尹國龍

摘 要 地鐵主傳動系統(tǒng)由牽引逆變器、牽引電動機等部件組成，實施地鐵主傳動系統(tǒng)設(shè)備國產(chǎn)化有利于降低主傳動設(shè)備投資，確保提高軌道車輛國產(chǎn)化率目標的實現(xiàn)，促進我國地鐵健康快速發(fā)展。本文介紹城市軌道交通車輛牽引逆變器的發(fā)展，對簡統(tǒng)化牽引逆變器分析，介紹牽引逆變器冷卻方式。

關(guān)鍵詞 軌道交通;地鐵車輛;牽引逆變器;技術(shù)發(fā)展

目前我國城市軌道交通裝備制造方面具備了生產(chǎn)能力，主要電氣部件已能實現(xiàn)自主研制。本文首先梳理牽引逆變器的發(fā)展，再分析牽引逆變器主電路和簡統(tǒng)化平臺，最后介紹逆變器冷卻方式。

1牽引逆變器的發(fā)展

城軌車輛大多在地下隧道運行，因此要提高部件可靠性，車輛要具有帶故障運行能力，損失部分動力時可行駛到最近車站[1]。在高峰期經(jīng)常發(fā)生乘客超員情況，要求其在過載工況具有持續(xù)運行能力。VVVF交流傳動系統(tǒng)技術(shù)趨于成熟，其在世界各國城軌系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。

2主電路分析

目前城軌車輛牽引逆變器典型主電路為采用功率模塊驅(qū)動牽引電機的架控方式。架控方式的優(yōu)點是牽引逆變器模塊獨立控制，當變流器一個模塊故障時可將其切除，車輛僅損失一個轉(zhuǎn)向架動力。相對于車控方式的缺點是部件增多，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低。同時，相對于軸控方式具有節(jié)省成本和可靠性高等特點。

典型雙模塊架控方式的主電路如圖1所示，主要包括預(yù)充電模塊、LC線路濾波器、功率模塊和冷卻風機。SVES1和SVES2為網(wǎng)壓傳感器。當檢測到網(wǎng)壓在正常范圍內(nèi)時閉合充電接觸器KM12和KM22，通過充電電阻R11和R21為支撐電容C1和C2充電以防止充電電流過大。當充電完成后閉合主接觸器KM11和KM21同時斷開KM12和KM22完成充電過程。

LC線路濾波器由濾波電抗器L1，L2和支撐電容C1，C2構(gòu)成， LC線路濾波器可濾除直流電壓的高頻分量和尖峰電壓，抑制電網(wǎng)電壓波動與直流側(cè)電流脈動的影響，同時避免IGBT工作時產(chǎn)生的高頻電流對電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生干擾[2]。

功率模塊的逆變單元為電機供電，斬波單元將過高的網(wǎng)壓消耗在制動電阻上，慢放電阻R12和R22消耗支撐電容的能量。冷卻風機主要包括風機FAN1以及空開和接觸器。一般風機控制有星三角變換和高低速控制等方式。該圖風機為高低速控制。

3牽引逆變器簡統(tǒng)化平臺

隨著城市軌道交通快速發(fā)展，城軌交通牽引系統(tǒng)供電方式和供電制式向多樣化發(fā)展，目前供電制式為DC750V與DC1500V，時代電氣研制的簡統(tǒng)化牽引逆變器可滿足城軌車輛工作環(huán)境，具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊等特點，通過改變接線、更換功率模塊和控制機箱的方式實現(xiàn)車控與架控互換，滿足不同供電制式應(yīng)用[2]。

綜合以往設(shè)計經(jīng)驗，采用簡統(tǒng)化設(shè)計思路，統(tǒng)一牽引逆變器吊耳數(shù)量、尺寸等外形接口信息。牽引逆變器由相同IGBT模塊構(gòu)成，包括傳感器等部件。隔艙采用門鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計，防水防塵，方便部件拆卸維護。柜體密封滿足車底設(shè)備防護等級IP54要求。簡統(tǒng)化平臺能夠縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計采購成本。

4牽引逆變器冷卻

IGBT元件構(gòu)成變流器模塊，是城軌車輛牽引逆變器核心部件，目前時代電氣研制的城軌車輛牽引逆變器采用IGBT變流器模塊，包括熱管散熱器，溫度繼電器，支撐電容和門極驅(qū)動等，是功能獨立的功率模塊。很多變流器采用水冷裝置散熱系統(tǒng)，但需配置熱交換器等設(shè)備，且漏水會對系統(tǒng)造成很大損失。傳統(tǒng)實體散熱器必須加大散熱面積，相應(yīng)需增大基板與主干，遠端降溫大，只能在散熱面積與傳導(dǎo)損失中求折中值。但熱管技術(shù)能降低傳導(dǎo)熱阻，熱管兩端溫差小，使散熱器與空氣熱阻減小。

采用熱管傳熱的IGBT變流器模塊，具有高的傳熱效率。銅-水熱管內(nèi)部蒸發(fā)端與冷凝端溫差小于3℃，在冷凝端通過外加翅片的方式能使其散熱時熱量分配均勻。熱管具有在溫差低下傳遞熱量的優(yōu)點，產(chǎn)生的熱量能被及時帶出。熱管散熱器無噪聲污染。實際應(yīng)用表明，逆變器散熱器臺面最高溫升為27K，能夠保證熱量及時排散。

參考文獻

[1] 陳林，王衛(wèi)安.軌道車輛牽引逆變器的最優(yōu)化設(shè)計[J].新型工業(yè)化，2016，6（4）：34-39.

[2] 翁星方，鄒檔兵.城市軌道交通車輛牽引逆變器的技術(shù)發(fā)展[J].機車電傳動，2012（1）：47-51.