陳虎++王洪蓮

摘 要：城市化進程的快速推進，城市軌道交通作為構(gòu)成城市整體結(jié)構(gòu)的重要組成，在城市發(fā)展的過程中具有重要作用。在城市軌道交通當中，構(gòu)成的環(huán)節(jié)有很多，牽引逆變器是其中最為關鍵的一個環(huán)節(jié)。為了對城市軌道交通更好的了解，本文對城市軌道交通車輛牽引逆變器的技術性發(fā)展路徑進行了分析，對各個基礎模塊進行分析。并最終通過實際裝車考核，為我國城市軌道交通更好的發(fā)展貢獻出自己的一份力量。

關鍵詞：城市軌道交通；車輛牽引逆變器；技術性發(fā)展；路徑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.087

0 前言

城市軌道交通是城市交通驕重要組成部分，憑借其自身的快捷、安全、便利性等優(yōu)勢得到告訴關注。我國城市軌道交通的經(jīng)歷了漫長的發(fā)展階段，城市軌道交通各個方面有了明顯的提升，各項基礎的控制系統(tǒng)與制造系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了自主研發(fā)與制造。

1 城市軌道交通的發(fā)展概況

伴隨著城市化進程的持續(xù)性推進與國民經(jīng)濟的快速增長，城市人口的規(guī)模逐漸增大。公共交通運輸量壓力增加，傳統(tǒng)的城市公共交通系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足城市客運量的基礎要求。技術的進步與發(fā)展，具備大運量能力的軌道交通逐漸成為城市公共交通得以快速發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。在我國相關標準當中就對其進行了解釋：利用電力能源為主要動力，通過輪軌的方法對人或無進行運輸?shù)慕煌üぞ摺．斍半A段嗎，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的軌道交通，如地鐵、輕軌等為我國城市的發(fā)展提供了重要幫助。

城市規(guī)模不斷擴大，人口逐漸增多，這就要求具備便捷性與可達性的客源交通工具逐漸發(fā)揮出其自身應具備的價值，滿足高效率出行的基本要求。在當今世界范圍內(nèi)，發(fā)達國家的經(jīng)驗告訴我們，一個城市建立了良好的軌道交通，可以有效的改善城市的交通環(huán)境，增加了社會公共服務質(zhì)量，為人們的出行提供了便捷。與普通的公共交通相比，存在了很多的特點，如占地面積小、運輸量大等，正是這些特點的存在，使其成為了城市交通中的關鍵組成環(huán)節(jié)。同時，每一個單位的運輸量的能源消耗較少，能源節(jié)約率較高。乘客的乘坐體驗性良好，優(yōu)勢顯著，有效緩解交通擁堵現(xiàn)象的產(chǎn)生。

近年來，我國對城市交通軌道進行劃分時，同時是根據(jù)空間的分布進行劃分的，可以將其分為以下三個部分：（1）地下城市交通軌道系。這一系統(tǒng)當中，由桑格子系統(tǒng)構(gòu)成，其中輪軌系統(tǒng)最為重要，膠輪自動導向系統(tǒng)次之，最后為重要程度最輕，但也不能忽視的攪動系統(tǒng)；（2）地面城市軌道交通系統(tǒng)。這一系統(tǒng)當中，主要由兩部分組成，一是之前建設的有軌電車，二是近年來信建設的纜車系統(tǒng)等；（3）高架城市軌道交通系統(tǒng)。這一系統(tǒng)當中具有中低速磁懸浮交通系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。在這些城市軌道交通的空間區(qū)域劃分中，地下城市軌道交通發(fā)展速度迅猛[2]。

2 城市軌道車輛牽引逆變器的發(fā)展歷程

城市軌道交通車輛牽引電氣系統(tǒng)中，牽引逆變器具有重要的作用，即車輛當中的直、交、變流設備，對車輛的電動機進行控制與調(diào)節(jié)。因此，在城市軌道交通當中，這一設備相當于人體的心臟，其性能的好壞，直接影響到交通軌道的各項性能。從上世紀90年代開始，隨著科學技術的不斷發(fā)展，推動了電子技術的更新與完善，特別是大功率電子方面，發(fā)展的速度更快，從而為牽引逆變器的完善打下了良好基礎。在牽引逆變器的發(fā)展過程中，經(jīng)過了三個時期，第一個時期為半空型晶閘管（SCR）時期，第二個為全控型晶閘管（GTO）時期，最后一個為絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）時期，使逆變器的性能越來越高，現(xiàn)階段的逆變器當中，體現(xiàn)出了頻率高、損耗小等特點[3]。正是這些特點的存在，不論是對運輸部門，還是制造廠家來說，在城市交通建設過程中，占據(jù)了很大的優(yōu)勢，主要包括以下兩點：首先，這種變流器在組裝的過程中成本較低，能夠滿足牽引系統(tǒng)效率提升的要求；其次，逆變器的可靠性與適用性較高，可以將其快速的投入到實際應用當中，門極控制電路得到簡化。

IGBT應用狀況良好，逐漸在牽引傳送領域當中發(fā)揮出主導作用。在大功率的軌道交通中IGBT得到快速的推廣，并將其進行了大量的應用。在應用的過程中可以發(fā)現(xiàn)，逆變器在之后的發(fā)展當中，主要想著以下幾個方面發(fā)展：（1）積極主動地利用IGBT為開關元件；（2）精簡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以模塊的形式體現(xiàn)出來；（3）減少系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的噪音；（4）性能得到保證的前提下，降低消耗的能源[4]。當前階段牽引器發(fā)展的過程中，主要向著三個方向發(fā)展，分別為凸輪調(diào)阻、斬波調(diào)壓以及調(diào)頻調(diào)壓三個方式，這三個方式當中，具有很多的優(yōu)勢與技術特征，被廣泛的應用于世界各國新建地鐵、軌道系統(tǒng)中。

3 城市軌道車輛牽引逆變器的主體構(gòu)成

對城市軌道車輛牽引逆變器的技術性發(fā)展展開研究，需要分析其主體構(gòu)成，以便于在拆解分析之后做好系統(tǒng)的分析工作，主體構(gòu)成主要分為主電路、牽引逆變器平臺、變流器模塊及冷卻模塊四個部分。

3.1 主電路

在逆變器當中，主電路是其中最主要的一個部分，其中主要包括兩個部分，分別為變流器系統(tǒng)與牽引電機，根據(jù)兩者之間的數(shù)量控；方式的不同，可以將其分為三種形式：（1）由1個變流器系統(tǒng)，4個牽引電機構(gòu)成，利用車控的方式進行控制的，（2）由2個變流器系統(tǒng)，4個牽引電機構(gòu)成，利用架空的方式進行控制的。與車控的控制方式相比，這種控制方式具有明顯的優(yōu)勢，當一個彼岸流兮系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，能夠即使的將其從整個系統(tǒng)中切除，利用其他的系統(tǒng)繼續(xù)運行，使車輛可以正常的形式下去，減少了系統(tǒng)運行當中消耗的能源。并且，兩個牽引逆變器處于分開控制的狀態(tài)，對車輛的粘著利用效用顯著。但該控制方式也存在一定的缺點，則是在增加多部件的基礎之上，系統(tǒng)的可靠性方面受到影響，體積與成本增加；第三種是采用2個變流器模塊驅(qū)動4臺牽引電機的車控方式的主電路[5]。在主電路當中利用這種方式，不僅電路較為簡單，能夠降低生產(chǎn)的成本，而且應用的接觸器不是很多，使整個逆變器的穩(wěn)定性與可靠性更強。但由于粘著過緊，如變流器出現(xiàn)問題后，不能快速的將其隔離出來，動力處于全部損失狀態(tài)。結(jié)合以上各種典型主電路的優(yōu)劣勢，城市軌道交通車輛牽引逆變器主電路需要具體選擇。

3.2 牽引逆變器簡統(tǒng)化平臺

現(xiàn)代技術水平的快速發(fā)展，國內(nèi)城市軌道交通已經(jīng)呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展模式，軌道交通的形式也發(fā)生改變，由最初的軌道的地鐵一種形式轉(zhuǎn)化為多種軌道形態(tài)。而且，在發(fā)展的過程中，正向著多樣化的方向發(fā)展：一種是DC750V供電電壓制式，另一種為DC1500V供電電壓制式。在控制方式上面，根據(jù)城市軌道交通的自身要求可以進行更改，具體選擇車控還是架控。逆變器簡統(tǒng)化平臺具備安裝便捷、結(jié)構(gòu)強度高以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊等多種特征，并且具備便捷的車控與架控方式的互換，同歸對平臺中一些不見的改變，能夠?qū)⑦@一目標實現(xiàn)。對其進行改變時。尺寸與外形具體確定為2400mm×883mm×600mm，設置8個吊耳，每一個吊耳設置M16螺栓來保證安全吊裝與車體底部[6]。吊耳的高度可以做到具體調(diào)節(jié)，以此來滿不同車輛安裝空間的基本要求，做好檢修與具體維護。

3.3 變流器模塊

變流器模塊作為遷移逆變器的核心部件，作為一個相對獨立的模塊單元，作為主流的設計方向，與傳統(tǒng)的變流器設計相比較而言，IGBT變流器模塊化具有諸多優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）內(nèi)部采用繼承的方式構(gòu)成的，占用的空間較少，縮減了整個設備的提及；（2）適用性能較為良好，不僅能夠被應用于脈沖整流器中，還能夠應用到逆變器中：④研發(fā)周期被縮短，開發(fā)費用降低，減少用戶備品數(shù)量，產(chǎn)品成本得到有效控制。伴隨著該變流器模塊逐漸走向成熟，體現(xiàn)在性能方面的優(yōu)勢得到重視，性能模塊日趨完善。變流器模塊的應用主要包括熱管散熱器、IGBT元件、溫度繼電器、門極驅(qū)動單元、支撐電容、復合低感母排以及門極驅(qū)動電源等，是一個結(jié)構(gòu)高度集成、功能相對獨立的功率模塊。

3.4 冷卻模塊

從當前很多大功率的變流器的冷卻系統(tǒng)主要選用水冷裝置，以此來滿足大功率變流器散熱要求。但從水冷系統(tǒng)本身來看，該系統(tǒng)較為復雜，需要配置水泵、熱交換器等多種輔助設備，以此來保證水冷系統(tǒng)發(fā)揮作用。且該系統(tǒng)對整個散熱系統(tǒng)的要求較高，需要避免出現(xiàn)漏水、斷水等情況的產(chǎn)生。傳統(tǒng)實體的散熱器為了減少散熱器的熱阻，必須加大散熱面積和通風量，可通過增大基板、主干、分支肋等方式來實現(xiàn)，這種散熱方式既消耗金屬材料，也會受到金屬傳導率低的影響。針對這種現(xiàn)象，本次分析城市軌道交通牽引逆變器的技術性發(fā)展，主要采用時代電氣研制的驕城軌車輛牽引逆變器主要采用重力式熱管散熱。該專制的傳熱原理主要利用了其中存在的液體介質(zhì)，當設備內(nèi)部溫度升高后，液體就會出現(xiàn)汽化的現(xiàn)象，吸收了設備內(nèi)部的熱量，從而降低了設備內(nèi)部的溫度。同時，當液體汽化之后，氣體會進入到冷凝管當中，通過液化的方式，將其轉(zhuǎn)換回液體，并傳回到冷卻管中，形成一個液體相變循環(huán)，從而達到了冷卻的目的與以往的冷卻方式相比，這種方式的性能更加優(yōu)越，冷卻的效果更好[7]。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著社會的不斷進步與技術的飛速發(fā)展，城市軌道交通已經(jīng)得到應有重視，成為推進城市化進程的關鍵性構(gòu)成要素。在城市軌道交通當中，牽引逆變器性能的好壞，會直接影響到整個系統(tǒng)運行質(zhì)量。因此，本文研究當中，對以往的逆變器進行了一定的改進，并已投入運營多個地鐵項目當中，應用效果顯著。根據(jù)在多個大中型城市的應用發(fā)現(xiàn)，城市軌道交通車輛牽引逆變器性能良好且具有較好的安全性，符合現(xiàn)階段對傳動系統(tǒng)的要求，為我國城市軌道交通更好的發(fā)展提供了重要的幫助。但不能滿足于此，要跟隨著時代的進步，不斷對逆變器進行研究，使性能能夠越老越好，在城市建設中發(fā)揮出更大作用。

參考文獻：

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