摘要：我国城市化进程不断推进，城市的人口和车辆数量不断增加，造成严重的交通拥堵，城市轨道交通拥有客运量大，速度快，无拥堵和节能环保等优势，能更好地解决城市居民的各种交通问题。城市轨道交通的发展推动了相应的轨道车辆的进步，在城市轨道交通车辆的使用过程中，往往采用电气驱动和传动系统等，这样有利于更好地完成相应的工作，这就对牵引传动系统提出了更高的要求。对此，本文主要在充分结合笔者对相关文献研究以及自身工作实践基础上，就城市轨道车辆电气传动系统的发展进行了论述。
关键词：城市轨道车辆；电气传动系统；发展
城市轨道交通开创地铁和轻轨运输方式以来，城市轨道交通车辆电气牵引系统随着工业技术的发展不断地更新换代。随着相关科学技术的不断进步，使得轨道车辆的技术研究工作以及相应的成果不断涌现，这为城市轨道交通的发展提供了良好的技术基础。就调速方式而言，经历了三个不同阶段：直流变阻调速、直流斩波调压调速和交流变频变压（VVVF）调速。特别是近30年来，电力电子、微电子和微机控制技术的长足进步， 城市轨道交通车辆电气牵引技术大大提高。有鉴于此，下文将重点对城市轨道车辆电气传动系统及牵引变流器这两方面地发展谈一谈个人的认识，以供广大同行参考。
1城市轨道车辆电气传动系统的发展
作为城市轨道交通车辆的先进技术和重要系统，电气系统在保证司乘人员出行安全和舒适的同时，其技术也得到了一定的发展和进步。例如，轨道车辆电气控制系统由继电器控制上升到了PLC控制，实现了智能化和信息化的飞跃；此外，轨道车辆电气控制设备也从最基本的照明、压力保护设施、电锅炉和风扇升级到空调机组等内外车设施，实现了节能环保；同时轨道车辆电气控制系统电源技术已经通过轴驱动发电机发电向柴油发电机供电发展，到如今，发展成为机车直供电，安全可靠的电力供应系统和更先进的技术，都提高了司乘人员的安全与舒适。城市轨道交通车辆的电力传动系统，根据其使用的驱动电动机划分，可以分成直流驱动和交流驱动。直流牵引电动机结构（换向器）复杂但其控制原理简单；而交流异步电动机结构简单，但实现宽范围、高性能的速度控制相当复杂和困难。
2城市轨道车辆牵引变流器的发展
通过笔者对相关文献研究以及结合工作经验来看，城市轨道车辆牵引变流器发展上主要以下六个方面，具体如下：
2.1车辆用IGBT逆变器的开发
当出现电压等级不够高的现象时，在德国和日本曾用1200V和1700V等级IGBT构成三点式（三电平）逆变器，用于750V和1500V电网。新的IGBT的产生与投入使用，能够较好的满足在1500V电网中使用相应电压级别器件所构成的两点式逆变器，所以在上世纪未，国际上生产地铁及轻轨等轨道车辆的公司，已将这项技术大量投入到生产当中，如高压HVIGBT模块等。此外，还有一种三电平逆变器，这种逆变器的电压上升率较低，输出波形更佳，然而主电路却十分的复杂，成本十分高。所以在满足实际应用条件的前提下，一般使用IGBT构成的两电平逆变器。
2.2无吸收电路式逆变器
在轨道车辆上的装置，要具备重量轻、结构紧凑和设备体积小的特点，绝缘IGBT模块的使用比那些非绝缘GTO器件将更能反映这一要求的特性。同时，通过使用低感母线技术来减少总线寄生电感抑制关断时的尖峰电压，逆变器可以取消缓冲电路，从而简化了结构，减轻了重量，减小了体积。在1500V网压下，使用以上的技术可以将其尖峰的电压抑制在2300V以内。低感母线技术的主电路结构不仅在器件的数量上有明显的减少，而且还将降低了一定的重量和损耗。
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2.3低噪声化的PWM控制
牵引变流器采用变压变频的调速方法，称其为变压变频逆变器（即VVVF）。所采用的脉宽调制控制方式（PWM）主要有：高频全域异步控制方式，低频异步、同步并用控制方式，低频全域异步控制方式和异步扩大控制方式（GTO方式）。采用这些控制方式都会有大量的谐波存在，这些谐波也就是逆变器产生噪声之源。而通过改变高次谐波分布范围的控制模式，如频谱扩散控制方式，可以降低电磁噪声。
2.4全电制动停车控制
现在使用的停车系统，大部分都是通过空气制动来完成停车的任务，在轨道车辆的低速行驶过程中使用这样的制动方式会产生较大的不稳定性，会让乘客感到十分明显的晃动，从而降低了乘客乘车的舒适度。在原有制动方式的基础上开发的全电制动控制停车方式，可以有效地改善停车稳定性，减少晃动程度，从而提高乘客的舒适度，此外，还可以在一定程度上提高停车的精度，减小由于停车带来的冲击感和摩擦损耗，并且降低了制动的噪声，这些新的特性都能够更好地满足乘客对乘客舒适度的要求，从而提高车辆行驶的质量。
2.5牵引逆变器的冷却方式
目前，很多大功率变流器都采用水冷却系统作为散热系统，但水冷却系统比较复杂，需要配置水泵、换热器等辅助设备。在使用过程中对冷却系统的要求也比较高，要完全消除泄水和漏水的发生，因为一旦发生水泄漏会对系统造成很大损失。在传统的实体散热器中，为了减少散热器的热阻，必须增加散热的面积和通风的风量，就会导致基板、主干和分支肋的相应增加，这样做不仅造成了金属材料消耗增大，还由于金属较低的传导率增加了传导热阻，在远端散热差，降温大，只能在传导损耗和散热面积中间取一个折衷值。
2.6无速度传感器矢量控制
多变量、非线性、强耦合、时变是交流电机交流驱动系统的特点，由于变频调速控制的自身特性，导致其控制效果不是令人很满意。80年代初，提出交流电机的动态性不仅是控制各变量的幅度，而且还可以控阶段。如今，交流电机的动态控制理论在主传动系统和轧机数控机床中的得到了应用。并且，可以使用一种新的控制方法（如方向控制、直接转矩控制电压，特别是微处理器控制技术）来解决系统的控制精度和复杂度之间的矛盾。
3结束语
综上所述，进入新时期以来，随着我国城市化进程日益加速以及市区中交通压力不断增大，在这种背景下城市轨道交通得到了极大程度地发展。此外，加之电力方向和控制技术的发展，我国迫切需要开发一种“高效、环保、节能”的城市轨道交通技术并且投入到生产和使用中去。作为城市轨道交通车辆技术水平的代表，轨道车辆电气系统需要使用更加智能、高效的技术，以满足我国城市轨道交通的迫切需要，这种技术具有非常广阔的市场前景。
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论文作者:潘智心
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/15
标签：车辆论文; 电气论文; 逆变器论文; 技术论文; 传动系统论文; 城市轨道论文; 轨道论文; 《基层建设》2017年5期论文;