城市轨道交通车辆牵引传动技术解析

城市轨道交通列车牵引传动系统

城市轨道交通列车的牵引力是由城市轨道交通列车的牵引系统产生的， 因此 要掌握城市轨道交通列车牵引力的知识， 就必须先掌握列车牵引传动系统的根底 知识。 目前城市轨道交通列车的牵引传动系统根本都是电力牵引传动系统， 其根本的工 作过程是： 电能经过列车牵引供电系统传输和相应的转换， 提供给列车的牵引电 动机，电能转换成机械能，从而驱动列车运行。

城市轨道交通列车牵引供电的电源是城市电网， 城市电网提供的电能经过牵 引变电所的降压、整流变成DC 1 500 V (或DC 750 V),再通过馈电线传递给接 触网，然后通过受流装置，由钢轨和回流线流回牵引变电所形成回流。

城市轨道交通列车牵引传动系统的根本特点是牵引功率大、 传动效率高、 能

源利用率高、绿色环保、产生的污染很少、容易实现自动化控制。

城市轨道交通列车的牵引电动机为列车提供动力, 牵引电动机按工作原理可 分为直流电动机、 交流异步电动机、 交流同步牵引电动机三种。 由于交流电动机 与直流电动机相比不需要换向器,结构简单,可靠性高,维护量少,重量小,并 能获得较大的单位重量功率, 具有良好的牵引性能, 同时三相交流牵引电动机的 调频、调压特性如果设计合理, 可以实现大范围的平滑调速, 还具有防空转的性 能,使黏着利用率提高；三相交流牵引电动机对瞬时过电压和过电流很不敏感, 在启动时能在更长的时间内产生较大的起动力矩。 因此,交流异步电动机有取代 直流电动机的趋势。

一、牵引传动系统的工况

城市轨道交通列车的牵引传动系统有两个工况：牵引工况和制开工况。

1、在牵引工况下,列车牵引传动系统为列车提供牵引动力,将供电接触网上的 电能转换为列车在轨道上运行的机械能。

2、制开工况可以分为再生制开工况和电阻制开工况。再生制动就是将列车的机 械能转换成电能反响到接触网再供给其他列车或车站设备使用, 这种方式能最大 限度地降低电能的损耗。 列车制动过程中牵引传动系统反响的电能超过了接触网 上的限值(到达DC1 800 V)时，列车电制动产生的电能将会消耗在制动电阻上，

城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术

城市轨道交通用电负荷大致可以分为以下两类：电动公交车、客车所需要的牵引车辆用电；道路区间、高速休息区、收费站、车站以及其他建筑物照明用电等。随着科技的进步，车流量的迅速增加，这对城市轨道交通牵引供电系统的抗压能力要求也在加大。本文首先介绍了城市轨道交通牵引供电系统的理论基础，其中较为常见的供电方式是直流式和交流式；接着本文主要针对交流牵引供电系统进行展开讨论，介绍了系统的构成和其中的关键技术。

标签：城市轨道交通牵引供电系统；交流式；抗压能力

1 引言

随着科技的飞速发展，交通行业也在逐渐壮大起来，我国各大一、二线城市都开始纷纷修建轻轨、地铁、动车组等线路，在便捷了市民交通出行的同时，却给城市轨道交通供电系统带来了不小的压力[1]。各国交通专业的学者，纷纷将注意力集中到牵引供电系统的设计和创新上，这一系统中较为常见的有直流式和交流式，以及双制式。这些供电系统旨在当车流量处于高峰期时可以对线路进行持续、高效、稳定的供电。所以对于车流、人流量较大的城市，对其供电系统的研究，就显得格外有意义。

2 城市轨道交通牵引供电系统

国内外普遍采用的城市轨道交通牵引供电系统的类型多为交流25千伏以及直流1500伏两种形式，现在也逐渐兴起了将这两种供电制式相结合的模式，称为双制式供电系统。牵引供电系统主要是为了提供电动机车、轻轨、地铁的用电，采用牵引网络进行电流输送。这一系统是电流输出形式、电压强度，以及供电系统类型的集合。城市轨道交通供电系统将直接影响到市民的出行安全、工程项目可以申请的规格、项目搭建标准、工程可融资金等问题，所以正逐渐引起国内外广大学者的关注[2]。下面主要针对牵引供电系统的直流制和交流制分别进行简单的介绍。

（1）直流制。城市中的变电所、牵引网以及接触网的设计和搭建方式主要采用直流1500伏特的供电方式。此类型的牵引网采用了双边供电方式，若出现线路故障则换用大双边供电方式，从而达到跨越区域供电的效果。此外，直流制供电方式还采用了杂散电流保护机制。直流制式可以很好的将电能分流到各个网络，且可以进行较远距离的传输，但是由于它的变电模式，导致可以提供的供电距离较短，会增加一部分设备投资成本，此外该系统传输速率较低。综上，此系统并没有很强的优势可言[3]。

轨道交通系统电力牵引制式概述

高洪清

摘要：本文主要介绍了电力牵引轨道交通系统的各种牵引制式，比较了各种制式的特点。

关键词：轨道交通 牵引制式 直流制 交流制

电力牵引用于轨道交通系统已有100多年的历史，随着经济和科学技术的不断发展，用于轨道交通的电力牵引方式有许多不同的制式出现。这里所说的制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式，如直流制或交流制、电压等级、交流制中的频率（工频或低频）以及交流制中是单相或三相等。

一、牵引制式的发展历史

历史上，牵引供电制式曾随着电动车辆和机车功率特性要求、牵引电动机及电力电子技术的发展而发展演变，

最初的电力牵引制式采用直流串励电动机，不难看出，直流串励电动机的机械特性符合重载时速度低，轻载时速度高的要求。此外，从直流串励电动机的起动和调速方法看，也是比较容易实现的。为了限制直流串励电动机刚接通电源时起动电流太大和正常运行时为了降速而降低其端电压，最早采用在电动机回路中串联大功率电阻的方法来达到限流和降压的目的。这种方法实现是容易的，但在起动和调速过程中动带来了大量的能量损耗，很不经济。尽管如此，由于局限于一定时期的技术发展水平，采用直流串励电动机作为牵引力就成就最早也是迄今为止被长期应用的形式，这就是供电系统直接以直流电向电动车辆或电力机车供电的电力牵引“直流制式”。

随着干线电力牵引的发展，列车需要的功率越来越大，如果采用直流供电制式，则因受直流串励电动机（牵引电动机）端电压不能太高的限制，会导致供电电流很大，因而供电系统的电压损失和能量损耗必然增大。因此出现了“低频单相交流制”。

低频单相交流制是交流供电方式，交流电可以通过变压器升降压，因此可以长高供电系统的电压，到了列车以后再经车上的变压器将电压降到适合牵引电动机应用的电压等级。由于早期整流技术的关系，这种制式采用的牵引电动机在原理上与直流串励电动机相似的单相交流整流子电动机。这种电动机存在着整流换向问题，其困难程度随电源频率的升高而增大，因此采用了“低频”单相交流制，它的供电频率和电压和25Hz、6.5-11kV和Hz、12-15kV等类型。由于用了低频电源使供电系统复杂化，需由专用低频电厂供电，或由变频电站将国家统一工频电源转变成低频电源再送出，因此没有得到广泛应用，只在少量国家的工矿或干线上应用。 由于低频单相交流制存在以上缺点，长期以来人们一直在寻求一种更理想的牵引供电方式，这就是“工频单相交流制”。这种制式既保留了交流制可以升高供电电压的长处，又仍旧采用直流串励电动机作为牵引电动机的优点，在电力机车上装设降压变压器和大功率整流设备，它们将高压电源降压，再整流成适合直流牵引电动机应用的低压直流电，电动机的调压调速可以通过改变降压变压器的抽头或可控制整流装置电压来达到。工频单相交流制是当前世界和国干线电气化铁路应用较普遍的牵引供电制式。我国干线电气化铁路即采用这种制式，其供电电压为25kV.

地铁列车电传动系统分析

摘要：文章通过对我国现阶段主型地铁车辆电传动系统构成及其功能的分析。清晰的介绍了该系统各器件的作用及相互之间的关系。为地铁车辆运用与检修提供了有益的参考。

关键词：地铁车辆电传动；主电路；系统工作原理

一、轨道车辆电力牵引发展简介

电力牵引是一种以电能为动力牵引车辆前进的牵引方式。轨道车辆通过受流器从架空接触网或第三轨（输电轨）接收电能，通过车载的变流装置给安装在转向架上的牵引电机供电，牵引电机将电能转变成机械能，机械能通过齿轮传给轮对，驱动轮对在轨道上运动带动车辆前进。

轨道交通电力牵引传动系统分为：

1、直流电力牵引传动系统

（1）直流—直流

（2）交流—直流

2、交流电力牵引传动系统

（1）直流—交流

（2）交流—直流—交流

早期的电力牵引的轨道车辆采用直流电动机（如北京地铁一号线）。

直流电动机存在体积大、结构复杂、工作可靠性差、制造成本高、维修麻烦的缺点。

随着交流电机控制理论和大功率电力电子元器件制造技术的发展，采用交流电机牵引的交流传动技术迅速崛起，使轨道车辆电力牵引技术上了一个新台阶。

交流—直流—交流供电系统运用于干线铁路。

我国城市内的地铁、轻轨网络多采用直流牵引制式， 城市轨道交通采用直流供电制式是因为城市轨道交通运输的列车功率并不是很大，其供电半径（范围）也不大，因此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损失小（同样电压等级下），因为没有电抗压降。

另外由于城市内的轨道交通，供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宜太高，以确保安全。基于以上原因，世界各国城市轨道交通的供电电压都在直流 550～1500V之间 。我国国家标准也规定为750 V和1500V。

以北京和天津为代表的北方地区采用DC 750V供电电压制式，允许电压波动范围为DC 500V～DC 900V，第三轨受流；

以上海和广州为代表的南方地区采用DC 1500V供电电压制式，允许电压波动范围为DC 1000V～DC 1800V，架空接触网受电弓受流。