地铁电传动工程车电气系统的设计

地铁电传动工程车电气系统的设计

黄政

南宁轨道交通运营有限公司 广西 南宁 530029

摘要：本文主要阐述了传动工程车电气系统设计过程，说明了电气系统各个组成结构的设计方案，说明每一种组成结构的设计思路和功能，体现传动工程车电气系统的功能价值。随后总结了电气系统设计中的技术突破点，体现电气系统的性能优势，也为传动工程车电气系统的研究发展指明了方向。

关键词：地铁；传动工程车；电气系统

引言：轨道交通系统的大量布局，同时提升了传动工程车的使用需求。通过设计电气系统优化传动工程车的性能，确保传动工程车适应更复杂的场景，方可吻合地铁快速发展的实际现状。因此有必要设计传动工程车的电气系统，为优化传动工程性能指明方向。

一、电气系统设计

1．电传动系统设计。电传动系统的结构以高压电器箱为核心，与接触网、电抗器等组件关联。电传动系统的牵引逆变器内置两个逆变模块，其中一个模块负责为两个牵引电机和制动电阻供电，另外一个模块对应三个牵引电机的供电任务。

（1）牵引逆变器。牵引逆变器的核心在于逆变模块，负责牵引电机的驱动任务。逆变模块采用抽屉式设计思路，借助自然冷却原理实现散热效果。牵引逆变器的逆变单元内部包含驱动电路和功率元件。关于牵引逆变器的传动控制效应，与结构内部的传动控制单元密切相关，通过传动控制单元实现地铁车辆的控制与状态信号采集效果，并作为牵引逆变器发出各类控制行为的依据。关于牵引逆变器的逻辑控制，实现了多项功能，例如对逆变器主电路的控制、数据信息的传输、设备异常定位与原因诊断、数据记忆等功能。逆变控制充分利用了直接转矩控制的基本原理。以控制牵引逆变器输出电流谐波含量为目的，需要加大开关频率的使用力度，应当采用SVPWM控制技术，有效控制传动系统工作状态下的噪声大小。自控制方式主要应用在高速区和恒定功率区，有效控制电动机的转矩，最大限度降低负载效应对速度的不利影响。关于相位移的测量和计算，是掌握粘着特性曲线和斜率的重要途径，为妥善利用粘着效应奠定基础，遏制空转滑行现象。借助牵引逆变器的故障诊断与保护体系，及时感应机车运行中的异常现象并触发故障机制，发出保护动作确保机车绝对安全。关于整车的工作过程，以架控工作方案为核心，对于出现故障的电机进行架控隔离处理，尽量不影响其他机车的正常运行状态。在设计牵引逆变器的检测单元时，需要注意参数要求，包括额定的输出容量、电流以及输出的电压、频率，核心组件是电流和电压传感器，负责各类参数信息的传输。

（2）高压电器箱。电气系统的牵引系统内置高压电器箱，当电源经过受电弓进入到高压电器箱后，依次经过高速断路器、电流传感器等组件，之后到达牵引逆变器。如果牵引系统主电路出现异常，高速断路器在传动控制单元指令下切换到断路状态，有效保护牵引系统主电路。借助高速断路器，提升对过电流的响应能力，为牵引系统主电路提供瞬时保护。对于牵引系统中的电路、线路储能，借助浪涌吸收器释放储能，确保主电路器件稳定。

（3）电抗器。若要保证主电路直流侧电压处于稳定状态，并最大限度控制电压波动范围，必须发挥滤波回路的作用。借助电抗器组成滤波回路，及时吸收来自于输入端的谐波电压，最大限度降低逆变器的干扰效应。一旦逆变器发生短路，通过电抗器可以快速抑制短路电流，同时满足开关元件的相位切换要求，有效促进电容的集成。线路电抗器为空心结构，冷却过程充分利用自然风因素。

（4）牵引电机。选择牵引电机类型时，需要注意输入电压范围、额定转速等指标。三相异步感应电机的电压适应范围较大，额定转速偏低，与牵引系统多电源供电的状况吻合。关于牵引电机的参数信息，包括额定的功率、电压、电流、频率和转矩，同时包括启动电流、启动转矩、转速等参数的最大值。

（5）制动电阻。工程车通常采用再生制动方式，吻合能量反馈的实际需求。与此同时注意到电网无法吸收剩余能量的情况，此时需要借助制动电阻的能量消耗效应，将电网无法吸收的能量全部消耗。制动电阻还具有吸收过电压的属性，保证电气系统足够稳定。在设计制动电阻时，侧重利用斩波状态下的电流电压信息获取温度参数，无需直接设置温度控制器，不仅提供了控制温度的依据，还能降低制动电阻成本，也能从根本上避免温度控制器异常 带来的故障，保证电气系统的可靠性。

2．辅助电源系统。辅助电源系统中集成了逆变和斩波模块，实现电气系统设计理念的创新，真正将逆变器和充电机有效集成。这种设计方案降低了工程车的体积和重量，在功能高度集成的背景下，也为设备安装与维护提供了诸多便利。辅助逆变模块负责直流电的逆变、滤波、隔离过程，并通过交流电源实现交流负载供电效果。充电机则负责直流电压的降压斩波任务，并为工程车充电，充电效果均匀良好，电路电压足够稳定。当工程车处于再生制动工况时，能够快速切入到充电状态。

3．网络控制系统。工程车的控制方式已经进入到网络时代，将网络技术融合在工程车控制领域，借助网络环境实现工程车的牵引制动效果。如果网络通讯中断，由硬线承担控制任务，借助继电器逻辑线路的性能。工程车网络控制系统融合了分布控制思想，发挥集中控制管理的优势，关于车辆控制单元与其他控制单元之间的通信过程，需要借助总线，并构成网络控制拓扑。

具体来讲，工程车网络控制系统包含了网关模块，通过网关模块实现车辆总线与控制模块之间的通信效果，奠定机车重联的基础。车辆控制模块在电气系统中居于核心地位，能够管理车辆总线，并控制数据通信和车辆工作过程。机车司机操作间安装了事件记录模块，借助总线获取关于机车操作的重要数据。在诊断机车故障、分析机车过往工作状态时，必须调用事件记录模块内部包含的数据信息。关于车辆控制模块的数据交换过程，则与数字量与模拟量的输入输出模块有关，并借助总线实现数据交换效果。

网络控制系统采用双通道冗余方案，在50ms内完成不同通道之间的切换操作，保证工程车的正常工作状态。在中央控制单元中设置了两套工作控制环节，其中一套为主控制环节。如果主控环节发生故障，及时切换到备用控制环节，确保机车在最短时间内恢复正常状态。两套控制环节全部采用热备方式。

二、电气系统技术应用分析

1．制动电阻温度保护。传统制动电阻方案采用温度控制器，由于温度控制器性能有限，反馈的温度数据精度较低，而且误动频率较高，不利于车辆的正常运营，也为车辆工作带来潜在的隐患点。本次设计中放弃使用温度控制器，而是结合使用制动电阻温度与斩波能量，共同保护制动电阻温度。这种方式借助电流和电压获取斩波电阻，与此同时结合制动电阻与温度之间的特性确定电阻温度。如果温度计算结果已经超过保护值上限，应当立即封锁斩波，并根据制动电阻的功率、热容数据，严格控制制动电阻的工作时间长度，保证制动电阻温度处于合理区间。

2．粘着控制技术。地铁线路坡道现象可能导致车辆的空转滑行，基于保证车辆稳定安全运行的目的，应用粘着控制技术，保证列车安全可靠运行，有效应对地铁线路中的坡度问题，并实现上坡救援效果。

结束语：本文提出的电气系统设计方案，在原有系统设计思想上进行创新，优化了传动工程车电气系统结构，使用新型制动电阻温度保护方式，多角度保证了传动工程车的性能和应用价值。传动工程车设计阶段可挖掘的潜力还有很多，在电气系统设计中还要积极融入创新理念，致力于提升电气系统的性能。

参考文献：

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[2]杨波. 地铁电传动工程车电气系统的设计[J]. 机电信息,2020,(30):122-125.

[3]姚杰. 结合实例浅谈地铁工程车的设计优化[J]. 内燃机与配件,2020,(02):22-24.