2 直线电机车辆牵引传动系统各主要环节分析2.1直线电机车辆供电方式目前，直线电机车辆城市轨道交通系统已经在世界上的9个城市中应用（表1）。其中最长的线路是温哥华的“skytrain”线，长51km，至2002年已成功可靠地运行了10亿km。这是直线电机车辆传动的一个重要里程碑。在9条建成并投入运营的直线电机线路中，供电方式主要分为两种：一种是第三轨供电（以温哥华skytrain为代表）；另一种是高架桥接触网供电（以日本东京12号线为代表）。日本投入运营的4条直线电机地铁线主要采用的是高架桥接触网供电方式，其中只有部分线路的部分区段采用的是第三轨供电。供电电压也主要分为两种：一种是直流750v（主要应用于第三轨供电方式），一种是直流1500v（主要应用于高架桥接触网供电方式）。至今为止，世界上直线电机车辆轨道交通系统中采用第三轨供电方式的城市占55％，采用高架桥接触网供电方式的城市占45％。两种供电方式各有其优缺点，在技术上是同时并存的。在直线电机车辆轨道交通系统中究竟采用那种牵引供电方式，应该综合考虑各相关方面的因素：速度的需求、既有线路的供电制式、客流量和车辆的编组、限界的要求、投资来源与国产化、供电可靠性、施工安装与运营维护、能量损耗、人身安全、杂散电流防护、对周围环境的电磁干扰、再生能量的利用、对城市景观的影响等。只有在综合考虑各个方面的因素后，才能确定一种比较合适的供电方式[2]。但是从综合效益和长远利益来考虑，有一个总体的趋势是高架桥接触网供电方式优于第三轨供电方式。表2 部分车辆用直线电机的主要技术参数
2.2直线电机车辆用逆变器目前直线电机车辆牵引控制装置所用逆变器主要是以两电平vvvf逆变器和三电平vvvf逆变器为主，逆变器采用的器件主要是以igbt和gto为主[3]。如图1所示为日本福冈3号线的vvvf逆变器，逆变器装置由主回路、冷却单元和隔离控制装置等组成，集中在一个长约3m，宽约2m，高500mm的箱子里。
图1 vvvf逆变器
图2 mkπ型车辆用直线电机
图3 东京12号线车辆用直线电机
图4 福冈3号线车辆用直线电机以福冈3号线为例，列车采用300系动力分散型电动车组。列车是4辆编组运行，编组方式是m1c-m1-m3-m3c。两台牵引控制装置分别安装在m1和m3车上，两台低压电源装置分别安装在m1c和m3c车上。每一台牵引控制装置包括两套2电平的vvvf逆变器和一套带再生制动的控制系统。每套vvvf逆变器主回路的三相输出连接两台150kw的lim，这种逆变器主电路安装结构可以确保一套主回路出现故障时，另一套主电路能正常工作。这使得当有一套牵引逆变器出现故障时只损失1/4的牵引力。此外，对于不同的直线电机车辆，其冷却装置也是不同的，比如，bombardier公司生产的mkⅱ型车辆，其逆变器冷却方式采用的是强迫风冷，而日本东京12号线以及大阪7号线直线电机车辆逆变器所采用的冷却方式是热管冷却。究竟采取哪种冷却装置主要还是取决于逆变器装置的要求，因此要根据逆变器装置的具体要求才能选择合适的冷却方式。2.3 直线感应电机直线电机车辆中所采用的直线感应电机是单边式短初级（短定子）直线感应电机。表2列出了目前投入运行的部分车辆用直线电机的主要技术参数[4,5]。2.4 反应板(轨)直线电机车辆中直线感应电机的转子就是负载线路上的反应板（轨）。表3给出了部分投入运行的直线电机车辆反应板（轨）的技术参数[4]。对于反应板的构造主要有三种形式：平板式、帽子式和侧棒式，分别如图5、6、7所示。
图5 平板式反应板（轨）
图6 帽子式反应板（轨）
图7 侧棒式反应板（轨） 表3 直线电机反应板（轨）技术参数
2.5直线电机车辆制动加拿大skytrain直线电机车辆的制动方式是再生制动为主，辅以液压盘型制动，其中盘型制动仅用于制停。另外安装磁轨制动，仅用于紧急制动。skytrain直线电机车辆正常运行的制动绝大部分由直线感应电机(lim)的再生发电来实现。再生的电能量很大一部分回馈到供电轨，供其他skytrain列车使用。在车辆接近停车低速时，lim从供电轨得电来提供一个反向推力从而进行最后阶段的电制动。最后阶段的制动力不足部分，由液压控制的盘型制动来补足。盘型制动用来提供最后低速阶段的刹车制动和停车后的安全制动。盘型制动在停车后的安全制动中采用弹簧释放控制，而非液压控制。另外，有4个磁轨制动器分别安装在每个转向架外侧两车轮之间的轨道正上方。它与盘型制动联合，用于确保其他系统出故障时列车在高速情况下的紧急制动能力，也用于skytrain一些安全制动系统激活时的制动。磁轨制动由车上蓄电池供电作为缓冲备份，以保证万一牵引供电失效后使用。紧急制动时，磁轨制动和弹簧控制的盘型制动联合使用。日本神户海岸线直线电机车辆制动系统采用了电指令式直通电空制动装置，优先使用再生制动装置，当再生制动不足时，通过电气指令控制补充空气制动量。再生制动和空气制动由各车配置的制动控制单元（bcu）协调，以车为单位。若bcu发生故障，则向ati（autonomous decentralized train integrated system）装置输出故障信号。而ati装置向其他正常的bcu发送增加制动力信号， 以补充故障方的制动力，确保编组的必要制动力，提高可靠性。常用制动是由主控制器发出指令，或自动驾驶（ato）装置发出指令，经ati装置将指令传送给各车配置的bcu，bcu以车为单位，根据车辆的载荷，进行电空制动协调控制。紧急制动附加了再生制动系统。一种是再生制动不起作用时，仅由空气制动来确保紧急制动；另一种是再生制动起作用时，空气制动力可适当减小。此外，紧急制动时的再生制动力是一定的（相当于空车减速度1km/h/s)，不执行常用制动那样的电空制动力计算。日本大阪7号线，东京都营12号线以及福冈3号线的制动模式与之类似。表4列出了mkπ型车辆、东京12号线/大阪7号线车辆中所使用的制动方案比较。表4 各种车辆制动方案
本文关键字：直线电机 产品选型，变频技术 - 产品选型
