地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制探討

王鵬 新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著軌道交通技術(shù)的發(fā)展，我國無論在設(shè)備科技含量還是在配套的基礎(chǔ)設(shè)施方面都有了長足的進(jìn)步。在地鐵交通領(lǐng)域，作為軌道交通主要的動(dòng)力方式，電力牽引系統(tǒng)是地鐵高效運(yùn)營的關(guān)鍵，保障著乘客的安全正點(diǎn)到達(dá)與乘車的舒適與否。我國的高速軌道交通作為國家重點(diǎn)的建設(shè)項(xiàng)目，在電氣牽引系統(tǒng)、電氣控制上也有了較大程度的優(yōu)化。在此就地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)的電氣控制做簡要的闡述。

一、地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)的主要作用和構(gòu)成

（一）地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)的主要作用

電力牽引系統(tǒng)最早出現(xiàn)于19 世紀(jì)末，是通過電力系統(tǒng)通電后通過變壓、變相或換流等方式，對電力機(jī)車提供所需電能，最終完成牽引工作。其中要經(jīng)過牽引電能傳輸、配電等整套系統(tǒng)工作，牽引供電系統(tǒng)的工作效率主要是看牽引功率和電氣控制效果。地鐵建造的空間較小，相比火車，地鐵使用的車廂較短，乘客較少，停站密度大，乘客多數(shù)站立，因此，要求電氣牽引的控制系統(tǒng)相對較為穩(wěn)定。

（二）地鐵車輛的電氣牽引系統(tǒng)的主要構(gòu)成

電力牽引以電能為動(dòng)力的牽引方式是地鐵正常運(yùn)營的基礎(chǔ)，地鐵的電力牽引系統(tǒng)特點(diǎn)是利用地鐵運(yùn)行的架空線獲得電能，通過變壓傳導(dǎo)至牽引電動(dòng)機(jī)上，進(jìn)而使地鐵前行。電氣牽引控制系統(tǒng)分為牽引電器和列車電路，牽引電器的構(gòu)成分為：牽引電機(jī)、高壓箱、濾波電抗器、電子轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)等等。列車電路構(gòu)成為主電路、輔助電路、控制電路等等。隨著信息技術(shù)的升級與智能化手段的豐富，高智能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于控制電路，起到主要的管控功能。能夠根據(jù)列車的行駛情況以及司機(jī)的具體操作對整個(gè)牽引系統(tǒng)進(jìn)行控制，達(dá)到穩(wěn)定的恒流牽引、平穩(wěn)行駛、電阻制動(dòng)等目的。

二、地鐵車輛的電氣控制

（一）電氣牽引系統(tǒng)中的直流、交流傳動(dòng)控制

目前，地鐵電力牽引方式主要分為直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)兩種。直流電牽引電機(jī)較早應(yīng)用于電力牽引的一種牽引裝置，主要是由直流電網(wǎng)或直流發(fā)電機(jī)組成。由于使用的電源不同，直流電牽引又分為直——直、交——直牽引方式，直——直牽引廣泛的采用斬波調(diào)壓方式代替電阻調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)了對電壓的連續(xù)、平滑的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速。交——直牽引將交流變成可控直流的整流調(diào)壓，運(yùn)行時(shí)通過改變整流器的控制角，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的可調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)調(diào)速。這種系統(tǒng)的交流電網(wǎng)電壓很高，適用于大功率、長距離牽引。交流電牽引基于晶體管交流技術(shù)的發(fā)展，利用無整流子交流牽引電機(jī)的交流傳動(dòng)，使地鐵車輛更有效的實(shí)現(xiàn)牽引。相對直流牽引方式防空轉(zhuǎn)性能明顯加強(qiáng)，主電路設(shè)備與連線大幅簡化，換向器與電刷等設(shè)備不作為必須設(shè)備，減小了體積，節(jié)省了能耗，節(jié)約了成本，維護(hù)也相對簡單，因此交流電牽引在地鐵車輛中應(yīng)用更廣。

（二）電氣控制方式

地鐵車輛電氣控制常使用OCS750V 或1500V 電源，原理是將三相模塊逆變器電路穩(wěn)壓器或逆變器電橋轉(zhuǎn)換，加上牽引作用，直流電變?nèi)嘟涣麟?，在電弓作用或是滑塊作用的情況下，實(shí)現(xiàn)有效電動(dòng)能源的輸出，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與市場需求的引導(dǎo)，人們對地鐵平穩(wěn)高速運(yùn)行的要求越來越高，進(jìn)而整個(gè)運(yùn)行對于電氣控制的效果的要求也越來越高，小的電力輸出設(shè)備、變電設(shè)備應(yīng)用在電氣系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備的有效控制。

（三）牽引控制方式

地鐵車輛運(yùn)行過程中，逆變器接收到啟?？刂破骰蚴侵苿?dòng)裝置的牽引命令以及調(diào)度信號的遠(yuǎn)程控制指令完成對車輛的牽引控制。由于車輛運(yùn)行安全限制與設(shè)備的速度限制，牽引控制主要是對速度的控制，在車輛速度超速時(shí)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、封鎖限制等方式，牽引控制系統(tǒng)將減小牽引力至零，調(diào)節(jié)車輛的速度到限定范圍內(nèi)。如果遇到坡道，速度自然下降，牽引控制系統(tǒng)將提供保持規(guī)定速度的相應(yīng)牽引力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）制動(dòng)控制方式

地鐵交通車站的距離相對于其他軌道交通的方式來說，距離較短、啟停的頻率相對較高，變頻與制動(dòng)就成為地鐵車輛最經(jīng)常的作業(yè)模塊，車輛行駛過程中小的調(diào)速和停車都對車輛的平穩(wěn)運(yùn)行與速度提升帶來了更多的要求。為了提高列車的運(yùn)行速度，地鐵車輛在啟停的過程中，追求起動(dòng)提速快、制動(dòng)距離短的效果。因此，地鐵車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的主要依靠電制動(dòng)方式，輔助機(jī)械制動(dòng)方式，電制動(dòng)相對靈活迅速，制動(dòng)力大，對前后部車輛沖擊小，能夠保證車輛在規(guī)定的制動(dòng)距離、制動(dòng)方位實(shí)現(xiàn)安全停車，電制動(dòng)控制又分為再生制動(dòng)與電阻制動(dòng)，目前的地鐵車輛往往采用兩種制動(dòng)方式相結(jié)合的模式，保證制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的制動(dòng)減速。

三、結(jié)語

總之，地鐵車輛的電氣控制決定著車輛的安全穩(wěn)定行駛，穩(wěn)定的牽引、制動(dòng)，能夠保證乘客在短距離、高速運(yùn)行的列車內(nèi)感受到較為舒適與穩(wěn)定的乘車體驗(yàn)。另一方面，地鐵軌道交通在智能化技術(shù)應(yīng)用廣泛的今天，對于列車速度的調(diào)節(jié)，安全制動(dòng)的控制，突發(fā)問題的處理，通過數(shù)字技術(shù)與信息技術(shù)及時(shí)的操控電氣牽引系統(tǒng)，能夠使微機(jī)操控與人為操作做到有效的結(jié)合，做到及時(shí)的預(yù)判與有效的控制。我國的軌道交通在近十年有了長足的進(jìn)步，以高鐵事業(yè)的發(fā)展為首，實(shí)現(xiàn)了引進(jìn)來與走出去的飛速成長，相信在不遠(yuǎn)的將來，地鐵車輛在牽引系統(tǒng)等設(shè)備、技術(shù)領(lǐng)域，會(huì)實(shí)現(xiàn)不斷的優(yōu)化與水平的飛躍，實(shí)現(xiàn)地鐵車輛技術(shù)的國際領(lǐng)先。