現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)探析

葉逸舸

摘 要：電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代城市軌道交通車輛中的應(yīng)用，不僅能夠令軌道交通車輛運(yùn)行過程中的功率符合要求，而且能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道車輛的控制，對(duì)于提高現(xiàn)代軌道交通車輛運(yùn)行過程中的可靠性和穩(wěn)定性，具有顯著意義。除此之外，電氣牽引技術(shù)的應(yīng)用可以令軌道交通車輛快速穩(wěn)定制動(dòng)，為乘客的人身安全提供保障。

關(guān)鍵詞：軌道交通;車輛電氣;牽引技術(shù)

中圖分類號(hào)：U27;U23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）05-086-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.041

1 牽引逆變器的發(fā)展

進(jìn)入城市鐵路的車輛，大部分使用電力能源。在輸電技術(shù)和科學(xué)研究中，根據(jù)目前的特點(diǎn)，大城市偏離軌道交通的指導(dǎo)方法可以由兩種類型的差動(dòng)電流和互交流驅(qū)動(dòng)。物理原理是電能即將進(jìn)入電動(dòng)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)成功完成對(duì)駕駛車輛的引導(dǎo)，并使用快速流動(dòng)的自身慣性。先導(dǎo)式增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因此直流斬波通常通過將斬波電壓調(diào)節(jié)與相位控制電壓調(diào)節(jié)相結(jié)合的半控單相整流器完成。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，異步處理電機(jī)的直接交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已廣泛用于軌道運(yùn)行車輛的慣性傳動(dòng)系統(tǒng)。隨著變頻調(diào)速和電壓值轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，相互交換已成為驅(qū)動(dòng)技術(shù)的主流。

2 軌道車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀

全面控制核心技術(shù)信息，綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信設(shè)備是確保車輛自身運(yùn)行過程中的及時(shí)性、可靠性和有效性，確保軟件系統(tǒng)滿足操作要求。軌道交通車輛的設(shè)備后面是內(nèi)部配電變壓器、電氣控制等以及控制軟件系統(tǒng)，主要包括長(zhǎng)途列車控制、傳動(dòng)部分和車輛控制模塊等功能。其次，高速列車控制模塊負(fù)責(zé)管理和監(jiān)視長(zhǎng)途列車的當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)列車運(yùn)行中的故障原因進(jìn)行臨床診斷。監(jiān)控行駛中的車輛和控制功能模塊，可以用傳統(tǒng)形式控制高速鐵路列車的最大功率單位。系統(tǒng)的可控制范圍主要包括具有逆變器基本功能的光伏逆變器和脈波整流電路等，以及輔助轉(zhuǎn)換器[1]。日本平臺(tái)的高功率密度和高功率輸出密度之間存在很大差異。

3 現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)的特點(diǎn)

作為推動(dòng)我國(guó)公共交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)階段性發(fā)展的重要力量，電氣牽引技術(shù)自身具有很多顯著特點(diǎn)。首先，電氣牽引技術(shù)的應(yīng)用是通過多個(gè)電氣系統(tǒng)之間的組合協(xié)作實(shí)現(xiàn)的，各個(gè)電氣系統(tǒng)之間互相獨(dú)立的同時(shí)，能夠彼此合作，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，進(jìn)而發(fā)揮更大的作用。更為重要的是，電氣牽引技術(shù)具有信息化和自動(dòng)化特點(diǎn)，且隨著電氣牽引技術(shù)的不斷發(fā)展，其信息化水平和自動(dòng)化水平也在不斷提高。其次，與普通汽車相比，在現(xiàn)代軌道交通車輛中應(yīng)用電氣牽引技術(shù)后，軌道交通車輛運(yùn)行過程中產(chǎn)生的尾氣和噪音污染會(huì)大大減少，對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展和自然環(huán)境保護(hù)具有重要意義。再次，與傳統(tǒng)牽引方式相比，采用電氣牽引方案，對(duì)于軌道交通企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本具有有效的控制作用，可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。最后，作為非自給式牽引動(dòng)力，電氣牽引式軌道交通車輛的動(dòng)力不是靠燃料供給，而是由牽引力作為軌道交通車輛的運(yùn)行動(dòng)力。在電氣牽引力作用下，軌道交通車輛的重量會(huì)明顯下降，總功率明顯提高，軌道車輛起步時(shí)需要花費(fèi)的時(shí)間比較短，加速度也十分快，大大提高了城市軌道交通車輛的便捷性。

4 軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)的主要應(yīng)用系統(tǒng)

4.1 電氣控制系統(tǒng)

對(duì)于電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車輛運(yùn)行過程中的應(yīng)用而言，電氣控制系統(tǒng)發(fā)揮著不可或缺的作用。通過電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)在軌道車輛運(yùn)行過程中發(fā)揮著有效的控制作用，對(duì)各電氣牽引相關(guān)的各項(xiàng)具體控制措施進(jìn)行落實(shí)。軌道交通車輛在電氣牽引技術(shù)的作用下進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，電氣控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)電能和動(dòng)能進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，確保軌道交通車輛順利啟動(dòng)。除此之外，對(duì)于和軌道交通車輛相連的電網(wǎng)系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)也能進(jìn)行一定的控制，使電動(dòng)馬達(dá)在運(yùn)行過程中具有較高的合理性，減少電能功率在運(yùn)行過程中的浪費(fèi)。作為電氣控制系統(tǒng)的主要組成部分，牽引逆變器發(fā)揮著導(dǎo)通關(guān)斷的作用，這一作用主要通過IGBT順序?qū)崿F(xiàn)，可以對(duì)直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為三相交流電，具有可調(diào)幅值和可調(diào)頻率，最后將三相交流電傳送到牽引電機(jī)中。IGBT逆變器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)故障保護(hù)和自診斷功能，同時(shí)在一定程度上還具有自動(dòng)排除故障的作用。與傳統(tǒng)牽引逆變器相比，IGBT具有節(jié)約能源、降低污染的作用。而且，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展成熟，其信息網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化等優(yōu)勢(shì)也越來越明顯。

4.2 牽引系統(tǒng)

由于現(xiàn)代部分軌道交通采用第三軌供電，軌道車輛在實(shí)際運(yùn)行和電路方面具有很高的相似性，故此牽引系統(tǒng)在電氣牽引技術(shù)應(yīng)用過程中，具有至關(guān)重要的配合作用，其質(zhì)量水平是決定電氣牽引技術(shù)應(yīng)用水平的關(guān)鍵因素?；诂F(xiàn)代軌道交通車輛的特性，要求電氣牽引系統(tǒng)的恒定引力不能大于43.3km/h，速度要控制在43.33km/h～65km/h之間。在設(shè)定電氣牽引條件時(shí)，要對(duì)電氣牽引力基于軌道車輛的負(fù)載情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)車輛載荷范圍內(nèi)的牽引力要進(jìn)行合理確定，這樣才能確保軌道車輛運(yùn)行過程中始終能夠達(dá)到額定牽引的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。為了保證軌道交通車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性和高效性，使電制動(dòng)力的速度處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，需要對(duì)電制動(dòng)力與電氣牽引系統(tǒng)之間的配合性和適應(yīng)性進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]。

5 電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用案例

5.1 智能駕駛技術(shù)應(yīng)用

隨著城市人口體量越來越大，路面汽車交通已然十分擁擠，經(jīng)常存在交通堵塞及交通事故等情況。在此情況下，大力發(fā)展軌道交通對(duì)于緩解城市出行壓力有著重要意義，同時(shí)也可保障交通系統(tǒng)長(zhǎng)期健康穩(wěn)定運(yùn)行。縱觀現(xiàn)階段所應(yīng)用的城市軌道交通技術(shù)，其中自動(dòng)駕駛技術(shù)無疑有著重要應(yīng)用潛力，可以實(shí)現(xiàn)城市軌道交通的自主、自動(dòng)駕駛，是未來軌道交通建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。該技術(shù)主要指在城市軌道交通系統(tǒng)中融入電氣自動(dòng)化技術(shù)，并借助衛(wèi)星定位及自動(dòng)化監(jiān)控等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通的全程監(jiān)管與自動(dòng)化處理，有效保障自動(dòng)化技術(shù)落地與應(yīng)用。

5.2 通信技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于城市軌道交通而言，通信系統(tǒng)扮演著極為關(guān)鍵的角色，是現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)必不可少的一部分，同時(shí)也是切實(shí)發(fā)揮城市軌道交通效力的重要基礎(chǔ)。對(duì)此需要借助電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)行期間的通訊處理與分析，保證軌道交通使用期間可以自主完成信息分析和應(yīng)對(duì)，完成對(duì)整個(gè)交通系統(tǒng)的全面監(jiān)控覆蓋，確保城市軌道交通運(yùn)行穩(wěn)定。如城市軌道交通建設(shè)期間，為確保軌道交通的安全，需要利用電氣自動(dòng)化技術(shù)，提升其數(shù)據(jù)通信效率及處理質(zhì)量。構(gòu)建圍繞城市軌道交通為核心的云計(jì)算服務(wù)中心，利用云計(jì)算技術(shù)理念對(duì)整個(gè)城市軌道系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，并將有關(guān)分析數(shù)據(jù)及時(shí)傳到平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享及多元化應(yīng)用。此外，對(duì)于城市軌道電氣自動(dòng)化技術(shù)而言，為確保軌道交通的運(yùn)行穩(wěn)定等訴求，也需要就城市軌道交通的通信技術(shù)進(jìn)行全面處理，基于通信自動(dòng)化技術(shù)策略實(shí)現(xiàn)軌道交通通信層面的可靠提升。

6 列車牽引控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，中國(guó)的電能直接牽引技術(shù)可以控制多種技術(shù)，該驅(qū)動(dòng)器可以控制最重要的部件和控制裝置，采用新型硅輸出功率半導(dǎo)體器件。直接基于新材料和節(jié)能技術(shù)的概念，已經(jīng)使用了牽引、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配技術(shù)和電子核心技術(shù)等現(xiàn)代能源技術(shù)。傳統(tǒng)的駕駛與控制核心技術(shù)涉及建立設(shè)備制造系統(tǒng)、鐵路高鐵制造系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等。服務(wù)核心系統(tǒng)和新技術(shù)是新時(shí)代變革的產(chǎn)物，城市軌道交通推動(dòng)了技術(shù)突破和創(chuàng)新，在軌道交通中偏離車輛駕駛和控制的持續(xù)發(fā)展的總體趨勢(shì)是朝著平臺(tái)的釋放和統(tǒng)一發(fā)展。

近年來，電子商務(wù)公司已經(jīng)提供了鐵路運(yùn)輸?shù)膽T性力和控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)及其技術(shù)在內(nèi)的緊密集成，開發(fā)了直接牽引力控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大型平臺(tái)應(yīng)用。在產(chǎn)品會(huì)議平臺(tái)方面，詳細(xì)分析當(dāng)前市場(chǎng)的總體發(fā)展趨勢(shì)，定義產(chǎn)品平臺(tái)提供功能的基本定位，并對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行詳細(xì)分類?？倲?shù)的增加提高了鐵路運(yùn)營(yíng)中城市交通管理的難度，迫切需要緊密集成各種類型信息及其技術(shù)，并在邏輯基礎(chǔ)上控制信息內(nèi)容。大型鐵路平臺(tái)可以為標(biāo)準(zhǔn)化快速發(fā)展提供基礎(chǔ)。為滿足更多用戶的多樣化實(shí)際需求，用于運(yùn)行軌道車輛的驅(qū)動(dòng)力的整體控制系統(tǒng)正在向模塊化方向發(fā)展，鐵路車輛直接牽引系統(tǒng)功能的可靠性和安全性將大大提高，從而降低了新產(chǎn)品的總體生產(chǎn)成本。

7 結(jié)語(yǔ)

在城市軌道交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展過程中，電氣牽引技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展是提高自動(dòng)化與信息化水平的關(guān)鍵因素。因此，在實(shí)際應(yīng)用發(fā)展過程中，相關(guān)企業(yè)必須對(duì)電氣牽引技術(shù)給予足夠重視，積極深入學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，提高自身應(yīng)用水平的同時(shí)，不斷研究創(chuàng)新，增強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新能力，以不斷提高企業(yè)自身的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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