公鐵車牽引傳動系統分析

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傳動系統公鐵車以其機動靈活、自重輕而牽引力大、經濟效益好、運用成本低的優勢特點迅速占領市場份額。電氣牽引傳動系統是公鐵車能否正常安全運行的關鍵。本文整車采用鉛酸蓄電池組供電，經牽引逆變器控制一臺交流異步牽引電機實現驅動。每車庫配備一套備用電池和充電機，司機室操縱臺設置各種操作開關、指示燈，車身布車輛公路、鐵路運行，置照明、限位、急停等輔助裝置。

1方案設計

1.1主要參數。傳動方式：直-交電傳動；持續速度：8km/h；最高速度：22km/h；動力蓄電池：閥控式密封鉛酸蓄電池；牽引電機：三相異步交流電機；電制動方式：再生制動、電阻制動；網絡通信協議：CAN。中央控制器：電壓等級：DC24V±5%；通信接口：Canopen、RS485、CAN2.0。中央控制器是整個控制系統的主機，用于系統內各類擁有總線的供電組件、電機驅動組件、信號接口組件、人機接口的狀態收集，邏輯運算，運動控制和指令發送。中央控制器的運行方式：①上電后，配置總線上各組件的參數，初始化各組件。②將運行指令發送給各組件，并同時讀取各組件的狀態。③依據各組件的狀態，進行邏輯運算、運動控制等。④重復步驟②。1.2主電路。主電路如圖1包括動力蓄電池組、24V起動蓄電池、整流/制動單元、牽引逆變器、交流異步牽引電機、輔助逆變器、制動電阻及升降壓單元。動力蓄電池由24串12V，58Ah鉛酸蓄電池組成，蓄電池性能符合EN60254標準。整流/制動單元包含一個整流單元，一個預充電電路，和一個斬波制動單元。車輛起動時，由鑰匙開關閉合起動蓄電池接觸器，控制系統及24V應急直流負載通電，此時通過控制系統自檢無故障，動力蓄電池組接觸器閉合，整車動力系統上電，車輛達到運行狀態，車載DC/DC模塊可向直流負載供電，也可向起動蓄電池充電。當起動蓄電池故障時，閉合操縱臺內的應急起動蓄電池斷路器，通過動力蓄電池兩組抽頭為控制系統供電完成車輛起動。車輛運行時由蓄電池組通過升壓模塊給直流母線供給電能，向牽引逆變器、輔助逆變器供電，輔助逆變器驅動液壓泵電機完成前后導向升降，牽引逆變器驅動牽引電機控制車輛行駛。電制動時，牽引電機作為發電機通過主逆變器向直流母線供電，通過升降壓單元給動力蓄電池充電，在電池充滿，直流母線電壓繼續升高時，可通過制動電阻耗散。1.3牽引特性。滿載動車和拖車可在10%公路坡道起動；可在30‰鐵路坡道上以最大速度22km/h運行；一輛空載動車救援一輛滿載的無動力動車+拖車，能正常在最大40‰的坡道上起動，并正常運行到下一站。

2控制要求

整車控制器完成公路、公鐵轉換、鐵路三種模式下車輛運行和狀態監控，通過控制牽引系統、牽引蓄電池管理系統、液壓閥塊、制動閥塊、其它輔助設備，來實現整車運行和故障顯示。控制框圖見圖2。公路模式下，導向輪升起，膠輪在公路路面運行。鐵路運行模式下，前膠輪脫離軌面，通過前導向輪、后膠輪和后導向輪在軌面上運行。由油門踏板向車輛控制系統發出指令，控制電機牽引驅動。由制動腳踏車輛制動工況，前行程80%對應電制動，后行程20%對應液壓最大制動。牽引和電制動采用無級方式，對應不同的牽引和制動力從而調節車輛牽引力和速度。整車控制器與牽引控制系統、動力蓄電池管理系統之間使用CAN進行通信及控制。車輛在電機轉速降到零時有自動上電制動的零速鎖定功能，當給油門或制動信號時，此功能自動解除。車輛起動平穩無沖擊。控制系統包括功能按鈕、顯示裝置、傳感器及電子油門/制動踏板。

3地面充電

當車輛返回車庫后關閉整車電源，開啟車庫電源和充電機，將充電插頭與充電插座保持連接，打開操縱臺“充電”開關，此時車載BMS和車輛中央控制器、控制顯示屏由車庫電源供電共同檢測車載蓄電池狀態，當檢測到容量不足80%時，將自動充電。車輛處于充電狀態時不能牽引。

4總結

本文主要是對某公鐵車電氣牽引傳動系統設計的一般流程進行分析，成果已在實際項目中應用，滿足客戶需求，得到較好的效果。設計過程和原則對于以后設計工作有參照價值。

參考文獻：

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[2]劉嬌，徐國佑.電動汽車驅動電機選型及制造簡介[J].電機技術，2015（03）.

作者:梁繼云 單位:中車四方車輛有限公司