Translohr ste3型列車牽引制動系統研究

摘?要：天津經濟技術開發區新交通導軌電車線路，是中國首條投入商業化運營的現代電車線路，是位于天津經濟技術開發區內的一條南北走向的膠輪導向電車，下文將對該車的牽引及制動系統進行介紹。

關鍵詞：導軌電車;牽引制動;弱電控制

1 線路基本情況介紹

新交通線路途經生活區、工業區、學院區，全長7.86公里，設有14座站臺，客源主要以洞庭路沿線居民、上班族、學院區學生流為主。隨著人們對該系統的熟悉和認可，自2007年5月開通運營后快速吸引了大量乘客乘坐，并逐漸形成了穩定的客流源。

2 選用車型

線路選用的車型為法國LOHR公司開發的TRANSLOHR STE3型膠輪+導軌制式電車。該車車長25米，寬2.22米，高2.95米，采用電力牽引，自身帶有牽引電池包滿足無網區運行;100%低地板，地板面距地面260mm;轉彎半徑小，最小轉彎半徑僅為10.5米;爬坡能力強，最大爬坡能力達到13%;三節編組車輛額定載客167人，最大載客212人。

3 車輛牽引供電系統

TransLohr ste3型導軌電車的牽引供電系統由意大利阿爾斯通廠進行設計制造，包括車輛的牽引電機、電能分配裝置、逆變裝置及中央控制器（TCU）組成，由勞爾公司集成安裝于車輛頂部，并與車上其他控制單元通過實線或CAN網總線模式進行數據信息傳遞和交換，以達到整體協調。

3.1 牽引逆變器

車輛的牽引逆變器內部采用IGBT（雙絕緣柵晶體管）半導體元件，通過高頻率交替通斷的移相操作，得到一個可控的交變PWM電壓，以供牽引電機使用，并且在傳輸過程中采用線性濾波器進一步降低電流中的諧波，防止其干擾線路附近的信號傳輸。雖然高頻化操作可以大大降低內部電感電容等部件的體積，節約空間及成本，但也會產生更多的損耗及發熱，為有效對部件進行冷卻，IGBT半導體被安裝在突出鋁模塊上，模塊內的冷卻液采用水與乙二醇的混合物，工作溫度的范圍在-35°C 到 110°C內，具有良好的防腐蝕特性及物理穩定性，通過不斷的冷卻循環來降低IGBT模塊的溫度。其他的冷卻循環泵、風機及熱交換器等循環散熱設備被安裝在一個獨立的通風箱體內，這樣就保證了即使出現液體泄漏也不會接觸其他用電模塊而導致短路的情況出現。

3.2 牽引控制器（TCU）

TCU為車輛牽引供電系統的中心控制系統，分為CPU和DSP兩個控制系統。CPU為邏輯動作控制處理器，可接收牽引指示值、車輛運行方向、電機轉速、CAN網絡的選擇以及在緊急制動狀態下的禁止牽引等多種指令，內部進行分析處理后，輸出控制電能分配、故障隔離、牽引啟停等信號，并與車上勞爾控制系統交換CAN網數據，顯示車速、關鍵部件溫度、電流電壓等信息。DSP處理器模塊主要負責對收集的信號進行計算，并檢查和管理傳給IGBT的控制信號從而實現對牽引電機轉矩和轉速的控制，當收到制動指令時抑制牽引。

3.3 牽引系統的設計及使用

該系統被設計為雙套冗余式結構，即車輛兩邊各有一套包含TCU、逆變器和牽引電機的設計。正常使用條件下，由位于車輛兩端的電機同時負責牽引車輛，電機由對應的逆變器控制，每個逆變器又由牽引控制單元（TCU）控制，兩個TCU接入車輛的控制網絡，與CAN網進行信息交換。正常啟動車輛選定駕駛方向后，司機通過加速踏板將牽引指示值傳送給兩個TCU，來控制逆變器，這個值正比于踏板的行程，在踏板的最大位置，加速度限制為1.3m/s2。通過CAN網絡的數據傳遞，車輛速度可以實時地顯示在中央控制臺的BMA顯示器上，此時如將加速踏板完全放開，牽引將被切斷，車輛向前惰行。當一側牽引系統（TCU、逆變器或電機）發生故障時，系統將會自動進行降級操作，包括將故障信息顯示在BMA上，自動隔離故障一側的牽引功能，車輛整體的最大加速度也被限定在0.5m/s2以內。

4 車輛制動系統

電車的制動方式包括：電制動、空氣制動和機械制動三類。下面詳細闡述一下這三種制動的原理及使用環境：

4.1 電制動組成

包括牽引電機，牽引逆變器和命令控制系統（TCU）等。當車輛進行電制動時牽引電機和逆變器設計用做發電機。由牽引逆變器上的“變阻斬波器”控制此損耗。當接觸網電壓低于900V時，可產生再生制動。如果接觸網電壓高于900V，能量將被安裝于車頂的耗散電阻所損耗。由于牽引逆變器的雙向結構，車輛的能量在電制動時能夠盡快恢復。

4.2 氣制動組成包括

空壓機、各類空氣閥門、氣缸、制動踏板和UCD等。車輛的兩端各有一個空壓機，每個空壓機依據日期的單雙而交替工作，輸出壓強為10bar。當空氣環路的氣壓值低于7.5bar時，空壓機會自行啟動;當環路氣壓值超過8.5bar時停止工作。壓縮機以額定功率工作時，它的運轉率是30%。當設備故障時環路中的安全閥會確保氣壓處于安全范圍。環路中的壓縮空氣被儲存于多個氣缸內，以備需要時使用，用于制動系統的氣能儲存于F缸，用于空氣彈簧或車門等其他服務功能的由S缸儲存。

4.3 電制動和氣制動的控制系統

車輛的電制動和氣制動都由剎車踏板控制.踏板有兩個檔位，分別進行電制動和氣制動的控制：在移動的第一個階段，由兩個冗余的角度位置傳感器監測踏板的角度位置，以此來確定電制動信號值（減速度值）并發送給司機室內的UCD處理器，電制動的制動力只受自動化電子裝置控制，與負載，坡度和其它條件狀態無關。在該階段，不會產生任何氣制動;在移動的第二個階段，氣制動的制動力與踏板的壓縮距離成正比。氣體通過兩個雙繼動閥分別控制兩套單獨的氣控制動環路對車輛進行制動。當制動踏板踩到最下面極限的位置時，電制動和氣制動均達到最大，司機信息屏幕上會出現顯示，此時車輛將以最大的減速度進行制動。

綜上所述，本文主要圍繞新交通線路所選用的TransLohr STE3型導軌電車的牽引和制動系統進行介紹，雖然為10年前引入技術，但該車若干的設計理念仍然值得國內有軌電車行業借鑒學習。

參考文獻：

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作者簡介：王玉，中級工程師，車輛電氣工程師。