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◆摘 要：随着我国科技的迅猛发展，以及城市化规模的扩大，城市中开始广泛普及轨道交通运输形式。牵引传动系统是轨道交通车辆中不可获取的组成部分，节能技术应用于牵引传动系统中，对轨道交通更长远发展有着重要意义。本文基于此，先概述城市轨道交通车辆牵引传动系统，再提出城市轨道车辆牵引传动系统节能技术措施，以给相关轨道交通公司员工以参考。
◆关键词：节能技术;城市轨道交通;车辆牵引传动系统
时代向前迈进，人们的生活变得辅助，动车、地铁等成为大家日常出行常用的交通工具。同时，其也有助于促进各地区文化交流、经济发展等。国家从人们实际需求出发，基于城市轨道交通车辆载运量大、运行稳定、速度快等特点，为高效利用城市空间和缓解交通堵塞现象，纷纷采取了将轨道交通车辆广泛推行使用。而轨道交通系统车辆的牵引传动系统是由高压电气回路、牵引变流系统等组成，其在车辆总能耗中占据重要部分。本文主要研究的就是城市轨道交通车辆牵引传动系统中节能技术的应用。
一、城市轨道交通车辆牵引传动系统概述
城市轨道交通车辆牵引传动系统分为电力牵引控制和电传动系统主电路。①电力牵引控制，其指的是以电力机来驱动完成车辆牵引的传动控制方法。其能够将牵引电机当作控制对象，借由控制系统来对电动机速度、牵引力进行调节，从而达成车辆牵引和制动特性需求。其可分为直流、交流两种传动系统。直流传动系统顾名思义就是以直流（脉流）来牵引电动机，而交流传动系统则是以交流（同步、異步）来对电动机进行牵引。②电传动系统主电路，其大多时候是指一车辆单元牵引动力电路。是牵引箱、制动电阻箱、电抗器和电器开关等组成。
二、城市轨道交通车辆牵引传动系统的节能技术措施
（一）采取最大转矩电流比控制技术
随着人们对能源消耗的重视，节能技术开始被支持应用于城市轨道交通车辆牵引传动系统中，最大转矩电流比控制技术能更好的提高工作效率，降低损耗，优化性能。过去采用的矢量控制手段，其励磁电流一般为给定恒定额定值，并不会根据负载变化来对励磁进行调整。如此，尤其基于轻载状况，电机效率会变差。一定转矩下，采用适当控制方法来保持输出电流的最小化，则不单单能提升电机效率，还能缩减和电机连接的逆变器或变频器的电流应力。
城市轨道车辆在运行时，其收到的是转矩指令（无论牵引亦或制动状况下），依照矢量控制思路，电机转矩大小和励磁电流分量、转矩电流分量乘积为正比，则能采取“基于最大转矩电流”的节能控制法。在工作中，对电机励磁电流分量与转矩电流分量间的大小关系进行调节，考量变流器状态的动态波动、列车载荷变化和列车粘着系数变化等条件，可保证转矩下最小电流输出，并优化牵引能量使用效率。
（二）使用碳化硅（SiC）功率器件
近些年，随着材料制造和生产工艺的快速进步，大电流、高电压的碳化硅（SiC）功率器件被逐步投入到市场中。外国相关企业已经推出了电压等级各异的SiC功率器件。SiC功率器件有着能承受高压、耐受高温、保持高工作频率等的特性，能充分提升车辆牵引变流器、辅助变流器效率，降低其工作产生的噪音丰碑，并通过增大整机功率密度来降低整车质量，达到节能目的。
例如：近日，《地铁列车全碳化硅牵引逆变器研制项目》已通过中国城市交通协会技术装备专业委员会专家评审，迈进了实际运营的道路，碳化硅轨道交通又添一名“力将”。轨道交通相关企业都知悉了，该搭载了全碳化硅牵引逆变器的深圳地铁1号线列车，已经无故障运营5个月以上，累计载客公里数超过6.5万公里。该项目突破了全碳化硅器件应用、高频控制等关键技术，能使城市轨道交通牵引系统更高频、高效、低耗，尤其在节能方面表现十分突出，装车试验测试，其和传统硅基IGBT牵引逆变器的传动系统比较起来，综合能耗下降了10%以上，且牵引电机中低速段噪声相比降低了5分贝还多，温升相比下降40℃以上。
（三）应用特定谐波脉宽调制技术
特定谐波消除脉宽调制技术，就傅里叶分析来看，其为一种在特定时期操作开关动作，能消掉一些指定次数的谐波的办法。因为当下许多SHEPWM都为事先计算好开关角度并储存成表格再应用，所以也叫做开关预算脉宽调制。SHEPWM和SPWM对比来说，SHEPWM相比SPWM来说，其有着更优越的电流谐波特性，其稳态电流正弦特性更好，峰值电流更小。
大功率牵引变流器中，电压波形通常并非标准正弦波，包含五次、七次和十一次等低次谐波。这些低次谐波会影响电机的运行，主要在谐波发热、转矩脉动与噪音上表现显著。特定谐波消除脉宽调制技术可消掉低次谐波，因此也避免了这类低次谐波对电机造成影响，从而能保证轨道交通车辆牵引传动系统更可靠和稳定，减少谐波发热状况，达到节能的效果。
三、结语
总的来说，城市轨道交通牵引传动系统发展到如今，节能技术作为迎合国家节能减排政策的一项技术受到相关企业的重视。而能具体应用到轨道交通车辆中的节能技术一直是轨道交通公司研究的重点，备受员工关注。通过采取最大转矩电流比控制技术，使用碳化硅（SiC）功率器件，以及应用特定谐波脉宽调制技术等方法，能充分提升牵引传动系统的工作效率，降低能耗，从而达到节能的最终目的。
参考文献
[1]曹虎，董凯，孙丛君，白旭峰，李华，郝帅，何俊鹏.节能技术在城市轨道交通车辆牵引传动系统中的应用[J].现代城市轨道交通，2019（09）：36-42.
[2]王贵久. 地铁列车牵引系统节能新技术应用研究[D].北京交通大学，2018.
[3]王勇. 列车牵引传动系统节能技术实现与研究[D].北京交通大学，2017.
◆关键词：节能技术;城市轨道交通;车辆牵引传动系统
时代向前迈进，人们的生活变得辅助，动车、地铁等成为大家日常出行常用的交通工具。同时，其也有助于促进各地区文化交流、经济发展等。国家从人们实际需求出发，基于城市轨道交通车辆载运量大、运行稳定、速度快等特点，为高效利用城市空间和缓解交通堵塞现象，纷纷采取了将轨道交通车辆广泛推行使用。而轨道交通系统车辆的牵引传动系统是由高压电气回路、牵引变流系统等组成，其在车辆总能耗中占据重要部分。本文主要研究的就是城市轨道交通车辆牵引传动系统中节能技术的应用。
一、城市轨道交通车辆牵引传动系统概述
城市轨道交通车辆牵引传动系统分为电力牵引控制和电传动系统主电路。①电力牵引控制，其指的是以电力机来驱动完成车辆牵引的传动控制方法。其能够将牵引电机当作控制对象，借由控制系统来对电动机速度、牵引力进行调节，从而达成车辆牵引和制动特性需求。其可分为直流、交流两种传动系统。直流传动系统顾名思义就是以直流（脉流）来牵引电动机，而交流传动系统则是以交流（同步、異步）来对电动机进行牵引。②电传动系统主电路，其大多时候是指一车辆单元牵引动力电路。是牵引箱、制动电阻箱、电抗器和电器开关等组成。
二、城市轨道交通车辆牵引传动系统的节能技术措施
（一）采取最大转矩电流比控制技术
随着人们对能源消耗的重视，节能技术开始被支持应用于城市轨道交通车辆牵引传动系统中，最大转矩电流比控制技术能更好的提高工作效率，降低损耗，优化性能。过去采用的矢量控制手段，其励磁电流一般为给定恒定额定值，并不会根据负载变化来对励磁进行调整。如此，尤其基于轻载状况，电机效率会变差。一定转矩下，采用适当控制方法来保持输出电流的最小化，则不单单能提升电机效率，还能缩减和电机连接的逆变器或变频器的电流应力。
城市轨道车辆在运行时，其收到的是转矩指令（无论牵引亦或制动状况下），依照矢量控制思路，电机转矩大小和励磁电流分量、转矩电流分量乘积为正比，则能采取“基于最大转矩电流”的节能控制法。在工作中，对电机励磁电流分量与转矩电流分量间的大小关系进行调节，考量变流器状态的动态波动、列车载荷变化和列车粘着系数变化等条件，可保证转矩下最小电流输出，并优化牵引能量使用效率。
（二）使用碳化硅（SiC）功率器件
近些年，随着材料制造和生产工艺的快速进步，大电流、高电压的碳化硅（SiC）功率器件被逐步投入到市场中。外国相关企业已经推出了电压等级各异的SiC功率器件。SiC功率器件有着能承受高压、耐受高温、保持高工作频率等的特性，能充分提升车辆牵引变流器、辅助变流器效率，降低其工作产生的噪音丰碑，并通过增大整机功率密度来降低整车质量，达到节能目的。
例如：近日，《地铁列车全碳化硅牵引逆变器研制项目》已通过中国城市交通协会技术装备专业委员会专家评审，迈进了实际运营的道路，碳化硅轨道交通又添一名“力将”。轨道交通相关企业都知悉了，该搭载了全碳化硅牵引逆变器的深圳地铁1号线列车，已经无故障运营5个月以上，累计载客公里数超过6.5万公里。该项目突破了全碳化硅器件应用、高频控制等关键技术，能使城市轨道交通牵引系统更高频、高效、低耗，尤其在节能方面表现十分突出，装车试验测试，其和传统硅基IGBT牵引逆变器的传动系统比较起来，综合能耗下降了10%以上，且牵引电机中低速段噪声相比降低了5分贝还多，温升相比下降40℃以上。
（三）应用特定谐波脉宽调制技术
特定谐波消除脉宽调制技术，就傅里叶分析来看，其为一种在特定时期操作开关动作，能消掉一些指定次数的谐波的办法。因为当下许多SHEPWM都为事先计算好开关角度并储存成表格再应用，所以也叫做开关预算脉宽调制。SHEPWM和SPWM对比来说，SHEPWM相比SPWM来说，其有着更优越的电流谐波特性，其稳态电流正弦特性更好，峰值电流更小。
大功率牵引变流器中，电压波形通常并非标准正弦波，包含五次、七次和十一次等低次谐波。这些低次谐波会影响电机的运行，主要在谐波发热、转矩脉动与噪音上表现显著。特定谐波消除脉宽调制技术可消掉低次谐波，因此也避免了这类低次谐波对电机造成影响，从而能保证轨道交通车辆牵引传动系统更可靠和稳定，减少谐波发热状况，达到节能的效果。
三、结语
总的来说，城市轨道交通牵引传动系统发展到如今，节能技术作为迎合国家节能减排政策的一项技术受到相关企业的重视。而能具体应用到轨道交通车辆中的节能技术一直是轨道交通公司研究的重点，备受员工关注。通过采取最大转矩电流比控制技术，使用碳化硅（SiC）功率器件，以及应用特定谐波脉宽调制技术等方法，能充分提升牵引传动系统的工作效率，降低能耗，从而达到节能的最终目的。
参考文献
[1]曹虎，董凯，孙丛君，白旭峰，李华，郝帅，何俊鹏.节能技术在城市轨道交通车辆牵引传动系统中的应用[J].现代城市轨道交通，2019（09）：36-42.
[2]王贵久. 地铁列车牵引系统节能新技术应用研究[D].北京交通大学，2018.
[3]王勇. 列车牵引传动系统节能技术实现与研究[D].北京交通大学，2017.