城市轨道交通车辆电气牵引系统自主研发与应用分析

城市轨道交通车辆电气牵引系统自主研发与应用分析

杨智浩,李娅,周旻亮,唐邓

重庆中车长客轨道车辆有限公司 401133

摘要：近年来，城市公共交通以其高效、安全、可靠和环保的特点，在我国许多一二线城市得到了大力发展。电气牵引系统软件作为城市公交车辆的关键武器，由于其高科技组件，已成为城市公交发展趋势的关键保障。

关键词：城市轨道交通；车辆电气；牵引系统；自主研发；应用

1   电气牵引技术中使用的相关元件

（1）接口电气：这种部件是铁路和公路运输中最关键的部件。该部件的应用能够满足车辆电气牵引的要求，全面控制电气牵引技术的应用。从有轨电车的应用现状来看，很容易造成此类部件在应用时不匹配的问题。因此，在插座电器的应用中，应根据城市轨道车辆与所采用的牵引技术之间的相关性进行匹配，以避免不匹配对城市轨道车辆牵引技术的应用产生直接影响。

（2）断路器：断路器的应用是电动汽车牵引技术中的一个重要组成部分，而该部件应用的关键作用是完成应急屏障。从城市轨道交通车辆牵引技术应用现状来看，其可用的室内空间尚未得到充分的开发和设计，也具有很大的科研和使用价值。随着城市轨道车辆牵引技术中隔离开关的不断科研和升级，此类部件的室内应用空间将不断扩大。例如，在城市轨道车辆牵引技术中应用拦阻器，可以在很短的时间内完成制动系统，也可以在很短的时间内保持车辆在城市轨道上的调整，可以有效避免电流势垒增加带来的风险。拦阻器应用后，应用于城市轨道车辆的牵引技术得到了改善，车辆运行得到了进一步改善。

（3）受电器：受电器是电力牵引技术中的关键部件。随着城市轨道车辆牵引技术的发展趋势，今天使用的有轨电车的功能要求越来越高。城市轨道交通采用车辆牵引技术，可以充分利用隔离开关的功能，为第三条轨道的滚动提供稳定的自然环境。同时，在采用电力牵引技术的车辆加速过程中，规定所采用的收集器应承受一定的工作压力。只有当集电器承受一定的工作压力时，才能在可靠的范围内完成电牵引承载能力，从而合理避免因损坏值过大而造成的危害。受流器在一定程度上决定着车辆电气牵引技术的支撑条件，与牵引力的平衡密切相关。有轨电车施加的牵引力只能保证力平衡时所采用的电气特性，同时保证电收集器的抗压强度。从集电器的应用现状来看，我国采用了引进的优秀集电器。这种集电器可以完成独立调节特性。应用其独立调节特性，可与有轨电车合理配合，使有轨电车牵引力稳定运行

2技术能力

2.1系统集成技术

城市公交车辆电力牵引信息系统集成技术包括系统软件特性与仿真、系统软件电源电路与体系结构、信息系统集成与实验、主要参数匹配与提升、系统软件逻辑运行与常见故障维护、系统软件闸阀与EMC、，故障检测和记录等，以给予列车牵引/电驱动力，完成列车牵引顺序常见故障维护和列车牵引/电制动系统运行等的逻辑操作。

发电电气牵引系统软件采用基于IGBT元件的大功率逆变器多线绕电机通信交流驱动装置，通信交流驱动系统的瞬时转矩控制方法，性能优异，车载网络控制和故障检测系统软件符合TCN企业规范，辅助系统软件静态变流器，等应优先选择反应迅速、合理、稳定的空转/防滑维护和电制动系统的特性，以满足列车在地铁站工况下的能量特性和运行规律（频繁的启动/制动系统、高的工作转矩、高的制动系统最大输出功率）。其整体技术模式、技术水平和技术规格与国际接轨。

2.2牵引变流器技术

城市公交车辆牵引变流器技术包括大功率半导体器件（IGBT）应用技术、IGBT器件升级维护技术、基于可编程逻辑器件（CPLD）的单脉冲分配技术、堆叠式低灵敏度铜排技术、，光纤传输与保护技术、制冷技术、模块化设计以及整个装置的安全保护技术，按照地铁车站标准完成了正交动能的合理转换。

牵引逆变器供电设备采用双脉冲信号工作电压型逆变器电路、IGBT电子开关、模块化设计和结构、光纤传输技术、低电感铜排（母线槽）连接、非消化吸收供电电路、水氟利昂热管散热、风冷和自然制冷技术，电源电路简单，电源开关维护性好，系统软件负载运行能力强，运行噪音低，稳定性高，环保，经济发展。

2.3交流传动系统运行技术交流

通信交流传动系统的运行技术包括根据地铁车站标准特点的运行技术、逆变电源和三相异步电动机运行技术、粘着运行技术、主要参数识别技术、硬件配置和手机软件模块化技术，传动装置故障检测与维护技术等，突破了控制目标强耦合、时变最优控制、运行工况复杂等难题，完成了多线程牵引电机控制系统基础理论的商业化和实用化，达到了高可靠性的要求，高精度和动态响应的地铁车站车辆电力推进系统软件，充分利用快速驱动电源。

驱动系统控制模块（DCU）设备采用32位双数据信号转换器性能优异的数字图像处理芯片、卓越的即时转矩控制方法、SVPWM技术和BT-link运动轨迹提升控制技术，生产模块化设计和数字产品。完成了逆变电源和三相异步电动机的同步控制和转矩动态响应，以及牵引电动机的无速度传感器运行、良好的粘着运行和高速/滑动维护。

2.4列车控制和诊断技术

城市公交列车在线控制与诊断技术包括通信网络、同步控制、图形化编程、状态检测与故障检测、电磁兼容性测试、在线调整、材料检测等，以满足大流通、恶劣环境的要求，城轨列车稳定性高，处理速度快，完成列车运行、监控、诊断、常见故障和事件记录等功能。

列车控制和诊断仪表应符合iec61375等国家标准，采用分布式自动控制系统和模块化设计结构。中间控制模块应为热备冗余，系统总线MVB enterprise应选择双通道内存冗余。系统软件集成了列车监控、诊断和调节功能。TCP协议对外开放，商品可扩展性好，套接字丰富多彩，应用范围强。这是城市轨道交通行业的一项热门技术。

结论

综上所述，在讨论城市轨道车辆电气牵引技术时，关键是从两个方面进行：一是电气牵引技术的应用研究；二是城市轨道车辆电气牵引系统软件科学研究。电力牵引技术应用研究涉及三个层次，即电力牵引技术相关零部件的应用、自动控制系统的应用和电机交流牵引技术的应用。这些领域的科学研究可以有效地完成有轨电车牵引技术的应用，推动城市公共交通的发展趋势。

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