城市轨道交通车辆电气系统的研究

李炳奇 张迎

摘 要：近些年随着各大城市的交通状况愈发严峻，城市轨道交通凭借其具有美化市区环境、缓解交通堵塞现象以及支持城市布局结构优化等特点，在我国获得了越来越广泛的应用。城市轨道交通车辆具有的独立行驶轨道、电力牵引装置以及技术领先的信号控制系统等等技术优势，明显优越于其他交通方式，深得广大人民群众的喜爱。

关键词：轨道车辆；电气系统；辅助供电系统

一、前言

隨着社会需求的加大以及种种技术不断进步，城市轨道交通车辆也随之迅速发展。城市轨道交通是城市公共客运系统的一种，具有速度快、容量大等特点。城市轨道交通车辆需要借助电力驱动依托轨道运行，通过列车编组等方式在市区内快速行驶。本文主要研究了城市轨道交通车辆的电气系统的各个组成系统。

作为城市轨道交通车辆的重要系统和先进技术，电气系统在保证司乘人员旅途安全性以及舒适性的同时，自身的技术也得到了长足的进步以及长远的发展。比如说轨道车辆电气控制系统从继电器的控制上升到PLC控制，达到了信息化、智能化的极速飞跃；而轨道车辆的电气控制设备也从最基本的照明、压力保护设施、电开水炉以及摇头风扇升级到空调机组等等的车内外设施，实现了节能环保；同时轨道车辆电气控制系统的电源技术先后经历了轴驱发电机供电、柴油发电机组供电、机车直供电等安全可靠的供电系统和越发先进的技术，种种的一切都提升了司乘人员旅途中的舒适安全度。

二、城市轨道交通车辆电气系统的组成

城市轨道交通车辆电气系统主要由四大部分组成，它们分别为：城市轨道交通车辆牵引与制动控制系统，城市轨道交通车辆辅助供电系统，城市轨道交通车辆车门控制系统，城市轨道交通车辆牵引传动系统。

1.城市轨道交通车辆牵引与制动控制系统。牵引与制动控制系统是城市轨道交通车辆中必不可少的组成部分，牵引与制动控制系统技术也是城市轨道交通车辆控制技术核心之一，该复合制动控制系统主要包括摩擦制动、空气制动、电制动以及制动指令系统。要知道，轨道车辆的牵引制动能力强弱会直接影响到轨道车辆的运行安全及运输能力。因为城市轨道交通车辆两个站点间距短及停车频繁等特性，为缩短轨道车辆行驶时间来增强运输性能，所以轨道车辆必须可以拥有较高的制动减速度。而城市轨道交通车辆最常采用减速度控制技术，制动指令需要通过电气系统才能完成，也就是说制动系统必须按照电气系统减速度的指令要求来施加制动力。司乘人员在站台两侧固定区域上下车，因此要求轨道车辆的停站方位必须准确，为了达到这一目的，ATO系统或者司机会按照停车距离长短来给定车辆电气系统减速度指令，这就要求轨道车辆在制动过程中一定能够根据减速度命令来快速产生相应程度的制动力。

2.城市轨道交通车辆辅助供电系统。城市轨道交通车辆的辅助供电系统主要负责除了牵引系统主电路之外其余装置的供电工作，照明的电源、牵引、制动控制装置的控制电源、空调通风装置电源、通信信号装置电源等等都要通过辅助供电系统来工作。轨道车辆的辅助供电系统主要由直流供电系统和三相交流供电系统构成。其中的直流供电系统组成部分为由充电机、整流装置、蓄电池以及直流用电设备，通过充电机和蓄电池来提供电；而三相交流供电系统的主要组成部分为电热器、协助变流器以及三相辅助设备电机等种种交流负载设备，该系统由辅助变流器提供电。

由此可知，对于轨道车辆的正常运行情况，辅助供电系统本身的安全能力和可靠程度便格外的重要。因此这就需要在轨道车辆设计时期，对辅助供电系统的组成以及功能性要求种种进行详细的调查与分析，最终要选择出合适的设备、以及相应的参数来构建安全能力和可靠程度最佳的辅助供电系统，以此来满足轨道车辆运行需求。

要想辅助供电装置的低损耗、高效率的特性发挥出来，就需要实现供电装置的高频化。供电装置的高频化还可以实现节能环保，减小所占空间以及减轻重量。因为供电装置高频化不仅仅可以降低了变换器的体积，增大性价比，还可以将瞬时响应速度提到极致，这样可以抑制辅助供电装置产生的噪音，因此研究开发出更加高频化的辅助供电装置并投入生产应用也已成为新型技术发展趋势。

3.城市轨道交通车辆车门控制系统。城市轨道交通车辆的车门控制系统的控制对象主要包括各个车门的开和关。它们都是由控制电路、执行机构和不同的机械结构即控制开关组成。由于各个控制对象的模块信号采集电路都要与相应的执行机构连接，因此必须要考虑不同受控对象的机械组织。要想实现门的开关，重点是中央控制模块和子系统控制模块，轨道车辆总线连接着中央控制以及本单元控制，轨道车辆总线则是通过总线的收发器同各子系统传递控制数据和信息数据等，以此协助各子系统完成相应的功能，控制部分车门的开和关的状态。

4.城市轨道交通车辆牵引传动系统。城市轨道交通车辆对牵引传动系统的稳定性、安全性以及可靠性要求颇高，轨道车辆往往以固定的编组模式营运，具有两站间距离短，中间停靠站数量多，两站间运营时间少，因此轨道车辆的牵引传动系统的运行能力必须能够满足上述情况，并且具有较强的短时过载、断续工作能力等。轨道车辆的牵引传动系统的选择是体现轨道车辆技术水平最为重要的标志，而因为牵引传动系统的设计会涉及到国内外各个企业的利益、对市场与竞争影响非常大，因此核心技术的设计部分基本都是由国外的企业完成，尽管美名其曰“合作”关系，但是不难看出我国还未能真正实现牵引传动系统的国产化。

三、结语

城市轨道交通的建设从规划一直到运营，过程需要建筑制造以及管理等多方面多个领域技术。随着电力方向以及控制技术的不断发展，我国迫切需要研发出“高效、环保、节能”的城市轨道交通技术并且生产投入使用。这其中作为城市轨道交通车辆技术水平的标志——轨道车辆电气系统急需采用更加智能以及高效的技术，来满足我国城市轨道交通的迫切需要，其市场前景及其广阔。

参考文献：

[1]郭晓燕 铁道机车的辅助电源系统 《机车电传动》-2008年第4期.

[2]杨丹燕 低地板轻轨车辆辅助电源系统隔离方案的分析 《电气技术》-2007年第1期.