城市轨道交通车辆中变频传动控制技术的有效运用

高福昕

摘 要：伴随当今科学技术的日益发展、更新与完善，有效推动了变频传动控制技术的适用性发展。随着以微处理器件为核心的数字控制技术及更大功率的自关断器件的不断发展与完善，促进了城市轨道交通车辆中变频传动控制技术的有效运用。本文通过分析变频传动技术在我国城市交通车辆上的实际运用特点，探讨此技术在城轨交通车辆当中的有效运用举措。

关键词：城市轨道；交通车辆；变频传动控制技术；运用

中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0097-01

在国外，城市轨道交通车辆已经有百余年发展历史，伴随当今科学技术的日趋发展与广泛应用，有利推进了整个电力传动系统的迅速发展，使其有了大幅改变，其调速与驱动系统从原先的变阻调速演变成为了斩波器调速，现今又发展成为运用交流三相异步牵引电动机并且选用变频调速调压的传动技术。因此种变频传动技术具有自身独特的优良性，所以在世界诸多发达国家有关轻轨与地铁车辆的研发方面机会均选用交流电传动变频调速技术。伴随当今能源、环保与人类之间关系的日趋紧密，运用此种调速技术的机车将会在市场上具有更为广阔的发展前景。

1 在我国城市交通车辆上运用变频传动技术的特点分析

（1）采用交流变频调速传动的车辆所具有的优点。通常交流变频传动系统的组成包含两部分，即变频器及其控制装置与三相交流异步电动机。交流变频传动系统相比于直流传动系统，主要有如下优点：异步电动机相比于直流电动机，具有更加简单的结构，无换向器，因此，重量轻且运行可靠，价格低廉，效率高。其具有较强的机械特性，牵引性能优异；此外，交流变频传动系统在控制电路方面，相比于直流传动系统简，更为简单切便于维护。（2）我国运用新型的变频节能无轨电车相应节能情况。比如广州本田公司运用150台变频电车代替了50台斩波控制车及100台采用电阻式予以控制的旧电车。在运营线路相同的情况下，他们分别测定了各种电车的耗电量，最终结果显示，新型车在耗电量上仅为电阻式控制车的72.5%。通过对这150台新型变频车及相同数量的旧车在一年的耗电量上进行计算比较可知，新型车在耗电量上同比减少25%，由此可知，新型变频传动控制的车龄具有十分明显的节电效果。另据相关数据统计显示，运用GTO变频器传动的装置较之容量相同的斩波调速直流传动装动装置，在效率方面能够提升5%～8%。至此，在城市交通车辆当中应用变频传动技术，已经获取了较好的技术经济效益。所以，在电子工业“十二个五”规划当中，我国电子工业部特别强调将以以变频器传动装置为代表的节能技术作为行业的重点发展内容。

2 城轨交通车辆中变频传动技术的有效运用

2.1 变频传动系统（牵引/制动系统）组成分析

现以广州地铁一号线为例作以分析，牵引和电制动系统主要由制动电阻、牵引电机、DCU/UNAS牵引控制单元、VVVF牵引逆变器、受电弓及高速短路器HSCB等组成，当列车受电弓自接触网受流且经过高速断路器之后，向VVVF牵引逆变器送入1500V的DC直流电。由于VVVF牵引逆变器所运用的乃是PWM脉宽调制模式，能够逆变1500V的DC直流电，使之成为在电压及频率方面均可调节的三相交流电，然后以平行供给方式，输送至车辆的四台交流鼠笼式异步牵引电机，通过调速电机，促使列车的制动机牵引功能的实现，对于其半导体交流元件而言，因其选用的是4500V/3000A的GTO，其斩波频率最大为450Hz。VVVF幅值调节区间为0～1147V的AC交流电，输出电压频率调节区间0～112Hz。

2.2 变频传动系统（牵引/制动系统）工作原理分析

整个控制系统由多环节构成，即能量反馈、脉冲发生器、电机控制、速度测量及输入值设定。（1）输入值设定。DCU利用列车对来自于控制系统的相应牵引与制动力绝对值进行接收，此外，还可对司机所发出的制动或牵引指令进行接收，以此来决定施加制动力还是牵引力。在给定值控制实际电机前夕，需经过如下处理操作：①载荷校验。DCU依据列车实际载荷情况，对实际牵引/制动力进行调整，这是因为运用了动力分散型控制，为了保持具有最小的车钩之间相对运动，且促使整车在动态特性方面达成一致。②冲击限制。对于不同给定值在大小方面的改变，均需于冲击限制相应规定相符，但在激活防滑/防空转功能时，此限制不对其起作用。③速度限制（牵引时）。速度控制的优先级相比于电机控制，高于后者，比如广州地铁一号线同时规定了3个速度限制，分别为慢行速度为3km/h，倒车速度为10km/h，正常速度为80km/h。④线电流限制（牵引时）。在牵引工况过程中，线电流控制的优先级相比于电机控制，高于后者，若考虑功耗内容，此限制值不得大于每节车720A。⑤欠压保护（制动时）。在实施制动过程中，网压始终受检测，如若降低网压，即使之低于1500V，网压及制动力矩随速度均减少，此时气制动便会补充不足的制动力。（2）速度检测。各牵引电机据附带有一个速度传感器，另外，各牵引控制单元均与3个速度传感器相连接，当处于正常状态时，此数值便会直接被送至DCU，然后实施牵引制动。DCU不仅检测电机速度，而且还会对拖车的速度进行检测。（3）电机控制。控制方式为空间矢量控制。利用逆变器输出线的相电流、电压及电机速度等参数，由近似而得到电机的磁通方向与大小。对于绕组当中的电机电压与电流而言，其相关于空间矢量的磁通量，此解耦过程促使能够对力矩及磁通实时单独控制。（4）脉冲模式发生器。其有3个输入变量，即校正角、定子频率及相控因数。电机控制环节提供此3个变量。对于脉冲模式发生器而言，可依据此3个输入变量，对牵引逆变器当中的GTO触发脉冲开展实时计算。（5）能量反馈。对于电能能量反馈而言，能量是向电网中反馈的，如若为电制动，电网则难以全部吸收所有的能量，对于多余的能量而言，需要相熱能转换，并在制动电阻上予以消耗，不然电网电压将会大幅抬高，且达到难以承受的程度。制动斩波器能够保证大部分的能量被反馈至电网，另外，还可对电网上的其它设备进行保护。

3 结语

综上所述，我国城市轨道车辆电力传动系统分别经历了直流至交流，变阻调速至斩波器调速，最后又发展为三相异步电动机的变频传动。经实践应用检验可知，变频传动控制技术在城市轨道交通车辆中的应用，具有很好的运用效果与价值。

参考文献：

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