考虑列车整车接地的牵引电机轴电压和轴电流分析与抑制措施

[目的]城市轨道交通列车大多采用PWM(脉冲宽度调制)变频驱动系统,该系统在运行中经常出现轴电压与轴电流过高而导致的轴承电腐蚀问题。因此在考虑列车整车接地的条件下,有必要对牵引电机轴电压和轴电流过高的问题进行深入研究。[方法]简要解析牵引电机轴电压与轴电流形成机理。分别对两种采用不同接地方案的典型车型进行轴电流路径分析,以此为基础建立含车辆接地回路和牵引系统的高频等效电路模型,通过仿真分析两种接地方案下的轴电压、轴电流特性。对比不同轴电压、轴电流抑制措施的效果,从列车整车接地的角度提出一种电路优化设计方案。[结果及结论]接地系统优化方案有效减小了接地线缆长度,从而减小了线缆电感。该优化方案既能规避静电屏蔽法对牵引电机效率,以及碳刷接地法对保护接地的影响,又能与这两种牵引传动系统内部优化方案相兼容。仿真结果验证了该优化方案能有效降低轴电压与轴电流,同时可以兼顾车体回流与车体电位的改善。

牵引电机PHM系统分时调度技术应用

为了有效提升轨道交通城轨列车牵引电机运行效率,保障列车安全稳定行驶,降低因牵引电机故障导致列车停运等突发情况发生的概率,研究了城轨列车牵引电机故障诊断与预测技术。基于Linux操作系统开发,针对故障分析涉及的数据量大、计算要求复杂等情况,利用Linux系统多进程共享内存通信机制进行了系统分时调度设计。通过分设多个功能模块,合理利用状态标志保证数据一致性,提高系统数据处理效率。研究设计的列车牵引电机PHM系统已在某市地铁2号线上进行了应用并取得良好效果。

小半径及大坡度地段直线电机车辆轮轨动力学特性探究

直线电机车辆具有转弯半径小、爬坡能力强等特点,在城市轨道交通加密线中有独特优势。文章以北京市轨道交通28号线为例,建立直线电机车辆-轨道-道床耦合动力学模型,分析车辆通过小半径及大坡度地段的动力学响应。分析结果表明,曲线半径对车体垂向加速度影响并不显著。行车速度80 km/h地段,曲线半径不宜小于400 m。曲线半径减小时,轮轨力、脱轨系数以及轮重减载率峰值均随之增大。坡度增大时,车体垂向加速度峰值增大。不同坡度下的车体横向加速度、轮轨力、脱轨系数、轮重减载率峰值基本相同。因此可得,直线电机车辆适合在小半径及大坡度地段运行。

Recent advances in traction drive technology for rail transit

The traction drive system is the“heart”of rail transit vehicles.The development of sustainable,secure,economic,reliable,efficient,and comfortable contemporary rail transportation has led to increasingly stringent requirements for traction drive systems.The interest in such systems is constantly growing,supported by advancements such as permanent magnet(PM)motors,advanced electronic devices such as those using silicon carbide(SiC),new-generation insulating materials such as organic silicon,and advanced magnetic materials such as rare-earth magnets and amorphous materials.Progress has also been made in control methods,manufacturing technology,artificial intelligence(AI),and other advanced technologies.In this paper,we briefly review the state-of-the-art critical global trends in rail transit traction drive technology in recent years.Potential areas for research and the main obstacles hindering the development of the next-generation rail transit traction drive systems are also discussed.Finally,we describe some advanced traction drive technologies used in actual engineering applications.

城市轨道交通直线电机系统工程适应性研究

北京城市轨道交通加密线路敷设于城市中心区,与多条轨道交通线路交叉,且周边建构筑物林立,管线复杂,控制选线的因素众多,采用旋转电机的传统地铁轮轨系统难以满足工程要求。为了解决北京城市轨道交通加密线系统选型问题,以北京轨道交通28号线为例,分析了轨道交通加密线路路由曲折、道路转弯半径小、站间距小、换乘站多等基本特征,结合直线电机系统通过性能强、非黏着牵引等技术特点,从运输能力的适应性、平面小半径曲线的适应性、纵断面大坡度的适应性、与周边环境的适应性等方面,对轨道交通加密线路采用直线电机系统的必要性及工程适应性进行综合分析,比选出最适宜北京轨道交通28号线的车型,解决了常规旋转电机轮轨系统无法绕避重大建构筑物的工程难题,仅京广桥站—光华路站区间就减少约2.5亿元的拆迁成本,节省了工程投资。

市域快轨车辆牵引电机传动系统综述

市域快轨交通是作为中心城市/区对外辐射、组团城市间互通交流的旅客短途通勤、快速乘运的新型交通方式。市域快轨车辆速度等级为120~200km/h,是介于地铁和城际高速铁路之间的新型城市轨道交通车辆,具有大运量、快起快停的“公交化”运行特点和高速运行的能力,可满足与其他轨道交通制式互联互通的需求。文章针对市域快轨车辆牵引电机传动系统进行分析。

直线电机轮轨交通系统牵引能耗研究

直线电机轮轨交通系统牵引能耗高的缺点影响了这一新型城市轨道交通制式在我国的推广应用。本文研究了城市轨道交通系统能耗特征,介绍了国内外已运营直线电机轮轨交通系统的能耗状况,并对基于电机效率的牵引能耗对比研究、列车牵引能耗模拟比较研究、广州地铁4号线列车牵引能耗实测及模拟比较研究等多个直线电机轮轨交通系统牵引能耗研究成果和实测数据进行了比较分析。基于"完成相同运输任务"的比较原则,分别针对重庆地铁1号线地下线区段和高架线区段,进行了直线电机轮轨交通系统和旋转电机驱动轮轨交通系统的牵引能耗仿真计算。经综合比较研究,得出直线电机轮轨交通系统牵引能耗比旋转电机驱动轮轨交通系统高25%以上的结论。

直线电机交通模式及技术经济特性

直线电机已开始在磁悬浮铁路、城市轨道交通中应用。介绍了直线电机的分类、3种典型的磁 悬浮铁路和直线电机驱动的轮轨交通方式,对上述交通方式的技术经济特征进行了对比,总结 了上述交通方式的适用范围。

直线电机地铁系统技术经济分析研究

简要介绍直线电机地铁系统的原理及应用, 从建设、运营及社会经济效益3个方面进行详细论述, 将该系统的技术经济性能与其他城市轨道交通系统进行全面的比较,认为该系统具有较好的技术经济特性, 推荐在我国城市轨道交通建设中使用。

直线电机及其在城市轨道交通中的应用

回顾直线电机在世界轨道交通中应用的历史,分析轨道交通系统中几种常用直线电机的特点,介绍加拿大、日本、美国、德国、韩国等国家所采用的直线电机轨道交通系统。

现代轨道交通与交流传动互馈试验台

回顾了轨道交通电牵引传动的发展历程,说明了电力电子技术对牵引传动的重要影响。介绍了一种新型的"双逆变器-电机"能量互馈式交流传动试验系统。文中讨论了该试验系统的构成与运行原理,分析了其高效节能、控制灵活等优点,并给出了部分实验结果。最后提出了一种直线电机传动的互馈试验台的建设方案。

轨道交通车辆永磁同步牵引系统断电区穿越控制策略

永磁同步牵引传动系统是轨道交通车辆稳定运行的重要组成部分,由于车辆经过断电区时,供电系统会出现短暂失电而引起母线电压突变,对牵引系统造成电流冲击以及LC振荡,甚至触发系统发生重大故障,影响系统运行。为使车辆能够平稳穿越断电区,该文通过建立轨道车辆永磁同步牵引系统穿越断电区的等效电路,推导出系统进入断电区前后的数学模型,并在此基础上提出一种通过整流发电稳定母线电压穿越断电区的控制策略,避免关闭牵引系统和断开主接触器,同时降低驶离断电区时母线电压突变,从而减小牵引系统的冲击及振荡。仿真和试验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。

轨道交通用次级分段型直线磁通切换永磁电机研究

基于城市轨道交通直线牵引系统,已有研究成果综合比较了直线感应电机(LIM)和次级齿槽型直线磁通切换永磁(LFSPM)电机,结果表明次级齿槽型LFSPM电机具有推力密度大、效率高和功率因数高等优点。然而,其次级为齿槽结构,如应用于轨道交通等长距离驱动系统时,则会增加次级体积及材料和加工成本。为了进一步降低次级成本,该文首先提出一种次级分段型LFSPM电机拓扑结构,该电机次级无轭部,仅由分段导磁块组成,次级材料体积小、成本低。通过对该电机的气隙磁场进行谐波分析,推导了推力产生的机理。然后在直线电机驱动地铁的实际尺寸及运行工况条件下,建立了该电机的二维有限元仿真模型,并对关键参数进行了优化。最后,在最优结构的基础上,结合广州地铁4号线,对比分析了该电机和LIM的系统成本和能耗。为该类电机在轨道交通直线牵引系统实际应用奠定了理论基础和设计参考。

直线感应电机悬挂技术

论述直线电机悬挂系统对于直线电机地铁、轻轨车辆运行性能的影响,对加拿大、日本开发的电机定子悬挂技术进行介绍并分析优缺点,指出直线感应电机悬挂技术是我国实现直线电机轨道交通国产化的关键,应加强技术攻关。

国内直线电机城轨交通系统轨道技术标准探讨

针对国内城市轨道交通系统采用直线电机技术却无相应设计规范及标准这一情况,对其轨道系统的主要特点进行分析;采用理论计算和工程类比的方法,对钢轨动态下沉控制值、轨距加宽、轨底坡、曲线超高、扣件支承间距等轨道主要技术标准进行研究和探讨。

直线电机轨道交通系统能耗分析

以广州地铁4号线直线电机车辆为例,对直线电机车辆的运行能耗进行对比分析;结合工程实践,系统分析直线轨道交通系统的节能措施。

直线电机轮轨交通系统的环境影响及对策

直线电机轮轨交通系统对环境的影响与传统轮轨系统相比,有较大的差别。从电磁污染、噪声、振动、能耗、视觉效果等方面,分析直线电机轮轨交通系统对环境的影响因素,提出降低环境影响的相关措施。

直线电机在轨道交通中的应用与关键技术综述

该文综述了直线电机在城市轨道交通和干线轨道交通的研究和应用现状。从直线电机的类型、拓扑结构、供电方式以及应用车辆的特征等方面,详细论述直线感应电机、常导直线同步电机、无铁心超导直线同步电机、永磁直线同步电机在轮轨车辆、中低速磁悬浮列车、单轨列车、高速磁悬浮列车等载运工具中的应用。详实阐述了在不同速度等级、车体支撑方式等轨道交通运输条件下,直线电机初/次级沿线路的铺设方式、法向力对悬浮或轮轨关系的影响,直线电机的冷却方式以及采用的不同控制策略等关键问题和技术。

城市轨道交通列车牵引能耗分析

对现有城市轨道交通列车牵引能耗影响因素研究进行梳理和总结,得到了较为全面的指标体系,并以日常运营中的可变因素作为变量进行牵引能耗的物理建模,在此基础上建立了多元线性回归统计模型。以北京轨道交通2号线运营数据为基础,进行牵引能耗统计回归。研究结果表明,该模型对牵引能耗实际数据拟合程度高,对变量解释能力强,对未来预测能力佳。

中低速磁浮交通的适应性及工程化发展方向

研究目的:结合中低速磁浮交通的原理和技术特点,探索中低速磁浮交通在各类城市的适应性;结合工程实例指出中低速磁浮交通工程化推广存在的不足;结合轨道交通客运及城市环境需求,探索中低速磁浮交通今后发展的方向。研究结论:(1)中低速磁浮交通转弯半径小,爬坡能力强、低噪声、无振动,可在一线城市周边或中心加密线、二三线城市以及旅游专线上推广应用;(2)中低速磁浮交通还需要通过改善道岔,进一步提高运输能力;(3)通过改变悬浮方式等手段逐渐减轻磁浮车重量,从而提高运输效率;(4)桥梁及轨下基础等结构工程应逐步模块化、工厂化生产,可缩短工期,减少施工对周围环境的影响;(5)车辆基地的检修规模和设施可进一步简化,减少车辆基地占地面积,减少日常运营费用;(6)特种车辆及应急救援装备等还需要深入研究;(7)本研究成果可为后续中低速磁浮交通新建工程提供指导,为中低速磁浮技术规范或标准的编制提供参考。