現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)探討

楊華 胡彪

摘要：我國城市化建設不斷加快的同時，對于城市交通帶來了巨大的壓力。城市化建設不斷發(fā)展的過程帶給道路交通的壓力也不斷增大產(chǎn)物，軌道交通為城市交通提供便利。電氣牽引技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通非常關(guān)鍵技術(shù)之一，主要作用是確保軌道交通車輛有足夠的電力驅(qū)動力，提高軌道交流運行的平穩(wěn)性?，F(xiàn)階段軌道交通的快速發(fā)展要求電氣牽引技術(shù)也需要不斷完善。以下是文章對現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)的應用情況經(jīng)分析，目的是強化該技術(shù)的應用效果，進一步推動我國軌道交通的迅速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代軌道交通;車輛電氣牽引技術(shù);電力驅(qū)動;城市交通壓力;牽引系統(tǒng)

一、前言

現(xiàn)代軌道交通不可缺少的技術(shù)之一就是電氣牽引技術(shù)，電氣牽引技術(shù)主要為現(xiàn)代軌道交通車輛要想正常運行就需要有足夠的驅(qū)動力，而電氣牽引技術(shù)的主要作用就是為其提供電氣驅(qū)動[1]。該技術(shù)對于現(xiàn)代軌道交通來說是非常重要的。電氣牽引技術(shù)具有較強的可控制性，能確保車輛穩(wěn)定運行。因此成了現(xiàn)代軌道交通不可缺少的制動方式。

二、現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)分析

一種牽引電動機利用多對致動器被電激勵而產(chǎn) 生周期步進牽引使電動機軸有力的旋轉(zhuǎn)或線性定位。因無滑動摩擦從而機械效率高和壽命長。各致動器受高效電激勵系統(tǒng)而定位比較大面積的牽引元件[2]。各壓電致動器具有多層剪切變形的壓電材料。不需常規(guī)的軸承和潤滑劑，能滿足于工作在強磁場和強離子輻射環(huán)境。該牽引電動機能從微觀級到很大 等級的范圍，已證實定位精度為毫微米級。城市化建設不斷加快的同時，對交通運輸行業(yè)也帶來了較大的壓力?，F(xiàn)代軌道交通是科學技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，在很大程度上可以解決城市交通緊張的問題。電氣牽引技術(shù)作為現(xiàn)代軌道交通關(guān)鍵技術(shù)之一[3]，起到的作用是非常顯著的。以下是本文對該技術(shù)的具體分析。

（一）電氣牽引技術(shù)控制系統(tǒng)分析

軌道交通車輛中的電氣牽引技術(shù)是非常重要的，在電氣牽引技術(shù)的輔助下可以實現(xiàn)數(shù)字控制到計算機控制的轉(zhuǎn)變。在計算機控制系統(tǒng)的幫助下，可以對軌道交通車輛的運行方式進行監(jiān)控，因此，該控制方式帶有較強的信息化特征。計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢較多，其中較為顯著的優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)自我檢查和自我控制。計算機控制系統(tǒng)尤其是在交流傳感式軌道交通車輛中得到了更加廣泛的應用?，F(xiàn)代軌道交通車輛中在使用電氣牽引技術(shù)時，離不開多重微機，高水平自動化控制的實現(xiàn)離不開多重微機的輔助[4]。計算機控制系統(tǒng)是電氣牽引技術(shù)中非常重要的部分，可主動控制牽引信號的輸入和輸出，在信號處理器的輔助下，實時控制車輛牽引。計算機控制系統(tǒng)起到的作用是非常巨大的，對整個電氣牽引技術(shù)來說，主要起到整體性作用，在計算機控制系統(tǒng)的輔助下可以為電氣牽引系統(tǒng)提供完整性的配置。其中計算機控制系統(tǒng)中非常重要的部分就是相應軟件，在具體軟件的支持下，可開展多項任務，如驅(qū)動任務、通信任務等。計算機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對全部軌道交通車輛控制的前提就是依靠管控電氣牽引技術(shù)中的諸多模塊，不同模塊相互組合形成了集成化的控制系統(tǒng)。

（二）電氣牽引技術(shù)主要元件分析

現(xiàn)代軌道交通車輛中的電氣元件需要在電氣牽引中反復磨合，在不斷磨合的過程中可以提高各個元件之間的配合程度[5]。其中電氣牽引技術(shù)中涉及的元件類型較多，其中比較重要的電氣元件有斷路器、受電器以及接口電器。

1. 電氣牽引技術(shù)中的斷路器

斷路器是電氣牽引技術(shù)中不可缺少的重要元件。緊急阻斷是斷路器的主要功能。斷路器在現(xiàn)代軌道交通車輛中的潛力巨大。特別是電氣牽引技術(shù)越來越高的信息化程度，導致斷路器在市場上的占有率不斷攀升。電氣牽引技術(shù)中有效應用斷路器在電氣牽引技術(shù)中的妥善應用可促使制動分段時間顯著降低，能在最短時間內(nèi)對軌道交通進行控制和調(diào)節(jié)，將電流阻斷時的危險系數(shù)明顯降低[6]。斷路器在電氣牽引技術(shù)中的應用越來越完善，能進一步提升電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車輛中的應用效果。其中斷路器工作原理圖見圖1。

2. 電氣牽引技術(shù)中的受電器

電氣牽引技術(shù)中重要的元件之一就是受電器，現(xiàn)代軌道交通車輛對于受電器有較高的要求，因此受電器要想在電氣牽引系統(tǒng)中發(fā)揮自身的作用，首先需要確保自身的性能優(yōu)良，滿足第三軌穩(wěn)定滑動的要求[7]?，F(xiàn)代軌道交通車輛的運行速度不斷加快，此時需要受電器的第三軌穩(wěn)定要求符合相關(guān)規(guī)定，只有這樣才能確保電氣牽引自身受力在安全范圍之內(nèi)，避免磨損值較大問題的發(fā)生，受電器直接影響電氣牽引技術(shù)的受力情況，只有在牽引受力平衡的情況下，才能保障受電器的強度和性能符合要求。自調(diào)節(jié)受電器是目前我國積極研發(fā)的新型受電器，此種類型的受電器配合電牽引技術(shù)，具有較強的穩(wěn)定性，可將受電器在電牽引系統(tǒng)中的壓力極大緩解。其中受電器工作原理圖見圖2。

3. 電氣牽引技術(shù)中的接口電器

接口電器需要與電氣牽引技術(shù)要求相一致，只有這樣才能保障接口電器在現(xiàn)代軌道交通車輛中發(fā)揮原本的作用[8]。現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引中常見的問題就是接口電器的不匹配性。因此，基于該方面的問題需要進一步提高接口電器與電氣牽引技術(shù)的高度匹配性，以免因接口電器影響電氣牽引技術(shù)有效性的體現(xiàn)。

（三）電動機交流式牽引技術(shù)分析

現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)離不開電動機的大力輔助，永磁電機在電力牽引技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，因此，要想確保電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車輛中的應用效果，就需要保障電動機性能的良好。永磁電機有較高的效率，它的額定效率可以達到最新國標的1級效率，與三相異步電動機香波，效率提升了3%～5%，低負載效率提升更加明顯。此外永磁電機功率因數(shù)、節(jié)能回報較高，所需電流較小，不需要無功補償，可以減少變壓器和電纜等設施的投資。永磁電機溫升較低，有較高的啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力，控制性能較好，因此被應用現(xiàn)代軌道交通車輛中，無疑對電動機交流式牽引來說壓力是巨大的。為了將電動機使用的穩(wěn)定性進一步提升，就需要加大在電動機交流式牽引技術(shù)上的資金投入和技術(shù)投入，可采用IBGT逆變模式滿足電動機交流式牽引技術(shù)的供電需求，此種供電模式可確保電牽引技術(shù)的正常應用，促使我國的電氣牽引技術(shù)水平進一步提升。

（四）復合型弓網(wǎng)系統(tǒng)分析

復合弓網(wǎng)系統(tǒng)中的接觸軌結(jié)構(gòu)為新型鋼鋁復合材質(zhì)，該材質(zhì)取代了之前的銅材質(zhì)接觸軌。此種新型接觸軌材質(zhì)與原來的接觸軌材質(zhì)相比，電阻數(shù)值更小，導電率跟高，載流量更大，耐磨性更好，使用壽命更長，制作成本更低。受電弓結(jié)構(gòu)中的滑塊為滲金屬碳復合材料，此種材質(zhì)的滑塊壽命可以達到5～25萬公里，相比之前的受電弓材質(zhì)更加可靠。

三、現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)

現(xiàn)代軌道交通車輛采用的牽引系統(tǒng)為電氣牽引系統(tǒng)是LCU無觸點邏輯控制系統(tǒng)，該控制單元下可以實現(xiàn)無觸點控制，能確保軌道交通車輛電氣控制線路的可靠性?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)和微計算機技術(shù)是LCU不可缺少的技術(shù)，該控制單元下取代了軌道交通車輛牽引系統(tǒng)中原有的低壓電器和迂回線路，具有控制靈活、編程便捷、布線直觀以及檢修方便等優(yōu)勢。立足LCU無觸點邏輯控制系統(tǒng)來分析，現(xiàn)代軌道交通車輛對電氣牽引系統(tǒng)有了具體的規(guī)定。

（一）0～43.33 km/h是電氣牽引技術(shù)恒定引力范圍，在恒定壓力范圍下需要配合一定的速度，其中43.33～65 km/h所要配合的恒定速度。通常情況下軌道交通車輛的恒定牽引力一般在345 kN，自然牽引力一般為230.5 kN。

（二）電制動力需要與電氣牽引系統(tǒng)高度配合，保障電制動力按照穩(wěn)定的速度運行，避免電制動力因素影響現(xiàn)代軌道交通車輛的正常運行[9]。

（三）合理設置軌道交通車輛中的電氣牽引運行模式，可以依據(jù)列車荷載自動調(diào)節(jié)電氣系統(tǒng)的牽引力，構(gòu)建出在荷載范圍內(nèi)的牽引規(guī)范。電氣牽引技術(shù)與前期牽引系統(tǒng)兩者之間的關(guān)系是非常密切的，現(xiàn)代軌道交通車輛中合理運用電氣牽引系統(tǒng)可將電氣牽引技術(shù)的作用有效發(fā)揮，反過來在電氣牽引技術(shù)的幫助下，有可以確保電氣牽引系統(tǒng)的可靠性。其中電氣牽引系統(tǒng)見圖3。

四、現(xiàn)代軌道交通車輛牽引中電氣控制分析

現(xiàn)代軌道交通中不可缺少的環(huán)節(jié)之一就是電氣控制。軌道交通車輛在正式啟動時，在電氣牽引技術(shù)的支持下，借助電氣控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)電能和動能之間的轉(zhuǎn)換。電氣控制對軌道交通車輛連接電網(wǎng)系統(tǒng)來說可以起到一定的約束作用，能確保電動馬達的合理性，以免電動馬達在不合理的情況下，出現(xiàn)電能消耗過多的問題?，F(xiàn)代軌道交通車輛牽引電氣控制中牽引傳動控制非常重要。一般情況下軌道交通車輛會提前制定運行方案，工作人員會嚴格按照擬定好的運行方案，確保車輛的正常運行。電氣牽引技術(shù)能力與軌道交通車輛運行模式和兩站之間的距離有重要的關(guān)系，因此，要確保電氣牽引技術(shù)與軌道交通車輛運行模式的高匹配性，對于電氣控制牽引傳動中的相關(guān)要求，需要工作人員嚴格對其進行控制，確保軌道交通車輛的正常運行，現(xiàn)階段我國的牽引傳動控制技術(shù)還存在相應的問題，因此需要國家政府有關(guān)部門加大對該領(lǐng)域的資金支持和技術(shù)支持，在借鑒國外牽引傳動控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情，設計出國產(chǎn)化的牽引傳動控制技術(shù)。在牽引傳動控制技術(shù)的有效支持下推動我國現(xiàn)代軌道交通的進一步發(fā)展。

五、結(jié)語

綜上所述，軌道交通車輛的出現(xiàn)極大緩解了城市交通的壓力，電氣牽引技術(shù)作為軌道交通車輛不可缺少的技術(shù)之一，對于軌道交通的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。以上是本文分析的電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車輛中的應用情況，希望對該領(lǐng)域的研究有一定的促進作用。

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