新加坡地铁车辆牵引和制动控制系统结构与控制技术

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1、新加坡地铁车辆牵引和制动控制系统结构与控制技术［摘要］文章以新加坡C151A项目地铁为基础，介绍了车辆牵引和制动控制系统的结构、功能及控制技术。［关键词］新加坡地铁；牵引系统；制动系统；控制技术［作者简介］夏竟成，南车青岛四方机车车辆股份公司海外事业部工程师，研究方向：轨道车辆海外市场开发及国际合作，山东青岛，266011［中图分类号］U231［文献标识码］A［文章编号］1007-7723(2013)03-0021-0005一、概述2009年5月5日，南车青岛四方机车车辆股份公司与日本KHI公司以联合体方式与新加坡地铁业主LTA正式签署了C151A地铁项目中标通知书。新加坡C151A运行线路为

2、南北/东西线(NS-EW线)，由SMRT地铁有限公司(SMRT)运营。项目前期采购铝合金A型地铁车辆132辆，6辆编组，采用2单元四动两拖编组方式。2011年11月30日，LTA向联合体发出了增购13列车的接续订单，增购车辆共计78辆。目前，前期22列车已全部交付业主并已投入运营。增购项目已启动，并将于2013年10月起交付业主。同时,C151B项目也已中标。新加坡地铁列车的基本参数如下：车辆编组为4动2拖,即DT-M1-M2+M2-Ml-DTo车辆构造速度为80km/h,最大设计速度90km/h,水平平直轨道初始加速度1.0m/s2,常用制动平均减速度0.8m/s2,最大减速度1.0m/s2

3、,紧急制动平均减速度21.3m/s2,常用加/减速度变化率W0.65m/s3。二、牵引系统新加坡地铁牵引系统采用VVVF牵引逆变器-电机构成的交流传动系统。牵引逆变器系统优先使用电制动，采用IGBT功率器件，热管散热器自然冷却，采用高性能AC牵引电机牵引力控制策略以获得更优的电机转矩控制动态性能，能有效减小气隙变化对电机牵引力发挥的影响，同时有效降低谐波指标和谐波损耗。（一）牵引系统结构牵引系统结构参见图lo该系统包括VVVF逆变器、牵引电机、断路器、滤波电抗器、制动变阻器和开关箱。该系统具备高黏着性能、低噪声、易于维修、故障检修监控功能和自诊断功能等特点。（二）牵引系统装置新加坡地铁车辆牵引

4、系统装置包括开关箱、断路器、滤波电抗器、VVVF逆变器、制动电阻器和牵引电机。1.开关箱开关箱包括主熔断器(MF1)、辅助熔断器(AF)和主开关(CHS)o主熔断器负责切断第三铁轨和高速电路断路器(HB)之间的电路短路电流，以避免变电站发生HB故障。主开关(CHS)为断开开关，当设备不运行时，断开设备与第三铁轨的连接。1.断路器断路器包括高速断路器(HB)、接触器(K)、接触器(L1,L2)、充电电阻器(CHRe)和放电电阻器(DRe)。当任何一个逆变器出现故障，只有正常的逆变器运行情况下它才负责切断故障电路，确保列车运行的高稳定性。2.滤波电抗器(FL1,FL2)滤波电抗器包括带有滤波电容的

5、LC滤波器，可削弱由逆变器产生的谐波电流。3.VVVF逆变器新加坡地铁车辆电机传动系统采用带有GT0半导体闸流管的电压PWM逆变器；同时VVVF逆变器采用高压IGBT技术。该系统有效提高了列车性能，同时具有高安全性和可维修性。VVVF逆变器-感应电机传动系统主电路如图2所示。新加坡地铁车辆每辆动车包括两个VVVF逆变器，与每辆车的两个感应电机并联，因此，一个VVVF逆变器可实现对两个电机的控制。当任何一个逆变器失灵且无法重新启动时，可切断失灵的逆变器，并通过另外一个正常的逆变器维持车辆继续运行。根据电源线路条件，制动断路器可以同再生制动运行混合使用。1.制动电阻器制动电阻器负责吸收再生力。2.

6、牵引电机牵引电机采用感应电机。两个牵引电机连接在一个逆变器上，由VVVF逆变器通过矢量控制运行。图3为矢量控制方法的控制框图。图3中，ATO提供档位信号功率。标准信号发生器（RFG）的输入信号为档位和列车速度信号。标准扭矩发生器（RTG）的输入信号为档位、列车速度和重量信号。定子通量角速度的标准值wl通过转子速度w2、滑动角速度ws的标准值和补偿成分K•ed计算得出。通量角度标准值0通过求wl的积分得出。根据DC数值测得的定子电流d轴组件id和q轴组件iq可以由定子电流iu和与0相关的iw通过矢量转子得出。感应电压计算机通过标准输出电压Vd和Vq以及定子电流id和iq估算d轴组件ed和q轴组件

7、eq。d轴组件ed代表感应电机的二次侧电阻变量。该控制系统通过将ed反馈给定子通量角速度标准值wl对其变量进行补偿。（三）主电路结构新加坡地铁列车牵引系统主电路采用两电平电压型直-交逆变电路。经受流器接触受流输入的DC750V直流电由牵引逆变器变换成频率、电压均可调的三相交流电，向牵引电机供电。牵引逆变器由两个逆变模块单元组成，每个逆变器模块驱动两台电机，过电压抑制单元与逆变模块单元集成在一起。当