節(jié)能技術(shù)在城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用

夏振東

◆摘? 要：隨著我國科技的迅猛發(fā)展，以及城市化規(guī)模的擴大，城市中開始廣泛普及軌道交通運輸形式。牽引傳動系統(tǒng)是軌道交通車輛中不可獲取的組成部分，節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于牽引傳動系統(tǒng)中，對軌道交通更長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要意義。本文基于此，先概述城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)，再提出城市軌道車輛牽引傳動系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施，以給相關(guān)軌道交通公司員工以參考。

◆關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù);城市軌道交通;車輛牽引傳動系統(tǒng)

時代向前邁進(jìn)，人們的生活變得輔助，動車、地鐵等成為大家日常出行常用的交通工具。同時，其也有助于促進(jìn)各地區(qū)文化交流、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等。國家從人們實際需求出發(fā)，基于城市軌道交通車輛載運量大、運行穩(wěn)定、速度快等特點，為高效利用城市空間和緩解交通堵塞現(xiàn)象，紛紛采取了將軌道交通車輛廣泛推行使用。而軌道交通系統(tǒng)車輛的牽引傳動系統(tǒng)是由高壓電氣回路、牽引變流系統(tǒng)等組成，其在車輛總能耗中占據(jù)重要部分。本文主要研究的就是城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

一、城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)概述

城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)分為電力牽引控制和電傳動系統(tǒng)主電路。①電力牽引控制，其指的是以電力機來驅(qū)動完成車輛牽引的傳動控制方法。其能夠?qū)恳姍C當(dāng)作控制對象，借由控制系統(tǒng)來對電動機速度、牽引力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)成車輛牽引和制動特性需求。其可分為直流、交流兩種傳動系統(tǒng)。直流傳動系統(tǒng)顧名思義就是以直流（脈流）來牽引電動機，而交流傳動系統(tǒng)則是以交流（同步、異步）來對電動機進(jìn)行牽引。②電傳動系統(tǒng)主電路，其大多時候是指一車輛單元牽引動力電路。是牽引箱、制動電阻箱、電抗器和電器開關(guān)等組成。

二、城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)措施

（一）采取最大轉(zhuǎn)矩電流比控制技術(shù)

隨著人們對能源消耗的重視，節(jié)能技術(shù)開始被支持應(yīng)用于城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)中，最大轉(zhuǎn)矩電流比控制技術(shù)能更好的提高工作效率，降低損耗，優(yōu)化性能。過去采用的矢量控制手段，其勵磁電流一般為給定恒定額定值，并不會根據(jù)負(fù)載變化來對勵磁進(jìn)行調(diào)整。如此，尤其基于輕載狀況，電機效率會變差。一定轉(zhuǎn)矩下，采用適當(dāng)控制方法來保持輸出電流的最小化，則不單單能提升電機效率，還能縮減和電機連接的逆變器或變頻器的電流應(yīng)力。

城市軌道車輛在運行時，其收到的是轉(zhuǎn)矩指令（無論牽引亦或制動狀況下），依照矢量控制思路，電機轉(zhuǎn)矩大小和勵磁電流分量、轉(zhuǎn)矩電流分量乘積為正比，則能采取“基于最大轉(zhuǎn)矩電流”的節(jié)能控制法。在工作中，對電機勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量間的大小關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)，考量變流器狀態(tài)的動態(tài)波動、列車載荷變化和列車粘著系數(shù)變化等條件，可保證轉(zhuǎn)矩下最小電流輸出，并優(yōu)化牽引能量使用效率。

（二）使用碳化硅（SiC）功率器件

近些年，隨著材料制造和生產(chǎn)工藝的快速進(jìn)步，大電流、高電壓的碳化硅（SiC）功率器件被逐步投入到市場中。外國相關(guān)企業(yè)已經(jīng)推出了電壓等級各異的SiC功率器件。SiC功率器件有著能承受高壓、耐受高溫、保持高工作頻率等的特性，能充分提升車輛牽引變流器、輔助變流器效率，降低其工作產(chǎn)生的噪音豐碑，并通過增大整機功率密度來降低整車質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能目的。

例如：近日，《地鐵列車全碳化硅牽引逆變器研制項目》已通過中國城市交通協(xié)會技術(shù)裝備專業(yè)委員會專家評審，邁進(jìn)了實際運營的道路，碳化硅軌道交通又添一名“力將”。軌道交通相關(guān)企業(yè)都知悉了，該搭載了全碳化硅牽引逆變器的深圳地鐵1號線列車，已經(jīng)無故障運營5個月以上，累計載客公里數(shù)超過6.5萬公里。該項目突破了全碳化硅器件應(yīng)用、高頻控制等關(guān)鍵技術(shù)，能使城市軌道交通牽引系統(tǒng)更高頻、高效、低耗，尤其在節(jié)能方面表現(xiàn)十分突出，裝車試驗測試，其和傳統(tǒng)硅基IGBT牽引逆變器的傳動系統(tǒng)比較起來，綜合能耗下降了10%以上，且牽引電機中低速段噪聲相比降低了5分貝還多，溫升相比下降40℃以上。

（三）應(yīng)用特定諧波脈寬調(diào)制技術(shù)

特定諧波消除脈寬調(diào)制技術(shù)，就傅里葉分析來看，其為一種在特定時期操作開關(guān)動作，能消掉一些指定次數(shù)的諧波的辦法。因為當(dāng)下許多SHEPWM都為事先計算好開關(guān)角度并儲存成表格再應(yīng)用，所以也叫做開關(guān)預(yù)算脈寬調(diào)制。SHEPWM和SPWM對比來說，SHEPWM相比SPWM來說，其有著更優(yōu)越的電流諧波特性，其穩(wěn)態(tài)電流正弦特性更好，峰值電流更小。

大功率牽引變流器中，電壓波形通常并非標(biāo)準(zhǔn)正弦波，包含五次、七次和十一次等低次諧波。這些低次諧波會影響電機的運行，主要在諧波發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動與噪音上表現(xiàn)顯著。特定諧波消除脈寬調(diào)制技術(shù)可消掉低次諧波，因此也避免了這類低次諧波對電機造成影響，從而能保證軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)更可靠和穩(wěn)定，減少諧波發(fā)熱狀況，達(dá)到節(jié)能的效果。

三、結(jié)語

總的來說，城市軌道交通牽引傳動系統(tǒng)發(fā)展到如今，節(jié)能技術(shù)作為迎合國家節(jié)能減排政策的一項技術(shù)受到相關(guān)企業(yè)的重視。而能具體應(yīng)用到軌道交通車輛中的節(jié)能技術(shù)一直是軌道交通公司研究的重點，備受員工關(guān)注。通過采取最大轉(zhuǎn)矩電流比控制技術(shù)，使用碳化硅（SiC）功率器件，以及應(yīng)用特定諧波脈寬調(diào)制技術(shù)等方法，能充分提升牽引傳動系統(tǒng)的工作效率，降低能耗，從而達(dá)到節(jié)能的最終目的。

參考文獻(xiàn)

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