地铁列车的新型逆变器系统

　　1 引言

　　在即将投入运营的sz1地铁列车上，采用了一种新型变频变压(vvvf)逆变器牵引和制动系统。之所以称它是“新型”系统，是因为以下三个原因：其一，采用大功率电力电子器件igbt模块。复合型igbt是以单极型mosfet为驱动元件，双极型gtr为主导元件的达林顿结构元件，它综合了前者输入阻抗高、驱动功率小(电压型)、电路简单、开关频率高、热稳定性好和后者安全工作区宽、电流密度高、导通压降低的优点;其二，单台牵引电机额定功率较之目前国内外已投入运营的同类产品(4m2t)大，因而使这类地铁列车有更大的牵引功率和电制动功率;其三，vvvf逆变器采用直接转矩控制系统，这是除矢量控制系统之外的另一种新的高动态性能的、但更简单适用的变频变压调速系统。因此，这种“新型”系统体现了现代电力电子器件、电路及其控制技术方面的特点：集成度高，工作频率高，全控化，电路控制简单、灵活、准确，多功能化和智能化。这将大大提高地铁列车vvvf逆变器系统的可靠性、可维修性以及经济性等，具有广阔的发展前景。

　　2 sz1地铁列车电气设备的构成

　　2.1 地铁列车电气设备布置与电路图

　　如图1所示，sz1地铁列车为6辆编组(4m2t)的两个3车单元(2m1t)对称设计。每个3车单元都由一个带司机室的拖车a和两个动车(带受电弓的动车b和不带受电弓的动车c)组成。两个3车单元用半自动车钩连接。

　　每车两个转向架共四根轴， 一个动车的四根轴由同一台牵引逆变器驱动， 即四台自冷三相异步牵引电动机并联运行。

　　(1) sz1地铁列车的线路区段：

　　sz1地铁1期工程1号线13站，平均站间距1.172km，最大地下深度22m;4号线5站，平均站间距1.011km，最大地下深度23.5m。

　　(2) 轨距：1435mm。

　　(3) 设计最大坡道：正线35‰，车站线路3‰，辅助线路(awo)40‰，车辆段线路0‰。

　　(4) 车辆载荷：列车总载荷(t)awo(空载)： 210t， aw1(48座/辆，288座/列)：227.4t，aw2(6人/m2，1920人/列)：342.6t;aw3(9人/m2，2502人/列)：377.5t。

　　2.2 电气系统简述

　　sz1地铁列车的牵引逆变器系统全称应该是“变频变压(vvvf)逆变器牵引和制动系统”。图1所示系统的主要设备包括受电弓、浪涌吸收器、隔离和接地开关、高速断路器、线路滤波电抗器、线路接触器和充电限流环节、接地差动电流检测器、牵引逆变器(牵引逆变器模块、制动斩波器模块、线路滤波电容器)、制动电阻、牵引电机(4台)、接地和负极回流装置。现将系统设备的功能、技术参数、工作原理按以上编号分别简述如下(控制单元略)。