摘要：现阶段，我国城市化进程不断加快，我们在地铁行业需要加大力度，解决城市的交通问题。在交通拥堵日益严重的情况下，各大城市都在寻找解决交通问题的解决办法。因此，地铁成为了首要发展对象。从具体的情况出发，对地铁的设计进行详细的分析，主要针对地铁车辆电气牵引系统展开讨论。
关键词：地铁车辆；电气牵引；系统设计
引言
如今，交通拥堵已经成为城市的通病，如果不能得到很好的解决，城市功能的发挥会受到极大的限制。在城市交通问题的解决中，各大城市纷纷利用地铁系统进行问题的缓解。诚然，地铁能够缓解地面交通压力，减轻城市地表空间的负担，但是如果地铁系统在设计方面存在问题，那么整个城市的道路交通问题依然严重。针对地铁设计问题，本文主要就地铁车辆的电气牵引系统设计做分析和探讨，目的是对地铁的正常运行提供理论上的帮助。
1地铁车辆电气牵引及控制系统的特点
地铁车辆电气牵引及控制系统是由许多电路系统和设备构成的，为地铁车辆的正常运行提供了有力的保障。其中，制动装置在地铁车辆减速与安全停靠控制中发挥着至关重要的作用。通常情况下，地铁车辆制动系统采用再生制动及电阻制动两种电制动方式来进行减速和安全停靠。此外，为了更为准确地控制地铁车辆的速度，提升地铁车辆减速或停靠的安全性，还需要采用机械制动的方式来辅助电制动方式，尤其是当出现紧急情况时，必须同时采用三种制动方式进行控制，从而实现对车辆速度的有效控制，保障车辆运行的安全性。再生制动与电阻制动的制动原理相似，主要利用电机反向磁场产生的电磁力作为电制动力。再生制动和电阻制动的区别是发电机发出的电能消耗在电阻上时是电阻制动，反馈到电网是再生制动。再生制动和电阻制动都是利用铁路制动电磁铁和轨道电磁制动器来实现车辆制动的，而机械制动利用的是摩擦力的作用，借助压缩空气提供动力而实现对车辆的制动。通常情况下，地铁车辆先进行再生制动，在此过程中，制动牵引电机将动能转化为电能，并将转化的电能并入电网，将再生电能传递给其他车辆，通过动能与电能之间的转化实现其他车辆的电阻制动。在地铁车辆运行中，这三种制动是相互配合、共同作用的，为地铁车辆的安全运行提供保障。
2地铁车辆牵引系统的构成
在地铁的设计中，在进行配置的时候，有两台受电弓，分别为不同的动力单元提供动力需求，这样设计的目的是为了防止故障的发生，有效的防止因为其中一台机器发生故障后另一台机器受到影响，从而影响到逆变器的正常运转。在现在的技术领域中，只有这一种设计形式能够确保当一台受电弓发生故障时逆变器能够正常工作。但是，地铁车辆电气牵系统的容量低，如果不采取动力设计的方法，当其中一台设出现故障时，无法保证另一台机器的正常运转。因此，两台受电弓在运行过程中，如果其中一台出现问题，地铁车辆的传送系统会自动断开出现故障的受电弓，并下达牵引指令，使受故障的受电弓能够在一定的时间内停止工作。从地铁车辆的电气牵引系统结构的整体分析，架构中还专门配置了牵引逆变器，在其断口处配备了支撑电容，电容存在的目的就是为了保证逆变器在运行的过程中能够安全的完成整个电压的输送过程，实现能量的缓冲。电容与滤波电抗器的有效结合，使得组成了一个完成的装置系统个，在这个装置下，使逆变器的稳定性得到了保证，使整个系统的电压处于一个稳定的状态。但是需要注意的是，逆变器装置中包含了斩波相控制器和逆变相控制器，在地铁车辆牵引过程中，直流电会被转换成三相交流电，利用此功能实现了电压与频率之间的调节性，二者相互制约，相互控制，从而发挥更好的功能。
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3系统控制分析
3.1牵引控制
列车ATO装置或者司机控制器向牵引逆变器发送牵引命令以及给定值，然后综合从制动控制装置接收到的信号，对列车实施牵引与控制。由于牵引系统配备有限速装置，待列车超过限定值时，系统将会自动封锁牵引力，此时牵引力降为0，直到速度符合标准以后再恢复。此外，当切除ATP时，系统也能发挥限速功能。除此之外，这一系统还能发挥高加速功能。在进行坡道救援时，此系统可以输出平时黏着系数1.15倍的牵引力，这样列车便能将停在最大坡道的故障列车推开，进而疏通铁路通道。列车还具有洗车运行模式，开启此模式后，列车能在限速内自动控制牵引系统，根据列车的时速自动切除与施加牵引力。
3.2矢量控制
矢量控制是系统控制当中的主要控制方法，在系统设计中利用矢量控制对电机的转矩进行精确的控制，能够有效实现防冲击控制，从而实现车辆的平稳加速和制动目标。在牵引或者是电空混合制动的工况条件下，如果轮对发生了空转或者是滑行的情况，轮轨间的黏着可以迅速恢复。利用矢量控制这种方式，对空转和滑行控制进行实现，可以更加充分地对轮轨间的黏着力进行利用，这样列车无论是加速还是制动，都会更加平稳。简言之，利用矢量控制这种控制方式，地铁车辆的电气牵引系统可以发挥更加完整的作用，从而保证列车在运行当中的平稳性，进而保障列车的形式安全。
3.3交流传动控制
目前，常见的变流技术除了牵引交流技术外，还包括冷却技术、隔离技术、光纤传输技术及低压母排技术等。这些技术都在地铁车辆电气控制系统中发挥着尤为关键的作用，合理应用这些技术，不仅能确保地铁安全地进行牵引工作，还可以较好地完成直流能量的交换。总之，交流传动控制技术是一种以逆变器为基础的集合技术，通过综合传动系统故障诊断与保护技术、电机控制技术等，能实现对电流互相影响的控制。此外，在地铁车辆运行期间，经常会出现线路复杂的问题，此时合理使用交流传动控制技术，便能有效解决这一难题。交流传动控制技术的使用充分发挥了异步牵引电机控制的作用。地铁车辆对运行与牵引控制的要求比较高，而交流传动控制技术不仅满足了地铁安全运行的标准，还达到了牵引控制的要求。
3.4直流供电冗余
直流供电冗余有直流供电装置容量冗余以及蓄电池容量冗余两个方面内容。在直流供电装置容量冗余方面，地铁上直流供电装置有两个，其容量为22kW，输出端存在有二极管以及接触器，借助二极管连接至相同直流母线。列车的直流负载仅为20kW，通过这种配置，即使一个直流供电装置存在问题，需要切断故障供电装置，也不会影响到整个列车直流负载的供电情况。在蓄电池容量冗余方面，蓄电池容量为180Ah，列车所有负载即使在仅蓄电池供电状况下，也可以在线路上实现一个往返的正常运营，在紧急情况下，蓄电池为应急通风逆变器供电，使列车通风机降频降压工作，为乘客提供新鲜空气，同时可以维持重要负载电力供应45min。
结语
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]白海波.地铁车辆电气系统中牵引与辅助系统的故障与检修［J］.科技与创新，2014（10）：27-28.
[2]杨扬.地铁车辆电气牵引系统的电气控制探讨[J].建筑工程技术与设计，2016，（5）：1624-1624.
[3]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):204-204．
[4]胡俩.地铁车辆电气牵引系统的设计及应用[J].住宅与房地产,2015,S1.
论文作者:王忠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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