120km/h城轨车辆双受流牵引系统设计

120km/h城轨车辆双受流牵引系统设计

康解云  ,彭驹

中车株洲电力机车有限公司  湖南 株洲   412001

摘  要：本文主要对某型120km/h双受流地铁车辆牵引系统进行了介绍，并对其高压主电路、牵引性能、列车双受流的控制方式等进行了重点分析研究，并提出了一套双受流的控制方式。

关键词：地铁车辆、牵引系统、牵引电机

1  概述

该型120km/h双受流地铁列车为国产化120km/h铝合金B型地铁车辆，项目在既有120km/h速度等级车辆的技术基础上，结合120km/h速度等级列车实际运营经验，并借鉴和采纳了国内外先进技术，进行自主创新，列车采用双受流方式设计（正线采用受流器，车场采用受电弓）。

2  牵引系统高压主电路设计

该型120km/h双受流地铁列车牵引系统各电器箱均采用箱体式车下悬挂结构，牵引电机采用架承式全悬挂结构。牵引电机通过联轴节与齿轮传动装置连接，传递牵引或电制动力矩，驱动列车前进或使列车制动。高压回流通过车轴轴端接地装置流向轮轨。牵引供电采用双供电模式，即正线采用DC 1500V受流器受电，车场线采用DC 1500V受电弓受电。DC1500V直流电经第三轨或受电弓向列车供电。

由于列车正线采用DC 1500V受流器受电，车场线采用DC 1500V受电弓受电，故在高压供电回路中必须考虑在两种供电模式的隔离，如列车在车场进行受电弓供电时，为了保证安全，受流器必须与受电弓供电回路隔离，使受流器不带高压电，同理在受流器供电时也必须考虑受电弓不带电。

列车牵引系统高压主电路原理如下图1所示。

图1  牵引系统高压主电路结构图

3  列车牵引性能设计

根据该型120km/h双受流地铁车辆采购合同要求，列车牵引性能应满足如下要求[1]：

平均启动加速度（0～50km/h）  ≥0.9m/s2

平均加速度（0～120km/h）     ＞0.5m/s2

列车设计的牵引力与速度的特性曲线如图2所示。

图2列车牵引特性曲线

根据上图2的牵引特性进行列车加速度的计算，在网压为1500V，AW2负载条件下，列车以340kN的恒牵引力起动加速，其启动加速度为1.05m/s2, 列车的最大计算粘着系数为：0.172。列车在0～50km/h速度范围内列车的平均加速度为1.02m/s2，在0～120km/h速度范围内列车的平均加速度为0.64m/s2，其结果满足相关要求。

4  牵引电机选型设计

该型120km/h双受流地铁列车牵引电机为4极自通风三相鼠笼式异步牵引电动机。该牵引电动机是专为地铁车辆设计，该项目线路平均站间距相对较长, 因此在车辆在运行过程中牵引电机的散热相对比较好。故在设计时可适当增加牵引电机的过载系数，以便充分利用牵引电机，以免造成电机功率的浪费[2]。

在牵引模式下，根据图2的牵引力和电机电流对速度的曲线可知，列车的最大牵引力为340kN，则恒功起始点功率Pm(kW)：

Pm = =

η——齿轮传动效率

N——列车动轴数

故列车在牵引工况下牵引电机最大牵引功率约为：Pm=240kw；在制动工况下电机最大功率约为：Pm=542kw（网压为DC 1650V）。

根据上述计算结果及线路情况，牵引电机线路模拟仿真温升曲线如下图3所示：

图3：电机线路模拟温升曲线

上图3为列车在超员情况下模拟在线路上跑一个来回，电机的平均温升约为155°C，满足相关要求。

根据理论计算，最终本项目牵引电机的主要技术参数为：

额定功率         230kW

额定转速         1900r/min

最高转速             3926r/min

额定转矩         1156Nm

绝缘等级：         200级

5  双受流互锁控制设计

列车在出、入段运行到转换轨时，必须经过受电弓和受流器的相互转换，转换的中间过程不需人为干预，可控司机室端人工操作受电弓和受流器转换开关后，受电弓和受流器的转换将自动完成，受电弓和受流器将通过联锁接触器（KM1、KM2）进行联锁，当受电弓接入时闭合KM2， 并且KM1 断开；当受流器接入时闭合KM1，并且KM2断开；因此受电弓和受流器高压回路将不会同时带电，如下图4所示。同时KM1， KM2 状态信号接入受电弓和受流器控制电路。

当列车在车场使用受电弓受流时，司机将通过选择“受电弓”按钮，将发出一个脉冲信号使高压箱内的K2继电器瞬间得电。继电器K2得电后，继电器常开触点闭合，使受电弓接触器KM2得电自锁，从而使受电弓接触器KM2一直得电，列车将通过受电弓输入DC1500V高压直流电。

同理，当列车在正线使用受流器受流时，司机将通过选择“受流器”按钮，将发出一个脉冲信号使高压箱内的K1继电器瞬间得电。继电器K1得电后，继电器常开触点闭合，使受流器接触器KM1得电自锁，从而使受流器接触器KM1一直得电，列车将通过受流器输入DC1500V高压直流电。

图 4: 受电弓/受流器互锁控制电路

6  结论

本项目牵引系统实现了批量国产化，进一步提高了整车的国产化率，大大降低了进口零部件的品种和数量，车辆完成了车辆合同要求的各项型式试验，试验证明其牵引系统的各项技术性能都符合设计要求，所有的试验和调试都达到了预期效果。并于2017年12月28号顺利开通，运行状态良好,完全能满足该线路的运营要求。

参考文献：

[1]  彭驹.广州市轨道交通三号线增购车辆牵引/辅助系统国产化设计[J].电力机车与城轨车辆.2015（3）

[2]  彭驹.广州轨道交通九号线车辆牵引/辅助系统设计[J].电力机车与城轨车辆.2016（6）

作者简介：康解云（1976-  ），高级工程师，2000年毕业于北京科技大学腐蚀与防护专业，工学硕士，主要从事轨道交通机车车辆工艺研发工作。

。

第 1 页 共 4 页