轨道交通车辆电气牵引技术探析

轨道交通车辆电气牵引技术探析

任东波 1 宋山 2 牛光友 3 孔文元 4

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 青岛市城阳 266109

摘要：随着社会经济的发展，人们对交通需求量日益增加，轨道交通车辆的数量也在迅速增长，这就使得城市交通拥堵现象越来越严重。轨道交通是一项占用土地面积比较大但是具有很强抗干扰性和运行平稳性都比较好以及在工作效率高、行车速度快等特点。而传统内燃机车存在着功率密度低且易出现故障等缺点，地铁车电气牵引系统的结构复杂而且造价昂贵，所以目前很难得到广泛推广应用。本文主要对城市轨道车辆的动力特性进行分析，并对其电气牵引技术进行系统的理论与实验，以验证该车辆能否采用先进电气化技术，为城市轨道交通事业提供新思路。

关键词：轨道交通；电气牵引技术；探析与应用

1 引言

轨道交通车辆是城市交通系统中的重要组成部分，它对促进区域经济发展具有十分重大意义。在我国国民经济发展中起着非常关键作用的是地铁车。随着社会进步和城市化进程加快等因素影响下，轨道运输量不断增加且其增长速度也越来越快、道路状况日益恶化导致交通拥堵问题更加严重，加之人们生活水平提高及城市人口数量急剧增多使车辆需求也随之增大，轨道交通系统的建设需要大量资金投入，而作为一种高效率并且能有效利用有限资源的铁路运输又面临着诸多困难。

2 牵引供电系统的电气技术

在轨道列车电气牵引系统中，其主要的供电方式是电动车、交流电机和电力机车，由于这些电力车辆都具有重量轻体积小等特点，所以为了提高车辆运行速度以及保证乘客对乘车环境舒适性，通常采用的都是直流供电系统或者交流电压源两种形式，而直流电机则大多数情况下也会使用交变电源作为动力来源来进行电能供应，但是由于直流电机的供电能力以及调速性能都比较差，所以直流电流源虽然可以满足牵引要求，但同时也会导致电动车的可靠性降低^[1]。

3 电气牵引技术中的主要元件

3.1电气牵引技术的受电器

电气牵引技术的受电器有：电控断路器、分时开关。在进行机械制动或感应电动势控制操作过程中，需要采用接触点接通，并通过专用电流互感器，将其与触发电合。当电控系统的线圈通电后就会产生交流电，如果直流过载保护装置动作之后则不会造成触网故障问题出现，也不会使系统自动跳闸现象发生，但是在接触器工作过程中，由于其自身的特性，对电控系统进行控制时就会出现一些问题。

3.2电气牵引技术的接口电器

电气牵引系统的接口电器包括了：交流配电装置、控制设备（主要是交变频器）和直流输电线。在进行连接时，首先要根据其具体要求来选择合适的电源线，在实际应用中，我们可以通过导线或者其他方式将电气开关与接地母线连接起来，如果线路发生故障的话就会使电流流经电线从而形成回路，并影响到供电系统运行工作状态以及整个电力网络结构，进而影响到整个电力网络的运行安全。想要保住整个网络的安全就需要采用交流配电装置和控制设备之间进行联动连接，并且需要对其进行有效的控制，这样才能保证电气牵引技术能够正常运行^[2]。

3.3电气牵引技术中的断路器

断路器主要是由电气牵引柜、电动变电站和配电箱等组成。其中电气牵引柜的作用就是将电路中产生出来的电流进行分流，通过对其电流大小以及时间长短来确定控制开关。而对于电动变电站来说，由于线路上存在着大量可燃物（如石油天然气及煤气管道）与电阻率高且绝缘等级较低等原因导致了断路器在运行过程当中发生故障现象比较多，而断路器在运行的过程当中，由于其内部存在着大量可燃物（如石油天然气、煤气管道以及电力线路等）与电阻率较低且绝缘等级相对较大的物体。因此可以通过对这些物品进行合理有效地分流来实现电气牵引设备运行时产生短路过流问题，从而提高了供电网络系统中电气车辆安全系数。此外还有一些电气牵引柜内还存有油污、电焊机火花的情况出现，在进行电气牵引柜的设计当中，要根据这些情况对线路上油污、电焊机火花以及接触器等设备实施合理地隔离措施，从而避免发生短路问题。

4 电气牵引系统的应用

轨道交通车辆的电气牵引系统主要是由控制系统、驱动装置以及控制电路等组成。通过对列车所需要的各种动力设备进行合理有效地分配，使得其能够实现不同类型机车运行要求，并且在运行过程中不会出现严重故障。

(1）信号采集与处理技术：信号传感器和电流传感器可以将接收到信息转换成相应数字量后传输给中央控制器，然后再根据计算机系统发出的控制指令完成控制任务。通过对列车内部各部分之间协调工作，从而形成一个完整的电气牵引控制系统，为列车提供安全可靠的运行保障。

(2）控制处理技术：信号采集与控制是机车电气牵引系统中最重要、基础性环节。其主要功能包括对电动车组动力装置和传动机构进行实时监测,并根据监测结果，采取相应措施，提高车辆性能，通过计算机控制系统可以实现制动力调节及自动减压保护等功能，为机车电气牵引系统提供可靠的动力支持。同时还能在列车速度变化时及时做出响应动作。

5 电气控制在车辆牵引技术中的应用

在传统的轨道交通车辆中，电气控制主要应用在牵引电机上。随着社会经济和城市建设步伐不断加快。对轨道线路运行可靠性要求也越来越高。这就需要我们对其进行研究与改进使之适应新形势下机车使用需求而能够得到更好地发展，因此要想保证地铁列车长期稳定、安全可靠的工作状态，就要采用先进技术来提高控制系统的性能指标，以满足这一目标要求，从而使其电气牵引系统能发挥出最大的作用。其次电气控制可以通过电控系统实现牵引电机和列车运行之间相互协调配合作用，实现牵引电机的制动和能量回收，提高了系统工作效率，降低运行能耗^[3]。

总结：

轨道交通车辆的电气牵引技术在不断地发展，其主要是通过对列车动力系统和制动力进行控制，使之达到稳定、安全以及高效。随着城市建设与交通事业飞速向前迈进及新能源汽车等新兴产业的兴起。传统铁路机车采用机械方式运行时存在一定不足之处：首先需要借助人力来完成驱动和控制系统，其次需要借助电力传动装置实现牵引过程中所需电能消耗量大且效率低，最后还可能会对车辆本身造成损害，因此传统的铁路机车牵引方式已经不能满足现代社会发展需求，而新能源汽车和电力传动装置逐渐取代了以往铁路运输，成为人们出行必选之物。

参考文献：

[1]仵晓聪.轨道交通车辆电气牵引技术探析[J].科技与创新,2017:57-58.

[2]潘曦，颜杏.现代轨道交通车辆电气牵引技术分析[J].科教导刊-电子版（上旬）,2019:289.

[3]孙康.浅析现代轨道交通车辆电气牵引技术[J].中国高新技术企业,2015:106-107.

作者简介：

任东波（1988.10--）男,大专,山东平度人,技师,主要从事轨道交通车辆，电气专业。

宋山（1968.10--）男，本科,山东临沂人,技师,主要从事轨道交通车辆，电气专业。

牛光友（1985.03--）男，本科,山东菏泽人,技师,主要从事轨道交通车辆，电气专业。

孔文元（1987.05--）男，技师,山东德州人,技师,主要从事轨道交通车辆，电气专业。