姚昕 刘洪涛 杨建龙
(中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，130062，长春)
摘 要：文章根据低地板轻轨车辆设计过程中牵引系统应用进行了阐述，提供一种典型性的低地板轻轨车辆的应用方法，该应用方法可以有效的提升低地板车辆的爬坡能力，适用于线路坡道大的低地板车辆运行环境，文章的描述和总结可供低地板轻轨车设计的同行提供技术指引和参考。
关键词：低地板车；牵引系统; 主电路；控制策略；
中图分类号：TN03
文献标识码：A
0 引言
目前随着城市现代化的发展，轨道车辆在交通运输中扮演的角色越来越重要。低地板车由于基建成本较低，在城市轨道交通中得到广泛的应用。其中牵引系统在车辆设计中占据极其重要作用。
1 背景技术
1.1低地板车配置
有轨电车车辆的基本配置为5模块编组低地板有轨电车，全动车动力编组型式：=Mc+F+M+F+Mc=（其中Mc：带司机室动车，F：浮车模块，M：动车模块）。列车编组示意图如图
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图1列车编组示意图
1.2低地板车动力性能
在满载荷和车轮半磨耗状态下，在干燥、清洁、平直的轨道和额定电压下的牵引特性如下：
平均加速度(0～25km/h)≥1.3m/s2
平均加速度(0～70 km/h)≥0.6m/s2
在满载荷和车轮半磨耗状态下，在干燥、清洁、平直的轨道和额定电压下的制动特性如下：
满载荷下平均减速度(70 km/h-0)：1.2m/s2
2 牵引系统方案
2.1 概述
列车牵引传动系统采用VVVF逆变器-异步牵引电机构成的交流电传动系统。全车配备6台牵引电机，采用轴控的方式保证系统的可靠性。每个动车的主电路形式、结构相同，满足列车牵引系统性能的要求。
列车牵引传动系统充分利用轮轨粘着条件，并按列车载荷从空车到满载荷范围内自动调整牵引力的大小，使列车在空车至满载荷范围内保持起动加速度基本不变，并具有反应迅速、有效可靠的粘着利用控制和空转保护。
列车电制动采用再生制动，制动能量反馈电网，当电网电压过高时再生制动逐步转为电阻制动，高速区及电空混合由机械制动补足。制动时优先使用再生制动，再生制动及电阻制动不足部分由机械制动补充。
2.2 牵引系统主电路
列车牵引系统主电路采用两电平电压型直-交逆变电路。受电弓从接触网受流，由VVVF逆变器将DC750V输入电压变换成频率、电压均可调的三相交流电，向异步牵引电动机供电。VVVF逆变器拥有3个逆变模块单元，每个逆变器模块驱动1台牵引电动机工作。当网压在500V～900V之间变化时，主电路能正常工作，并方便地实现牵引-制动的转换。
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图2牵引系统主电路原理图
2.3 牵引系统部件配置
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2.4 牵引逆变器控制策略
功率模块为牵引电机提供变压变频(VVVF)的电源，驱动电机运行。逆变器主电路采用2电平拓扑结构，采用PWM调试方式通过改变8个基本矢量的组合，改变施加在电机定子侧的电压和频率，控制电机输出需求的转矩。
变流器使用矢量控制技术，设计减少了响应时间，并优化转矩调整的精度和改善了低速性能。
矢量控制具有非常迅速的磁通和力矩响应，并优化电机电流控制。根据电机的电动势判断逆变器输出电压，在逆变器短时关闭的情况下，矢量控制使力能够快速重新建立，而不必等电机的磁通变回零。
已建立磁通的力矩控制由宽通带的调整器执行，它不需要电机内的测量。力矩调整器包括电流调节回路，减少了过电流发生的可能性。
TCU从主控器手柄获得牵引力指令和制动力指令，上述牵引力及制动力指令在TCU控制单元中进行分析，通过对列车牵引及制动需求、电机功率限制、变流器电流限制及电机散热限制等因素进行矫正后得到牵引力或制动力的需求，该值在根据车辆重量进行矫正，最终得到目标值。TCU的牵引及制动控制指令的输出被限制指令的变化率，防止列车的冲动，确保车辆操作的平滑性。
3 结论
基于本文所述的低地板车辆的典型牵引系统应用，可满足低地板车辆在线路坡道大，需要低地板车辆爬坡能力强的轨道运行环境。按照该牵引系统方案的应用，已经通过分析和试验证明了其有效性和可行性，并且在生产中得到应用。
简介：
姚昕（1981年），男，高级工程师，硕士研究生，主要从事车辆电气和总体技术的研发和应用。
E-mail: yaoxin.ck@crrcgc.cc