軌道交通車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

陳外升

摘 要：近年來，中國(guó)有軌電車的發(fā)展速度加快了，為人們提供了旅行的便利，并改善了大家的生活。技術(shù)發(fā)展已從牽引設(shè)備發(fā)展到以平臺(tái)技術(shù)為中心的當(dāng)前高性能控制技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了牽引控制的廣泛化，標(biāo)準(zhǔn)化和個(gè)性化。本文著眼于鐵路車輛牽引力控制的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鐵路運(yùn)輸;車輛;牽引力控制;當(dāng)前狀態(tài);趨勢(shì)

引言

在電車技術(shù)中，牽引力控制技術(shù)為電車提供動(dòng)力，這一點(diǎn)非常重要。因此，關(guān)于軌道交通車輛牽引力控制技術(shù)的研究越來越多，相關(guān)專家學(xué)者繼續(xù)追求軌道交通車輛的牽引力控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)牽引力控制和牽引力控制的標(biāo)準(zhǔn)化，通用化和平臺(tái)化改善并促進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)。

一、國(guó)際鐵路車輛牽引力控制的發(fā)展

隨著第二次工業(yè)革命的發(fā)展，蒸汽機(jī)技術(shù)為機(jī)車車輛的發(fā)展提供了技術(shù)支持，世界上第一條鐵路出現(xiàn)在18世紀(jì)。自鐵路運(yùn)輸時(shí)代問世以來，經(jīng)過200多年的發(fā)展，軌道車輛的牽引技術(shù)已經(jīng)從早期的蒸汽機(jī)演變?yōu)殡妱?dòng)牽引。1880年代的電車主要使用直流驅(qū)動(dòng)的牽引力控制，而在1990年代，西門子將繞組異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的牽引力控制。20世紀(jì)初，德國(guó)開始在電動(dòng)汽車中使用三相交流電。隨著1950年代晶閘管的應(yīng)用，拉動(dòng)儲(chǔ)罐的方式已經(jīng)完全改變。在1960年代，成角度的線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被用于牽引力控制。在1970年代，異步牽引電動(dòng)機(jī)得到應(yīng)用和推廣。牽引力控制AC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是減少了電源電流的諧波含量。電路簡(jiǎn)單可靠，控制電機(jī)重量輕，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有抗靜電功能。

二、國(guó)內(nèi)鐵路車輛牽引力控制的發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)目前的鐵路列車牽引力控制系統(tǒng)主要包括三種通信技術(shù)，控制技術(shù)和保修技術(shù)?？刂萍夹g(shù)直接針對(duì)控制目標(biāo)，并綜合利用數(shù)學(xué)，計(jì)算機(jī)，微電子等多學(xué)科技術(shù)。這主要是火車牽引控制系統(tǒng)的核心，包括磁控制和方向矢量控制。通信系統(tǒng)的應(yīng)用，例如直接轉(zhuǎn)矩控制，是一個(gè)開放系統(tǒng)，其主要功能是根據(jù)傳輸需求建立連接并在每個(gè)控制系統(tǒng)的級(jí)別上傳輸信息，安全技術(shù)必須具有可靠性，安全性和效率性以及主要功能是系統(tǒng)性能。確保滿足操作要求，特別是目前在中國(guó)使用的軌道車輛的牽引力主要以AC-DC-AC變速箱的形式出現(xiàn)，主要的牽引設(shè)備包括主變壓器，變流器，電動(dòng)機(jī)和其他控制系統(tǒng)。牽引主電路主要有三相逆變器電路，直流母線電路和網(wǎng)絡(luò)側(cè)電路。[1]在車輛的動(dòng)輪和履帶之間，輪扭矩，輪重和輪軌材料相互作用產(chǎn)生附著力，從而為驅(qū)動(dòng)火車的鐵路提供牽引力。從模塊化的角度來看，列車牽引控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：列車控制模塊，車輛控制模塊和變速器控制模塊。

其中，列車控制模塊的主要范圍包括具有邏輯選擇功能，牽引力和制動(dòng)器調(diào)節(jié)功能，安全指導(dǎo)功能和信息記錄功能的：以便可以監(jiān)視列車狀態(tài)并及時(shí)診斷列車運(yùn)行過程中發(fā)生的故障。車輛控制模塊的主要功能是監(jiān)視和控制列車的動(dòng)力并診斷時(shí)間錯(cuò)誤。變速器控制系統(tǒng)的控制范圍主要包括變頻器，異步牽引電動(dòng)機(jī)和脈沖整流器。變速箱控制系統(tǒng)還具有怠速和沿海保護(hù)功能。[2]

三、現(xiàn)代牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制特性

火車牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)是通過機(jī)電能量轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)位置，速度和轉(zhuǎn)矩控制，本質(zhì)上是電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)代牽引系統(tǒng)使用AC-DC-AC電驅(qū)動(dòng)器。牽引設(shè)備主要包括高壓電器，牽引變流器和牽引電動(dòng)機(jī)以及相關(guān)的控制系統(tǒng)?；疖嚨臓恳κ擒囕喤c軌道之間的附著力，牽引力的主要電路包括電網(wǎng)側(cè)電路，直流母線電路和三相逆變器電路。車輪的重量，車輪和軌道材料的彈性以及施加在車輪上的扭矩是附著力的三個(gè)要素。

火車基于基本動(dòng)力單元，可以靈活組合以形成不同運(yùn)輸要求的不同組。根據(jù)電力需求和火車電力的使用，許多動(dòng)力裝置組合包括功率密集型或固定式大型車輛，配電EMU或城市鐵路列車以及大型復(fù)雜列車。現(xiàn)代火車控制和診斷系統(tǒng)使用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本特征主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)性，確定性，可靠性和安全性上。應(yīng)用程序特征主要是車輛級(jí)別的診斷，包括將火車級(jí)別的診斷，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和檢測(cè)技術(shù)與故障診斷（如通信網(wǎng)絡(luò)的初始運(yùn)行，監(jiān)視數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理，消息數(shù)據(jù)和流數(shù)據(jù)）相結(jié)合。反編譯機(jī)器診斷級(jí)診斷集成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)，并已擴(kuò)展到車輛地面集成遠(yuǎn)程集成系統(tǒng)。

四、車輛牽引控制發(fā)展趨勢(shì)

1.平臺(tái)化與標(biāo)準(zhǔn)化

目前，中國(guó)的電力牽引控制技術(shù)著重于30t軸重載電力機(jī)車和現(xiàn)代坦克的發(fā)展。牽引力控制核心組件及相關(guān)設(shè)備和設(shè)備新型轉(zhuǎn)矩硅電源，制動(dòng)能量再生反饋，永磁同步電動(dòng)機(jī)因其高效率和其他優(yōu)勢(shì)而在商業(yè)應(yīng)用中使用。建立基于牽引和電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及現(xiàn)代電力電子技術(shù)的新材料和節(jié)能技術(shù)現(xiàn)代牽引控制技術(shù)包括環(huán)保設(shè)備制造系統(tǒng)，鐵路火車制造系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)終身服務(wù)系統(tǒng)，新技術(shù)是鐵路運(yùn)輸牽引技術(shù)的新創(chuàng)新革命。鐵路運(yùn)輸車輛發(fā)展?fàn)恳刂频内厔?shì)正在走向平臺(tái)化和標(biāo)準(zhǔn)化。

2.信息化與智能化

最近，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的電子商務(wù)鐵路車輛的牽引力控制系統(tǒng)平臺(tái)已經(jīng)開發(fā)出來。隨著鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中游客人數(shù)的增加，鐵路運(yùn)輸管理的難度也增加了，迫切需要信息技術(shù)來實(shí)時(shí)控制火車的各個(gè)方面，包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息和邏輯控制信息。鐵路列車的平臺(tái)化為標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

3.模塊化與網(wǎng)絡(luò)化

為了滿足各種用戶的需求，鐵路車輛的牽引力控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為模塊化的趨勢(shì)。產(chǎn)品平臺(tái)化主要是指根據(jù)主要用戶的需求分析市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，以弄清產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)的功能定位和改進(jìn)目標(biāo)，應(yīng)仔細(xì)劃分產(chǎn)品功能部門，對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行模塊化管理。大大提高了機(jī)車車輛牽引系統(tǒng)的可靠性，從而降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。車輛儲(chǔ)能吸收器可以回收30%的制動(dòng)能量，牽引系統(tǒng)的重量可以減輕車輛的負(fù)荷，永磁同步牽引系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的效率。新一代半導(dǎo)體器件將徹底改變轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域。

五、結(jié)論

本文研究了軌道交通車輛牽引力控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，分析了中國(guó)軌道交通車輛牽引力控制技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)了國(guó)際軌道交通車輛牽引力控制技術(shù)的發(fā)展歷史。鐵路運(yùn)輸車輛牽引力控制發(fā)展趨勢(shì)的綜合分析和預(yù)測(cè)本研究將為牽引力控制技術(shù)的改進(jìn)和改進(jìn)提供參考，為我國(guó)鐵路車輛牽引力控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]譚正祥.軌道交通車輛牽引控制技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（19）：119-120.

[2]徐少哲.軌道交通車輛牽引控制發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析[J].科技資訊，2017，15（32）：84-85.