城市軌道交通車輛中變頻傳動控制技術的有效運用

高福昕

摘 要：伴隨當今科學技術的日益發展、更新與完善，有效推動了變頻傳動控制技術的適用性發展。隨著以微處理器件為核心的數字控制技術及更大功率的自關斷器件的不斷發展與完善，促進了城市軌道交通車輛中變頻傳動控制技術的有效運用。本文通過分析變頻傳動技術在我國城市交通車輛上的實際運用特點，探討此技術在城軌交通車輛當中的有效運用舉措。

關鍵詞：城市軌道；交通車輛；變頻傳動控制技術；運用

中圖分類號：U239.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0097-01

在國外，城市軌道交通車輛已經有百余年發展歷史，伴隨當今科學技術的日趨發展與廣泛應用，有利推進了整個電力傳動系統的迅速發展，使其有了大幅改變，其調速與驅動系統從原先的變阻調速演變成為了斬波器調速，現今又發展成為運用交流三相異步牽引電動機并且選用變頻調速調壓的傳動技術。因此種變頻傳動技術具有自身獨特的優良性，所以在世界諸多發達國家有關輕軌與地鐵車輛的研發方面機會均選用交流電傳動變頻調速技術。伴隨當今能源、環保與人類之間關系的日趨緊密，運用此種調速技術的機車將會在市場上具有更為廣闊的發展前景。

1 在我國城市交通車輛上運用變頻傳動技術的特點分析

（1）采用交流變頻調速傳動的車輛所具有的優點。通常交流變頻傳動系統的組成包含兩部分，即變頻器及其控制裝置與三相交流異步電動機。交流變頻傳動系統相比于直流傳動系統，主要有如下優點：異步電動機相比于直流電動機，具有更加簡單的結構，無換向器，因此，重量輕且運行可靠，價格低廉，效率高。其具有較強的機械特性，牽引性能優異；此外，交流變頻傳動系統在控制電路方面，相比于直流傳動系統簡，更為簡單切便于維護。（2）我國運用新型的變頻節能無軌電車相應節能情況。比如廣州本田公司運用150臺變頻電車代替了50臺斬波控制車及100臺采用電阻式予以控制的舊電車。在運營線路相同的情況下，他們分別測定了各種電車的耗電量，最終結果顯示，新型車在耗電量上僅為電阻式控制車的72.5%。通過對這150臺新型變頻車及相同數量的舊車在一年的耗電量上進行計算比較可知，新型車在耗電量上同比減少25%，由此可知，新型變頻傳動控制的車齡具有十分明顯的節電效果。另據相關數據統計顯示，運用GTO變頻器傳動的裝置較之容量相同的斬波調速直流傳動裝動裝置，在效率方面能夠提升5%～8%。至此，在城市交通車輛當中應用變頻傳動技術，已經獲取了較好的技術經濟效益。所以，在電子工業“十二個五”規劃當中，我國電子工業部特別強調將以以變頻器傳動裝置為代表的節能技術作為行業的重點發展內容。

2 城軌交通車輛中變頻傳動技術的有效運用

2.1 變頻傳動系統（牽引/制動系統）組成分析

現以廣州地鐵一號線為例作以分析，牽引和電制動系統主要由制動電阻、牽引電機、DCU/UNAS牽引控制單元、VVVF牽引逆變器、受電弓及高速短路器HSCB等組成，當列車受電弓自接觸網受流且經過高速斷路器之后，向VVVF牽引逆變器送入1500V的DC直流電。由于VVVF牽引逆變器所運用的乃是PWM脈寬調制模式，能夠逆變1500V的DC直流電，使之成為在電壓及頻率方面均可調節的三相交流電，然后以平行供給方式，輸送至車輛的四臺交流鼠籠式異步牽引電機，通過調速電機，促使列車的制動機牽引功能的實現，對于其半導體交流元件而言，因其選用的是4500V/3000A的GTO，其斬波頻率最大為450Hz。VVVF幅值調節區間為0～1147V的AC交流電，輸出電壓頻率調節區間0～112Hz。

2.2 變頻傳動系統（牽引/制動系統）工作原理分析

整個控制系統由多環節構成，即能量反饋、脈沖發生器、電機控制、速度測量及輸入值設定。（1）輸入值設定。DCU利用列車對來自于控制系統的相應牽引與制動力絕對值進行接收，此外，還可對司機所發出的制動或牽引指令進行接收，以此來決定施加制動力還是牽引力。在給定值控制實際電機前夕，需經過如下處理操作：①載荷校驗。DCU依據列車實際載荷情況，對實際牽引/制動力進行調整，這是因為運用了動力分散型控制，為了保持具有最小的車鉤之間相對運動，且促使整車在動態特性方面達成一致。②沖擊限制。對于不同給定值在大小方面的改變，均需于沖擊限制相應規定相符，但在激活防滑/防空轉功能時，此限制不對其起作用。③速度限制（牽引時）。速度控制的優先級相比于電機控制，高于后者，比如廣州地鐵一號線同時規定了3個速度限制，分別為慢行速度為3km/h，倒車速度為10km/h，正常速度為80km/h。④線電流限制（牽引時）。在牽引工況過程中，線電流控制的優先級相比于電機控制，高于后者，若考慮功耗內容，此限制值不得大于每節車720A。⑤欠壓保護（制動時）。在實施制動過程中，網壓始終受檢測，如若降低網壓，即使之低于1500V，網壓及制動力矩隨速度均減少，此時氣制動便會補充不足的制動力。（2）速度檢測。各牽引電機據附帶有一個速度傳感器，另外，各牽引控制單元均與3個速度傳感器相連接，當處于正常狀態時，此數值便會直接被送至DCU，然后實施牽引制動。DCU不僅檢測電機速度，而且還會對拖車的速度進行檢測。（3）電機控制?？刂品绞綖榭臻g矢量控制。利用逆變器輸出線的相電流、電壓及電機速度等參數，由近似而得到電機的磁通方向與大小。對于繞組當中的電機電壓與電流而言，其相關于空間矢量的磁通量，此解耦過程促使能夠對力矩及磁通實時單獨控制。（4）脈沖模式發生器。其有3個輸入變量，即校正角、定子頻率及相控因數。電機控制環節提供此3個變量。對于脈沖模式發生器而言，可依據此3個輸入變量，對牽引逆變器當中的GTO觸發脈沖開展實時計算。（5）能量反饋。對于電能能量反饋而言，能量是向電網中反饋的，如若為電制動，電網則難以全部吸收所有的能量，對于多余的能量而言，需要相熱能轉換，并在制動電阻上予以消耗，不然電網電壓將會大幅抬高，且達到難以承受的程度。制動斬波器能夠保證大部分的能量被反饋至電網，另外，還可對電網上的其它設備進行保護。

3 結語

綜上所述，我國城市軌道車輛電力傳動系統分別經歷了直流至交流，變阻調速至斬波器調速，最后又發展為三相異步電動機的變頻傳動。經實踐應用檢驗可知，變頻傳動控制技術在城市軌道交通車輛中的應用，具有很好的運用效果與價值。

參考文獻：

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