关于现代轨道交通电气牵引技术的探究

关于现代轨道交通电气牵引技术的探究

马宁

（东莞市轨道交通有限公司，广东东莞523000）

摘要：电气牵引技术主要是为轨道交通提供电力驱动，确保交通工具能够稳定运行在轨道内。本文通过对现代轨道交通进行研究，分析了电气牵引技术的应用。

关键词：轨道交通；电气牵引技术；电气控制

前言

电气牵引是现代轨道交通的关键技术，也是电气牵引系统的核心。电气牵引技术可以为轨道交通提供所需的功率，同时由于电气牵引技术的可控制性强，还能助于稳定的转化车辆制动，为现代轨道交通提供可靠的制动方式，确保轨道交通可以实现安全减速，避免轨道交通出现牵引风险，维护现代轨道交通安全通行的状态。

1IGBT的性能概述

轨道交通电气牵引系统中牵引变流器为DC-AC逆变系统。随着电力电子技术发展，它在轨道交通车辆中的应用也在不断地进步与发展。这些变流系统中的电力电子器件都经历过从半控型晶夹管（SCR），全控型晶闸管（GTO）及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的发展过程。根据器件不断发展来看，很快就会有更好的电子器件将其代替，采用新一代优良器件，这是科技发展的必然趋势，意味着科技在进步。由于IGBT器件属电压驱动的全控型开关器件，脉冲开关频率高、性能好、损耗小，且自保护能力也强。为此，目前世界上无论是干线铁路还是城市轨道交通车辆的电气牵引系统大都采用IGBT模块来构成。

据IGBT性能的飞快发展，IGBT模块的电压等级和电流容量在不断提高，从1991年生产出了小型IGBT模块，其电压等级为1200V/300A，很快取代了在工业上通用变频器中所用的双极型晶体管；1993年出现了1700V/300A的IGBT，并已开始在城市电车上获得推广应用；到2000年后更出现了1700V/2400A，3300V/1200A和6500V/600A的高压IGBT，这些高压HVIGBT很快地应用到铁道与城市地铁轻轨车辆中，因为其性能卓越，加之其为绝缘型模块，整机的结构设计紧凑轻巧，且采用了低感母线技术与软门极的驱动技术并解决了热循环的寿命问题，目前，HVIGBT模块已成为轨道电力牵引系统中应用的主导元件。

随着城市发展，城轨交通供电网压制也从早期的DC600V和DC750V发展为DC1500V网压制，以适应城市大客流量发展的需要。网压的提高对电力电子器件的电压等级提出了更高的要求，IGBT模块的电压等级也从1200V发展到1700V，3300V以及4500V和6500V电压等级水平，国外已有多家公司批量生产与供货。

2现代轨道交通电气牵引技术

现代轨道交通在交通运输中占有很高的比重，增加了轨道牵引技术发展的压力。本文主要结合现代轨道交通车辆的发展，分析电气牵引技术的应用。

2.1电气牵引技术中的控制系统

电气牵引技术在轨道交通车辆中，由数字控制转向了计算机控制，通过计算机控制系统，监控轨道交通的运行方式，进而提供信息化的控制方式。计算机控制系统具备自检、自控的优势，尤其是在交流传感式轨道交通车辆中，更是体现了计算机控制系统的作用。现代轨道交通车辆中的电气牵引技术，需要利用多重微机，实现高水平的自动控制，计算机控制系统可以在电气牵引技术中，主动控制牵引信号的输入与输出，按照信号处理器的指示，实时控制车辆牵引。计算机控制系统在电气牵引技术中，发挥了整体性的作用，为电气牵引提供完整的配置，其中比较关键的是计算机控制的软件部分。计算机控制软件在电气牵引技术中，负责多项控制任务，如驱动、通信等，管控电气牵引技术的诸多模块，形成了网络化的电气牵引，促使计算机控制系统能够管控所有的轨道交通车辆，具有集成化牵引控制的条件。

2.2电气牵引技术中的主要元件

电气元件需要在现代轨道交通车辆的电气牵引中不断磨合，用于提高各项元件之间的配合性。电气牵引技术中比较重要的元件主要包括受电器、断路器、接口电器等。

（1）受电器。受电器是电气牵引技术的主要元件，现代轨道电车对受电器性能的要求非常高，必须要确保其在电气牵引中发挥自身性能优势，达到第三轨稳定滑动的要求。轨道交通不断提速的过程中，受电器的压力适度，才可以确保电气牵引的受力处于安全范围中，避免出现过大的磨损值。电气牵引技术的受力与受电器存在直接的关系，保障牵引受力的平衡，才能确保受电器的强度和性能。目前，我国积极引进具有自调节功能的受电器，稳定配合电气牵引技术，缓解受电器在电气牵引中的压力。

（2）断路器。现代轨道交通电气牵引技术中的断路器，主要是负责紧急阻断，在现代轨道交通车辆中具有很大的发展潜力。随着电气牵引技术的信息化发展，断路器占有一定的市场比例，其在电气牵引技术中能够降低制动分段的时间，在极短的时间内调节轨道交通，促使电流不会出现阻断上升的风险。断路器完善了电气牵引技术的应用，优化电气牵引技术在现代轨道交通车辆中的应用。

（3）接口电器。现代轨道交通车辆中的接口电器，需要符合电气牵引技术的需要，全面控制电气牵引技术的应用。轨道交通电气牵引中很容易出现匹配问题，所以接口电器应按照电气牵引技术与现代轨道交通车辆之间的匹配关系，避免影响电气牵引技术的性质。

2.3电动机的交流式牵引

电动机在电气牵引技术中发挥重要的作用，可以为现代轨道交通车辆提供交流式牵引，因此交流牵引电动机必须以电气牵引技术为核心，保障电动机的性能。近几年，随着现代轨道交通车辆的发展，带动了电气牵引技术的应用，进而增加了电动机牵引的压力，我国在电动机交流式牵引方面投入了大量的研究技术，致力于强化电动机的稳定性。根据电气牵引技术的要求，交流式牵引电动机需要由IBGT逆变进行供电，取代原有电动机中的发热程序，提高电气牵引技术的水平。

3现代轨道交通电气牵引系统

现代轨道交通电气牵引技术需要牵引系统的配合。轨道交通采取第三轨供电的方式，轨道交通的相似性非常高，尤其是电路和运行方式上，需提升电气牵引系统的水平，才能达到电气牵引技术的应用水平。轨道交通车辆根据电气牵引技术的要求，规范了电气牵引系统的特性，首先是电气牵引技术恒定引力的范围，维持在0～43.33km/h，同时配合恒定的速度43.33～65km/h，轨道交通车辆在正常情况下，恒定牵引力约346KN，自然牵引力约230.2KN；然后设定轨道交通电气牵引的条件，按照列车载荷自动调节电气系统的牵引力，规范载荷范围内的牵引，促使轨道交通能够在不同的载荷状态下都达到额定牵引的状态；最后是电制动的性质，用于适应电气牵引系统的电制动力，确保电制动力具有稳定的速度，以免影响轨道交通车辆的运行水平。轨道交通电气牵引系统与电气牵引技术的关系非常紧密，促使轨道交通车辆能够合理运用电气牵引技术，配合电气牵引系统，体现电气牵引技术的优质性和可靠性。现代轨道交通车辆的发展速度越来越快，电气牵引技术与电气牵引系统需要保持高度配合，实现高效率的电气牵引。

4现代轨道交通牵引中的电气控制

电气控制是现代轨道交通电气牵引技术中不可缺少的环节，轨道交通的电气牵引技术中，需通过电气控制的方法，加强电动机的控制力度，落实电气牵引技术中的控制措施。在电气牵引技术的作用下，轨道交通车辆启动，此时需要电气控制实现动能与电能之间的转化，电气控制能够约束轨道交通车辆连接的电网系统，确保电动马达的合理性，避免电能功率消耗过度。

现代轨道交通车辆牵引的电气控制中，比较重要的一项是牵引传动控制。如轨道交通车辆有规定的运行方案，车辆就必须按照设定好的模式通行，两站之间的距离决定了电气牵动技术的能力，而电气牵动技术应该适应轨道交通车辆的运行模式，所以需要严格规划电气控制中的牵引传动，促使电气牵引技术具有断续工作的特性。我国牵引传动控制对国外技术的依赖性较大，需积极推行国产化设计，提高我国轨道交通车辆牵引传动控制的水平。

5结语

综上所述，轨道交通以其客流量大、节能、绿色环保等特点，是各大中型城市的交通问题有效解决措施。随着我国经济水平的增长和城市化进程的日益加快，轨道交通的技术研究与应用前景日益广阔。为了满足市场的需求，跟上世界牵引传动技术的发展趋势，需要我们结合现状，并进行进一步研究开发，辐射到电气自动化、节能环保等领域，研发出具有自主知识产权的国产高性能牵引传动系统。

参考文献：

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[2]夏兵．城市轨道交通车辆电气系统的研究[J]．科技与企业，2014（05）

[3]张大勇．电力电子技术发展与电气牵引创新[J]．机车电传动，2014（5）