VVVF技术在城市轨道交通车辆中的应用

轨道交通直流供电系统的开关设备简述摘要轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统（SCADA）等。

直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。

本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备——直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。

关键词直流供电系统直流快速断路器直流开关柜一.引言城市轨道交通是指在轨道上行驶或以导向系统行驶的、服务于城市的交通。

一般认为, 城市轨道交通包括轻型轨道、高架铁路和地下铁路等几种形式。

其中轻型轨道交通是一种轻型车辆的城市快速轨道交通方式, 国际上通称Light Rail Transit（LRT）, 近年来在国内外发展很快。

它以外部电源为动力, 以钢轮、钢轨为导向。

其主要设施在地面, 部分路段可能还设置成高架铁路, 有的则进入地下(但通常所占比重不大)。

它不与其他地面车辆混杂行驶, 要求线路是全隔离或基本隔离。

地下铁路系统则要求更高, 完全隔离, 全部或大部分线路设置在地面以下, 而且对线路、站台、行车控制等都有特殊的要求。

在过去的20年里, 城市轨道交通得到了空前的发展, 许多城市的交通系统趋向成熟, 解决了大量的技术、设备、资金和管理难题。

据不完全统计, 现在已有不少于200 座城市正在积极地从事各种轨道交通的规划和修建工作, 规划的线路总长度达7000 km 以上。

从目前的态势看, 轨道交通将成为世界城市交通的发展方向。

城市轨道交通之所以为世人所青睐, 是因为它有着其他交通工具所无法比拟的优点: 快捷、准时、安全、舒适、运量大、能耗低且污染轻。

轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统(SCADA)等。

直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。

本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备—直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。

城市轨道交通可再生制动方案摘要：城市轨道车辆运行具有频繁启动、制动的特点，机车制动能量的可再生利用已成为了城市轨道交通节能的主要方式。

本文对比分析了城市轨道交通可再生制动能量吸收的若干方案，重点分析了基于超级电容的储能型和逆变回馈型可再生制动系统的工作原理和典型拓扑结构。

最后介绍了储能-逆变回馈复合型制动方案。

关键词：城市轨道交通；可再生制动；双向直流变换器；逆变回馈Research on Absorb Project of Regenerative Braking in Urban RailTransitAbstract: Frequent start and braking are the main features of urban rail transportation, and theregenerative utility of braking energy has been considered as one of the most important approach to saveenergy of urban rail transit. Some strategies of regenerative braking energy absorbing is analyzed andcompared in the paper. The principle and typical topological structures of regenerative braking systembased on energy storage of super capacitors and feedback inverters are discussed in detail. Finally, thestrategy that combines energy storage and feedback inverter is presented.Key words:unban rail transit; regenerative braking; bi-directional DC/DC converter; feedback inverter1. 引言随着城市化进程的逐渐加快，城市轨道交通发展迅速。

浅论变频调速系统在地铁车辆中的应用【摘要】本文主要论述了我国城市轨道交通车辆中变频调速控制系统的应用及发展状况，通过论述阐明交流变频调速控制系统是目前在城市轨道交通车辆牵引制中一种比较先进成熟的调速控制系统。

【关键词】城市轨道交通、变频调速控制系统、门极可关断全控型晶闸管【分类号】：tm921.51一、概述随着现代电力电子器件、智能功率集成模块问世，控制理论及微电子技术的发展使异步电动机的调频调速得以顺利实现，从而使交流变频传动在城市轨道交通车辆牵引系统中得到大量应用，并正在逐步取代直流传动系统，同时随着大功率自关断器件的日趋完善和以微处理器件为核心的数字控制技术的发展更促进了交流变频传动系统在城市交通车辆中的应用。

二.变频传动技术的历史很长一段时间城市轨道交通车辆的牵引电动机都普遍采用直流旋转电动机。

其传动方式有变阻控制和斩波调压控制。

变阻控制在老式城市轨道车辆上普通使用，虽然结构简单，但由于车频繁启动和制动，使20%的电能消耗在电阻上，这种方式大基本已被淘汰。

随着电力电子器件及控制技术的迅速发展，从不控型整流管到半控型晶闸管（scr）、80年代中后期以来的门极可关断全控型晶闸管（gto）、巨型晶体管gtr到绝缘门极双极型晶体管igbt等的研制成功，从而便研制、开发出了功率等级不同的将驱动、保护、自我检测及功率输出集于一体的变频调速产品。

交流变频调速装置一出现就以其优秀的调速性能及明显的节电效果迅猛发展，并逐步取代了以前的滑差调速、整流子电机调速、串级调速、中频发电机组及直流调速装置。

因而。

世界上各国都非常重视其发展。

在80年代后期，发展起来的vvvf变频传动调速控制系统在城市轨道车辆传动控制中已进入实用阶段。

vvvf传动系统是将直流750v或1500v 通过gto逆变器和微机获得一个频率和电压可控制的三相交流电源，使交流异步牵引电动机的转速可以平滑调节。

由于采用了微机控制，可使系统更可靠，还可实现系统自动检测和故障珍断，为车辆安全的运行、维修及保养提供了极大方便。

地铁1500V制动能量消耗装置应用随着我国城市轨道交通建设的快速发展，国内轨道交通主要采用电气再生制动方式。

电气再生制动是城市轨道列车运行中的一个关键、重要的技术，关系到列车能否安全、准确、稳定地进站、停车。

目前，在国内各大城市的地铁列车均采用电气再生制动方式（简称制动技术），在牵引变电所内设置有一套制动能量消耗装置，文章重点介绍了制动能耗装置的工作原理和保护设置，针对在实际运用中出现的一些问题进行分析、总结，并提出合理化建议。

标签：再生制动能耗；IGBT；温度保护Abstract：With the rapid development of urban rail transit construction in China，the electric regenerative braking mode is mainly used in the domestic rail transit. Electrical regenerative braking is a key and important technology in the operation of urban rail train，which relates to whether the train can enter and stop safely，accurately and stably. At present，the subway trains in major cities in China adopt the electric regenerative braking mode （abbreviated as braking technology），and a set of braking energy consumption devices are installed in the traction substations. This paper mainly introduces the working principle and protection setting of brake energy consumption device，analyzes and summarizes some problems in practical application，and puts forward some reasonable suggestions.Keywords：regenerative braking energy consumption；IGBT；temperature protection1 再生制動能耗装置简介至今，在我国城市轨道交通领域中，牵引交流变频变压调速（即VVVF系统）、牵引1500v再生电制动系统是应用得较为广泛的调速技术。

关于宁波市轨道交通2号线一期工程车辆编组配置作者：黄慧建来源：《科技资讯》 2011年第8期黄慧建(宁波市轨道交通集团有限公司浙江宁波 315010)摘要:通过分析宁波市轨道交通2号线初步设计文件,对4辆列车编组配置方案进行综合比较,包括列车设备布置、故障救援能力、车辆采购成本等,认为3M1T方案1(三辆动车+一辆拖车)是较为合理的配置方案。

关键词:轨道交通车辆编组配置中图分类号:U239.5 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)03(b)-0064-01宁波市轨道交通2号线一期工程采用地下铁道制式,VVVF交流传动,DC1500V架空接触网方式的B型车。

车辆采用铝合金的鼓形车体,列车两端为准流线形,初期采用4辆编组,远期为4、6混跑的车辆运营方式。

在4辆编组列车中,动车与拖车的配置一般有四种形式:2M2T(两辆动车+两辆拖车)、3M1T方案1(三辆动车+一辆拖车)、3M1T方案2(两辆动车+两辆半动车)、全动车。

通过前期的计算和分析,2M2T配置的4辆列车在AW0工况下无法满足在最大坡道救援6辆AW3列车的要求。

现重点从列车设备布置、故障救援能力、车辆采购成本等综合比较其它三种方案。

1 列车设备布置列车设备配置和布置是为了保证性能和功能满足车辆轴重平衡要求,有利于检修维护保养以及实现低的运营和维修成本。

列车主要设备包括车体、转向架、牵引逆变器、牵引电机、辅助逆变器、蓄电池组、空气压缩机等。

其中辅助逆变器和蓄电池的重量分配以及牵引逆变器的配置对车辆轴重平衡尤为关键。

1.1 全动车全动车是指4辆M车编组,每辆车车底都有牵引电机、VVVF装置等设备。

若不合理布置及限制定员人数,轴重可能会超过14t。

1.1.1 辅助逆变器与蓄电池的重量分配由于全动车配置列车没有拖车可以单独安装辅助逆变器与蓄电池,只能采用分散式的辅助逆变器来平衡重量。

对于蓄电池的安装,由于主流的安装模式是每列车的两节拖车上分别安装一组蓄电池,但全动车编组只能在每节动车上安装半组蓄电池组来平衡重量,各蓄电池组间需添加串联线,其技术可靠性也会受到影响。

一、选择题1、“架控”方式的每辆动车上配置（）台牵引逆变器，为（）台牵引电机提供三相电源。

A、4，1B、1，4C、2，4D、4，2答案：C2、将直流电变换为交流电而直接供给负载，输出端没有电源，称为（）。

A、有源逆变B、无源逆变C、整流D、斩波答案：B二、填空题1、牵引逆变器是把直流电压变换成频率、幅值都可调的三相交流电。

2、直线电机是用直线运动取代了旋转运动。

三、名词解释1、鼠笼式交流异步电机它主要由定子和转子两部分组成，定、转子之间是气隙。

转子绕组是用作产生感应电势、并产生电磁转矩的，它分鼠笼式和绕线式两种。

鼠笼式转子绕组是自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体（材料为铜或铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。

若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。

四、简答题1、重庆地铁VVVF是什么设备，主要功能是什么？SIV制辅助逆变器，主要功能是为车辆辅助设备（空调、照明、空压机、幅流风机、控制电源）等提供AC380V和DC110V、DC24V的电源。

VVVF是指主逆变器，主要功能是将接触网进入的直流电逆变为牵引电机所需的交流电源，并控制交流异步电机的转动。

2、简述交流传动控制系统中牵引电机的工作原理。

定子绕组接入三相对称交流电，建立旋转和正弦分布磁场。

磁场旋转，在转子中产生感应电流，进而形成电磁转矩，转子旋转，转子的旋转频率低于定子磁场的旋转频率。

（五、电路分析1、画出城市轨道交通车辆的主电路图。

2、下图为某城市轨道交通车辆交流主传动系统原理电路图，试分析该图的工作原理。

SA—浪涌吸收器IES—隔离开关HSCB—高速断路器LFL—滤波电抗器LFC—线路滤波器CCZ—充电电阻CCK—充电接触器LIK—线路接触器VMD—电压传感器CMD—电流传感器SS—速度传感器DBZ—制动电阻M1~M4交流电动机CBR—差动电流保护器FCZ—过压保护电阻答案：1.牵引时，电能传递路径为：电网直流1500V通过受电弓P、主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK及逆变器给牵引电机供电。

地铁vvvf逆变器工作原理
地铁 VVVF（Variable Voltage and Variable Frequency）逆变器是地铁牵引系统中的重要组成部分，用于将直流电转换为交流电，以驱动地铁的电动机。

其工作原理如下：
1. 输入直流电：逆变器首先接收来自变电所的直流电，该直流电经过滤波和保护电路后，被送入逆变器的输入端。

2. 逆变过程：逆变器内部包含一组功率半导体开关器件，如 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）。

这些开关器件按照一定的控制策略进行导通和关断，将直流电转换为交流电。

控制策略通常基于 PWM（Pulse Width Modulation）技术，通过调整开关器件的导通时间和频率，来实现电压和频率的变化。

3. 输出交流电：经过逆变过程后，逆变器输出的交流电具有可变的电压和频率，可以根据电动机的需求进行调整。

输出的交流电经过滤波和变压器后，被送到电动机上。

4. 控制系统：逆变器的控制系统负责监测和调节输出的电压和频率。

它通过传感器采集电动机的转速、电流等参数，并根据预设的控制算法，调整逆变器的工作状态，以实现对电动机的精确控制。

5. 保护功能：为了确保系统的安全运行，逆变器还具备多种保护功能，如过流保护、短路保护、过热保护等。

当系统出现异常情况时，保护装置会及时动作，切断电源，防止设备损坏。

总之，地铁 VVVF 逆变器通过将直流电转换为可变电压和可变频率的交流电，实现了对电动机的精确控制，从而满足了地铁牵引系统的要求。

再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用摘要：对再生制动能量吸收装置的基本工作原理和类型进行介绍，并且对再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用、节能情况进行介绍，提出建议。

关键词：再生制动能量吸收装置节能应用Abstract：The basic working principle of regenerative braking energy absorption devices and introduces the types，and the regenerative braking energy absorption devices in the application of zhengzhou subway，introduces the energy-saving situation，Suggestions are put forward.Keywords：regenerative braking the energy absorption equipment energy savingapplication在城市轨道交通系统中，由于公交化的运输模式决定了城市轨道交通具有列车运行密度大、站间距小、起停频繁的特点。

目前轨道交通普遍采用的VVVF动车组列车，制动模式为电气制动（再生制动/电阻制动）+空气制动（盘形制动/轮对踏面制动）互补的形式，即在列车正常运行过程中以电气制动为主，辅之以空气制动。

传统的列车电阻是将制动电阻装设在车辆底部，列车制动时产生的电能通过车辆上制动电阻发热消耗或空气制动消耗，浪费了大量电能，产生的大量热量还会散发在隧道内，在大运量、高密度的运行条件下，使隧道温度升高，提高了对通风系统的要求。

随着科技的进步和社会的发展，人们在节约能源、减少排放、环境保护方面意识逐渐增强，在城市轨道交通系统中，对有效利用城市轨道电动车组再生制动所产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，同时改善城市轨道交通公共场所的环境是非常重要的。

地铁车辆牵引系统介绍牵引系统是列车驱动系统的组成部分。

主要目的是把线网上的直流电压逆变成一个带有可变振幅和频率的三相电压，为牵引电动机运行提供合适的能量。

苏州轨道交通一号线列车牵引系统由牵引西门子提供，采用技术十分成熟和稳定的无速度传感器的矢量控制技术，具有牵引、再生制动和电阻制动功能，牵引电机为三相鼠笼式异步电机。

系统采用采用完全冗余的MVB车辆总线的网络控制（硬线备份）方式。

本文就苏州轨道交通一号线列车牵引系统进行了阐述。

1系统特点牵引及其控制采用车控方式。

1C2M方式高压电路，每套VVVF 逆变器单元给1 辆动车上的2台牵引电机供电;交流牵引电机的转矩控制采用无速度传感器式矢量控制, 基于速度推算方式进行空转/滑行控制; 电制动以再生制动优先，随着再生吸收条件的变化, 再生制动与电阻制动连续调节, 且平滑转换（电- 空转换点5〜8km/h ）; 列车牵引运行时冲击极限 <0.75m/s3 , 确保列车的平稳运行，提高乘客舒适性。

系统充分利用轮轨黏着条件, 并按列车载重量从AWO（空载）到（满载）范围内自动调整牵引力和再生制动力的大小, 确保有效可靠的空转和滑行控制。

2系统构成苏州轨道交通一号线列车采用由2个动力单元组成的4辆编组型式。

列车搭载有2 台受电弓, 每台受电弓向1个动力单元供给高压电源。

为防止因1台受电弓故障时,造成牵引逆变器(VVVF) 和辅助逆变器(SIV) 停止工作;同时也保证在1 台受电弓故障时, 受电弓故障单元侧的辅助逆变器(SIV) 也仍能工作, 列车全列贯通系统高压母线。

当1 台受电弓故障时, 由于受电弓容量限制,1 台受电弓不足以长时支撑两个动力单元共4台VVVF工作。

因此，当1台受电弓故障时，列车控制单元(VCU)切除该侧牵引逆变器(WVF)的牵引指令，受电弓故障单元侧的VVVF将由列车控制单元(VCU)控制不投入工作，该侧牵引逆变器停止工作，列车动力配置变为1M3T。

摘要地铁主传动系统由牵引逆变器、微机控制驱动装置、牵引电动机等部件组成，牵引逆变器的控制策略是主传动系统的重要组成之一。

首先，本文说明了牵引逆变器控制的现状，指出了目前地铁牵引逆变器主要采用VVVF的两电平逆变器。

牵引逆变器的控制方法有滑差频率控制、转子磁场定向的旋转矢量控制和直接转矩控制等控制方法。

其次，在三种控制方法中，轨道交通机车中应用最广泛的是矢量控制，本文将以阿尔斯通机车为依托，具体分析矢量控制在轨道交通机车中应用。

关键词：地铁，电力牵引，逆变器控制，矢量控制ABSTRACTThe devices of the main driver system in subway mainly consist of traction inverter driver ，equipment with micro-computer control and traction motor. Traction inverter control strategy is one of the important component of the main drive system.Firstly，this paper reports the development and actuality of main traction inverter driver，indicates the traction inverter in Chinese metro is two-level inverter of VVVF，The control methods，including control of frequency slope，roto field-oriented vector control and direct torque control，is applied to main drive system.Secondly, in the three control methods, the best far-ranging device in Chinese metro is vector control. this paper reports the appliance of the vector control in shanghai alasm metro.Key words: metro，electric traction，inverter control，vector control目录1 绪论 (1)1.1地铁发展的背景和发展概况 (1)1.2地铁车辆牵引传动系统的发展 (2)1.3本文的研究意义和主要研究内容 (3)2粘着技术 (5)3轨道交通牵引逆变器力矩控制方法的比较 (7)3.1滑差控制（滑差频率-电流控制） (7)3.2转子磁场定向的旋转矢量控制 (8)3.3直接转矩控制 (9)3.4三种主要控制的比较 (9)4逆变器控制在阿尔斯通轨道机车中的应用 (11)4.1 轨道交通机车对牵引系统控制的要求 (13)4.2 轨道交通牵引电机的特点 (13)4.3矢量控制在轨道交通机车中的应用 (16)4.4轨道交通矢量控制的仿真试验波形 (22)4.5采用矢量控制方式的轨道交通机车在实际运行中的应用 (30)4.6矢量控制在轨道交通机车中遇到的问题以及解决办法 (34)5 结论 (36)参考文献 (37)1 绪论作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，在我国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。

地铁车辆再生制动能量利用方案摘要: 现在, 节能减排已成为中国基础国策, 建设低碳型交通基础设施、推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。

地铁因为站间距比较短, 制动频繁、列车起动, 考虑各钟车型、站距、编组、发车间隔等差异, 列车电制动时产生再生能量可达成牵引能量40%以上。

充足利用列车再生能量将节省大量能量, 产生效益可观, 为节能减排做出贡献。

西安市地铁已经运行1、2号线, 在建3、4、5、6号线, 怎样在确保线路运行安全前提下, 提升供电水平, 同时为城市节能减排做出贡献, 是我们必需考虑问题。

关键词: 轨道交通; 列车制动; 能量回馈1 传统列车车载制动电阻方案存在问题现在中国外城市轨道交通动车组列车均采取VVVF牵引/制动系统, 采取交流电机驱动列车, 制动系统普遍采取空气制动和电制动混合形式。

列车在运行时, 牵引系统将电能转为机械能, 使机车开启加速; 在制动时, 一部分采取电制动, 将机械能转为电能使列车制动, 另一部分采取空气制动, 经过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。

传统列车上设置了车载制动电阻。

当列车制动时, 首先采取再生制动方法, 列车电机从电动机状态转换为发电机状态, 将机械能转换为电能返回到牵引网系统, 返回到牵引网系统能量部分被相邻列车吸收, 因为线路行车密度等多个原因, 很大部分能量不能被回馈, 此时大量电能量得不到释放, 将会使系统供电网电压急剧上升, 为此列车上设置了制动电阻, 将这部分能量经过电阻变成热能吸收, 稳定系统电压。

电阻所转化热能, 车站环控专业经过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风, 将热量排出车站外。

车载制动电阻使用即使方便, 但也有缺点: （1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了, 没有起到节能减排作用。

（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内, 即使部分能够经过隧道活塞风排出隧道, 但还有部分遗留在隧道, 这部分热量使隧道温升逐步上升; （3）列车制动电阻重量大, 列车运行时, 不仅没有节能, 还增加列车牵引能耗。