摘要：地铁车辆的运行能够一定程度上缓解城市交通拥堵问题，节省人们出行时间，对推动城市发展有重要作用。电气牵引系统作为地铁车辆的重要组成部分，其系统的稳定性可直接影响地铁车辆的运营效率，进而影响整个城市的交通运输效率。本文就地铁车辆电气牵引系统及电气控制作出分析。
关键词：地铁车辆；电气牵引系统；电气控制
电气牵引系统的正常工作能够为地铁车辆的稳定行驶提供有力动力保障，该系统包含各类电气元器件、设备和控制电路等。地铁车辆在行驶过程中需要依靠牵引系统和制动系统的配合来进行速度等方面的调整和控制，以确保地铁车辆到达车站时可以精确停靠，并达到节能的目的，同时在紧急情况下可以实现紧急制动，确保行车安全。所以需要相关人员了解电气牵引系统的组成和原理，做好各项检修维护工作，确保牵引系统的稳定性和地铁车辆的安全运营。
一、地铁车辆电气牵引系统分析
（一）电气牵引系统组成
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电气牵引系统主要组成部分
电气牵引系统主要由受电弓、避雷器、高压箱、高速断路器、牵引逆变器和制动电阻等部分组成。
（二）电气牵引系统组成分析
以下针对电气牵引系统中的相关设备进行分析（仅针对架空接触网供电方式）。①受电弓。一般情况下一列地铁列车配备有两台受电弓，受电弓从架空接触网上集取电流，经过高压隔离开关后传送到车辆电气系统，为地铁车辆提供运营所需的外部电源。当一台受电弓发生故障无法使用后，另一台受电弓可继续维持列车降级运行，确保列车能够运营到终点后退出运营。②高压箱。高压箱包含给牵引逆变器供电电路中的高压电器和部分给辅助变流器电路供电电路中的高压电器，主要由隔离开关、电流传感器、熔断器、接触器、电阻器以及浪涌吸收器、RV续流回路、快速放电回路等器件组成。高压电源从受电弓、避雷器送到高压电器箱，经过隔离开关、高速断路器、差分电流传感器、充电接触器、充电电阻、线路接触器，送到后面的线路电抗器和牵引逆变器。③高速断路器。牵引逆变器通过高速断路器与来自受电弓的高压电源相连，在出现严重干扰的情况下，如过电流、过电压、逆变器严重故障或者线路短路的情况下，非常迅速的切断外部高压电源。④牵引逆变器。牵引逆变器分电压型逆变器和电流型逆变器，目前地铁车辆大部分都使用电压型逆变器。牵引逆变器的作用是把外部输入的高压直流电压转变成电压和幅值都可变的三项交流电，从而控制电机的转速，进而控制列车的速度。牵引逆变器通常有2个逆变模块，实现车辆的架控，每组逆变模块包含8个IGBT元件，作为三相逆变器的三相桥臂及制动桥臂。此外，逆变器柜内还装有牵引控制单元（DCU），主要负责控制逆变器并与列车通讯，采用直接力矩控制，其特点是动态响应快，控制简洁高效，牵引力变化平稳。另外，模块还包含热管散热器。温度传感器、门控单元、门控电源、脉冲分配和支撑电容器等。支撑电容能够保持中间电压的稳定性。模块上散热器采用了热管散热技术，靠走形风自然冷却，使系统更简洁，且无环境污染。⑤制动电阻（有些车辆不配置制动电阻）。列车电制动时，逆变器将列车动能转变成电能，如果接触网有能力吸收，则电能被反馈回电网，供同一区间的其他地铁列车使用，如果接触网无法吸收该电能，则该电能通过制动电阻进行消耗。
二、地铁车辆电气牵引系统的电气控制分析
电气牵引系统的电气控制主要分为牵引控制、制动控制和交流传动控制，以下就上述控制方式进行分析。
（一）牵引控制
地铁车辆牵引控制的主要作用是根据列车硬线以及网络输入信号，完成对列车牵引特性控制、制动特性控制、逻辑控制、牵引顺序逻辑控制和故障保护等。
列车在正常运行过程中，根据列车方向手柄位置、牵引手柄级位以及列车载荷等，在冲击极限以及粘着限制的范围内，自动计算牵引力，从而发送给逆变单元，使列车维持在手柄位置所对应的加速度下发挥牵引力。
根据地铁列车最大允许的行驶速度，在手柄持续在牵引位置时，如果速度达到最高允许的运营速度，则牵引系统将自动进行卸力，在速度降低到一定数值时，再恢复牵引力。
另外，地铁车辆一般在显示器上配备有高加速功能，通过显示器触摸屏，在坡道启动时，使得列车具有较高的加速度，防止列车在坡道启动时溜车。
（二）制动控制
地铁车辆制动一般分为电制动和机械制动，其中电制动包含可再生制动和电阻制动，机械制动包含空气制动和磁轨制动。
地铁列车牵引系统无故障时，优先采用电制动，一般在AW2载荷工况下，地铁列车完全可以使用电制动，电制动时电动机工作在发电机状态模式下，将能量反馈回电网，供同一供电区间的其他列车使用，如果区间内其他列车不能充分吸收造成电网电压升高，当网压升高到一定保护值时，牵引逆变器开通斩波功能，通过动车上的制动电阻来吸收点网上的电压，当电网电压下降到一定网压值时，斩波功能停止，再生制动功能重新恢复。当列车速度下降到接近停车时，为了保证停车安全，最后时刻电制动会退出，进入纯空气制动模式，保证列车的安全停车。
目前，由于逆变器控制水平的提高，国内部分新线路的地铁车辆能够完全使用电制动使列车停车，这种模式的优点是节能，降低闸瓦的消耗，减少隧道内的污染，同时有利于列车停车时的停车精度控制。
当列车部分牵引系统故障或者列车工作在AW3工装时，由于电制动能力不足，列车采用电-空混合制动模式，电制动不足部分由空气制动进行补充，具体制动力分配方案由列车控制单元进行统一的制动力计算和分配管理。
（三）交流传动控制
交流传动控制主要是指逆变器级控制的功能。核心任务是完成对 IGBT 逆变器暨交流异步牵引电机的实时控制、粘着控制，同时具备完整的故障保护功能、模块级的故障自诊断功能和一定程度的故障自排除功能。逆变器设置了全面而完善的故障保护功能、模块级的故障诊断功能和一定程度的故障自动排除功能。控制电路设有过压、欠压、过流、过载、短路、接地、过热等保护。当过压、欠压或短路、接地等故障发生时，封锁逆变器，视不同的故障点跳高速断路器或隔离逆变器；所有故障可通过网络识别，与列车级控制系统通讯。
交流传动系统具有粘着控制功能，在启动和电制动时进行防空转和防滑保护控制，确保列车在启动时具有最大的有效启动加速度，在制动时在确保冲动极限的情况下具有最大的有效减速度和最短的制动距离，提高列车运行的平稳性，并防止车轮擦伤，保证行车安全。
目前常见的交流传动控制主要包括牵引变流技术、光纤传输、叠压低感母排技术等[1]。交流传动技术是基于逆变器的一种集合技术，主要为异步电机控制技术、参数识别技术、保护技术、电机控制技术、故障诊断技术等相关技术的结合。
结语：综上所述，为了保障地铁车辆的运营稳定性，需要相关人员提高对电气牵引系统控制的了解，掌握各种控制方式，做好日常的车辆维护检查工作，这样才能更好地发挥牵引与制动作用，保障地铁车辆的安全运营。
参考文献：
[1]刘伟中.对地铁车辆电气牵引系统的电气控制研究[J].商品与质量,2018,(45):56.
[2]王洪宇.关于地铁车辆电气牵引系统的电气控制分析与探讨[J].环球市场,2019,(13):376.
[3]郝彦武.关于地铁车辆电气牵引系统的电气控制分析与探讨[J].建筑工程技术与设计,2019,(27):3369.