城市轨道交通在城市交通的地位上升的背景


随着社会的进步和国民经济的快速发展,目前,城市轨道交通在我国城市交通的地位得到空前重视。国家将投资l300亿发展城市地铁、轻轨,以改善中国高速城市化带来的交通拥堵和环境问题。项目涉及北京、上海、广州等十几个城市。

而与我国城市轨道交通事业的大发展形势不相匹配的是:目前,我国地铁车辆的牵引驱动技术还比较落后,尤其是在国外已经发展成熟的交流调速牵引技术方面,我国尚处于研制和样机试运用阶段。

为缩短我们与发达国家的这一差距,早日实现国产交流传动系统投入实际运用,北京鹏发欣光电力电子科技有限公司汇集技术力量,与清华大学、北方交通大学、西南交通大学等高等学府的研究机构进行深入合作,对交流传动技术的核心部分--牵引逆变机组进行深入的研制开发,以尽快实现产业化生产。

DN-1地铁牵引逆变机组,是公司专门针对北京胶带、天津地铁的DC750V供电制式研制开发的第一代产品。公司的研制宗旨是:立足于国内的技术平台,并跟踪国际尖端控制技术,研制出具有国内领先水平的地铁牵引逆变机组。按照《DN一1地铁牵引逆变机组技术条件》,对牵引逆变机组的研制进行了细致的方案设计,使其主要技术参数、电气性能、安装结构等都能够满足地铁车辆的使用要求。

专门针对DC750V供电系统的地铁牵引,对牵引逆变机组的结构模式、主电路的构成方案、主开关器件的选择、冷却方式、电机控制策略的确定以及一些相关的先进工艺进行了深入的研究。在交流传动的地铁车辆中,常见的牵引驱动模式是:动力车上装置一台牵引逆变机组,驱动本节车上四个牵引电机,四个牵引电机完全并联运行。这样做的好处是:可以使动力车的主电路、控制电路和运行监控系统的构成比较简洁。由于电路的节点数最少,可以有效减少故障点,有利于驱动系统工作可靠性的提高。

但是,这种“一拖四”的驱动模式存在一些弊端,如对同一车辆的轮径差有严格的限制;同时要求相应的牵引电机的转矩--转速特性和转差率保持比较严格的一致;而且,由于运行中不可避免的轴重转移的影响,车辆两端的两个转向架所对应的轮轨粘着特性4必然不一致,电机的输出转矩必须小于粘着特性最差的那个轮轨关系的限制,由于四个牵引电机是完全并联工作,为了避免空转和打滑,这样就要求四个电机都按最差粘着限制的要求输出转矩,不利于最大牵引力的发挥,影响整车的运行性能。

由于技术的迅速进步,新器件、新工艺的不断推出,目前已经可以将逆变机组的主电路和控制电路进行高度集成化,牵引驱动系统的构成更加简洁,性能更加可靠。在我们现阶段进行牵引驱动模式的选择时,我们决定采用“一拖二”的架控模式,即一组变频模块驱动同一转向架的两个牵引电机,而两组变频模块构成一个完整的牵引变频柜。这样做的直接好处是:可以大大减小轴重转移造成的影响,有利于最大牵引力的发挥;提高驱动系统的故障冗佘度,在一组牵引驱动系统故障的情况下,只损失一个转向架的牵引力;可以根据各个转向架下的轮轨粘着特性实现对单个转向架牵引力的精确控制,实现对地铁列车驱动的高性能控制。

逆变机组主电路结构采用“一拖二”的架控模式方案,即一组共同的直流回路给两组电压型逆变器功率模块供电的培训方案。采用两台各500kVA容量的逆变器功率模块分别控制两台异步牵引电机。