（西安中车永电捷通电气有限公司 陕西西安 710016）
摘要：地铁车辆电气牵引遵从模块化设计，功能上组成整体，结构上相互独立。与早期地铁车辆电气牵引系统相比，如今与电力电子技术及智能化信息技术相结合，自动化及智能化程度更高。目前，地铁车辆的电气牵引技术已经较为成熟，车辆的种类、构造速度不同，其电力传动与控制也各不相同。
关键词：地铁车辆；电气牵引系统；电气控制
一、地铁车辆电气牵引系统设计分析
（一）系统特点
某地铁线路的车辆电气牵引及其控制采用的方式为车控。利用无速度传感器矢量控制这种方式对交流牵引电机的转矩进行控制，这样根据速度的基本推算方式便可以实现空转或者是滑行的控制。在整个系统的电制动当中，以再生制动作为优化利用方式。当再生吸收的条件发生变化的时候，再生制动和空气制动能够实现连续的调节，而且二者的平滑转换也可以实现。这样，利用列车设有的全贯通高压母线以及母线断路器，可以保证列车能够安全的通过线路上的每一处架空线电分段区。在系统当中，对轮轨的黏着条件进行了充分的应用，对车载量的牵引力以及再生制动力的大小都进行了控制，由此实现了车辆反应的及时，达到了制动有效可靠和滑行控制的目的。
（二）地铁车辆电气牵引系统的构成及特点
一辆普通的地铁车辆的牵引系统主要是由避雷器（LP）、制动电阻（BR）、牵引逆变器（VVVF）、含HSCB的高压箱（HV）、牵引电动机（MOTOR）及受电弓（PAN）等部件组成。
其中高压箱主要是由高速断路器、充电设备及其主隔离开关组成。在一般的地铁车辆上都配有两个受电弓，之所以要配备两个受电弓，就是为了防止地铁在运行的过程中一个受电弓出现故障，另一台受电弓依然能够正常的运行，以提供车辆正常运行需要的高电压。在地铁车辆的牵引控制系统内，还配备有牵引逆变器，与牵引逆变器相连的一端有相应的支撑电容，通过这样的一个支撑电容，能够有效地保障逆变器输出电压的稳定程度，同时在地铁的运行过程中也能够起到一个能量缓冲的作用。除此之外，在地铁车辆牵引系统中，还有着滤波电抗器，它与电容能够共同构成一个维持电压稳定的装置，进而使逆变器能够稳定的工作。
在逆变器之中，也包含有逆变箱和斩波控制器，这样就能够使地铁在运行的过程中，通过这些装置将直流电转变成为三相交流电，在进行转换之后，可以对列车运行过程中的频率和电压进行调控，进而完成对整个电机的控制。而在再生制动的过程中，又可以将三相交流电重新转变为直流电运输到电网中，从而实现对电网的再供电。当列车的制动电阻启动之后，制动电阻会将多余的热量进行转化，将这些多余的热量排放到空气中，避免列车出现发热的现象以影响列车的稳定运行。逆变器在使用的过程中还需要对其进行冷却，通常情况下，对逆变器的冷却是通过热管散热器进行的，热管散热器的工作原理是通过液态介质的冷凝和蒸发来实现对热量的冷却，而且热管散热器的運行机制也十分简单，不会对环境造成任何的污染。
受电弓、主熔断器、主开光等的配合工作可以保证整个系统的稳定运行，从而实现系统运行的安全。
二、地铁车辆电气牵引系统的电气控制措施
（一）直流传动
直流传动车辆采用直流牵引电机。直流电源经直流转换器向直流牵引电机供电，构成直流牵引系统的主要部分包括直流电机在内的主电路及控制电路等。按照牵引电源性质，直流牵引系统可分为直一直流及交一直流两大类：直一直流牵引系统是最早应用于电力牵引的一种牵引装置。它使用的是直流电源(直流电网或直流发电机)和直流串励牵引电机。早期的直一直流牵引系统主电路采用的是电阻调压，这种调压方式不仅在车辆频繁启动过程中经过电阻消耗了大量的电能，而且难以实现连续、平滑地调节列车速度。如今半导体技术的飞跃发展，电力电子交流技术得到了不断的提高，现在直流牵引已广泛采用斩波调压方式代替电阻调压，它不仅能取消起动电阻，并能对电动机的端电压进行连续、平滑的调节，实现平稳调速。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆交一直流牵引系统使用的是交流电源(交流电网)，牵引电机仍采用直流电机。此牵引系统的关键部位是将交流变成可控直流的整流调压装置。运行时改变整流器的控制角、就可调节输出直流电压，使电动机调速。这种系统的交流电网电压很高，适用于大功率、长距离牵引。
（二）交流传动
随着晶体管交流技术的发展，地铁车辆电气传动逐渐采用无整流子交流牵引电机的交流传动方式。从电力牵引的角度考虑，传统的电流牵引电机虽有较好的牵引性能，但防空转性能较差；而且由于直流牵引电机固有的换向器与电刷，带来了较大的体积与重量。另外，换向导致的繁杂的维护问题也时有发生。而交流牵引电机由于没有换向器与电刷，所以其体积与重量得以减小。此外，由于交流牵引电机结构简单，其转子无需绝缘，也没有引线，所以制造技术比直流牵引电机制造成本也低；同时交流牵引电机耐潮湿，防尘和抗机械冲击性能好，工作可靠，寿命长。采用交流牵引电机后，车辆的调速需用逆变器来完成，将直流电机逆变器变为可调节电压与频率的交流电来控制交流牵引电机的转速。用了逆变器供电，就不需要笨重的有触点的反向开关与制动转换开关，因而，可大大简化车辆主电路，使主电路设备与连线大大减少。同时，由于交流牵引电机没有换向器而不存在换向问题，所以能发挥较高的输出功率；在高速运行时，电机效率也较高，且再生制功时也能输出较大的电功率。这些优点，都使得交流传动方式广泛推广。交流牵引电机的交流牵引系统已被认为近代最优越的牵引调速系统。根据牵引要求，控制应使列车尽可能平稳，即可能恒加速恒减速，故斩波器控制应采取恒流牵引与恒流制动方式。交流电传动的变频器发挥着变压、定频作用，在交流变频调速传动中利用静止变频器使交流电动机得到较宽的调速范围，而当交流电动机由变频电源供电时，为了保持恒定的磁通量，其端电压必须按频率的函数关系变化，其基本规律是电压频率的比值为常数，否则。电动机将出现过励磁或欠励磁。
（三）直线电机
城市轨道交通除了直流和交流旋转式牵引电动机外。直线电动机在国外一些地铁项目中已有应用。直线电机工作原理与一般的旋转式感应电动机相类似。可看作是由旋转电机演变而成的新型结构通过交流电时，由于初级与次级感应轨之间磁场的相互作用产生推力，驱动车辆运行或制动车辆。由于省去了传统的机械减速传动机构，车辆依靠线性电机直接驱动和制动，牵引系统不仅产生较高的加、减速度、避免了打滑现象的产生，而且由于装设线性电机，免除了传统的在转向架上悬挂牵引电机与机械传动装置，从而有可能采用小轮径的径向转向架，提高了车辆过小半径曲线的能力，降低了过曲线时的尖啸声和轮轨磨耗。目前制约线性电机广泛推广的主要缺点是由于线圈与感应轨间的工作气隙较大，导致磁滞损耗大，其效率仅为旋转电机效率的 70％，同样工作状况下，耗电量也大大增加。
（四）再生电制动控制
再生电动控制是地铁车辆电气牵引系统当中第三种主要利用的控制方式。就目前的具体分析来看，列车的制动方式主要采用的是混合运算的控制方式，而所谓的混合指的就是再生电制动控制和空气制动。在具体应用的时候，按照列车制动力的基本需求，系统可以优先对电制动力的作用进行发挥，这样可以将闸瓦、磨耗和电能的消耗降到最低。当使用电制动的时候，优先对电网的吸收再生能量进行使用，这样使牵引控制单元可以对电网的状态进行连续的监控，从而对能量的吸收状况进行检查。如果电网的吸收能力不足或者是发生不能吸收的局面时， 电网的电压会升高，这时牵引控制单元会根据滤波电容器端电压的具体情况，对斩波器的开通进行控制。在电动力控制不足的情况下，空气控制便可以导入。
三、结论
地铁在现阶段的城市交通拥堵问题解决中有着重要的作用，所以发展地铁的意义重大。从目前的地铁建设具体情况来看，为了实现其运行的平稳和安全，车辆的电气牵引系统必须要具有科学性，所以分析和研究地铁车辆电气牵引系统的具体设计情况，可以为系统的优化改善提供更为宝贵的经验。
参考文献：
［1］史秀娈，姜悦礼．地铁车辆电气牵引系统的ＲAMS设计［J］．铁道机车与动车，2014(4):5-11．
［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(6):229．
论文作者:赵陆潘
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：车辆论文; 电机论文; 系统论文; 地铁论文; 逆变器论文; 电气论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第18期论文;