前言：

 

检测和保护电路是牵引传动系统控制系统的重要环节，可实时检测牵引传动系统中的电流、电压、温度、速度和开关状态信号，并根据检测信号执行相应动作，确保牵引传动系统的正常运行，最大限度地减少故障对牵引传动系统的影响。如何更好地设计、改进和优化牵引传动系统的检测和保护电路，对保证车辆的安全驾驶起着非常重要的作用。

 

目前，地铁车辆主要采用三相交流传动模式、两点电压模式、交流逆变电路等牵引模式。在牵引逆变器的帮助下，DC1500V直流电变成三相交流电，完成并联牵引电机供电。当网络侧电网位于1000V~1800V范围内时，主电路可正常工作，确保动车牵引和制动无接触切换。本文以城市地铁国内列车牵引系统为研究对象。

 

一、地铁车辆牵引传动系统简介

 

地铁牵引传动系统包括中间DC环节、牵引逆变器、牵引电机和齿轮传动系统。与电气化铁路交流供电不同，地铁牵引传动系统采用DC供电，无整流装置。地铁列车牵引工况时，牵引电机为电机，第三轨或接触网获得的DC电通过中间DC环节输出到牵引逆变器。逆变器是利用SPWM技术将DC电转换为电压和频率可控的三相交流电输出到牵引异步电机，电机将获得的电能转换为机械能，推动地铁列车向前运行。地铁列车制动工况时，牵引电机发电。牵引逆变器将牵引电机的三相交流电转换为DC电，通过中间DC环节返回电网，达到再生制动的目的。DC电可以通过电阻散热和能耗来实现电阻制动的效果。

 

地铁电气牵引传动系统由DC环节、逆变环节和牵引电机组成。图的结构是由一个牵引逆变器驱动两个牵引电机运行，直流电通过滤波电感L1/L2、支撑电容C1/C2组成的低通滤波电路后，可以减弱电网电压波动对逆变器的影响，减少谐波对电网的影响；C1/C2也给牵引电机带来无功功率。DC/AC是将直流电转换为交流电的牵引逆变器单元，采用正弦脉宽调制技术（SPWM），通过控制内部大功率半导体器件（IGBT）对变压变频的交流电进行导通和关闭，输出到牵引电机。R是预充电电阻，限制充电时电容C1/C2对电流的冲击；K2是预充电接触器，使预充电电阻向线路开关，K1是线路接触器用于支撑电容充电完成时的短接充电电阻；K3/K4，Ra/Rb是一种带制动电阻的大功率半导体开关。再生制动模式是在直流网压过高时投入工作并实施电阻制动。

 

二、系统特点

 

牵引及其控制是车辆控制。在1C4M模式的高压电路中，每组VVF逆变器单元为动车的四个牵引电机提供电能；交流牵引电机的扭矩控制是基于速度计算的无速度传感器矢量控制和空转－滑行控制；在电制动中，再生制动是第一位的。随着再生吸收条件的变化，再生制动和电阻制动不断调整和平稳过渡；列车整列有高压母线，安装母线断路器，确保列车安全通过线路中任何位置的架空线电分段区域；系统充分利用轮轨粘着，根据列车载重自空车向过度运行区间自动调整牵引力和再生制动力，使列车自空车向过度运行区间的启动加速度和制动减速度几乎恒定；并及时响应，高效可靠地控制空转和滑行。

 

三、地铁车辆牵引传动系统的基本组成

 

牵引传动系统在列车驱动系统中起着重要的作用，主要用于将直流电压转换为变频变压三相电压，控制牵引电机，实现列车牵引和电制动功能。转换过程主要分为以下步骤：

 

电能从接触网输入到牵引变流器提供电能→牵引变流器将直流电压转换为频率变化，振幅变化的三相电压为牵引电机提供电能→牵引模式，牵引电机将输入电能转化为机械能，通过齿轮箱转化为汽车轮轴牵引动力→在制动模式下，反转电源方向使牵引电机作为发电机运行，机械制动能转化为电能，然后反馈给电网供应其他列车或被制动电阻消耗。

 

地铁车辆牵引传动系统一般包括以下组成部分:(1)高压主电路；(2)线路滤波器等。；(3)牵引逆变器等。；(4)接地故障检测装置；(5)过压/制动斩波器；(6)牵引电机等。

 

四、系统控制

 

牵引逆变器系统是牵引系统的心脏，由牵引控制单元（电子控制装置）控制，可实现以下控制功能：接收和执行驾驶员操作指令；实现牵引电机转矩控制、混合电制动、防冲击、空转－滑行、空重车、牵引－制动切换等反转保护；通过与空气制动控制系统的数据交换，实现电控制动的联合控制；系统控制逻辑的检测和故障诊断、显示、记录和与列车监控系统的数据交换，保护动作按故障严重程度进行分类。

 

(1)矢量控制

 

矢量控制方法响应快，精度高。利用矢量控制准确控制电机转矩，可实现防冲击控制，实现平稳加速制动。在牵引或电控混合制动的运行条件下，采用矢量控制快速准确地控制电机转矩，可有效抑制空转和滑行，快速恢复轮轨粘着状态。空转采用矢量控制－滑行控制能充分发挥轮轨之间的粘着力，使列车加速制动平稳，避免空转－滑行造成轮轨损坏。在沈阳地铁1号线一期工程中，地铁车辆通过无速度传感器矢量控制，实现了交流牵引电机转矩的准确高效控制。VVF平行运行四个交流牵引电机，实现矢量控制。系统利用霍尔元件检测逆变器各相输出电流（电机电流），然后将电机电流分为转矩分流和励磁分流。

 

(2)牵引控制

 

牵引逆变器从驾驶员控制器或ATO装置接收牵引指令和给定值，并根据制动控制装置的火车空重车信号控制火车牵引和输出扭矩。该系统具有速度限制功能。当列车速度大于限定值时，系统实施牵引封锁，使牵引力为0，直到速度上升。此外，当ATP被切除时，该系统还可以提供车辆限速功能。此外，该系统还具有高加速功能。当坡道救援开始时，该功能的使用可以提高列车的启动牵引力，并将停在最大坡道上的故障列车通过坡道。列车有洗车运行模式。以这种方式工作时，系统会控制牵引，在指定的速度范围内自动工作或移除牵引力。

 

5.地铁车辆牵引传动系统检测与保护电路分析

 

作为一个完整的控制系统，它离不开检测和保护电路。为了保证交流传动系统的正常运行，判断其是否正常运行，首要任务是监控系统中的关键参数值。列车运行时，系统可能会出现各种过电压、过电流和过热故障和风险，如逆变器单元和牵引电机投入过高的电压和电流、IGBT温度过高和电机定子温度过高。如果允许这些危险情况发展，将产生严重后果，因此必须采取适当的监控和保护措施。

 

传动系统的一般试验包括：DC侧线路电压、线路电流、逆变器功率器件温度（主要是IGBT）、牵引电机电流、电压和温度。在检测过程中，采用适当的灵敏度和精度传感器实现实时、持续的监测，并通过检测信号实现相关的保护或控制。

 

结语：

 

随着轨道交通的不断发展，地铁车辆的检修工作量越来越大。电气系统作为车辆的重要组成部分，在日常检修中面临着巨大的困难。它要求我们不断了解，增加地铁车辆的系统知识，丰富技术技能。