易莫云
株洲旭阳机电科技开发有限公司 湖南株洲 412000
摘要：近些年来，我国的综合国力不断增强，科技水平逐步提升，轨道交通建设行业的发展也有了更大的空间。而对于轨道交通行业来说，想要使得车辆的运行安全稳定，电气控制系统非常重要，因此对于轨道车辆电控系统的设计和研究具有重要意义。针对此情况，本文首先对轨道车辆电控系统的设计原则和主要工作进行阐述，随后据此分析轨道车辆电控系统的基本设计理念和设计工艺，为相关工作提供一定程度上的参考。
关键词：轨道交通；电控系统；设计原理
一、引言
随着我国经济的飞速发展，逐渐形成了诸多的大型城市，大型城市提供了更多的就业机会，但随之而来的是人口密集度也在逐渐增大，各种车辆的数量也在逐年增加。由此很多城市都频发交通堵塞的问题，就现阶段而言，由于轨道交通具有固定行驶区域、高度自动化控制的特点，其运行速率基本不受客流量等外部因素的影响。因此大力发展城市轨道交通是解决交通堵塞的最佳方式。电气系统则是城市轨道交通从动力到控制都具有决定性作用的环节[1]，因此对于城市轨道系统平稳安全运行而言，必须重视轨道车辆电控系统的设计工作。另一方面，越是大型的机械设备对于电控系统的功能性、精确性要求越高，因此电控技术的良性发展也能够推动我国各项大型设施的完善和进步。
二、轨道交通车辆电气控制系统设计原则
设计工作是工程建设的最主要依据，设计质量直接影响到工程建设目的是否能够实现，因此对于轨道交通车辆电控系统的设计必须在相应的设计原则指导下进行。首先轨道车辆电控系统设计者需要全面掌握车辆所处环境以及控制需求，力求使电控系统最大程度上的覆盖整个轨道车辆系统。因此除了一般性的设计知识外，设计者还应当与轨道交通系统内其他专业进行结合[2]。其次，轨道车辆的电控系统应当遵循轻量化原则，即在能够实现电控需求的前提下，应当充分考虑设计的可靠性、经济性以及实用性，将设计中冗杂部分剔除，这样在实现轻量化原则的同时，还能够降低电控系统的错误率。最后，因为轨道交通系统面对的是工作人员和乘客，因此在设计中也应当遵循人性化原则，充分考虑人的因素，提升系统的可操作性和维护便捷性，同时在设计角度为乘客提供最大的便利和安全保障[3]。
三、轨道车辆电控系统设计内容
2.1安全控制设计
安全保障是任何设计工作都需要首先考虑的设计内容。城市轨道交通系统的承载力极大，因此一旦电控系统出现问题，那么可能会影响整个系统的稳定性，造成较大经济损失，甚至影响人民群众的生命安全。所以在进行轨道交通车辆的任何一个电控部分的设计前，都应当完全以轨道车辆电控安全设计指标为基准，同时结合现场实际环境情况，排除外部因素对于轨道车辆电控系统的干扰，为轨道车辆的运行提供一个安全的环境。尤其是在进行车辆的牵引功率、牵引辅助功率设计时，应当进行如下计算：
根据一般车辆情况假设车轴齿轮箱的机械效率为0.95，牵引电机的机械效率为0.915，牵引发电机的功率因数为0.95，牵引变流器的效率为0.98，车辆额定轮轴牵引力为780kW，则车辆的牵引功率N1的计算公式为：
N1=780/(0.95*0.915*0.95*0.98)=963.8kW
而牵引辅助功率主要是指牵引设备的冷却电机，空压机的功率和。对于一般车辆而言，其牵引辅助设备功率如表1所示。
.png)
根据一般情况来说，辅助变流器效率为0.98，可得车辆牵引功率N2的计算公式为：
N2=43.8/(0.95*0.98)=47.04kW
因此在设计过程中任何对于牵引系统的设计都应当围绕牵引功率和辅助牵引功率进行，以确保电控系统处于安全状态。
2.2机械调控设计
轨道交通车辆的机械结构一般较为复杂，同时在车辆的运行过程中往往会有多个部件之间连锁联动的机械传动需求，而这些传动需求的实现往往需要车辆电气控制进行实现，因此在轨道车辆的电控设计中，对于机械系统的调控必须能够做到按照需求使机械装置协调运行。对其运动方式、运动路径进行合理的规划，另一方面也应当严格把控车辆的驱动牵引控制系统、制动系统的电控设计。
2.3电控设备选型
轨道交通车辆的行驶环境一般分为露天和地下隧道两种。相较于其他车辆而言，其运行工况较为复杂，也比较恶劣，这也给电气控制设备的稳定性、耐用度提出了更高的要求。因此在电控设备的选型过程中，需要综合考量车辆所处的线路情况，有针对性的提出车辆电气控制设备、元器件的型号选择，以确保电控设备从硬件层面能够经受住实际工况的考验[4]。例如在低压配电接触器的选型过程中，主要依据负载的类别进行选型。接触器应用较多的交流负载类型为AC-3和AC-4/AC-2混用的情况。由此，接触器的触头需要按如下公式计算其使用寿命：
.png)
2.4电控工艺设计
任何的设计工作都不能够永远的停留在纸面上，而将设计思路转化为实际的过程需要对电控系统的制作、加工、安装进行合理的工艺设计[5]，轨道交通车辆的电控工艺设计应力求设计参数、加工数据精确严谨，同时一般情况下也要求同一系统的设计由同一部门完成，以避免因尺寸偏差等原因造成的制作、加工、安装不匹配问题。同时，对于各种设备的用电功率，也需要进行详尽的统计，以确保提出最佳设计方案，例如一般轨道车辆除运行用电外还需要车厢用电，就一般搭 轨道车辆而言，其车厢用电设备功率如表3所示。
.png)
在实际的电控工艺设计过程中，应当充分考虑诸如上表所示的功率变化，提出合理的电控工艺，避免进行超量设计造成一次侧的浪费。
三、轨道交通车辆电控系统设计原理
3.1轨道交通车辆电控原理设计
就当前一般的轨道交通车辆电控原理设计工作而言，主要有分析设计法和逻辑设计法两种常用的原理设计方法。分析设计法并不参照相关的流程，而是以设计者的工作经验或相关设计案例为基础进行原理设计。其优点在于能够将整个系统拆分为数个分支进行分别设计，最后再通过相应的关联方法将数个分支整合为一个整体，极大的简化的设计步骤和设计工作所需用的时间，另一方面，由于采用了分别设计的方式，后期的改进完善工作无需对整个系统进行更改，只需要改动相应的分支单元即可。但相应的，分析设计法由于比较依赖设计者的工作经验和业务水平，系统有可能会因为某个环节的设计失误而无法运转甚至发生事故。而将整个系统模块化再整合的设计方式也容易造成设计方案非最佳方案的情况。
逻辑设计法是一种以轨道交通车辆的实际需求为基准，将实际需求的各个节点转化为相应的逻辑代数理论的设计方法。车辆电气控制所需要的变量转化为代数形式能较大的提升设计方案的实用性和便捷性，为后期的运行和维护降低了难度，但其设计难度一般较高，设计过程也比分析设计法复杂。
3.2轨道车辆电气控制原理图设计
轨道车辆电气控制原理图的设计工作一般有4个主要阶段。第一阶段为以实际需求为指导的电气控制原理主线设计，形成初步原理设计方案。随后进行其他辅助控制系统的设计工作，在辅助控制系统加入设计主线的过程中，应当进行随时的简化完善工作，通过模拟软件确定其可靠性。第三阶段为原理图最终设计方案的确定。最后根据设计原理进行电控设备的选型工作。在进行轨道车辆电气控制原理图的设计各个阶段，系统的普遍适用性也是需要进行考量的问题，例如对于常用两相电、三相电能够满足功能实现需求的情况下，应当尽量避免选择其他用电类型的设计方案，使轨道车辆电气控制系统具有一定的普遍适用性，便于最后的设计选型工作，后期的施工、运行维护也会相对方便。
四、轨道车辆电控系统工艺设计
4.1电控系统元件布置图的绘制
轨道车辆系统的电气控制元件布置图以电气原理图为主要设计依据，将整个轨道车辆电控系统分成不同的分系统进行绘制。布置图的内容主要为安装图和接线图两个部分，首先对于布置图内所涉及的所有电控器件，应当根据系统、类别和易操作程度进行分类，将所有的元器件科学的布置在设计图当中，首先应当考虑电控器件大小，力求降低整个轨道车辆电控系统的占用尺寸，对于更换频繁、容易损坏的器件，应当尽量考虑安装在易于更换、对其他器件影响小的位置，而对于发热量大的电控器件，一般应当布置在距离散热区域或系统的外围。最后按照安装顺序进行编号，方便后续的施工。最终也应当对整车的热量进行计算，以确保设备人员的舒适和安全。
车内总热量主要为车体热量Q1，辐射热Q2，人员热量Q3，设备散热Q4。总热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4。热量的计算值以内外表面积的平方根计：
.png)
总面积235
因此在实际进行设计的过程中，应当依照表中数据严格进行热量核算，以确保车辆的散热、通风符合需求。
在接线图的绘制过程中，应当清晰的表述各个元器件、分系统之间的逻辑关系以及施工顺序，以相关技术标准为指导，标注导线的来处和去处，并通过挂牌编号的方式进行区分。
4.2使用说明书的编写
当电气控制系统设计完成之后，需要对设计过程中使用到的电气元器件进行统计，并列出详细的电气元器件清单，然后再依据电气控制系统的设计原理和使用要求进行说明书的编写。说明书的编写要求能够清楚的阐述轨道交通车辆电气控制系统的特点、原理、使用方法、维护措施等内容，以便操作者能够快速掌握电气控制系统的使用方法。
五、结论
对于轨道交通行业来说，想要使得车辆的运行安全稳定，电气控制系统非常重要，因此对于轨道车辆电控系统的设计和研究具有重要意义，在实际的轨道交通车辆电控系统设计过程中，应当遵循相关设计原则，设计电控原理力求，实际图纸布局力求科学，确保轨道交通车辆的电控系统安全稳定运行，为我国的轨道交通事业做出有力推动。
参考文献：
[1]周旋.浅析轨道交通电气系统[J].科学技术创新,2018(28):115-116
[2]张松,赵志强,刘建强,刘邵凯.城市轨道交通车辆电气设备数据传输装置设计[J].铁道技术监督,2016,44(12):42-46
[3]李阳.论述城轨车辆电气设备线路的校对工艺[J].黑龙江科学,2016,7(09):16-17
[4]汤云哲.上海轨道交通15号线车辆的内装设计[J].上海电气技术,2021(06):30-31
[5]磨巧梅.城市轨道交通工程施工技术及管理要点研究[J].广西城镇建设,
2021(05):17-19