地铁车辆电气牵引电气控制探讨

杨伟明

[摘 要]电气牵引传动作为地铁车辆控制系统的核心组成部分，对车辆的牵引及制动进行有效控制，保障车辆运行安全。因此，日常的车辆检修工作要对其电气系统要格外重视。本文主要对地铁车辆电气牵引电气控制方面进行分析，以供参考。

[关键词]地铁车辆；电气牵引系统；电气控制

中图分类号：S475 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0195-01

一、车辆的电气牵引系统构成

地铁车辆一般会配备两台受电弓，这样能够防止一台受电弓故障时引发牵引逆变器和辅助逆变器停止工作的情况出现。同时还可以保证单元车的辅助逆变器仍能正常工作。由于容量有限，仅用一台受电弓不能完成动力单元的供给。所以在其中一台受电弓出现故障的时候，车辆传送系统将会断开故障受电弓一侧的牵引逆变器指令，从而使其在一定时间内停止工作。车辆的电气牵引系统中配备有牵引逆变器，逆变器的输入端有支撑电容，该电容主要作用是保证逆变器输入电压的稳定，起到能量缓冲的作用。同时，滤波电抗器与电容组成一个装置，此装置能够保证系统电压的稳定，确保逆变器的正常工作。在逆变器装置中，包含了逆变箱逆变器和斩波相控制器。牵引的过程中，直流电将被转化为三相交流电，实现频率和电压的可调性，从而完成对牵引电机的控制。逆变器的冷却使用的是热管散热器，其主要是通过业态介质的状态变化来实现热量的吸收和释放。这种利用液态介质的冷凝和蒸发的性质来实现热量排放的方法，对于环境没有污染，且其结构十分简单，运行和维护工作将能节省很多时间，能有效保证散热工作的正常开展。

二、地铁电气牵引系统的系统集成技术

地铁电气牵引系统本身就是一个集成技术，包括了系统电路和架构、参数匹配合格优化、系统逻辑控制和故障提示保护、系统特性及故障诊断记录等多项系统技术。通过这种集成技术所构建而成的地铁车辆电气牵引技术主要采用IGBT器件的大功率逆變器，也就是异步鼠笼电动机，将此设备设置为地铁车辆的交流传动系统。这种性能较高的交流传动系统更加符合TCN的车载网络控制标准，同时更加适合地铁车辆的故障诊断系统，能够有效的为地铁车辆的变流器做辅助。这种技术不但反应更加快速，而且使用起来安全可靠，能够有效的避免出现空转和滑行等现象，保持在地铁车辆牵引中，电气制动先行的特点。

三、地铁电气牵引系统的变流技术

地铁车辆电气牵引技术包括了牵引变流技术，此技术以大功轴半导体器件作为基础，也是一项全新的变流技术。同时，变流技术还包括IGBT元件驱动与保护技术、叠压低感母排技术、光纤传输与隔离技术、冷却技术、基于可编程逻辑器件的脉冲分配技术等，这些技术的应用能够在保证地铁车辆安全实施牵引工作的前提下，完成直流能量的变换工作。这种地铁车辆电气牵引系统中的变流技术将水作为冷却的媒体，通过散热管和自然风冷却技术辅助，不但线路相较于其他变流技术更加简洁，而且后续的维修方便性也远远高于传统的变流技术。系统的负荷能力更强，更能有效的保证地铁车辆的安全可靠牵引制动。

四、地铁电气牵引系统的交流传动控制技术

除了地铁电气牵引系统中的变流技术，交流传动控制技术也为地铁的牵引控制系统做出了贡献。这种交流传动控制系统是一种基于逆变器暨异步电机控制技术、粘着控制技术、参数辨识技术、传动系统故障诊断与保护技术等组合而成的一种集合技术。地铁交流传动控制技术能够有效的克制控制对象的电流相互影响的现象，并且还解决了地铁线路运行过于复杂的问题，将异步牵引电机控制理论变得更加具有实用性，从而满足地铁列车安全运行和高精度的控制要求。

五、地铁电气牵引系统的列车控制和诊断技术

以上地铁电气牵引传动系统的核心技术，都是帮助地铁更好地完成牵引和控制的工作，而在地铁的电牵引系统中，同时也包括对地铁列车的控制和诊断技术。这项技术从电流分析出发，用于实时监控和诊断地铁列车的运行状态、出现的故障以及完成在线调试的工作。不但能够保证地铁列车的安全运行和牵引，还符合现阶段城市轨道交通环境恶劣、流动性较大的要求。有效的帮助地铁线路中心控制部门实头现对地铁列车的监控和故障诊断工作，使地铁列车的运行和牵引相关要求标准，实现地铁列车的安全运行。

六、电气控制

（一）牵引控制

在车辆运行的过程中，牵引逆变器会受到来自于司机控制器或是制动装置发出的牵引指令，并结合制动控制装置对其它信号的接收，完成对车辆的牵引控制。由于车辆的速度不会受到系统的限制，所以车辆速度超出一定界限的时候，系统将会将牵引力降到零并对其进行封锁。在车辆的速度回到正常范围内后，封锁将被解除。另外，在没有ATP的情况下，车辆的限速功能也将正常工作。因为车辆的高加速功能会在遇到坡道时被启动，所以在车辆遇到坡道的时候，系统会提供与坡度相当的加速度，从而保证车辆的正常速度。

（二）电制动控制

一般情况下，列车制动分为电制动和摩擦制动，其中电制动又分为再生制动和电阻制动两种。

制动优先级为：第一优先：再生制动。第二优先：电阻制动。第三优先：摩擦制动（拖车优先补充摩擦制动）。而在电制动中，通过电网对再生能量的吸收是主要的方式，并且这一过程会受到牵引逆变器控制单元的监控。在电网没有足够的能力吸收电能的情况下，电网电压将会增人，这时斩波器会在牵引控制单元的控制下开通。在电容器的端电压达到一定值的时候，制动电阻将会吸收多余的能量，并将这些能量转化为热能排放到空气中。空气制动作为一种辅助的存在，主要是在电制动力不足时，辅助补足制动力和紧急制动情况下使用。

混合制动概念。①再生制动与电阻制动的混合。只要电网有吸收能力，制动能量必须以再生电流的形式反馈回电网，辅助系统也应能吸收一部分再生能量。线网及辅助系统无法吸收的制动能量消耗在制动电阻上。牵引系统在高速断路器前设置线网电压检测装置，实时检测电网的供电状态，检查其吸收能力。当电网电压上升到约1800VDC（如：电网不能再接受多余的能量时），电阻制动斩波运行，启动电阻制动，进行再生和电阻制动的混合制动。在逆变器功率模块前设置电流检测装置，控制电阻制动的功率，确保既吸收多余的再生制动能量，又可以防止电阻吸收线网能量。②电制动与摩擦制动的混合。正常情况下（网压1500V及以上、粘着正常要求下），在AW2负载及速度低于90km/h时，电制动应能完全满足整列车的制动力要求；在高于AW2负载、速度大于90k耐h条件下，电制动尽可能满足整列车的制动力要求，摩擦制动仅用以补充电制动。机械制动开始补偿时的列车速度应尽可能小，至少不大于6km/h（具体数值各项目不完全一致）。有车辆电制动失效的情况下，应首先用足列车上其它车辆的电制动，电制动力不足部分用摩擦制动力补偿，在整列车范围内摩擦制动力在无电制动的车辆上应平均分配。当制动系统故障导致总制动力不足时，应提供应急措施，并在司机室提供报警信息。

七、结束语

地铁车辆的控制系统当中，电气牵引传动统是—个地铁控制系统的核心，其能保障车辆的安全，实现车辆的牵引与制动，在地铁车辆的运行过程中，电气牵引系统扮演着重要的角色，起到了控制和诊断地铁列车故障的作用。具有相当重要的现实意义。所以日常的车辆检修工作要对其格外重视。而电气控制主要是牵引控制和制动控制，需要熟练掌握。

参考文献

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