VVVF技术在城市轨道交通车辆中的应用
简述轨道交通直流供电系统的开关设备
轨道交通直流供电系统的开关设备简述摘要轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统（SCADA）等。
直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。
本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备——直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。
关键词直流供电系统直流快速断路器直流开关柜一.引言城市轨道交通是指在轨道上行驶或以导向系统行驶的、服务于城市的交通。
一般认为, 城市轨道交通包括轻型轨道、高架铁路和地下铁路等几种形式。
其中轻型轨道交通是一种轻型车辆的城市快速轨道交通方式, 国际上通称Light Rail Transit（LRT）, 近年来在国内外发展很快。
它以外部电源为动力, 以钢轮、钢轨为导向。
其主要设施在地面, 部分路段可能还设置成高架铁路, 有的则进入地下(但通常所占比重不大)。
它不与其他地面车辆混杂行驶, 要求线路是全隔离或基本隔离。
地下铁路系统则要求更高, 完全隔离, 全部或大部分线路设置在地面以下, 而且对线路、站台、行车控制等都有特殊的要求。
在过去的20年里, 城市轨道交通得到了空前的发展, 许多城市的交通系统趋向成熟, 解决了大量的技术、设备、资金和管理难题。
据不完全统计, 现在已有不少于200 座城市正在积极地从事各种轨道交通的规划和修建工作, 规划的线路总长度达7000 km 以上。
从目前的态势看, 轨道交通将成为世界城市交通的发展方向。
城市轨道交通之所以为世人所青睐, 是因为它有着其他交通工具所无法比拟的优点: 快捷、准时、安全、舒适、运量大、能耗低且污染轻。
轨道交通的供电系统包括高、中、低压交流供电系统、直流供电系统以及电力集中监控系统(SCADA)等。
直流供电系统中的电器设备包括整流器、直流快速断路器、直流开关柜等。
本文简要介绍了直流供电系统的关键性设备—直流开关柜（KMB、MB、NPMPD）以及直流快速断路器（UR、HPB）。
城市轨道交通可再生制动方案
城市轨道交通可再生制动方案摘要：城市轨道车辆运行具有频繁启动、制动的特点，机车制动能量的可再生利用已成为了城市轨道交通节能的主要方式。
本文对比分析了城市轨道交通可再生制动能量吸收的若干方案，重点分析了基于超级电容的储能型和逆变回馈型可再生制动系统的工作原理和典型拓扑结构。
最后介绍了储能-逆变回馈复合型制动方案。
关键词：城市轨道交通；可再生制动；双向直流变换器；逆变回馈Research on Absorb Project of Regenerative Braking in Urban RailTransitAbstract: Frequent start and braking are the main features of urban rail transportation, and theregenerative utility of braking energy has been considered as one of the most important approach to saveenergy of urban rail transit. Some strategies of regenerative braking energy absorbing is analyzed andcompared in the paper. The principle and typical topological structures of regenerative braking systembased on energy storage of super capacitors and feedback inverters are discussed in detail. Finally, thestrategy that combines energy storage and feedback inverter is presented.Key words:unban rail transit; regenerative braking; bi-directional DC/DC converter; feedback inverter1. 引言随着城市化进程的逐渐加快，城市轨道交通发展迅速。
变频调速系统在地铁车辆中的应用
浅论变频调速系统在地铁车辆中的应用【摘要】本文主要论述了我国城市轨道交通车辆中变频调速控制系统的应用及发展状况，通过论述阐明交流变频调速控制系统是目前在城市轨道交通车辆牵引制中一种比较先进成熟的调速控制系统。
【关键词】城市轨道交通、变频调速控制系统、门极可关断全控型晶闸管【分类号】：tm921.51一、概述随着现代电力电子器件、智能功率集成模块问世，控制理论及微电子技术的发展使异步电动机的调频调速得以顺利实现，从而使交流变频传动在城市轨道交通车辆牵引系统中得到大量应用，并正在逐步取代直流传动系统，同时随着大功率自关断器件的日趋完善和以微处理器件为核心的数字控制技术的发展更促进了交流变频传动系统在城市交通车辆中的应用。
二.变频传动技术的历史很长一段时间城市轨道交通车辆的牵引电动机都普遍采用直流旋转电动机。
其传动方式有变阻控制和斩波调压控制。
变阻控制在老式城市轨道车辆上普通使用，虽然结构简单，但由于车频繁启动和制动，使20%的电能消耗在电阻上，这种方式大基本已被淘汰。
随着电力电子器件及控制技术的迅速发展，从不控型整流管到半控型晶闸管（scr）、80年代中后期以来的门极可关断全控型晶闸管（gto）、巨型晶体管gtr到绝缘门极双极型晶体管igbt等的研制成功，从而便研制、开发出了功率等级不同的将驱动、保护、自我检测及功率输出集于一体的变频调速产品。
交流变频调速装置一出现就以其优秀的调速性能及明显的节电效果迅猛发展，并逐步取代了以前的滑差调速、整流子电机调速、串级调速、中频发电机组及直流调速装置。
因而。
世界上各国都非常重视其发展。
在80年代后期，发展起来的vvvf变频传动调速控制系统在城市轨道车辆传动控制中已进入实用阶段。
vvvf传动系统是将直流750v或1500v 通过gto逆变器和微机获得一个频率和电压可控制的三相交流电源，使交流异步牵引电动机的转速可以平滑调节。
由于采用了微机控制，可使系统更可靠，还可实现系统自动检测和故障珍断，为车辆安全的运行、维修及保养提供了极大方便。
城轨车辆电制动系统
任务引入
图6-16为某城轨车辆制动电阻实 物图，每个动车均装有一组这样的制 动电阻。当列车施行制动时，优先使 用再生制动，若随着网压的抬高再生 电能不能反馈到电网，
制动系统开始投入电阻制动，通 过电阻将电能转化为热能，从而实现 制动。
思考：再生制动和电阻制动的工 作原理是怎样的？
城市轨道交通车辆构造
图6-16 制动电阻
3.1 再生制动
图6-17为再生制动工作原理图。当发生常用制动时，电动机以发电机状态运行，将车辆 的动能变成电能，经VVVF整流成直流电并反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的 其他车辆或本车的其他系统（如辅助系统等）使用，此过程称为再生制动。再生制动取决于 接触网的接收能力，也取决于网压高低和负载利用能力。
图6-17 再生制动的工作原理
3.2 电阻制动
图6-18为电阻制动工作原理图。如果制动列车所在的接触网供电区段内无其他列车吸收 制动能量，则VVVF将能量反馈在线路电容上，使电容电压（XUD）迅速上升。当XUD达到 最大设定值1 800 V时，DCU启动能耗斩波器模块A14上的门极可关断晶闸管GTO∶V1， GTO打开制动电阻RB，制动电阻RB与电容并联，将电动机上的制动能量转变成电阻的热能 消耗掉，此过程称为电阻制动，也称为能耗制动。
图6-18 电阻制动工作原理图
任务实施
将全班学生进行分组，每5人为一组，利用本任务学到的知识，具体选定某种类型的城 轨车告进行针对性指导。
参考案例 下面以郑州地铁1号线车辆为例，认识城轨车辆的电制动系统。 郑州地铁1号线车辆的电制动系统采用再生制动和电阻制动。当制动指令发出时，优先 采用电制动。如果接触网的网压允许，则使用的主要制动模式是再生制动。如果接触网的网 压高于1 800 V，则不能再吸收反馈回来的能量，而采用电阻制动。
城市轨道交通车辆 第07章 辅助供电系统
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五、中压负载的保护
为避免由于中压用电单元故障造成配电线路 故障，可通过硬件（如：自动开关, 可手动恢复
的热继电器）和软件（车辆逻辑会防止造成故障
的接触器闭合）实现保护功能。
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六、辅助变流器（辅助供电系统的主要设备之一）
编组中的1、2、4、7和8车中配有一台辅助 变流器及相应的控制器，与相应的牵引变流器 （CONVTRAZAUX）位于同一机箱中，可直接从 牵引中间级滤波器获得电源。
Consumers
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直流110V电源负载
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充电器的输入和输出
动车组有五个充电器对应五组蓄电池，分 别设置在MC1, MC2, M1, M2 and M3上 。
充电器参数：
充电器输入3相交流400V, 50 Hz
充电器输出电压 直流 100V
输出功率 22 kW。
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蓄电池和蓄电池箱
• 蓄电池为镉镍电池
• 电池的容量: 200 Ah
• 动车组共有五个蓄电池箱，分别设在Mc1, Mc2, M1,
M2 and M3 车上。蓄电池箱中有82块电池，组成两
个相互独立的部分，每个部分有41块。 同时在Tp1, Tp2 and Tb 车上设有用于连接辅 助系统和电池系统的接线箱。
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CRH5型动车组辅助供电系统介绍
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1、充电机的主要功能及特点
对蓄电池进行恒压限流充电。 保证提供24VDC负载电压。 所有充电机是并联的。
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2、充电机的特性
• • • • • • • 半导体功率器件: 额定输入电压: 电池额定电压: 电池充满的电压 (维持) 最大电流: 最大29Vcc产生功率: 输出电压最大脉动: IGBT 400 VAC 24 V DC 29 V DC 570 A 15kW 3.5Vp
地铁1500V制动能量消耗装置应用
地铁1500V制动能量消耗装置应用随着我国城市轨道交通建设的快速发展，国内轨道交通主要采用电气再生制动方式。
电气再生制动是城市轨道列车运行中的一个关键、重要的技术，关系到列车能否安全、准确、稳定地进站、停车。
目前，在国内各大城市的地铁列车均采用电气再生制动方式（简称制动技术），在牵引变电所内设置有一套制动能量消耗装置，文章重点介绍了制动能耗装置的工作原理和保护设置，针对在实际运用中出现的一些问题进行分析、总结，并提出合理化建议。
标签：再生制动能耗；IGBT；温度保护Abstract：With the rapid development of urban rail transit construction in China，the electric regenerative braking mode is mainly used in the domestic rail transit. Electrical regenerative braking is a key and important technology in the operation of urban rail train，which relates to whether the train can enter and stop safely，accurately and stably. At present，the subway trains in major cities in China adopt the electric regenerative braking mode （abbreviated as braking technology），and a set of braking energy consumption devices are installed in the traction substations. This paper mainly introduces the working principle and protection setting of brake energy consumption device，analyzes and summarizes some problems in practical application，and puts forward some reasonable suggestions.Keywords：regenerative braking energy consumption；IGBT；temperature protection1 再生制動能耗装置简介至今，在我国城市轨道交通领域中，牵引交流变频变压调速（即VVVF系统）、牵引1500v再生电制动系统是应用得较为广泛的调速技术。
关于宁波市轨道交通2号线一期工程车辆编组配置
关于宁波市轨道交通2号线一期工程车辆编组配置作者：黄慧建来源：《科技资讯》 2011年第8期黄慧建(宁波市轨道交通集团有限公司浙江宁波 315010)摘要:通过分析宁波市轨道交通2号线初步设计文件,对4辆列车编组配置方案进行综合比较,包括列车设备布置、故障救援能力、车辆采购成本等,认为3M1T方案1(三辆动车+一辆拖车)是较为合理的配置方案。
关键词:轨道交通车辆编组配置中图分类号:U239.5 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)03(b)-0064-01宁波市轨道交通2号线一期工程采用地下铁道制式,VVVF交流传动,DC1500V架空接触网方式的B型车。
车辆采用铝合金的鼓形车体,列车两端为准流线形,初期采用4辆编组,远期为4、6混跑的车辆运营方式。
在4辆编组列车中,动车与拖车的配置一般有四种形式:2M2T(两辆动车+两辆拖车)、3M1T方案1(三辆动车+一辆拖车)、3M1T方案2(两辆动车+两辆半动车)、全动车。
通过前期的计算和分析,2M2T配置的4辆列车在AW0工况下无法满足在最大坡道救援6辆AW3列车的要求。
现重点从列车设备布置、故障救援能力、车辆采购成本等综合比较其它三种方案。
1 列车设备布置列车设备配置和布置是为了保证性能和功能满足车辆轴重平衡要求,有利于检修维护保养以及实现低的运营和维修成本。
列车主要设备包括车体、转向架、牵引逆变器、牵引电机、辅助逆变器、蓄电池组、空气压缩机等。
其中辅助逆变器和蓄电池的重量分配以及牵引逆变器的配置对车辆轴重平衡尤为关键。
1.1 全动车全动车是指4辆M车编组,每辆车车底都有牵引电机、VVVF装置等设备。
若不合理布置及限制定员人数,轴重可能会超过14t。
1.1.1 辅助逆变器与蓄电池的重量分配由于全动车配置列车没有拖车可以单独安装辅助逆变器与蓄电池,只能采用分散式的辅助逆变器来平衡重量。
对于蓄电池的安装,由于主流的安装模式是每列车的两节拖车上分别安装一组蓄电池,但全动车编组只能在每节动车上安装半组蓄电池组来平衡重量,各蓄电池组间需添加串联线,其技术可靠性也会受到影响。
轨道交通牵引供变电技术第1章第2节 城市轨道交通直流电力牵引供变电装置及其功能
1.
集中式供电方式 集中式供电方式是由专门设置的主变电所集中 为沿线直流牵引变电所和降压变电所供电的一种供 电方式，如图1.12所示。每个主变电所需有两路从区 域或城网降压变电所馈出的独立电源进线，线路电 压多采用110 kV，经降压后输出35 kV电压馈线， 为牵引变电所和降压变电所供电。图中各主变电所 的供电划分为若干供电分区，每两个供电分区间通 过双环网电缆进行联络，并设有联络开关QF1、QF2 等，正常时断开。若主变电所A退出工作，则QF1、 QF2自动合闸，由相邻主变电所B向原主变电所A的 供电分区供电。主变电所B退出时，上述程序类似。
轨道交通牵引供变电技术
随着机车控制技术和电力电子技术的发展，出 现了斩波调压控制的直流牵引电机驱动方式，直流 牵引制的上述优势依然明显，即便是目前采用变频 调压（VVVF）控制的交流牵引电机传动系统，直流 牵引制对于保证网压质量和交流传动控制系统的稳 定工作，以及简化电动车辆逆变器的器件与设备都 是有利的，因此，至今仍然在城市轨道交通牵引中 得到广泛的采用。 国外城市轨道交通的直流牵引制供电电压等级， 从570V、750V到1500V、3000V等有多种标准，但其 发展趋势是向国际电工协会（IEC）制定的国际标准 600V、750V和1500V等电压等级靠拢。
轨道交通牵引供变电技术
图1.12 集中式供电方式示意图
集中式供电方式的主要特点： （1）专用主变电所从城网（或区域变）高等 级的 110 kV 电压级引入，形成独立的供电系统， 受城市其他电气负荷的干扰影响小，供电质量和 可 ）城轨交通外部供电与牵引、降压供电组 成统一的独立系统，便于运营管理与维护，有利 于集中调度监控，最终将有利于提高效益。 （3）由于35 kV供电电压的集中式供电方式相 对于分散供电的 10 kV电网供电，在供电容量和输 送距离方面具有较大优势，有利于城轨交通的长 远发展和多条线路共用主变电所等资源，从而可 极大地获取总体经济利益。 我国多数大城市如上海、广州等地和国外某些 大城市地铁工程都采用集中式供电方式。
城市轨道交通车辆—牵引系统
定子外壳
该型号是交流异步旋转鼠笼电动机， 用于驱动每个动车转向架的轮对。
通过调频才能调节感应电机的转速；
通过调压才能使感应电机具有恒力矩或恒功率的牵引特性。
牵引系统ห้องสมุดไป่ตู้示意图
SA 避雷器 HVB 高压箱 HSCB 高速断路器 KS 闸刀开关 BR 制动电阻 TC1 VVVF逆变器1 TC2 VVVF逆变器2 M 牵引电机
3、牵引系统组成 整个系统由受流装置、高速断路器（HSCB）、VVVF牵引逆变器、牵引控制单元
高速断路器（HSCB）位于高压箱 （HVB）内，接于牵引回路前端， 当牵引电路发生过流、短路或者逆变 器故障时，HSCB会安全地将牵引设 备和1500V高压电源隔断，迅速切断 故障电流，防止事故扩大，保证系统 的安全运行。
★牵引3逆、变器牵引系统组成 VVVF逆变器将1500V恒定电压转换为用于牵引电机的三相电流输出(针 对不同的速度和力矩，频率和振幅可变)。
将直流逆变 成三相交流 给异步电机 供电
牵引逆变器组成及功能
逆变器控制单元 (DCU) 主要通过对主电路进行 检测、检查电压、电流 传感器信号、速度传感 器等信号来实现对逆变 器单元进行检测和保护。
3、牵引系统组成
★牵引电机
城轨车辆交流牵引电机有旋转电机和直线电机两种，旋转牵引电机用于 驱动每个动车转向架的动车轮对，而直线电机用于驱动安装电机的转向架。 （1）旋转电机
➢ 城轨车辆动车转向架每根车轴有一个牵引电机，一般采用架悬式安装，能 有效地减轻了簧下质量。
➢ 电机一般为鼠笼式三相异步交流电机，功率为200KW左右，车辆牵引逆 变单元输出的变频变压交流电，直接控制电机转速和扭矩。
➢ 与直流电机相比，交流电机具有维护简单、故障率低、调速方便等优点。
城市轨道交通牵引传动系统
牵引传动系统
2 直流牵引传动系统
①直流电动机
图6-1 直流电动机的工作原理模型
牵引传动系统
2 直流牵引传动系统
②直流发电机。直流发电机的结构分为可旋转部分和静止部 分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，定子和转子之间 存在气隙。定子的作用：在电磁方面产生磁场和构成磁路，在机 械方面作为整个电机的支撑。定子由磁极、机座、换向极、电刷 装置、端盖、轴承等组成。转子又称电枢，是电机的转动部分， 是用来产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换的关 键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承 、风扇等。
牵引传动系统
3 交流牵引传动系统
交流异步牵引电机的转速控制方法是在保持电源频率恒定的 情况下改变定子电压的大小，从而实现控制目的的。目前，我国 的城轨交通车辆多采用闭环控制系统，基本采用：转差-电流控 制，如上海地铁2号线车辆；矢量控制，如西安地铁2号线DKZ27 型车辆、广州地铁1号线车辆、北京地铁1号线SMF04型车辆等； 直接转矩控制，如深圳地铁1号线车辆。
（1）交流牵引电机的类型。交流牵引电机有同步和异步之 分，目前城轨交通车辆普遍采用的是交流异步牵引电机， 异步 牵引电机在空间利用和重量上都优于同步牵引电机，因此被广泛 应用。异步牵引电机采用VVVF控制，即直流电通过逆变器变为 三相交流电，用电压和频率的变化来控制异步牵引电机的转速变 化，获得最佳的调速性能，并实现再生制动。
牵引传动系统
1 牵引传动系统概述
1.牵引传动系统的工况
牵引传动系统有两个工况：牵引工况和制动工 况。
（1）牵引工况。在牵引工况下，列车牵引传 动系统为列车提供牵引动力，将供电接触网上的 电能转换为列车在轨道上运行的动能。
城市轨道交通车辆电气控制项目二的习题答案
一、选择题1、“架控”方式的每辆动车上配置（）台牵引逆变器，为（）台牵引电机提供三相电源。
A、4，1B、1，4C、2，4D、4，2答案：C2、将直流电变换为交流电而直接供给负载，输出端没有电源，称为（）。
A、有源逆变B、无源逆变C、整流D、斩波答案：B二、填空题1、牵引逆变器是把直流电压变换成频率、幅值都可调的三相交流电。
2、直线电机是用直线运动取代了旋转运动。
三、名词解释1、鼠笼式交流异步电机它主要由定子和转子两部分组成，定、转子之间是气隙。
转子绕组是用作产生感应电势、并产生电磁转矩的，它分鼠笼式和绕线式两种。
鼠笼式转子绕组是自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体（材料为铜或铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。
若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。
四、简答题1、重庆地铁VVVF是什么设备，主要功能是什么？SIV制辅助逆变器，主要功能是为车辆辅助设备（空调、照明、空压机、幅流风机、控制电源）等提供AC380V和DC110V、DC24V的电源。
VVVF是指主逆变器，主要功能是将接触网进入的直流电逆变为牵引电机所需的交流电源，并控制交流异步电机的转动。
2、简述交流传动控制系统中牵引电机的工作原理。
定子绕组接入三相对称交流电，建立旋转和正弦分布磁场。
磁场旋转，在转子中产生感应电流，进而形成电磁转矩，转子旋转，转子的旋转频率低于定子磁场的旋转频率。
（五、电路分析1、画出城市轨道交通车辆的主电路图。
2、下图为某城市轨道交通车辆交流主传动系统原理电路图，试分析该图的工作原理。
SA—浪涌吸收器IES—隔离开关HSCB—高速断路器LFL—滤波电抗器LFC—线路滤波器CCZ—充电电阻CCK—充电接触器LIK—线路接触器VMD—电压传感器CMD—电流传感器SS—速度传感器DBZ—制动电阻M1~M4交流电动机CBR—差动电流保护器FCZ—过压保护电阻答案：1.牵引时，电能传递路径为：电网直流1500V通过受电弓P、主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK及逆变器给牵引电机供电。
地铁vvvf逆变器工作原理
地铁vvvf逆变器工作原理
地铁 VVVF（Variable Voltage and Variable Frequency）逆变器是地铁牵引系统中的重要组成部分，用于将直流电转换为交流电，以驱动地铁的电动机。
其工作原理如下：
1. 输入直流电：逆变器首先接收来自变电所的直流电，该直流电经过滤波和保护电路后，被送入逆变器的输入端。
2. 逆变过程：逆变器内部包含一组功率半导体开关器件，如 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）。
这些开关器件按照一定的控制策略进行导通和关断，将直流电转换为交流电。
控制策略通常基于 PWM（Pulse Width Modulation）技术，通过调整开关器件的导通时间和频率，来实现电压和频率的变化。
3. 输出交流电：经过逆变过程后，逆变器输出的交流电具有可变的电压和频率，可以根据电动机的需求进行调整。
输出的交流电经过滤波和变压器后，被送到电动机上。
4. 控制系统：逆变器的控制系统负责监测和调节输出的电压和频率。
它通过传感器采集电动机的转速、电流等参数，并根据预设的控制算法，调整逆变器的工作状态，以实现对电动机的精确控制。
5. 保护功能：为了确保系统的安全运行，逆变器还具备多种保护功能，如过流保护、短路保护、过热保护等。
当系统出现异常情况时，保护装置会及时动作，切断电源，防止设备损坏。
总之，地铁 VVVF 逆变器通过将直流电转换为可变电压和可变频率的交流电，实现了对电动机的精确控制，从而满足了地铁牵引系统的要求。
再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用
再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用摘要：对再生制动能量吸收装置的基本工作原理和类型进行介绍，并且对再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用、节能情况进行介绍，提出建议。
关键词：再生制动能量吸收装置节能应用Abstract：The basic working principle of regenerative braking energy absorption devices and introduces the types，and the regenerative braking energy absorption devices in the application of zhengzhou subway，introduces the energy-saving situation，Suggestions are put forward.Keywords：regenerative braking the energy absorption equipment energy savingapplication在城市轨道交通系统中，由于公交化的运输模式决定了城市轨道交通具有列车运行密度大、站间距小、起停频繁的特点。
目前轨道交通普遍采用的VVVF动车组列车，制动模式为电气制动（再生制动/电阻制动）+空气制动（盘形制动/轮对踏面制动）互补的形式，即在列车正常运行过程中以电气制动为主，辅之以空气制动。
传统的列车电阻是将制动电阻装设在车辆底部，列车制动时产生的电能通过车辆上制动电阻发热消耗或空气制动消耗，浪费了大量电能，产生的大量热量还会散发在隧道内，在大运量、高密度的运行条件下，使隧道温度升高，提高了对通风系统的要求。
随着科技的进步和社会的发展，人们在节约能源、减少排放、环境保护方面意识逐渐增强，在城市轨道交通系统中，对有效利用城市轨道电动车组再生制动所产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，同时改善城市轨道交通公共场所的环境是非常重要的。
地铁车辆牵引系统介绍
地铁车辆牵引系统介绍牵引系统是列车驱动系统的组成部分。
主要目的是把线网上的直流电压逆变成一个带有可变振幅和频率的三相电压，为牵引电动机运行提供合适的能量。
苏州轨道交通一号线列车牵引系统由牵引西门子提供，采用技术十分成熟和稳定的无速度传感器的矢量控制技术，具有牵引、再生制动和电阻制动功能，牵引电机为三相鼠笼式异步电机。
系统采用采用完全冗余的MVB车辆总线的网络控制（硬线备份）方式。
本文就苏州轨道交通一号线列车牵引系统进行了阐述。
1系统特点牵引及其控制采用车控方式。
1C2M方式高压电路，每套VVVF 逆变器单元给1 辆动车上的2台牵引电机供电;交流牵引电机的转矩控制采用无速度传感器式矢量控制, 基于速度推算方式进行空转/滑行控制; 电制动以再生制动优先，随着再生吸收条件的变化, 再生制动与电阻制动连续调节, 且平滑转换（电- 空转换点5〜8km/h ）; 列车牵引运行时冲击极限 <0.75m/s3 , 确保列车的平稳运行，提高乘客舒适性。
系统充分利用轮轨黏着条件, 并按列车载重量从AWO（空载）到（满载）范围内自动调整牵引力和再生制动力的大小, 确保有效可靠的空转和滑行控制。
2系统构成苏州轨道交通一号线列车采用由2个动力单元组成的4辆编组型式。
列车搭载有2 台受电弓, 每台受电弓向1个动力单元供给高压电源。
为防止因1台受电弓故障时,造成牵引逆变器(VVVF) 和辅助逆变器(SIV) 停止工作;同时也保证在1 台受电弓故障时, 受电弓故障单元侧的辅助逆变器(SIV) 也仍能工作, 列车全列贯通系统高压母线。
当1 台受电弓故障时, 由于受电弓容量限制,1 台受电弓不足以长时支撑两个动力单元共4台VVVF工作。
因此，当1台受电弓故障时，列车控制单元(VCU)切除该侧牵引逆变器(WVF)的牵引指令，受电弓故障单元侧的VVVF将由列车控制单元(VCU)控制不投入工作，该侧牵引逆变器停止工作，列车动力配置变为1M3T。
轨道交通牵引逆变器的控制策略应用
摘要地铁主传动系统由牵引逆变器、微机控制驱动装置、牵引电动机等部件组成，牵引逆变器的控制策略是主传动系统的重要组成之一。
首先，本文说明了牵引逆变器控制的现状，指出了目前地铁牵引逆变器主要采用VVVF的两电平逆变器。
牵引逆变器的控制方法有滑差频率控制、转子磁场定向的旋转矢量控制和直接转矩控制等控制方法。
其次，在三种控制方法中，轨道交通机车中应用最广泛的是矢量控制，本文将以阿尔斯通机车为依托，具体分析矢量控制在轨道交通机车中应用。
关键词：地铁，电力牵引，逆变器控制，矢量控制ABSTRACTThe devices of the main driver system in subway mainly consist of traction inverter driver ，equipment with micro-computer control and traction motor. Traction inverter control strategy is one of the important component of the main drive system.Firstly，this paper reports the development and actuality of main traction inverter driver，indicates the traction inverter in Chinese metro is two-level inverter of VVVF，The control methods，including control of frequency slope，roto field-oriented vector control and direct torque control，is applied to main drive system.Secondly, in the three control methods, the best far-ranging device in Chinese metro is vector control. this paper reports the appliance of the vector control in shanghai alasm metro.Key words: metro，electric traction，inverter control，vector control目录1 绪论 (1)1.1地铁发展的背景和发展概况 (1)1.2地铁车辆牵引传动系统的发展 (2)1.3本文的研究意义和主要研究内容 (3)2粘着技术 (5)3轨道交通牵引逆变器力矩控制方法的比较 (7)3.1滑差控制（滑差频率-电流控制） (7)3.2转子磁场定向的旋转矢量控制 (8)3.3直接转矩控制 (9)3.4三种主要控制的比较 (9)4逆变器控制在阿尔斯通轨道机车中的应用 (11)4.1 轨道交通机车对牵引系统控制的要求 (13)4.2 轨道交通牵引电机的特点 (13)4.3矢量控制在轨道交通机车中的应用 (16)4.4轨道交通矢量控制的仿真试验波形 (22)4.5采用矢量控制方式的轨道交通机车在实际运行中的应用 (30)4.6矢量控制在轨道交通机车中遇到的问题以及解决办法 (34)5 结论 (36)参考文献 (37)1 绪论作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，在我国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。
地铁车辆再生制动能量利用方案
地铁车辆再生制动能量利用方案摘要: 现在, 节能减排已成为中国基础国策, 建设低碳型交通基础设施、推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。
地铁因为站间距比较短, 制动频繁、列车起动, 考虑各钟车型、站距、编组、发车间隔等差异, 列车电制动时产生再生能量可达成牵引能量40%以上。
充足利用列车再生能量将节省大量能量, 产生效益可观, 为节能减排做出贡献。
西安市地铁已经运行1、2号线, 在建3、4、5、6号线, 怎样在确保线路运行安全前提下, 提升供电水平, 同时为城市节能减排做出贡献, 是我们必需考虑问题。
关键词: 轨道交通; 列车制动; 能量回馈1 传统列车车载制动电阻方案存在问题现在中国外城市轨道交通动车组列车均采取VVVF牵引/制动系统, 采取交流电机驱动列车, 制动系统普遍采取空气制动和电制动混合形式。
列车在运行时, 牵引系统将电能转为机械能, 使机车开启加速; 在制动时, 一部分采取电制动, 将机械能转为电能使列车制动, 另一部分采取空气制动, 经过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。
传统列车上设置了车载制动电阻。
当列车制动时, 首先采取再生制动方法, 列车电机从电动机状态转换为发电机状态, 将机械能转换为电能返回到牵引网系统, 返回到牵引网系统能量部分被相邻列车吸收, 因为线路行车密度等多个原因, 很大部分能量不能被回馈, 此时大量电能量得不到释放, 将会使系统供电网电压急剧上升, 为此列车上设置了制动电阻, 将这部分能量经过电阻变成热能吸收, 稳定系统电压。
电阻所转化热能, 车站环控专业经过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风, 将热量排出车站外。
车载制动电阻使用即使方便, 但也有缺点: （1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了, 没有起到节能减排作用。
（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内, 即使部分能够经过隧道活塞风排出隧道, 但还有部分遗留在隧道, 这部分热量使隧道温升逐步上升; （3）列车制动电阻重量大, 列车运行时, 不仅没有节能, 还增加列车牵引能耗。
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最新发展的交流牵引电动机采用变频变压控制（VVVF）的调速方式，它使用逆变器将直流换成为交流，以电压和频率的变化来控制交流电机的调速系统已被公认为在调速性能和节能上是最为先进的调速方式，它与交流电机配合，无换向部分，运行可靠，过载能力强，结构简单，重量轻，几乎不须维修，现已在德国、日本等国已经得到了应用。它也是今后城市轨道交通车辆发展的趋势。
VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动平滑调速要求，已在生产的各个领域得到了广泛应用。但是，在代应时这种控制方式，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此人们又研究出矢量控制变频调速技术。
（3）直－交变频技术（即逆变技术）
在电子学中，振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电甚至电磁波，又称为振荡技术。在变频技术中，逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电又称为逆变技术。
(4）交－交变频技术（即移相技术）
它通过控制电子电子器件的导通与关断时间，实现交流无触点的开关、调压、调速等目的。主要应用于大功率、低速度的场合。
VVVF技术在城市轨道交通车辆中的应用
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摘 要
城市轨道交通车辆的牵引电动机长期以来都普遍采用直流旋转电动机。其传动方式有变阻控制和斩波调压控制。变阻控制在老式城市轨道车辆上普通使用，虽然结构简单，但由于车频繁启动和制动，使20%的电能消耗在电阻上，这种方式大多已被淘汰。
如上所述，目前在750VDC系统下运行的地铁中采用成熟的批量生产的价廉的耐压1200V TGBT构成三点式逆变器实现地铁车辆交流传动方案，造价不贵，也是符合现在城市轨道机车发展的趋势。
关键词：城轨车辆；VVVF；GTO；IGBT
引 言
早期地铁车辆是蒸汽牵引，1890年改为电力牵引后一直采用直流电动机牵引，由凸轮变阻调速控制，后来发展到斩波器调速控制。20世纪90年代由于电力电子技术和微机控制技术的迅猛发展，大功率自关断元器件(GTO、IGBT、IPM)走向产品化和实用化，变频变压调速控制(VVVF)技术迅速发展，交流传动车辆广泛应用用于城轨交通。日本东京、大阪、名古屋等城市地铁从1991年开始新造地铁车全部采用lGBT或IPM的VVVF交流传动装置。巴黎地铁和德国法兰克福地铁新造车也开始采用交流传动车辆。英国、俄国斯、美国、韩国、墨西哥、西班牙等国家城轨交通都在订购交流传动车辆。
交流传动装置、制动装置、微机控制及诊断系统是城轨车辆的核心技术和关键部件。目前，我国城轨车辆的交流传动装置，包括辅助电源供电设备以及微机控制与诊断系统，全部由国外西门子公司、阿尔斯通公司、庞巴迪公司和东芝公司等提供产品与软件。由株洲电力机车研究所自主开发的城轨车辆交流传动装置至今还没有装车投入运行，还没有自己品牌的交流传动系统。制动装置基本上由克诺尔公司和日本NABCO公司提供产品，由四方车辆研究所和铁科院机辆所负责开发的城轨车辆制动装置仍处于样品阶段，还没有装车投入运用考核。因此，加速上述关键部件的国产化是当务之急。
1变频器调速基础理论概述
1.1 变频技术
在现代化生产中需要变频变压技术，其主要用途是：
（1）标准50Hz电源 用于人造卫星、大型计算机等特殊要求的电源设备，对其频率、电压波形和幅值及电网干扰等参数，均有很高的精度要求。
（2）不间断电源（UPS）平时电网对蓄电池充电，当电网发生故障停电时，将蓄电池的直流电逆变成50Hz的交流电，对设备临时供电。
变频技术的类型主要有以下几种：
（1）交－直变频技术（即整流技术）
它是通过二级管整流、二级管续流或晶闸管、功率晶体管可控整流实现交－直流（0Hz）功率转换。这种转换多属于工频整流。
（2）直－直变频技术（即斩波技术）
它是通过改变电力电子器件的通断时间即改变脉冲的频率（定宽变频），或改变脉冲的宽度（变频调宽），从而达到调节直流平均电压的目的。
（3）中频装置 广泛用于金属熔炼、感应加热及机械零件的淬火烧火。
（4）变频调速 用三相变频器产生频率、电压可调的三相变频电源，对三相感应电动机和同步电动机进行变频调速。
简单地说，变频技术就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是把交流电变成直流电再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电再把交流电变成直流电等技术的总称。总之，这一切都是电能不发生变化，而只有频率发生变化。
1.2变频技术的发展过程及状况
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。自20世纪60年代以来，电子电子器件从SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管），BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体）等、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）发展到今天的IGBT（绝缘栅双型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）等，器件的更新促使电子变换技术不断发展。自20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式。20世纪80年代后半期，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。