軌道交通車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析

徐少哲

摘 要：近年來，我國軌道交通車輛技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，為人們的出行提供了方便，加快了人們的生活節(jié)奏。而在軌道交通車輛技術(shù)中，牽引控制技術(shù)負責(zé)為軌道車輛提供動力，是一項非常重要的環(huán)節(jié)。因此，有關(guān)軌道交通車輛牽引控制技術(shù)的研究力度不斷加大，相關(guān)專家及學(xué)者希望通過改進和完善軌道交通車輛的牽引控制技術(shù)，進而達到牽引控制的標準化、通用化、平臺化，促進我國軌道交通體系的進一步發(fā)展?；诖?，本文就圍繞軌道交通車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢展開研究。

關(guān)鍵詞：軌道交通車輛 牽引控制 控制技術(shù) 通信技術(shù)

中圖分類號：U22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（b）-0084-02

自18世紀出現(xiàn)蒸汽機車以來，經(jīng)過了兩個世紀的改進與演變，軌道交通車輛牽引控制技術(shù)發(fā)展到如今的交流傳動電力牽引方式。不僅使軌道交通車輛的運行效率得到飛躍性進展，而且大幅改善了技術(shù)性能和控制效果。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷改進創(chuàng)新，在接下來一段發(fā)展時期內(nèi)，軌道交通車輛牽引技術(shù)將朝著怎樣的趨勢發(fā)展，引起了專家學(xué)者及相關(guān)人員的關(guān)注和重視。

1 國際領(lǐng)域軌道交通車輛牽引控制的發(fā)展

一方面，蒸汽機技術(shù)的革新，為軌道交通車輛的運行提供了技術(shù)支撐；另一方面，為了滿足第二次產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展需要，第一條鐵路于18世紀正式問世，同時也代表著軌道交通領(lǐng)域取得了歷史性的突破。在長達兩個世紀的發(fā)展歷程中，鐵路車輛的牽引技術(shù)先后發(fā)生了多次變革，由最初的蒸汽機轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)燃機，再到后來的電力牽引，其中電力牽引階段又可分為交直傳動階段和交流傳動階段，在此過程中，牽引控制技術(shù)也發(fā)生了巨大的變革[1]。

在19世紀80年代左右的電力機車階段，所采用的牽引控制主要是直流供電方式；到了90年代，西門子將繞線式異步電動機應(yīng)用到軌道車輛的牽引控制中；20世紀初，德國率先將牽引控制中的單相電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟?；到?0年代，硅可控整流器的出現(xiàn)，對軌道車輛的牽引方式造成了巨大變革，牽引控制技術(shù)正式迎來電力電子時代。同時也標志著牽引動力的發(fā)展速度不斷加快；60年代，牽引控制動力轉(zhuǎn)變?yōu)榻恢眰鲃酉到y(tǒng)；70年代，牽引控制動力轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒綘恳姍C；直至20世紀80年代，交流傳動系統(tǒng)應(yīng)用到軌道車輛牽引控制中。

交流傳統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用到軌道車輛的牽引控制中，主要表現(xiàn)出如下幾點優(yōu)勢：其一，降低了供電網(wǎng)的電流諧波分量，電能反饋效率高；其二，電路簡單可靠，牽引控制更便捷；其三，控制電機的質(zhì)量輕、體積小，有助于簡化轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)；其四，牽引和制動效果好，還具備防空轉(zhuǎn)和防滑行功能[2]。

2 國內(nèi)軌道交通車輛牽引控制的發(fā)展

2.1 國內(nèi)軌道車輛牽引控制發(fā)展歷程

在軌道交通車輛牽引控制技術(shù)發(fā)展方面，自1958年，我國正式制造出6Y1型電力機車以來，我國一直都在遵循自主研發(fā)與技術(shù)引進互相促進的原則，取得了比較顯著的發(fā)展成果。從軌道車輛牽引技術(shù)的發(fā)展來看，我國的發(fā)展歷程與國際發(fā)展歷程相似，都是由交直電傳動方式逐漸向交流電傳動方式轉(zhuǎn)變。由交直傳動方式的“韶山”系列，到由內(nèi)燃機傳動的“東風(fēng)”系列，再到目前由交流電傳動的HX系列、CRH系列等高速列車。目前，我國軌道交通車輛的牽引方式也是以交流傳動方式為主[3]。

2.2 國內(nèi)軌道車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀

在當(dāng)前我國的軌道列車牽引控制體系中，主要包含通信技術(shù)、控制技術(shù)和保障技術(shù)三種。其中控制技術(shù)直接面向控制對象，綜合運用了數(shù)學(xué)、計算機、微電子等多學(xué)科技術(shù)，是列車牽引控制系統(tǒng)的核心，控制方法主要包括直接自控制、定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等；通信系統(tǒng)所運用的是開放系統(tǒng)，其主要功能在于，根據(jù)傳輸需要建立連接，為各級控制系統(tǒng)進行信息傳輸；保障技術(shù)需要具備可靠性、安全性、實效性等特點，其主要功能在于對系統(tǒng)性能進行檢驗，確保其符合運行要求[4]。

具體來看，當(dāng)前我國所采用的軌道車輛牽引，主要是交—直—交電傳動形式，所應(yīng)用的牽引設(shè)備主要包括主變壓器、變流器、電機及其他控制系統(tǒng)。在牽引主電路中主要有三相逆變電路、直流環(huán)節(jié)電路和網(wǎng)側(cè)電路。由車輛動輪與鋼軌之間，由車輪轉(zhuǎn)矩、輪重與輪軌材料相互作用產(chǎn)生附著力，而附著力為軌道列車提供牽引動力，帶動列車的運行?；谀K化的角度來看，列車牽引控制系統(tǒng)中，主要包含三個模塊，分別是列車控制模塊、車輛控制模塊和傳動控制模塊。其中，列車控制模塊的主要負責(zé)范圍包括：對列車的狀態(tài)加以監(jiān)測，并及時診斷列車運行過程中出現(xiàn)的故障，該模塊具有邏輯選擇功能、牽引和制動協(xié)同功能、安全導(dǎo)向功能、信息記錄功能等；而車輛控制模塊的主要功能在于，對列車的動力單元加以監(jiān)測和控制，并及時對故障進行診斷；傳動控制系統(tǒng)的控制范圍主要包括逆變器、異步牽引電動機、脈沖整流器等，另外，傳動控制系統(tǒng)還具備空轉(zhuǎn)保護功能和滑行保護功能[5]。

3 軌道交通車輛牽引控制的發(fā)展趨勢

3.1 平臺化、網(wǎng)絡(luò)化

近年來，世界范圍內(nèi)影響力較大的軌道列車牽引控制系統(tǒng)的供應(yīng)商，紛紛在車輛牽引控制中結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并先后開發(fā)了牽引控制系統(tǒng)平臺，如西門子的SIBAS32、南車株洲電力公司的DETESC等。具體來看，產(chǎn)品平臺化主要指的就是，對市場發(fā)展趨勢進行分析，根據(jù)主要用戶需求，明確產(chǎn)品平臺的功能定位和改進目標；與此同時，還要將產(chǎn)品的功能性進行細致劃分，對產(chǎn)品功能加以模塊化管理。

3.2 信息化、智能化

隨著軌道交通系統(tǒng)的游客數(shù)量不斷增加、列車的編組方式愈加豐富多變，加大了軌道交通的管理難度，在此形勢下，迫切需要結(jié)合信息化技術(shù)，對列車的各方面信息加以實時控制，具體包括重聯(lián)控制信息、狀態(tài)監(jiān)視信息、狀態(tài)診斷信息、邏輯控制信息等。

3.3 模塊化、標準化

軌道列車的平臺化，為其標準化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為了能夠滿足用戶更加多元化的需求、改善控制效果，軌道車輛牽引控制系統(tǒng)會朝著模塊化的趨勢發(fā)展。在模塊化下，軌道車輛牽引系統(tǒng)的可靠性能將會大幅度提升，而且能夠?qū)κ袌鼍哂懈鼜姷姆磻?yīng)速度，達到降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品運行效率的作用。

4 結(jié)語

本文主要圍繞軌道交通車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢展開研究。首先，本研究分別整理了當(dāng)前國際范圍內(nèi)軌道交通車輛牽引控制的發(fā)展歷程、我國軌道交通牽引技術(shù)的發(fā)展歷程，隨后對當(dāng)前的牽引控制技術(shù)特點進行全面的分析，最后對軌道交通車輛牽引控制的發(fā)展趨勢進行了展望。以期通過本研究，能為牽引控制技術(shù)的改進與完善提供可借鑒性依據(jù)，進而推動我國軌道交通車輛牽引控制技術(shù)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 王治國，鄭澤東，李永東，等.軌道交通車輛牽引電傳動系統(tǒng)的調(diào)制與控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報，2016，31（24）：223-232.

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[3] 趙建麟，黃慧建.寧波市軌道交通2號線一期列車車門故障分析及控制邏輯改進[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2017（7）：14-17.

[4] 莫堅.軌道交通車輛交流牽引傳動互饋試驗平臺的研究與設(shè)計[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2016（4）：195-196.

[5] 朱圣瑞.武漢軌道交通2號線車輛電空制動控制技術(shù)及應(yīng)用[J].鐵道機車車輛，2015，35（3）：110-114.endprint