地铁车辆电气牵引系统的控制探微

地铁车辆电气牵引系统的控制探微

李春辉

哈尔滨地铁集团有限公司

摘要：地铁列车的维护与检修工作同样是保障列车牵引系统正常工作，列车安全运行的重要工作内容。现代轨道交通发展速度迅猛，为城市交通系统缓解了客运压力。地铁的电气牵引系统由车辆的牵引力和与其相关的电气设备组成，在地铁运行的过程中，电气牵引系统通过电能产生车辆运行的牵引力。这就需要地铁的牵引系统具备大功率的电力供给。同时电气牵引系统能够承受强大的电压和牵引作用力。从而在牵引力的作用下实现车辆的制动。所以，地铁的电气牵引技术的研究在地铁技术的发展中具有非常重要的意义和价值。

关键词：地铁车辆电气牵引系统；控制措施 

前言：在城市化高度发展的今天，城市地铁交通运输体系在优化城市交通系统、改善城市居民出行方式起到了非常重要的作用。与其他交通运输体系不同，地铁列车运行搭载的是电气牵引系统。为了确保电气牵引系统能够精确的、有效的、及时的发挥作用，目前电气牵引系统所搭载的电气控制就变得非常重要。因此，本文重点围绕地铁列车电气牵引系统的电气控制系统进行分析。

1电气牵引系统

地铁列车电气牵引指的是电流从地铁接触网通过受电弓输送到列车设备中，电动机将电能转化为行进的机械能牵引力，驱动地铁列车前行。地铁列车的电气牵引控制系统主要包括了牵引电气设备以及电路控制系统。其中传统的电路控制系统中主要使用模拟电路控制器，而随着计算机技术不断发展，大部分地铁列车电气牵引系统已经逐渐淘汰模拟电路控制器，而是用微型计算机控制系统。牵引力系统中的电气设备包括了：列车电机组、高压箱、传动控制设备、受电弓、牵引逆变器等；电路控制系统包括了：控制电流、主电气回路、辅助电路等。

在地铁的牵引力技术研究中，牵引力系統是关键，车辆运行的动力来自于牵引系统。牵引系统组成的主要部件有高压电气箱、滤波电抗器、熔断器箱、牵引力逆变器箱、制动电阻箱、避雷器、牵引电机、接地碳刷组成^[1]。在牵引系统中，熔断器在电源短路或者故障的时候，需要及时熔断以保护牵引系统的电路。滤波电抗器则是为了将电压波动限制在允许范围内，从而保护牵引系统电压保持稳定。制动电阻箱位于车辆的底架，接地碳刷则是为车辆设置的接地装置，为了保障车辆接地电路和车体接地。在地铁电器牵引系统正常工作下，才能够为地铁提供运行的动力。

2电气牵引控制系统

2.1牵引控制

在地铁列车实际运行过程中，从安全角度考虑，列车的运行速度会受到限制。当列车的速度超过设定允许的标准速度时，牵引系统就自动的减少地铁列车的牵引作用或者切断牵引力，列车速度随之降低，当地铁列车的运行速度降低到标准速度后，系统由于重新提高牵引力或者重新连接牵引系统。在牵引控制具体执行的过程中，根据列车运行状态，制动设备发出操作变化信息，传输到牵引逆变器中，接收指令后，牵引逆变器配合制动控制设备根据指令信息，进行相应的牵引作用变化。此外，即使有些老旧的地铁系统没有搭载自动控制系统，地铁列车的限速、提速功能仍可以发挥作用。

2.2传动控制

一是直流传动控制。直流传动控制的列车使用的电机为直流牵引电机，根据牵引电源的性质，直流传动控制系统可以分为直流-直流系统和交流-直流牵引系统。直流-直流牵引系统是一种传统的牵引装置，其工作电源为直流电源，该系统的压力调节使用电阻调节方式，这种调节方式在列车频繁的调速过程消耗了大量的电能，并且无法实现无级变速。交流-直流牵引系统使用的牵引电机为直流电机，其工作电源为交流电网提供的交流电。该系统的核心设备为可以将交流电变为直流电的整流调节设备。列车运行时，通过改变整流器的控制就可以实现直流电压的调节，进而实现电机转速的调整，完成列车的调速。

二是交流传动控制。依托于半导体电子交流技术的发展，地铁列车的牵引电气传动逐渐使用变流牵引的交流传动方式。逆变器将直流电变为交流电作为交流牵引电机使用。而变为交流电后，通过交流电变频器即可通过调节交流电电压和频率实现电机转速的调节。使用逆变器变电后，车辆的主电路就不需要搭载有触点的反向开关和制动转化开关，简化的主电路线路。交流牵引电机设备结构组成简单、转子无需配备绝缘层、无需引线，因此相比于直流牵引电机，交流牵引电机设备的生产成本较低。此外，交流牵引电机可以应用在空气湿度大、空气粉尘含量高的恶劣环境，工作性能稳定，使用寿命长。交流传动技术借助参数识别技术、异步电机控制技术、故障诊断技术的综合应用，强化对电流影响的控制，在面对复杂的运行工况，通过交流传动技术可以保证电力系统稳定运行。

三是制动控制。众多设备中，制动设备是最重要的设备之一，地铁列车减速、加速、停车都是通过制动装置完成的，制动装置高效的响应、运行是保证列车安全运行的重要保障。在地铁列车牵引运行过程中，牵引力控制系统的作用至关重要，只有科学、合理的设计电气控制系统，才能有效的对地铁列车进行制动。目前我国城市地铁列车使用的制动形式主要以机械制动、电阻制动和再生制动为主。所谓的机械制动主要依靠压缩空气实现制动，而电阻制动则依赖轨道电磁制动，而再生制动可以有效的将动能转化为电能进行能量循环使用。在列车的实际运行中，三种制动方式和发挥出的功效差别较大，通常来说，在进行列车制动控制时，一般按照先再生制动，随机电阻制动，最后进行机械制动的步骤顺序。但是在列车的实际运行过程中，综合考虑制动效率和制动过程的能量损耗，在每个制动步骤中，一般不会使用单独的制动方式，需要将多种制动方式耦合使用达到正向协同作用，提高制动效果，减少制动过程中的能量损耗。根据地铁运行经验总结来看，地铁列车设计的制动方式主要为电阻制动和再生制动，而机械制动方式主要起到辅助的作用。

3牵引力技术在列车运行过程中的安全保障

牵引力系统是列车的核心，这个核心是由一系列复杂的电路和高科技设备构成的，牵引力系统的正常工作需要这些设备和电路正常工作，所以保障牵引系统的正常就是对地铁列车安全性的保障。在列车的运行过程中，制动技术的重要性甚至要超过动力的提供，地铁车辆的减速和停车都依靠制动装置。为了保障牵引力系统的正常工作，就必须落实好地铁列车牵引系统中设备的维护和保养。

在设备的维修和养护作业中，要结合行业的发展特点，将维护作业落实到责任人。通过信息化和数字化技术对列车牵引系统的运行状态进行监控，评估其设备在列车运行过程中状况的优劣，一旦超出规定的标准范围，及时进行排查的修理，以预防为主，养护为辅的方式，保证列车运行过程中牵引系统的正常工作。

3结语

综上所述，在地铁列车的运行过程中，牵引系统是列车的核心。保障列车电气牵引系统的正常工作就是保障列车运行过程中的安全和稳定。电气牵引技术在地铁列车上的应用实现了车辆的制动和牵引。电气牵引系统及其电气控制系统的稳定运行对地铁列车安全、稳定运行中起到了非常重要的作用，通过提高电气控制系统的工作效率可以形成一种有效的制动和牵引作用。技术人员应当熟练掌握牵引控制和制动控制的工作原理，在周期检修中，加强该方面的检修工作。若想促进地铁技术的革新的发展，从根本上提高电气牵引技术水平是研究的重要方向，只有电气牵引系统在技术支持下得到升级，才能够为地铁的运行提供稳定的牵引力和安全保障。

【参考文献】

[1]王雪峰,戈金龙.地铁车辆电气牵引及控制系统研究[J].建材发展导向：上,2017,15(10):242-243.

[2]熊军.南昌地铁1号线车辆电气牵引及控制系统[J].机车电传动,2013(6):68-71.