系統(tǒng)，極大地改善了人們的出行環(huán)境。在當(dāng)前我國城市公共交通的發(fā)展過程中，地鐵占據(jù)著非常重要的地位，為緩解城市公共交通運(yùn)輸壓力做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，保障城市地鐵的正常運(yùn)行，是城市公共交通發(fā)展的一個(gè)重要前提。在地鐵的運(yùn)行過程中，地鐵的牽引系統(tǒng)對(duì)整個(gè)列車運(yùn)行的安全和效率有著直接的影響，只有保障地鐵車輛牽引系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，才能夠使地鐵安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。電氣控制是整個(gè)地鐵牽引系統(tǒng)的核心，對(duì)電氣控制技術(shù)的發(fā)展直接影響著地鐵牽引系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。本文就對(duì)地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)中的電氣控制進(jìn)行簡要的探討。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；電氣牽引系統(tǒng)；電氣控制

引言

一輛地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)構(gòu)成是十分復(fù)雜的，主要包括各種電器設(shè)備和對(duì)其的控制系統(tǒng)，通過對(duì)這些設(shè)備和系統(tǒng)綜合作用，進(jìn)而給地鐵車輛的運(yùn)行提供充足的動(dòng)力。在這些設(shè)備和系統(tǒng)的綜合運(yùn)行過程中，電氣控制起著十分重要的作用，可以這樣說，電氣控制就是整個(gè)地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的心臟，只有對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行合理化的運(yùn)作，才能夠給地鐵的運(yùn)行提供充足的牽引力，并且通過電氣系統(tǒng)對(duì)整個(gè)地鐵車輛進(jìn)行制動(dòng)，保障車輛的安全的運(yùn)行。所以對(duì)地鐵車輛的整個(gè)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行探討，對(duì)整個(gè)地鐵車輛的安全運(yùn)行有著非常重要的積極作用。

一、地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)

1.地鐵車輛牽引系統(tǒng)的構(gòu)成

一輛普通的地鐵車輛的牽引系統(tǒng)主要是由避雷器（LP）、制動(dòng)電阻（BR）、牽引逆變器（VVVF）、含HSCB的高壓箱（HV）、牽引電動(dòng)機(jī)（MOTOR）及受電弓（PAN）等部件組成。具體的地鐵牽引系統(tǒng)由下圖組成。

其中高壓箱主要是由高速斷路器、充電設(shè)備及其主隔離開關(guān)組成。在一般的地鐵車輛上都配有兩個(gè)受電弓，之所以要配備兩個(gè)受電弓，就是為了防止地鐵在運(yùn)行的過程中一個(gè)受電弓出現(xiàn)故障，另一臺(tái)受電弓依然能夠正常的運(yùn)行，以提供車輛正常運(yùn)行需要的高電壓。在地鐵車輛的牽引控制系統(tǒng)內(nèi)，還配備有牽引逆變器，與牽引逆變器相連的一端有相應(yīng)的支撐電容，通過這樣的一個(gè)支撐電容，能夠有效地保障逆變器輸出電壓的穩(wěn)定程度，同時(shí)在地鐵的運(yùn)行過程中也能夠起到一個(gè)能量緩沖的作用。除此之外，在地鐵車輛牽引系統(tǒng)中，還有著濾波電抗器，它與電容能夠共同構(gòu)成一個(gè)維持電壓穩(wěn)定的裝置，進(jìn)而使逆變器能夠穩(wěn)定的工作。

在逆變器之中，也包含有逆變箱和斬波控制器，這樣就能夠使地鐵在運(yùn)行的過程中，通過這些裝置將直流電轉(zhuǎn)變成為三相交流電，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，可以對(duì)列車運(yùn)行過程中的頻率和電壓進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而完成對(duì)整個(gè)電機(jī)的控制。而在再生制動(dòng)的過程中，又可以將三相交流電重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺\(yùn)輸?shù)诫娋W(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的再供電。當(dāng)列車的制動(dòng)電阻啟動(dòng)之后，制動(dòng)電阻會(huì)將多余的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將這些多余的熱量排放到空氣中，避免列車出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象以影響列車的穩(wěn)定運(yùn)行。逆變器在使用的過程中還需要對(duì)其進(jìn)行冷卻，通常情況下，對(duì)逆變器的冷卻是通過熱管散熱器進(jìn)行的，熱管散熱器的工作原理是通過液態(tài)介質(zhì)的冷凝和蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的冷卻，而且熱管散熱器的運(yùn)行機(jī)制也十分簡單，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何的污染。

2.地鐵運(yùn)行過程中的安全保障

對(duì)地鐵車輛的牽引是通過一系列的設(shè)備和電路來完成的，系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開這些設(shè)備和電路的正常運(yùn)行，在這么多的設(shè)備和電路之中，制動(dòng)設(shè)備對(duì)列車減速和停車是必不可少的，列車每當(dāng)需要減速或者靠站時(shí)，都需要通過制動(dòng)設(shè)備來對(duì)其進(jìn)行減速，所以制動(dòng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)保障車輛的安全運(yùn)行以及市民乘坐車輛的舒適程度有著至關(guān)重要的作用。一般情況下，在城市軌道交通的運(yùn)行過程中，制動(dòng)設(shè)備都是采用電制動(dòng)的方式，具體的形式包括再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)，同時(shí)還可以用機(jī)械制動(dòng)來輔助，只要能夠?qū)Φ罔F車輛進(jìn)行一個(gè)全方位的制動(dòng)保障。通過對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的有效使用，對(duì)列車運(yùn)行的速度進(jìn)行合理的控制，對(duì)列車的制動(dòng)力進(jìn)行一個(gè)完整的調(diào)整，進(jìn)而使車輛在運(yùn)行的過程中能夠安全穩(wěn)定的?？?，還大大減少了列車停止時(shí)的噪音。機(jī)械制動(dòng)的方式主要采用壓縮空氣作為動(dòng)力來進(jìn)行制動(dòng)，而再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)都是通過鐵路制動(dòng)電磁鐵及軌道電磁制動(dòng)器，在制動(dòng)的過程中，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化到電網(wǎng)之中，從而提供給其他車輛制動(dòng)用的電能，從而完成車輛的制動(dòng)。

二、地鐵車輛電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制

1.地鐵車輛牽引系統(tǒng)的交流電傳動(dòng)控制

在地鐵車輛的牽引技術(shù)之中，牽引變流技術(shù)是一種非常重要的技術(shù)，是所有地鐵車輛中都必須采用的一種技術(shù)。牽引變流技術(shù)是以功率較大的半導(dǎo)體器件作為基礎(chǔ)，除了牽引變流技術(shù)之外，常用的牽引技術(shù)還有疊壓低感母排技術(shù)、光纖傳輸與隔離技術(shù)以及冷卻技術(shù)等等。通過對(duì)這些技術(shù)的有效運(yùn)用，能夠更加有效地保障地鐵車輛在運(yùn)行過程中牽引力的持續(xù)提供，同時(shí)又能夠完成直流能量的有效轉(zhuǎn)換。在運(yùn)行的過程中，通過將水作為轉(zhuǎn)變的媒介，然后再通過自然管和風(fēng)冷卻技術(shù)，使得整個(gè)牽引過程中變得更加高效便捷，也使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷有一個(gè)很大的提高。

除了地鐵運(yùn)行過程中牽引變流技術(shù)之外，交流傳動(dòng)技術(shù)也為地鐵車輛電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了更加有效地保障。什么是交流傳動(dòng)控制技術(shù)呢？實(shí)際上就是基于逆變器的一種集合技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流交互影響的控制，因?yàn)樵诘罔F運(yùn)行的過程中，很多線路的運(yùn)行還存在著很大的問題，通過對(duì)這種技術(shù)的有效運(yùn)用，能夠使地鐵運(yùn)行過程中存在的問題得到有效的解決。

2.牽引控制

在地鐵車輛的實(shí)際運(yùn)行過程中，控制器和制動(dòng)裝置往往會(huì)對(duì)牽引逆變器發(fā)出一定的指令，牽引逆變器通過接受這些指令做出一定的判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵車輛的牽引控制。但是在地鐵車輛的運(yùn)行過程中，對(duì)車速的控制因素往往是多方面的，如果說車輛的速度超出了一定的范圍，即使司機(jī)控制器沒有發(fā)出相應(yīng)的指令，列車運(yùn)行的速度也會(huì)受著其他系統(tǒng)的調(diào)整，并且對(duì)牽引力的輸出做出封鎖。只有當(dāng)車輛的運(yùn)行速度恢復(fù)到正常的車速范圍之內(nèi)，封鎖才會(huì)解除。當(dāng)車輛在運(yùn)行過程中遇到坡道時(shí)，往往會(huì)提高加速的功能，使得車輛獲得相應(yīng)的加速度，保證車輛的正常運(yùn)行。

結(jié)語：

要想讓整個(gè)地鐵系統(tǒng)做到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，電氣牽引系統(tǒng)是重中之重，因?yàn)樗诘罔F車輛的運(yùn)行過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過對(duì)該系統(tǒng)的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵整個(gè)牽引力的控制，對(duì)維持地鐵的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：陳曉宏（1979.06-），男，漢族，廣州揭陽人，講師，碩士，主要從事電力電子與電氣傳動(dòng) 軌道交通車輛技術(shù)的教學(xué)與研究