地铁车辆牵引系统控制方式

地铁车辆牵引系统控制方式

卞正

南京地铁运营有限责任公司江苏南京210012

摘要：本文通过对牵引系统车控、架控及轴控3种控制方式的比选．目前地铁车辆牵引系统主要选择车控或架控方式．采用轴控方式很少。但采用轴控能最大限度地发挥车辆的电制动力及黏着系数，减少机械制动的投入次数．降低制动闸瓦或制动盘的磨耗，且还能最大限度地反馈电能。

关键词：列车牵引，架控

1牵引系统车控、架控及轴控定义

目前地铁车辆一般每辆动车装有2台转向架．每台动车转向架配置2根动轴．每根动轴配置1台牵引电机。每个牵引逆变器控制一辆车2台动力转向架的4台电机即为牵引系统车控方式；每台牵引逆变器控制1台动力转向架上的2台电机即为架控方式；每台牵引逆变器控制1根动轴上的1台电机即为轴控方式。

2牵引逆变器的配置方式

牵引系统采用车控方式．即每辆动车布置1台逆变器。采用架控方式，逆变器主要有两种配置方式：一种是1个大的逆变器箱中集成2个小的逆变器控制模块，每个模块控制1台转向架上的2台电机．该种型式集成度高，质量相对较轻；另一种是每辆车上设置2台独立的牵引逆变器箱，分别对每台转向架上的电机进行控制。采用轴控方式，由于受车辆底部空间的限制，轴控一般为2个逆变器箱，每个箱内布置2个逆变器模块。

3牵引系统控制方式比较

3.1车辆故障运行能力及冗余性比较

1)车控方式。

若列车采用车控方式。每节动车有1台牵引逆变器，因部件故障导致整车故障的概率相对较低；但当1台逆变器故障时。则该节车失去全部动力。对于动拖比为1：1的列车，该种情况下将导致动车数量与拖车数量之比小于1：1，列车故障情况下运行能力较差。如一列4节编组(2动2拖)80km／h的B型车在AW3(9人\㎡)工况下的最大牵引力为180kN，l台逆变器故障，列车只剩余90kN的动力，若在较大坡道上出现故障，列车可能无法启动，具体计算结果如表1所示(40％坡道启动)。

2)架控方式。

若列车采用架控方式，即每节动车有2台牵引逆变器，由于相对车控每节动车增加了1台逆变器，车辆的故障点略微增加．相对车控因部件故障导致整车故障的概率略微提高。当1台逆变器出现故障时，该节车只丧失了50％的动力。相对车控方式列车故障运行能力提高。如一列4节编组(2动2拖)80km／h的B型车在AW3工况下的最大牵引力为180kN．1台逆变器故障，列车还剩余135kN的动力，比采用车控的列车故障时牵引能力大很多。

3)轴控方式。

若列车采用轴控方式，即每节动车有4台牵引逆变器，相对车控每节动车增加了3台逆变器，车辆的故障点增加。当1台逆变器出现故障时，该节车只丧失了25％的动力，如如一列4节编组(2动2拖)80km／h的B型车在AW3工况下的最大牵引力为180kN，损失1台逆变器，列车还剩余157．5kN的动力，对列车故障下的牵引能力影响很小，具体计算结果如表2所示(40％0坡道启动)。

通过上述3种方式车辆故障运行能力的比较，在故障情况下．车控的车辆故障运行能力较差，而轴控虽然故障点增加，但在故障情况下，轴控的车辆故障运行能力强。冗余性好。

通过表1和表2的计算结果可知，4节编组(2动2拖)80km／h的B型车，牵引系统采用车控在AW3工况损失1台逆变器，不能在40％0坡道上启动，而采用架控和轴控则可以启动，且加速性能较好。

3.2车下设备布置的比较

车控方式每节动车只设置1台牵引逆变器，设备少，车辆底架设备空间充足，设备布置合理。架控及轴控方式，设备相对增多，尺寸大，车下设备空间紧张。

3.3与制动系统的配合比较

由于目前地铁车辆多采用电空联合制动，牵引系统控制方式与列车制动力分配及制动系统的配置也有一定关系。

1)架控(牵引)+车控(制动)。

牵引系统为架控时，如果制动为车控。则会在1个转向架电制动力失效施加空气制动时．为避免制动力叠加过大造成车轮抱死。某些情况下需切除故障车另1台转向架的电制动力，造成电制动力的浪费并增加机械制动的磨耗，因此该种配置方式目前较少采用。

2)架控或车控(牵引)+架控(制动)。

牵引系统采用车控或架控模式，制动系统采用架控．则不会出现由于逆变器故障而导致某转向架上制动力叠加的情况出现，电空制动匹配性能好。

3)车控(牵引)4-车控(制动)。

牵引系统采用车控模式，制动系统采用车控，单节车逆变器故障则需由空气制动该车全部的制动力，因此该种情况不会出现制动力叠加的情况。

4)轴控(牵引)+架控或车控(制动)。

对于轴控的牵引系统，如果制动系统采用架控或车控。虽然也会有类似第1种情况的问题发生，但牵引系统采用轴控的车辆故障情况下电制动能力要比车控的强很多。需要补充气制动的情况较少。而且制动系统在防滑时基于轴进行控制，因此牵引和制动的这种配置方案是可行的。

综合比选，列车牵引系统采用车控，制动系统采用架控或车控模式均可：列车牵引系统采用架控，制动系统建议采用架控；列车牵引系统采用轴控，制动系统采用架控或车控均可。

3.4成本及维护工作量方面的比较

3种模式的车辆采购和维护成本上的差异主要体现在牵引逆变器、制动电阻、高速断路器等设备上。4牵引系统控制方式的选择车辆牵引系统控制方式的选择主要取决于列车编组和动拖比，目前国内地铁车辆大多采用3、4、6、8节编组型式，考虑列车的故障运行能力、坡道启动能力及救援能力，3、4节编组的列车适合选用架控方式。