北京地铁列车牵引电传动系统设计

２００６年第４期机车电传动№４，２００６１ＱＱ！生！旦！Ｑ旦呈兰呈竺！墨！！里垦！∑里！竺垦兰竺竺竺竺竺！！∑呈！！！！！！Ｑ！！ＱＱ！城市轨道车辆作者简介：陈文光（１９６６一）．男，高级工程师，现从事地铁系统研究开发工作。摘要：简述采用交流传动的北京国产地铁列车的基本参数和性能要求，阐述了列车牵引电传动系统的牵引／电制动特性、主电路、列车牵引控制系统的设计思路和技术特点，并将北京国产地铁列车与目前北京市地铁１３号线日立车辆进行了比较。北京国产地铁列车及牵引电传动系统已通过线路型式试验和运行考核，目前正在北京市地铁１３号线试运行，运行情况良好。关键词：北京；国产化地铁列车；牵引；电传动系统；交流传动中图分类号：Ｕ２６６．２；Ｕ２３１文献标识码：Ａ文章编号：１０００—１２８Ｘ（２００６）０４—００３１—０６ＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍｆｏｒＬｏｃａｌｉｚｅｄＭｅｔｒｏＶｅｈｉｃｌｅｉｎＢｅｉｊｉｎｇＣＨＥＮＷｅｎ－ｇｕａｎｇ，ＤＩＮＧＲｏｎｇ－ｊｕｎ（ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＺｈｕｚｈｏｕＣＳＲＴｉｍｅｓＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ４１２００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓＡｌｓｏｅｘｐｏｕｎｄｅｄａｒｅａｒｅｂｒｉｅｆｅｄｆｏｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅａｓｓｙｓｔｅｍｏｆｌｏｃａｌｉｚｅｄｍｅｔｒｏｖｅｈｉｃｌｅｉｎＢｅｉｊｉｎｇ．ｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎ／ｂｒａｋｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｉｓｍａｄｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｃａｌｉｚｅｄｍｅｔｒｏｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｂｙＨｉｔａｃｈｉｆｏｒＮｏ．１３ｍｅｔｒｏｌｉｎｅｉｎＢｅｉｊｉｎｇ．ＴｈｅｌｏｃａｌｉｚｅｄｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｉｔｓｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｐａｓｓｅｄｔｈｅｆｉｅｌｄｔｙｐｅｔｅｓｔａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｓｕｎｄｅｒｔｒｉａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎＮｏ．１３ｍｅｔｒｏｌｉｎｅ，ｉｎｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｅｉｊｉｎｇ；ｌｏｃａｌｉｚｅｄｍｅｔｒｏｖｅｈｉｃｌｅ；ｔｒａｃｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ；ＡＣｄｒｉｖｅ２４４人，拖车２２６人；超员载荷ＡＷ３时，动车３１０人，拖０引言北京国产地铁列车是由中国交通运输协会城市轨车２９０人。１．２列车动力性能列车在网压ＤＣ线路运行情况下：平均启动加速度（ＡＷ３）０。４００～８０７５０道交通专业委员会组织，北京市地铁运营有限公司、长春轨道客车股份有限公司、北京地铁车辆厂、株洲时代集团（株洲电力机车研究所）联合研制开发的一列４节车编组的完全自主知识产权的交流传动国产地Ｖ、半磨耗轮径８０５Ｉｎｎｌ、平直道ｋｍ／ｈ，不小于０．８３ｋｍ／ｈ，不小于０．５ｍ／ｓ２ｍ／ｓ２铁列车，其中，株洲时代集团负责交流电传动系统的研制。１平均制动减速度（ＡＷ３）常用制动不小于１．０ｍ／ｓ２ｍ／ｓ２车辆参数及性能要求电阻制动能力（ＡＷ２）紧急制动不小于１．２不小于０．８ｍ／ｓｔ最高运行速度冲击极限平均技术速度５０～５１．１车辆基本参数北京国产地铁列车车辆为Ｂ型车体，第三轨受流，供电电压：ＤＣ７５０Ｖ（ＤＣ５００～９００Ｖ）；轮径：８４０／８０５／７７０ｋｍ／ｈ）８０ｋｍ／ｈ０．７５ｍ／ｓ３ｍｍ（新／半磨耗／全磨耗）；动车轴式：Ｂ。一Ｂ。；列车ｔ，编组：Ｔｃ・Ｍ—Ｍ・Ｔｃ（２动２拖）；车辆自重：动车３５拖车３０ｔ；列车载客量（人数）：额定载荷ＡＷ２时，动车收稿日期：２００６—０６—０８不低于５０ｋｍ／ｈ（典型区间，不含站停时间）平均旅行速度不低＝Ｊ：３９ｋｍ／ｈ（平均站停时间３０Ｓ）万方数据机车电传动１．３列车故障运行及坡道救援能力在超员载荷ＡＷ３下，牵引动力损失１／４时，列车仍然可以在２４％。的坡道上启动，并能正常完成一次单程运行；牵引动力损失１１２时，列车仍然可以在２４％０的坡道上启动，并能牵引至最近的车站。一列空车应能牵引另一列超员载荷故障列车在２４％。的坡道上启动，并具有牵引至最近的车站的坡道救援能力。２牵引电传动系统牵引电传动系统需要满足车辆动力性能、故障运行／救援能力及实现预期的旅行速度等，并考虑系统各参数匹配和满足地铁车辆特殊的运行工况（运行站距短、启，制动频繁且启／制动加／减速度大）及电气性能要求（启／Ｎ动力距大、启／制动峰值功率大以及导致的直流供电电压变化范围大）。牵引电传动系统主要由主电路、牵引控制系统及其装置组成，以提供列车的牵引，电制动力和实现列车的牵引顺序逻辑控制、故障保护及列车牵引／电制动运行等。北京国产地铁列车牵引电传动系统采用逆变器一异步鼠笼电机交流传动系统，并由列车网络进行控制和诊断。２．１牵引／电制动特性牵引／电制动特性是列车电传动系统的基本特性，其设计主要根据列车的动力性能要求，考虑列车的冲击极限和电传动系统部件的容量（如：牵引逆变器、异步牵引电动机等），参数匹配以及轮轨粘着的允许，并通过对典型区间、目标线路进行牵引和故障运行能力核算等进行。列车运行阻力（按日本ＪＩＳ标准公式）为尺＝｛（１．６５＋０．０２４７Ｖ）Ｗｍ＋（０．７８＋０．００２８Ｖ）Ｗｔ＋［０．０２８＋０．００７８（ｎ．１）］ｙ２｝×９．８Ｎ式中：ｙ——速度，ｋｍ］ｈ；Ⅵ，ｍ——动车总质量，ｔ；彬——拖车总质量，ｔ；ｎ——列车编组辆数。列车启动阻力取４９Ｎｉｔ，回转质量动车取车辆空车重量的１０％、拖车取５％。２．１．１牵引特性在超员载荷ＡＷ３、平直道线路、半磨耗轮径及额定接触网压７５０Ｖ条件下，列车最大启动轮缘牵引力只。一２００ｋＮ；恒牵引力速度范围０—３７．５ｋｍ／ｈ；恒功速度范围３７．５—５０ｋｍ／ｈ；自然特性速度范围５０～８０ｋｍ／ｈ。其中，恒功起始点牵引力为２００ｋＮ，自然特性起始点牵引力为１５０ｋＮ，列车牵引特｜生曲线见图１所示，列车启动性能如表１所示，列车启动时的电参数如表２所示。考虑低网压时的功率限制，在网压Ｕ。＜７５０Ｖ时，列车牵引特性恒功起始及终止点与网压成一次方比例万方数据下降。２．１．２电制动特性在半磨耗轮径及额定接触网压７５０Ｖ条件下，列车最大电气轮缘制动力为：ＡＷ２时，Ｒ：一１６２ｋＮ，ＡＷ３时，Ｖｂ３—１７５ｋＮ；自然特性速度范围８０一６０ｋｍ／ｈ；恒电制动力速度范围６０～１０ｋｒｒｄｈ；电气制动力减小的起始速度点１０ｋｍ／ｈ（可调）；列车的最大计算粘着系数弘；为：０．１６６。在网压玑＜７５０Ｖ时，列车制动特性恒制动力起始点与网压成一次方比例下降。在各网压工况和列车速度从１０ｋｒｎ／ｈ至０阶段以及高速阶段时，电气制动不足部分自动由空气制动补充。在额定载荷ＡＷ２情况下，列车所需总制动力约为２０６ｋＮ；在超员载荷ＡＷ３工况下，列车所需总制动力约为２２３ｋＮ。电气制动特性曲线见图１所示。图１牵引／电制动特性曲线２．１．３启动性能比较将北京国产地铁列车与目前北京市地铁１３号线日立车辆的牵引／电制动特性进行比较，其中，两者电制动特性基本一致，日立车辆的最大启动轮缘牵引力为１９９ｋＮ，恒功区为４０。４５ｋｍ／ｈ。列车启动性能及比较如表１所示（取同样的计算条件：平直道、载荷ＡＷ３、网压ＤＣ７５０Ｖ、列车启动阻力、列车运行阻力、列车换算质量系数等）。表１列车启动性能比较从比较结果可知，启动牵引力、计算粘着系数、启动至４０ｋｍ／ｈ所用时间、０～４０ｋｍ／ｈ平均启动加速度几乎相等；０～８０ｋｍ／ｈ平均启动加速度则国产车略高点。另外，采取动车在中间的列车编组方式，有利于第４期陈文光，丁荣军：国产化北京地铁列车牵引电传动系统设计改善动车轮轨间粘着以及带司机室拖车的电磁兼容环境，效果良好。２．１．４列车故障处理能力校核及牵引计算列车在超员载荷下，牵引动力损失１／４和１／２时，列车仍然可以在２４％。的坡道上以０．４３ｍ／ｓ２和０．２ｒｒｄｓ２的加速度启动并能正常运行；一列空车牵引另一列超员载荷故障列车在２４％。的坡道上启动加速力为１３０ｋＮ，加速度为０．１ｍ／ｓ２，并能使列车行驶到最近车站，若按加速度为０．０８３ｍ／ｓ２计算，则只需１２４ｋＮ的启动加速力，此时计算粘着系数弘；仅为０．１８，可实现故障救援。流约１９６Ａ。北京地铁１３号线西直门一东直门站（线路总长４０３７９ｍ，总共１６个站，平均站距约２６９２ｉｎ），计算结果为：上行，列车总运行时间为３９．４６ｍｉｎ，总旅行时间为４９．４６ｍｉｎ；列车平均运行速度可达６１．４ｋｍ／ｈ，平均旅行Ａ；速度可达４９．０ｋｍ］ｈ；列车主电路等效电流约为７２１．６４９．３４下行，列车总运行时间为３９．３４ｍｉｎ，总旅行时间为ｍｉｎ；列车平均运行速度可达６１．６ｋｒｎ／ｈ，平均旅行Ａ。速度可达４９．１ｋｍ］ｈ；列车主电路等效电流约为７３２．５２．２主电路典型区间回龙观一霍营站（线路睛况为坡度０、一１８％。、０、．３％ｏ、０，坡道长分别为１０２．９２５０ｎｌ、２４０ｍ、２３０．２ｎｌ、６００ｍ、主电路采用两点式电压型直一交逆变电路，由２个逆变器单元组成，每个逆变器单元驱动２台并联的异步牵引电动机，当其中一个逆变器单元故障时，另一个逆变器单元能正常工作，能进行１／４动力损失模式运行。当电网电压在５００～９００Ｖ之间变化时，主电路能正常工作，并可方便地实现牵引一电制动的无接点转换。主电路原理见图２所示。主电路由高压电器及能量释放单元（ＭＱＳ、ＭＦ、ｌ慧，ｃ１，＾ＩＩ、ＩＶｌｌＩｌｌ，站距为１４２３．１ＩＴＩ），在超员载荷ＡＷ３、网压ｕｄ＝７５０Ｖ、停站时间ｔ列车往返运行时间为３ｍｉｎ，旅行时间为４ｒａｉｎ；列车运行速度约为５６．９ｋｍ／ｈ，旅行速度约为４２．６８ｋｍ／ｈ；列车主电路等效电流约为７１８８Ａ，牵引时最大电流约为７１０５６０Ａ，制动时峰值电流约为１Ａ，牵引电机等效电ＤＣ７５０Ｖ＜＞ＨＶ０１ｎ５０ｌｌＬＲ】ｌ／ＩＶＭ哎５０牡堡５０３ＩＮＶＪ—Ｌ［］ｊＲ０１Ｍｒ掣Ｌｓ０４ｍＯｌ５０５Ｋ、ＩｖｌＩＩ５１１：熙，、：５１２Ｌ一＿ｊＩ趔１！Ⅶ峄Ｉ５００ＡＦＳ口５融，ｚＩｌｌｔ，１１１‰ＬＲ２Ｋｈｌ２ｌ５１３哔科Ｌ——ＬＪ卒Ｐ姚礤：粉—心：／渊６Ⅲ口］七一§奄幸赫彤衡。ｌ“Ｒ釜Ｉ翳鼹羹。ｌＩ覆焉电船孵【电ｌ幔糕）ｍｌＥＢＩ．ｍ４川・ⅢＩＮＶ㈣郫Ｉ啊Ｈ西４■Ｒ二■臂舳ＦＳＬ乩ＶＨＶＵＩ｛藿霸电阻瞧捌噍薯髓．姓髓ｔ蛆蟠ｌ鳗量自航暑。－ＬｔｔｌＳ臣召５２ｌ！上烈，、３２２鸺１５２２俨ＴＭＲＣ—Ｌ，２捌１，：。才唧宴、ｏｓ２ｉｔ；，＾１１２２ＵｌＫＭ２２ＲＢ５００Ａ瞠］夺七每前削；ｘ珈一Ｌ｛州啦Ｌ１ｔ２６ｆＴＴ７ｌ厂Ｔ］奄一§审帛缃，，，。Ｉ啼擞：』庀弋：／，，、‘ＭＭＯＦＭ０ｓ，０Ｓ．ＭＧｓ岍＾Ｐ日ｔ＃憾醯＊＊ⅢｌＪｆ｛｝僵■鼍髓＃印Ｌ—Ｌｉｔ２５眨召５００１５００Ａ．Ｒ５００Ａ．ＲＲＢｌｌ：一√一√１Ｂ・啦Ｂ》电Ｂ》铀，ｒＹＹＹ噬１｝５２３图２主电路原理图Ｔ萨Ｔ萨｜Ｍｃｄ一』１则需选择适当的齿轮传动比、适当的牵引／制动特性，使电机既能在牵引的最高转速处具有一定的转矩过载倍数，又能发挥高速制动处的峰值功率，同时使牵引时的启动电流和制动时的峰值电流在逆变器的允许值范围之内。综合考虑系统的经济性、电机的并联运行、牵引电动机与逆变器的容量以及齿轮传动装置的机械性能，采用小逆变器和大电动机匹配，选齿轮传动比为７．６９２３（１００／１３）及如２．１节所述的牵引特性／电制动特性。其中，地铁列车在启动初期阶段，采用ＶＶＶＦ变频调速控制方式，以维持输出转矩的恒定，当进入恒功阶段且逆变输出电压进入方波后，由于输出转矩Ｍ。＝ＭＱＦ、ＫＩＶＩＯＩ、ＦＳ、Ｒ１２、ＶＤｌ１）、电容器充放电单元（ｇｄＷｌ１、ＫＭ２１、ＫＭ２２、Ｒ０１、Ｒ１１、Ｒ２１）、滤波单元（Ｌ１１、Ｌ２１、Ｃ１１、Ｃ２１）、电阻制动斩波及过电压抑制单元（ＩＧＢＴ斩波模块、ＲＢｌｌ、ＲＢ２１）、逆变器模块单元（１ＮＶｌｌ、ＩＮＶ２１）、异步牵引电动机（Ｍ１～Ｍ４）及检测单元（ｖＨｌ、ＶＨｌ２、ＶＨ２２、ＬＨｌ１～ＬＨｌ６、ＬＨ２１～ＬＨ２６）等组成。主电路主要部件包括：高压电器（ＨＶ０１）、线路电抗器（ＬＲｌ、ＬＲ２）、牵引逆变器（ＩＮＶ）、制动电阻（ＲＢ）、牵引电机（Ｍ）、受流器（ＡＰ）、接地碳刷（ＥＢ）等组成。由于地铁车辆受轴重的限制，在满足车辆动力性能的前提下，要求电传动系统牵引逆变器与异步牵引电动机匹配最优，主电路前侧电参数合适，以实现系统的性能最佳、重量最轻和最经济。为了做到这一点，帆／Ｋｍ—Ｃ×（ｕ。／，１）２／Ｋ（式中心为电磁转矩，Ｃ为常万方数据机车电传动数，Ｕ，为逆变输出电压，．厂１为逆变输出频率，Ｋ。为电磁转矩过载倍数）和输出功率Ｍｎ×．厂】＝Ｃ×Ｕ１２／（．厂１Ｋ）恒定，可知．厂ｌＫｍ＝常数，ｋ将随着．厂１的升高而减小，为了使Ｋ。大于一定的值而保证系统的稳定，取牵引特性恒功开始点和恒功速度范围为３７．５～５０ｋｒｎ／ｈ。此时，电机最大转矩为１３３５Ｎｍ，最高转速为４０５５ｄｍｉｎ，最高转速处的转矩过载倍数为１．２，启动时最大功率为２６６ｋＷ，制动峰值功率为３５７ｋＷ，牵引时最大电流约３２２Ａ，制动时峰值电流约３７４Ａ，直流侧牵引时最大电流１５５６Ａ，直流侧制动时最大电流１７１０Ａ，各参数均比较合适。在设计过程中，针对国产地铁车和目前北京市地铁１３号线日立车２种牵引特性的差异，就系统电参数进行了比较，比较结果如表２。表２列车启动电参数比较项目国产车１３号线车Ｅｌ立车辆由比较结果可知，国产车降低了电机牵引的最大功率、启动电流及直流侧最大电流，系统电参数较优。主电路的每个逆变器单元，分别驱动同一车辆不同转向架的１、３位和２、４位２台并联的异步牵引电动机，以利于牵引／电制动运行时的轴重转移补偿，保证最佳的粘着利用。经计算，向前牵引运行时，１、３位轴分别减轻４．０４％、２．２５％，２、４位轴分别加重２．２５％、４．０４％，制动时反之。在实际控制中，加入轴重转移补偿后，取得了良好的效果。牵引电动机为三相交流异步牵引电动机，满足系统牵引／电制动特性及列车运行要求，其额定功率根据牵引计算出的等效电流、列车旅行速度并考虑电动机的发热温升而确定，它为等效功率。牵引电动机的额定参数为：额定频率６８．７Ｈｚ，额定功率１８０ｋＷ，额定电压（基波）５８５Ｖ，额定电流（基波）２１９Ａ，效率（基波）９３．７２％，功率因数（基波）０．８６４６，额定转矩８４９Ｎｍ，额定转速２０２６ｒ／ｒａｉｎ。与牵引电动机相匹配，牵引逆变器的主要技术参数为：输入电压ＤＣ７５０Ｖ（５００～９００Ｖ，再生制动时不高于１０００Ｖ），额ｊｔ输出容量２×４５０ｋＶＡ，输出电压０～５８５Ｖ，输出频率０～１６０Ｈｚ，额定输出电流２×４４０Ａ，最大输出电流２Ｘ６５６Ａ，最大制动电流２×７５０Ａ。牵引电动机主要技术特征为：转子为铜排鼠笼式结构，导条采用高强度铜合金材料；定子为无机壳结构；绝缘系统为２００级（耐电晕）；冷却方式为带内风扇自通风；采用进口绝缘轴承；悬挂方式为架承式全悬挂等。牵引逆变器模块为ＩＢＣＭ６０Ｇ标准模块，每个ＩＢＣＭ６０Ｇ模块集成８个１７００Ｖ／１６００Ａ的ＩＧＢＴ元件。其主万方数据要技术特点为：集成了三相逆变桥臂和制动斩波桥臂ＩＧＢＴ开关元件，还包括支撑电容器、门控单元、脉冲分配单元等，集成度高；门极驱动采用光纤传输技术，抗干扰能力强，可靠性高；采用低电感母排（Ｂｕｓｂａｒ）连接，无吸收电路，电路简洁、效率高；另外，采用以水为冷媒的热管散热器走行风自然冷却方式，对环境无污染、无噪声；模块组装（拆卸）简单，维护方便等。主电路高压电器主要为隔离开关（ＭＱＳ）、熔断器（ＭＦ）、高速断路器（ＭＱＦ）、线路接触器（ＫＭ０１）等，其作用主要用于主电路的隔离以及机械联锁放电、主电路的短路及故障保护、线路短接等。能量释放单元由ＲＤ回路（Ｒ１２、ＶＤｌ１，Ｒ２２、ＶＤ２１）和浪涌吸收器（ＦＳ）组成，主要用于主电路故障情况下释放线路电抗器等的蓄存能量，以避免主电路器件的二次损坏。各高压电器的选型和主要参数则需考虑高压电气性能、可靠性、所承受的供电网的电压，并根据主电路直流侧典型电流曲线等选取。主电路直流侧典型电流曲线见图３所示，各电器主要参数见表３。回龙观蛄一霍营站（Ａｗ３，Ｕｄ＝７５０ｖ，距离１４２３．１ｍ，站停时间３０ｓ）：铡；Ｚ…煞／ｒ、／歹ｑ车速酋ｆ＿，’—一二《｝、！／：．≥童曩＼ｋ谚飘强嚣硅。蕾也＼｝ｌ＾譬｝慕冀Ｚ，Ｉ二璇；、２５…４５．Ｉ・：／ｉ…５５６５＊々Ｅ・矗ｒ：９譬…ｌ：．／Ｉ，ｋ：．镰ｉ时间血图３直流侧电流典型曲线表３直流侧电器主要参数电器名称（代号）主要规格或参数隔离开关（ＭＱＳ、ＭＧＳ）ＤＣ１０００Ｖ．１０００Ａ高速断路器（ＭＱＦ）ＤＣ１０００Ｖ．１０００Ａ主熔断器（ＭＦ）ＤＣ１０００Ｖ，额定电流ＤＣ８００Ａ，峰值电流ＤＣｌ７５０Ａ线路接触器（ＫＭ０１）ＤＣ１０００Ｖ．１０００Ａ充电电阻（Ｒ０１）３０Ｑ．８００Ｗ浪涌吸收器（ＦＳ）工作条件：ＤＣ７５０Ｖ（ＤＣ５００～１０００Ｖ）最大电流：１７５０Ａ，标称电压：ｌ５００Ｖ通流量：５０ｋＡ，通流能量：≥２５ｋＪ接触器（ＫＭｌｌ、ＫＭ２１）ＤＣ１０００Ｖ．６００Ａ放电电阻（Ｒ１１、Ｒ２１）１００ｎ．３００Ｗ吸收电阻（Ｒ１２、Ｒ２２）约０．２Ｑ二极管（ＶＤｌＩ、ＶＤ２１）ＺＰ。４００—３４００线路电抗器及滤波电容器，使系统稳定并将直流侧电容电压波动限制在允许范围内，同时，滤除高次谐波，在逆变器发生短路时抑制短路电流并满足逆变器开关元件换流的要求等。地铁车辆频繁启／制动并且制动峰值功率大的运行特点，使牵引系统主电路直流侧电流呈阶梯或锯齿波状态，并且峰值相差很大，因此，直流侧线路电抗器设计为空心结构，其电感值几乎不受直流侧电流的影响，制动电阻的设计则根据地铁车辆电制动特性、要求及制动功率波形进行，以做到参数最佳。通过工程计算和仿真分析，选取电抗器Ｌ¨＝Ｌ：。＝５ｍＨ，滤波电容器Ｃ１１＿Ｃ，＝１３ｍＦ。滤波电路的固有谐振频率为ｆｏ＝１／（２×７ｃ×以石＝１９．７４Ｈｚ另外，根据经验，ＤＣ７５０Ｖ电压制式的Ｂ型车主电路的滤波电路固有谐振频率一般控制在２５Ｈｚ以下就可满足要求。根据回龙观一霍营站列车主电路直流侧电流（直流侧电流典型曲线如图３所示），确定线路电抗器及制动电阻的主要技术参数如下：线路电抗器主要技术参数为：电感值５ｍＨ，额定电流ＤＣ４００Ａ，最大电流ＤＣ８６０Ａ。制动电阻主要技术参数为：电阻值（工作温度时）１．３Ｑ，负荷条件５２０ｋＷ至０ｋＷ成线性下降，工作制断续（工作时问１６Ｓ，周期１２０Ｓｏ其中，电阻制动具有在额定载荷ＡＷ２、平直道情况下实现平均制动减速度不小于０．８ｍ／ｓ２（５０～５ｋｍ／ｈ）的能力。因此，制动电阻按满足此能力来进行设计，在控制上，则采取能耗到限的保护措施。电阻制动值的具体计算如下：ＡＷ２下，５０ｋｍ／ｈ时，列车电制动力为Ｆｂ＝１６２ｋＮ列车轮缘最大制动功率Ｐ。。＝１６２Ｘ５０／３．６＝２２５０ｋｗ每个主电路单元所分担的最大制动功率：Ｐｄｍ＝Ｐｂｍ×７７ｃ×田Ｄ×刀ｖ×１／４＝２２５０Ｘ０．９８×０．９３Ｘ０．９９Ｘ１／４＝５０８ｋＷ式中：刀”刀”卵ｖ分别为齿轮传动装置、牵引电机、牵引逆变器的效率。考虑一定的裕量，选取制动电阻最大功率ＰＲ。＝５２０ｋＷ。根据＝＿≥‰，，２瓜则电阻值尺≤堡：里：１．３９Ｑ玮。５２０ｘ１０３考虑一定的裕量，取制动电阻值尺＝１．３Ｑ（工作温度时），最后，还要通过校核过压吸收功率、斩波模块ＩＧＢＴ元件的允许容量和最大开关频率而确定。２．３列车牵引控制系统２．３．１功能及构成列车牵引控制系统是列车电气控制系统中的一部分，主要完成列车有关牵引的控制指令及状态的给出、万方数据传输，实现列车牵引顺序逻辑控制、牵引／电制动特性控制和牵引系统故障保护等，它由司机控制器、各指令开关、有接点控制单元、列车网络控制及诊断单元（即ＣＣＵ和ＶＣＵ，为列车及车辆级控制）、传动控制单元（即ＤＣＵ，为传动级控制，主要完成对ＩＧＢＴ逆变器及交流异步牵引电机的实时控制、粘着控制、制动斩波控制，同时具备部分车辆级控制功能）等构成并实施系统功能，它受列车空气制动系统、门控系统等的状态及逻辑制约。列车牵引控制系统信号构成及接口示意图如图４所示。２．３．２牵引控制牵引控制系统的设计，本着安全、可靠、先进的原则进行。各运行操作模式有常规牵引、慢行、紧急牵引、常用制动、紧急制动、高加速、坡道启动。牵引顺序逻辑控制有母线断路器控制、母线接触器控制、主断路器控制、充电及主电路接触器控制和牵引实施等。系统具有完善的故障保护和故障导向安全措施。故障保护有断路器未减载、过压、充电电路故障、主电路接地、直流侧总电流过流、ＩＧＢＴ元件过流、斩波模块没有触发而斩波电路有电流、斩波电路过流、主电路电器部件故障、ＤＣＵ故障、网络通信故障、逆变过流、逆变器模块过热、制动电阻能耗到限等，分别分为“可恢复性故障”、“不可恢复性故障”和“自恢复性故障”，系统通过显示器进行故障导向安全提示，由司机操作“复位”或“单元切除”按钮进行故障处理。牵引系统充分利用轮轨粘着条件，并按列车从空车到超员范围内的载重自动调整牵引力／电制动力的大小，使列车在空车至超员范围内保持启动加速度／制动减速度基本不变，并具有反应迅速、有效可靠的防空转／防滑行控制。在控制中，加入了低网压时的电机转矩特性控制，以防止网压的继续降低；列车过无电区控制，使列车适应无电区运行环境；主断路器断开自锁保持控制，使主电路完成牵引准备；功率调节控制，使主电路更稳定以及轴重转移补偿，使粘着更良好等。与北京市地铁１３号线日立车辆相比，北京国产地铁车辆主要在如下几个方面有所改进：①系统功能增强：增加慢行、紧急牵引等运行模式，以进行洗车和具有牵引冗余功能及过大无电区的应急牵引措施；ＴＣ车增加了库用电源插座和受流器，使辅助电源调试更方便；高压电路采用电磁断路器及接触器等，以省去原采用空气断路器所需车辆的风源管道及辅助风缸等；②采用网络进行控制和监视、诊断，信息量可大大增加并可省去许多车辆硬连线；机车电传动罔４牵引控制系统构成及信号接口示意图③电机控制采用直接转矩控制，具有更优良的动态响应等。其中，通信网络遵循ＩＥＣ６１３７５标准，划分为二级，由贯通全列车的列车总线ＷＴＢ和贯通一个车辆的车辆总线ＭＶＢ组成，列车总线和车辆总线之间通过网关交换数据，网关负责两级网络问的协议转换。此网络同时可扩展适应于三单元等多单元列车编组。网络协议的开放性、互操作性好，可靠性高，实时性、适用性、纠错能力强。传动控制单元（ＤＣＵ）采用完全微机化、数字化的“异步电动机直接转矩控制”、“粘着控制”软件和“交流传动模块化设计”硬件，是组成列车通信网络的一部分，与多功能车辆总线ＭＶＢ接口及通信，实现网络化、信息化控制。３结语北京国产地铁列车为ＤＣ５００７５０Ｖ供电、动拖比小（１／１）、粘着系数高、受流复杂（断电区多），较之ＤＣｌＶ接触网供电的地铁车辆难度更大、复杂程度更高。北京国产地铁列车于２００５年８月１１日～９月１４日，在北京市地铁运营有限公司回龙观车辆段试验线及地铁１３号线上进行了型式试验，各试验项目全面验证和考核了列车的各项技术指标，评估考核了列车车体、牵引、制动、走行等各组成系统的性能。试验结果表明，北京国产地铁列车牵引电传动（下转第６５页）万方数据筮４毖金塑遭：型堂垩！茎主垒望！！Ｑ！塑奎曼！皇垫垫圭堡型堡垒型堡丝型型由测试数据可见，当幅值大幅度衰减时，结合相位变化做融合判断可非常有效地克服提离效应。在检测过程中，单片机不断记录检测传感器的幅值信息，当发生提离时，检测信号幅度发生较大的衰减，但信号相位并无明显变化；裂纹的出现也将导致回波检测信号幅度发生较大的衰减，而且信号相位将发生明显的滞后，利用这一特点可有效克服提离效应。３）边缘效应当传感器平行于工件表面离开至边缘时，可发现检测信号的相位将发生瞬间的翻转，而后衰减为零，可认为边缘为无穷大裂纹，该裂纹导致涡流场的瞬间畸变，相位特征明显，易于分辨，仪器可有效分界裂纹与边缘。ＳＰＣＥ０６１Ａ具有７路１０位Ａ／Ｄ转换器，电压分辨率为图６主程序流程３主程序流程图如图６所示。ｍＶ，对应相位分辨率不低于０．３。。实测不低于１。；幅值测量的动态范围可达６０ｄＢ，单片机对幅值、相位４测试与结果涡流检测所要克服的问题：１）趋肤效应一般地把涡流能量衰减为表面能量Ｉ／ｅ处的深度定为探测深度（３７％），从式（１）可见频率越高，则探测深度越小。为保证具有一定的探测深度和检测灵敏度，仪器设计了基于ＭＬ２０３５的直接数字频率合成器，通过串行编程方式对工件进行自动变频检测，可有效克服趋肤效应。２）提离效应当传感器由测试工件表面提离时，涡流场减弱，从而接收传感器幅值减小，但相位的变化可分为有裂纹与无裂纹２种情况，实际测试曲线如图７。１５０用隶属度函数方法实行融合处理，可提高判读的准确性。通过试验，对列车牵引电机主极覆盖绝缘层和拆除绝缘层检验对照，检测仪对长度大于１ｍｍ的人工裂纹检出率不低于８５％，表明该仪器具有较佳的性能。仪器通过南昌铁路局检修车间试用，检测效果令人满意。５结束语利用ＡＤ８３０２作为裂纹检测信号处理的核心，是一次有益的尝试，简化了复杂的幅相检测系统，使仪器的性能得到很大的提高。ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机的采用，使仪器具有较高的处理速度与精度，智能化程度高，方便了使用，实测表明该仪器性能不错。参考文献：ｆｉ１ＣａｎａｄｉａｎＧｅｎｅｒａｌＳｔａｎｄａｒｄｓＢｏａｒｄ：４８．１４一Ｍ８６－ＣＡＮ／ＣＧＳＢ，ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕａｌＦｏｒ：ＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄ》１００量赵鉴ｓ００菩一５０翼．１００≤一Ｚ、ｌｊ距离／ｍｍ图７传感器提离测试曲线图ｌＳｌ［２］ＤａｖｉｄＬａｎｄｉｓ．２００１ＬＦ－２．７ＧＨｚＲＦ／ＩＦＧａｉｎａｎｄＰｈａｓｅＤｅｔｅｃｔｏｒＡＤ８３０２【Ｚ／ＯＬ１ｈｔｔｐ：／／ｒａｄｉｏｂｏｘ．ｒｕ／ｐｄｆａｄ／３１０４．ｐｄｆ．ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｚ／ＯＬ１［３］Ｈａｇｅｍａｉｅｒ，ＤｏｎａｌｄＪ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ；＼～……厶＝４．黼２ｋＨｚ＝ｚ、ｊ｛系统具有良好的动力性能、良好的ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓｎｔ．ｏｒｇ．［４］宋京伟．牵引电机主机裂纹涡流检测