楊華 胡彪

摘要：我國(guó)城市化建設(shè)不斷加快的同時(shí)，對(duì)于城市交通帶來(lái)了巨大的壓力。城市化建設(shè)不斷發(fā)展的過(guò)程帶給道路交通的壓力也不斷增大產(chǎn)物，軌道交通為城市交通提供便利。電氣牽引技術(shù)是現(xiàn)代軌道交通非常關(guān)鍵技術(shù)之一，主要作用是確保軌道交通車(chē)輛有足夠的電力驅(qū)動(dòng)力，提高軌道交流運(yùn)行的平穩(wěn)性。現(xiàn)階段軌道交通的快速發(fā)展要求電氣牽引技術(shù)也需要不斷完善。以下是文章對(duì)現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛電氣牽引技術(shù)的應(yīng)用情況經(jīng)分析，目的是強(qiáng)化該技術(shù)的應(yīng)用效果，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)軌道交通的迅速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代軌道交通;車(chē)輛電氣牽引技術(shù);電力驅(qū)動(dòng);城市交通壓力;牽引系統(tǒng)

一、前言

現(xiàn)代軌道交通不可缺少的技術(shù)之一就是電氣牽引技術(shù)，電氣牽引技術(shù)主要為現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛要想正常運(yùn)行就需要有足夠的驅(qū)動(dòng)力，而電氣牽引技術(shù)的主要作用就是為其提供電氣驅(qū)動(dòng)[1]。該技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代軌道交通來(lái)說(shuō)是非常重要的。電氣牽引技術(shù)具有較強(qiáng)的可控制性，能確保車(chē)輛穩(wěn)定運(yùn)行。因此成了現(xiàn)代軌道交通不可缺少的制動(dòng)方式。

二、現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛電氣牽引技術(shù)分析

一種牽引電動(dòng)機(jī)利用多對(duì)致動(dòng)器被電激勵(lì)而產(chǎn) 生周期步進(jìn)牽引使電動(dòng)機(jī)軸有力的旋轉(zhuǎn)或線性定位。因無(wú)滑動(dòng)摩擦從而機(jī)械效率高和壽命長(zhǎng)。各致動(dòng)器受高效電激勵(lì)系統(tǒng)而定位比較大面積的牽引元件[2]。各壓電致動(dòng)器具有多層剪切變形的壓電材料。不需常規(guī)的軸承和潤(rùn)滑劑，能滿足于工作在強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)離子輻射環(huán)境。該牽引電動(dòng)機(jī)能從微觀級(jí)到很大 等級(jí)的范圍，已證實(shí)定位精度為毫微米級(jí)。城市化建設(shè)不斷加快的同時(shí)，對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)也帶來(lái)了較大的壓力。現(xiàn)代軌道交通是科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，在很大程度上可以解決城市交通緊張的問(wèn)題。電氣牽引技術(shù)作為現(xiàn)代軌道交通關(guān)鍵技術(shù)之一[3]，起到的作用是非常顯著的。以下是本文對(duì)該技術(shù)的具體分析。

（一）電氣牽引技術(shù)控制系統(tǒng)分析

軌道交通車(chē)輛中的電氣牽引技術(shù)是非常重要的，在電氣牽引技術(shù)的輔助下可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的幫助下，可以對(duì)軌道交通車(chē)輛的運(yùn)行方式進(jìn)行監(jiān)控，因此，該控制方式帶有較強(qiáng)的信息化特征。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)較多，其中較為顯著的優(yōu)勢(shì)就是可以實(shí)現(xiàn)自我檢查和自我控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)尤其是在交流傳感式軌道交通車(chē)輛中得到了更加廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中在使用電氣牽引技術(shù)時(shí)，離不開(kāi)多重微機(jī)，高水平自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)多重微機(jī)的輔助[4]。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是電氣牽引技術(shù)中非常重要的部分，可主動(dòng)控制牽引信號(hào)的輸入和輸出，在信號(hào)處理器的輔助下，實(shí)時(shí)控制車(chē)輛牽引。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)起到的作用是非常巨大的，對(duì)整個(gè)電氣牽引技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要起到整體性作用，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輔助下可以為電氣牽引系統(tǒng)提供完整性的配置。其中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中非常重要的部分就是相應(yīng)軟件，在具體軟件的支持下，可開(kāi)展多項(xiàng)任務(wù)，如驅(qū)動(dòng)任務(wù)、通信任務(wù)等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部軌道交通車(chē)輛控制的前提就是依靠管控電氣牽引技術(shù)中的諸多模塊，不同模塊相互組合形成了集成化的控制系統(tǒng)。

（二）電氣牽引技術(shù)主要元件分析

現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中的電氣元件需要在電氣牽引中反復(fù)磨合，在不斷磨合的過(guò)程中可以提高各個(gè)元件之間的配合程度[5]。其中電氣牽引技術(shù)中涉及的元件類(lèi)型較多，其中比較重要的電氣元件有斷路器、受電器以及接口電器。

1. 電氣牽引技術(shù)中的斷路器

斷路器是電氣牽引技術(shù)中不可缺少的重要元件。緊急阻斷是斷路器的主要功能。斷路器在現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中的潛力巨大。特別是電氣牽引技術(shù)越來(lái)越高的信息化程度，導(dǎo)致斷路器在市場(chǎng)上的占有率不斷攀升。電氣牽引技術(shù)中有效應(yīng)用斷路器在電氣牽引技術(shù)中的妥善應(yīng)用可促使制動(dòng)分段時(shí)間顯著降低，能在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)軌道交通進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，將電流阻斷時(shí)的危險(xiǎn)系數(shù)明顯降低[6]。斷路器在電氣牽引技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越完善，能進(jìn)一步提升電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中的應(yīng)用效果。其中斷路器工作原理圖見(jiàn)圖1。

2. 電氣牽引技術(shù)中的受電器

電氣牽引技術(shù)中重要的元件之一就是受電器，現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛對(duì)于受電器有較高的要求，因此受電器要想在電氣牽引系統(tǒng)中發(fā)揮自身的作用，首先需要確保自身的性能優(yōu)良，滿足第三軌穩(wěn)定滑動(dòng)的要求[7]?，F(xiàn)代軌道交通車(chē)輛的運(yùn)行速度不斷加快，此時(shí)需要受電器的第三軌穩(wěn)定要求符合相關(guān)規(guī)定，只有這樣才能確保電氣牽引自身受力在安全范圍之內(nèi)，避免磨損值較大問(wèn)題的發(fā)生，受電器直接影響電氣牽引技術(shù)的受力情況，只有在牽引受力平衡的情況下，才能保障受電器的強(qiáng)度和性能符合要求。自調(diào)節(jié)受電器是目前我國(guó)積極研發(fā)的新型受電器，此種類(lèi)型的受電器配合電牽引技術(shù)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可將受電器在電牽引系統(tǒng)中的壓力極大緩解。其中受電器工作原理圖見(jiàn)圖2。

3. 電氣牽引技術(shù)中的接口電器

接口電器需要與電氣牽引技術(shù)要求相一致，只有這樣才能保障接口電器在現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中發(fā)揮原本的作用[8]?，F(xiàn)代軌道交通車(chē)輛電氣牽引中常見(jiàn)的問(wèn)題就是接口電器的不匹配性。因此，基于該方面的問(wèn)題需要進(jìn)一步提高接口電器與電氣牽引技術(shù)的高度匹配性，以免因接口電器影響電氣牽引技術(shù)有效性的體現(xiàn)。

（三）電動(dòng)機(jī)交流式牽引技術(shù)分析

現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛電氣牽引技術(shù)離不開(kāi)電動(dòng)機(jī)的大力輔助，永磁電機(jī)在電力牽引技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，因此，要想確保電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中的應(yīng)用效果，就需要保障電動(dòng)機(jī)性能的良好。永磁電機(jī)有較高的效率，它的額定效率可以達(dá)到最新國(guó)標(biāo)的1級(jí)效率，與三相異步電動(dòng)機(jī)香波，效率提升了3%～5%，低負(fù)載效率提升更加明顯。此外永磁電機(jī)功率因數(shù)、節(jié)能回報(bào)較高，所需電流較小，不需要無(wú)功補(bǔ)償，可以減少變壓器和電纜等設(shè)施的投資。永磁電機(jī)溫升較低，有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，控制性能較好，因此被應(yīng)用現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中，無(wú)疑對(duì)電動(dòng)機(jī)交流式牽引來(lái)說(shuō)壓力是巨大的。為了將電動(dòng)機(jī)使用的穩(wěn)定性進(jìn)一步提升，就需要加大在電動(dòng)機(jī)交流式牽引技術(shù)上的資金投入和技術(shù)投入，可采用IBGT逆變模式滿足電動(dòng)機(jī)交流式牽引技術(shù)的供電需求，此種供電模式可確保電牽引技術(shù)的正常應(yīng)用，促使我國(guó)的電氣牽引技術(shù)水平進(jìn)一步提升。

（四）復(fù)合型弓網(wǎng)系統(tǒng)分析

復(fù)合弓網(wǎng)系統(tǒng)中的接觸軌結(jié)構(gòu)為新型鋼鋁復(fù)合材質(zhì)，該材質(zhì)取代了之前的銅材質(zhì)接觸軌。此種新型接觸軌材質(zhì)與原來(lái)的接觸軌材質(zhì)相比，電阻數(shù)值更小，導(dǎo)電率跟高，載流量更大，耐磨性更好，使用壽命更長(zhǎng)，制作成本更低。受電弓結(jié)構(gòu)中的滑塊為滲金屬碳復(fù)合材料，此種材質(zhì)的滑塊壽命可以達(dá)到5～25萬(wàn)公里，相比之前的受電弓材質(zhì)更加可靠。

三、現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛電氣牽引系統(tǒng)

現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛采用的牽引系統(tǒng)為電氣牽引系統(tǒng)是LCU無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制系統(tǒng)，該控制單元下可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)控制，能確保軌道交通車(chē)輛電氣控制線路的可靠性。現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)技術(shù)是LCU不可缺少的技術(shù)，該控制單元下取代了軌道交通車(chē)輛牽引系統(tǒng)中原有的低壓電器和迂回線路，具有控制靈活、編程便捷、布線直觀以及檢修方便等優(yōu)勢(shì)。立足LCU無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制系統(tǒng)來(lái)分析，現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛對(duì)電氣牽引系統(tǒng)有了具體的規(guī)定。

（一）0～43.33 km/h是電氣牽引技術(shù)恒定引力范圍，在恒定壓力范圍下需要配合一定的速度，其中43.33～65 km/h所要配合的恒定速度。通常情況下軌道交通車(chē)輛的恒定牽引力一般在345 kN，自然牽引力一般為230.5 kN。

（二）電制動(dòng)力需要與電氣牽引系統(tǒng)高度配合，保障電制動(dòng)力按照穩(wěn)定的速度運(yùn)行，避免電制動(dòng)力因素影響現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛的正常運(yùn)行[9]。

（三）合理設(shè)置軌道交通車(chē)輛中的電氣牽引運(yùn)行模式，可以依據(jù)列車(chē)荷載自動(dòng)調(diào)節(jié)電氣系統(tǒng)的牽引力，構(gòu)建出在荷載范圍內(nèi)的牽引規(guī)范。電氣牽引技術(shù)與前期牽引系統(tǒng)兩者之間的關(guān)系是非常密切的，現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中合理運(yùn)用電氣牽引系統(tǒng)可將電氣牽引技術(shù)的作用有效發(fā)揮，反過(guò)來(lái)在電氣牽引技術(shù)的幫助下，有可以確保電氣牽引系統(tǒng)的可靠性。其中電氣牽引系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

四、現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛牽引中電氣控制分析

現(xiàn)代軌道交通中不可缺少的環(huán)節(jié)之一就是電氣控制。軌道交通車(chē)輛在正式啟動(dòng)時(shí)，在電氣牽引技術(shù)的支持下，借助電氣控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電能和動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換。電氣控制對(duì)軌道交通車(chē)輛連接電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可以起到一定的約束作用，能確保電動(dòng)馬達(dá)的合理性，以免電動(dòng)馬達(dá)在不合理的情況下，出現(xiàn)電能消耗過(guò)多的問(wèn)題?，F(xiàn)代軌道交通車(chē)輛牽引電氣控制中牽引傳動(dòng)控制非常重要。一般情況下軌道交通車(chē)輛會(huì)提前制定運(yùn)行方案，工作人員會(huì)嚴(yán)格按照擬定好的運(yùn)行方案，確保車(chē)輛的正常運(yùn)行。電氣牽引技術(shù)能力與軌道交通車(chē)輛運(yùn)行模式和兩站之間的距離有重要的關(guān)系，因此，要確保電氣牽引技術(shù)與軌道交通車(chē)輛運(yùn)行模式的高匹配性，對(duì)于電氣控制牽引傳動(dòng)中的相關(guān)要求，需要工作人員嚴(yán)格對(duì)其進(jìn)行控制，確保軌道交通車(chē)輛的正常運(yùn)行，現(xiàn)階段我國(guó)的牽引傳動(dòng)控制技術(shù)還存在相應(yīng)的問(wèn)題，因此需要國(guó)家政府有關(guān)部門(mén)加大對(duì)該領(lǐng)域的資金支持和技術(shù)支持，在借鑒國(guó)外牽引傳動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，設(shè)計(jì)出國(guó)產(chǎn)化的牽引傳動(dòng)控制技術(shù)。在牽引傳動(dòng)控制技術(shù)的有效支持下推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軌道交通車(chē)輛的出現(xiàn)極大緩解了城市交通的壓力，電氣牽引技術(shù)作為軌道交通車(chē)輛不可缺少的技術(shù)之一，對(duì)于軌道交通的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。以上是本文分析的電氣牽引技術(shù)在現(xiàn)代軌道交通車(chē)輛中的應(yīng)用情況，希望對(duì)該領(lǐng)域的研究有一定的促進(jìn)作用。

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