地铁车辆电气牵引系统的电气控制分析

包虹

摘要：本文研究的主要内容是地铁车辆电气牵引系统中的电气控制。文章首先对地铁车辆电气牵引系统中电气控制的特点进行简要的阐述;其次，探讨了地铁车辆电气牵引系统的基本构成;最后，分析了地铁车辆电气牵引系统中电气控制的基本模式。希望通过文章的分析与讨论，可以为地铁车辆电气牵引系统的优化和改善作出一定的贡献。

关键词：地铁车辆;电气牵引系统;电气控制

前言

牵引系统作为地铁车辆的电气驱动部分，主要由控制电路、主电路、执行元器件和反馈回路组成。其中，电气设备的性能及控制策略对于整个系统的动力发挥有着至关重要的影响，只有充分了解地鐵车辆电气牵引系统控制的原理、特点，在此基础上优化控制策略、并加强系统的管理工作，才能提高牵引系统的稳定性和可用性，保障地铁车辆的平稳运行。

1. 地铁车辆电气牵引系统中电气控制的特点

电气控制是地铁车辆电气牵引系统中最主要也是最常用的车辆控制方式，具体的控制方法是利用高压电路的方式，使用逆变器 3VF 单元为地铁车辆的牵引电动机提供必要的电力支持;控制牵引电动机中交流转矩的过程中，需要利用到零速度的传感装置，矢量控制是主要的控制方法，控制器空转滑行需要参考推算速度。此外，牵引系统的电制动部分主要由再生制动和电阻制动两种制动方式组成，且再生制动方式优先于电阻制动方式，通过再生制动方式与电阻制动方式完成电制动调节工作。

高压贯通式的线路是地铁车辆设置母线的主要类型，同时，地铁车辆上一般还会设置一个断路器，用以断开母线电路，保证车辆可以顺利通过任何一处设置有架空线路的电路分段区。并且断路器的存在将大大提升地铁车辆的安全性。当前，地铁车辆应用的电气牵引系统将轨道与车轮之间的黏着条件充分利用起来，同时可以根据车辆自身的重量以及空车状态下的超负荷作用调节控制电气牵引系统的牵引水平，这样有利于地铁车辆在空车状态下启动时可以进行超负荷的启动方式，使车辆的加速度趋势更加稳定[1]。此外，为了实现滑行控制以及空转控制，需要做到及时反应。地铁车辆的电气牵引系统具体可见图1所示。

2. 地铁车辆电气牵引系统的基本构成

一般情况下，地铁车辆会将两个受电弓安装在电气牵引系统当中，每一个受电弓负责将高压电源供应到一个动力装置中，设置两个受电弓的目的在于可以避免一个受电弓出现问题时，导致负责牵引和辅助的逆变装置产生异常，比较典型的异常状况就是地铁车辆的停运。同时，在地铁车辆上设置两个受电弓的目的也在于保证至少有一个受电弓可以用于辅助逆变装置的正常使用。但是受电弓的电力容量本身不高，一旦某一个受电弓发生故障，就会导致传送装置切断故障受电弓上的牵引逆变器，这同样会导致地铁车辆停运现象的发生。

通常情况下，在地铁车辆的电气牵引系统中必然会设置一个牵引逆变装置，牵引逆转装置的特点就在于输入端口的位置有一定的支撑电容，正是这一部分支撑电容保证了在电压输入的过程中，牵引逆变装置可以稳定的运行，并且可以有效缓冲庞大的电能。同时，支撑电容可以充分与滤波电抗装置配合，形成一个整体的装置，在保证牵引逆变装置正常运行的情况下，将地铁车辆电气牵引系统的电压有效稳定下来[2]。

在地铁车辆的牵引逆变装置中，主要由两部分构成：其一是逆变箱，其二是斩波箱。地铁车辆的电气牵引系统在运行的过程中，直流式的电路在经过逆变装置后，就会转而形成液相、固相以及气相交流式的电路。这种电路与直流式的电路相比，可以更好地调节电压，进而更好地控制电气牵引电机。当进行再生制动的过程中，转换成的三相交流式的电路又会转换回直流式的电路，直流式的电力可以直接输送到电网中用于供电。

此外，当地铁车辆开启制动电阻之后，剩余电能可以经过转换变为热能，进而直接通过空气介质扩散。热能扩散需要冷却逆变装置，这里需要使用到必要的冷却装置——热管散热。在达到冷却状态的过程中，热管散热装置主要依靠液体冷凝和自然蒸发，因此，整个散热冷却的过程不会对环境造成多大的影响。此外，这种装置的基本构造并不复杂，在使用以及使用完成的后期维护工作中，并不会给相关的工作人员带来多大的压力。因此，利用热管散热装置可以有效保障整个散热工作的正常进行。

3. 地铁车辆电气牵引系统中电气控制的基本模式

在地铁车辆运行的过程中，电气牵引系统完成电气控制需要以下流程，牵引装置首先需要获得相关的指令，这个指令可以是司机驾驶室内控制器发出的，也可以是地铁网络直接发出的，然后与制动控制器联合完成信号的输入工作。但是一般情况下，由于地铁的车速较快，因此电气牵引系统对车辆的约束较小，因此，一旦地铁车辆的速度达到了一定的临界点时，电气牵引系统的牵引作用就会完全消失，此时为了避免出现安全事故，电力牵引系统会直接封锁地铁车辆。当车速正常之后，封锁才会自动解除。同时，即使在缺乏ATP的状态，限速指令也会正常执行，在地铁车辆的牵引系统中，电气控制的模式详见图2。

当地铁车辆行驶至坡道时，会自动执行高加速指令，在这一过程中，地铁车辆的电气牵引系统会自动控制地铁车辆提高加速度，并保证加速度与坡度相适应，这样有助于在坡道行驶的地铁车辆车速与坡道本身相适应，将车速控制在正常的范围之内，保证地铁车辆的安全稳定运行[3]。此外，在地铁车辆中，还存在一个洗车模式，这一模式并非字面意思上的清洗地铁车辆，而是在启动模式之后，电气牵引系统就可以控制地铁车辆，断开牵引力。

结束语

在地铁车辆中，电气牵引系统由多个学科的理论知识和技术共同组成，是一项较为复杂的综合性和系统性的工程。同时，在地铁车辆检修的过程中，关键点和困难点都在电气牵引系统上，因此，论述和分析地铁车辆电气牵引系统的组成以及运营等相关内容可以增进了解地铁车辆的电气牵引系统，为今后运营、维修和养护地铁车辆及其电气牵引系统提供了帮助。

参考文献

[1]林荣枢. 地铁车辆电气牵引系统的电气控制探究[J]. 轻松学电脑， 2019， 000（023）：P.1-1.

[2]李晓龙. 地铁车辆电气牵引及控制系统分析[J]. 信息周刊， 2020， 000（001）：P.1-1.

[3]王鑫. 地铁车辆电气牵引系统的电气控制探讨[J]. 汽车世界， 2019， 000（003）：P.6-6.