浅析现代轨道交通车辆电气牵引技术冯章雷

浅析现代轨道交通车辆电气牵引技术冯章雷

冯章雷

（比亚迪通信信号有限公司广东深圳518000）

摘要：随着我国交通行业的发展，社会对于轨道交通的要求越来越高了，为了满足城市交通需求，电气牵引技术逐渐被应用到了现代轨道交通车辆中去。本文将主要对轨道交通车辆电气牵引技术的发展和应用进行分析讨论，详细讲述现代轨道交通电气牵引技术。

关键词：轨道交通；电气系统；牵引技术

牵引技术虽然已经被大范围的利用在了城市轨道交通当中，但是想要完全达到城市交通的要求，还需要对牵引系统和控制系统进行更近一步的完善和创新。在过去，几乎所有的轨道交通都是利用数字系统来进行控制的，但是现在，数字系统已经逐渐被取代了，取代它的是更加先进，更符合社会要求的计算机控制技术下的牵引技术，这两种技术相结合大大提高了轨道交通的自动性。

1.轨道交通车辆电气牵引技术的发展

对于当前阶段的车辆交通而言，为了符合现代社会的可持续发展观，大多数都在使用可再生的电能。因此，在轨道交通中使用牵引技术时，必须要加强对于电流的掌控，直流电流和交流电流的传动方式是不一样的，虽然不管是直流传动还是交流传动，它们的基本原理都是使电流以电能的形式进入发动机，再通过发动机来完成牵引工作，但是，直流牵引发动机与交流牵引发动机相比较而言，它的结构更加复杂，往往需要经过斩波处理，使斩波调压和相控调压完美的综合在一起，这也就意味着在使用直流牵引发动机时，需要多进行几项工作，工作变得复杂了就会导致工作过程中容易出现问题，也容易遗漏一些工作步骤，导致影响到牵引工作的进行。牵引技术在得到进一步发展之后。交流传动被更多的应用到了轨道交通当中去，变频电压的出现更是让交流传动稳固了自己在轨道交通当中的地位。当前阶段轨道交通中所使用到的牵引技术几乎已经全部由交流牵引发动机替代了直流牵引发动机，甚至于早在将就三十年前，欧洲国家就已经不再生产直流牵引发动机的车辆了，在不久的将来，直流牵引发动机就将彻底消失。

2.轨道交通车辆电气牵引技术的应用

牵引技术在当阶段的轨道交通当中主要是以交流牵引发动机的形式在应用，交流牵引发动机最大的特点在于其是以交变电流的形式来进行车辆控制的。直接将交变电流使用在牵引系统中是不行的，必须还要加上一个变频器，变频器的主要作用在于及时改变电压，对电压进行调整，使其能满足牵引工作对于电压的要求，解决交流牵引发动机出现电压等级不够的问题。比如说在不久之前，德国和日本都曾经在轨道交通牵引技术中使用过1200V和1700V的三电平逆变器，近几年，越来越多的国家也开始使用逆变器了，然而与之前德国和日本所使用的逆变器不同，现阶段的逆变器当中还被加入了高压模块，高压模块的加入弥补了逆变器中所存在的漏洞和问题，使逆变器的功能变得更加完善了。另外，在轨道交通过程中，车辆行驶中的速度控制以及在停车时所选择的停车方式也是非常重要的，因此，为了加强对于这两方面的控制，还需要加入一个速度控制模块，包括了速度传感器和全电制动，这样既能加强牵引系统对于列车行驶速度的控制，还能使列车的灵活性和多变性大大增加。

3.电气牵引系统的设计

3.1车辆设计

本文主要围绕的交通工具为城市地铁，以地铁为例，讲述关于电气牵引系统的设计。在进行电气牵引系统的设计时，必须要注意架空接触网来对轨道车辆进行供电。在选择车辆时，要从我国车辆生产行业中最有名的工厂进行采购，这样才能让车辆的基本质量能有一个基础保障。选购好车辆之后，就要加强对车辆的管理与维护，其中车辆的车轮必须要在很长时间内保持干净和干燥，并且能在遇水或者清洗后能在最快速度内恢复干燥，并且保持一段时间。在选择车辆时，车辆能达到的最高速度也是一个重要的选择标准，轨道车辆在平直轨道上行驶时，最快速度不能少于80km/h，并且列车加速度也要大于0.7，制动速度大于等于1.2，制动减速度大于等于1.5。以上几点注意事项是选择地铁列车所必须要遵守的几项原则，只有按照要求标准来选择列车，才能保证轨道车辆的平稳运行，降低出现交通事故的概率。

3.2元件设计

元件对于车辆的运行十分重要，想要更好的应用交流牵引发动机下的车辆牵引系统，在选择设计元件时有几个重点事项需要注意。选择元件可以从两个方面出发，一个是受电器，一个是断电器，通过分析地铁轨道车辆对于它的要求，本文将重点分析断电器和充电设备的高压箱，制动电阻箱，牵引电阻箱等，这些设备已经能基本满足牵引系统设计的要求了。高压箱能将连锁开关与主电路进行分隔，这种将开关与电路隔离的方式能够使得当列车在运行过程中发生意外事故设时能及时通过隔离的开关进行断电，通过隔离开关放电要更加迅速及时，这样就能最大限度上保障电路安全了。在轨道车辆牵引系统中经常容易出现的一个问题就是电压过高，因此，可以使用制动电阻箱来避免电压过高的问题，制动电阻箱在牵引系统中能防止电压过高主要是由于对电路进行阻断隔离，通过电路阻隔来达到控制电路的目的，制动电阻箱除了能控制电路，防止电压过高之外，还能在车辆遇到意外情况需要进行紧急制动时为车里提供足够的能量，提高车辆的安全性。

3.3牵引系统设计

在应用了牵引系统的车辆当中，牵引系统的牵引力是否足够能直接影响到车辆的平稳运行。因此，在设计牵引系统时，必须要将加大牵引力放在首要位置，尽可能的使发动机的牵引力达到最大，为了增大牵引系统的牵引力，通常会选择采用无吸收电路式逆变器，这种逆变器中有一个绝缘IGBT模块，这个模块能提高车辆结构的紧凑程度，还能让车辆在保证质量和功能的前提下变得更快轻盈。除此之外，牵引力也不是越大越好的，一辆符合要求的车辆的牵引力应该控制在一定范围之内，所以，为了满足对于车辆牵引力的要求，可以设定一个专门的牵引条件，这个牵引条件能够约束到牵引力的变化，将牵引力的大小控制在一个适当的值，这样还能增强牵引系统的自动性和灵活性。同时，在制动方面，全电制动的方式比其他制动方式更具有优势，例如在车辆遇到紧急情况或者车辆制动时出现车身晃动的现象时，使用全电制动的方式就可以提高车辆的稳定性，还能使车辆停止变得更加准确精密，除此之外，全电制动方式还能在很大程度上减少发出噪声，既保证了车辆的顺利运行，提高了交通安全性，又能使乘客和司机都能拥有一个更加舒适的乘车感觉。

4.控制系统的设计

4.1电气控制

对于电气牵引系统的设计完成之后，就需要进行电气控制系统的设计工作了，如果电气控制系统没有一个良好的设计方案，电气牵引系统的设计不管多完善都无法达到预期效果，因此，在进行电气控制系统的设计时也需要投入大量精力。第一，列车的动能和电能转化就是一个非常重要的问题，这个问题主要出现在列车刚刚制动起步的那一段时间，这个问题可以利用电气控制系统来进行解决。在当前阶段中国的地铁电网系统中，由于技术差距，条件限制，材料问题等各种原因经常会导致出现电能泄漏的现象，一旦出现电能损耗，就会出现由电能转化为动能的转化率降低，因此，必须要利用电气控制系统来对电能传递进行管理，让电动马达在运行时更加平稳，减少电能损耗，控制马达运行除了能减少电能损耗之外还能降低电能消耗量，节省能源。最后，矢量控制的方法能在一定程度上加强对于电流的控制，从而加强对于电压的控制，进一步完善电气控制系统。

4.2牵引控制

大多数车辆的牵引控制系统都是位于电气牵引系统的逆变箱中的，另外还应用了6U插头与标准插箱插件相结合，在组成一个整体之后再进行信息的搜索和传递。插件的主要作用在于隔断信息，通过将信息进行屏蔽处理到达控制交流器的目的。另一方面，还有一些轨道车辆使用了高速微处理器，这种设备主要被放在了牵引控制单元之中，它能比其他设备更加快速的收集到车站所传递出来的信息，并且快速处理完成后发出，因此，高速微处理器大大增加了轨道车辆的信息处理与传递能力，由于高速微处理器的速度快，涉及到的范围也比较广，因此，它能对整个电路都起到调节的作用。牵引控制系统中的

硬件设备对牵引系统有极其重要的作用，如果选择了合适的硬件，能在很大程度上提高牵引控制系统的数字化程度，在进行控制管理时也能融入数字化技术，提高控制管理工作的效率。还可以将数字技术应用到信息的收集与传递工作当中去，这样就能通过收集到的信息来对发生障碍的原因和发生障碍的地方进行预告和计算。

5.结束语

总而言之，电气牵引技术随着科技发展已经越来越多的融入到了我们的生活当中，尤其是在轨道交通中。电气牵引技术与传统轨道交通相比，结构更加简单明了，且还使轨道交通变得更加自动化和智能化了。电气牵引技术促进了轨道交通的发展和前进，使列车在运行的过程中能在最大程度上保证平稳和安全。

参考文献：

[1]石永春.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障与检修[J].江西建材.2017（13）：210+216

[2]汪明.论地铁车辆电气牵引系统的电气控制[J].住宅与房地产.2016（06）：234

作者简介：

冯章雷，男，2010年毕业于中山大学，研究生学历，目前工作单位：比亚迪通信信号有限公司，主要从事电力电气化工程管理工作。