城市軌道交通車輛牽引電源系統(tǒng)分析

冀建忠?李璐

摘 要 提出城市軌道交通車輛牽引電源系統(tǒng)，需要運(yùn)用VFF控制技術(shù)，成功達(dá)到車輛負(fù)載供電，逆變模塊可以對車輛運(yùn)行狀態(tài)控制目標(biāo)。闡述VVVF控制技術(shù)及其控制原理方式基礎(chǔ)之上，提出軌道交通車輛牽引逆變器電路，為滿足目前城市軌道交通車輛控制需求研究提供參考意義。

關(guān)鍵詞 牽引電源系統(tǒng);冷卻系統(tǒng);軌道交通車輛

牽引逆變器對于城市軌道交通車輛來說是不可或缺的重要“心臟”，換言之牽引逆變器的性能優(yōu)劣程度，直接與車輛的運(yùn)行性能、能耗、能力等情況密切相關(guān)，所以設(shè)計(jì)軌道交通車輛牽引逆變器至關(guān)重要。目前我國在城市軌道交通車輛主要采用了兩種供電制式，分別為DC750V供電制式、DC1500V供電制式兩種[1]。結(jié)合國內(nèi)軌道交通車輛的牽引電源系統(tǒng)特點(diǎn)，分析研究了牽引逆變器主電路。

1VVVF控制技術(shù)

如今我國的城市軌道交通車輛的運(yùn)行牽引動力，基本都是由三相異步交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，但是由于城市軌道交通運(yùn)輸列車并未產(chǎn)生較大運(yùn)行功率和供電半徑，所以并不需要較高的供電電壓。再加上從電壓損失方面，直流制損失要小于交流制，并且目前城市軌道交通供電線路又多處于建筑群內(nèi)，所以不可以有過高供電壓[2]。因此需要運(yùn)用牽引逆變器，來滿足軌道交通車輛運(yùn)行電能轉(zhuǎn)換，VVVF控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)階段軌道交通車輛牽引電源系統(tǒng)中。該控制技術(shù)包括了兩類，一類是分隔VV、VF，VV可以對直流電壓幅值有效改善，VF可以對頻率有效改善，該類技術(shù)方法也被稱之為PM技術(shù)方式[3]。另一類是VV集中VF在逆變器內(nèi)共同完成，實(shí)現(xiàn)了不可控整流器與直流電壓恒定技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，該類技術(shù)方法也被稱之為PWM方式[4]。

2VVVF控制原理方式

2.1 VVVF控制原理

對于城市軌道交通車輛的交流異步電機(jī)來講，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的決定公式如下：

式中：電機(jī)極對數(shù)用P表示;電流頻率用f表示。

轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)磁場二者之間形成的轉(zhuǎn)差公式如下：

式中：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速用nM表示。

2.2 VVVF控制方式

在應(yīng)用VVVF控制技術(shù)中，可以通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩（S），想要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)途徑主要包括兩類：對磁極對數(shù)P做出針對性改變，適當(dāng)調(diào)節(jié)電流頻率f值，作為變頻調(diào)速主要任務(wù)。在調(diào)速控制過程中需要對電流頻率充分調(diào)節(jié)，所以需要考慮定子繞組反電動勢造成的定制電流、磁通影響。定子繞組反電動勢的有效值表達(dá)公式如下：根據(jù)上述公式在降低f值時，E值也會隨之降低，增加U（電源電壓）及E（反電動勢）兩值的差值，增加定子電流。假若想要確保E/f為常數(shù)值，需要確保不改變磁通值，U、E兩數(shù)值近似，也就是可以在調(diào)速過程中，對電源、電流頻率進(jìn)行調(diào)整，即VVVF。

3牽引逆變器架控主電路設(shè)計(jì)

3.1 架控主電路

在架控主電路設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)2個牽引逆變器模塊，每隔模塊包括支撐電容器、IGBT元件、脈沖分配板、驅(qū)動板、低感母排，電壓傳感器、DCU、電流傳感器、放電電阻。作為單變流器模塊異步電機(jī)共2臺。

3.2 電路參數(shù)設(shè)計(jì)

與城市交通車輛的運(yùn)行性能需求結(jié)合，需綜合考慮車輛加減速度、載重、車速、輪徑、牽引力等指標(biāo)，進(jìn)行線路仿真對牽引電機(jī)功率加以確定。

4結(jié)束語

與目前我國軌道交通車輛的供電制式、車輛運(yùn)行、控制各項(xiàng)性能需求相結(jié)合，通過提出牽引逆變器并對其原理及VVVF控制方式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠提高研制效率，并且牽引逆變器能夠滿足軌道交通車輛的運(yùn)行可靠、可維護(hù)等性能指標(biāo)需求，為其他相關(guān)設(shè)計(jì)研究提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 翁星方，鄒檔兵.城市軌道交通車輛牽引逆變器的技術(shù)發(fā)展[J].機(jī)車電傳動，2012，（1）：47-51.

[2] 杜繼光，焉文海.淺析城市軌道交通車輛牽引逆變器的設(shè)計(jì)[J].工程技術(shù)（引文版）：77.

[3] 陳虎，王洪蓮.城市軌道交通車輛牽引逆變器的技術(shù)性發(fā)展路徑分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017，（7）：99-100.

[4] 吳浩，王泉，王睿軼，等.城市軌道交通車輛系統(tǒng)牽引逆變器專用測試平臺研究[J].城市軌道交通研究，2017，20（12）：83-86.