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地铁与轻轨车辆调速技术水平
随着我国城市经济的高速发展和人口的激剧增长,各大城市仍依靠公共汽车、电车为主
的公交运输,已面临乘车难、行车更难的局面;而且汽车排放的废气严重污染环境、危害城
市居民的健康,已极大地制约了我国实现城市现代化的进程。因此不少大城市已在修建或筹
建节能、无污染、低噪声而又大批量的城市快速轨道交通——地铁与轻轨。
至1989年底,全世界建成地铁与轻轨的108座城市中,其中建成地铁的城市为79座,
建成轻轨的城市为29座,在建成地铁城市中有8座城市同时还建有轻轨交通;地铁线路总
长度为5000公里,轻轨线路总长度约为1250公里。当前国际城市公共交通系统,正以地铁
与轻轨为主,构成地下、地面和高架桥的立体交通网络,与电车、汽车相配合,形成辐射状
城市交通方向发展。
我国城市人口从1989年的8000万到2000年将达到1~;城市公交客运量将
从1996年的300亿人次/年,估算到2000年将猛增到600—700亿
人次/年,且其中80%
以上的增长都将集中在大城市。迫于如此巨大的城市交通压力,除京、沪、穗三城市外,我
国已有21个城市提出建设地铁或轻轨,规划线路33条,长约649公里。即使按每公里造价
4亿元计,这33条地铁或轻轨线建设费将达2600亿元之巨。若按上海、广州地铁,由于国
外进口设备,每公里造价近8亿元,则上列建设资金还要翻一番。
鉴于城市轨道交通(地铁与轻轨)车辆(以下简称车辆)购置费约占整个工程建设费用的
30~50%。加上用户要求车辆噪声低空全可靠、节能、维修简便和舒适性等,促使车辆推广
应用微机和现代电力电子技术。
一、国外直流电传动车辆斩波调通技术
迄今为此,直流串励牵引电动机仍是直流电动车辆的主要牵引动力。目前车辆采用变阻调
速和斩波调速并存。早期斩波调速车采用晶闸管,存在易“失控”和体积偏大等缺点。八十年代中后期以来,以GTO、IGBT为代表的大功率自关断电力电子器件取得重大进
展。由于这种器件不需要强制换流回路就能自行关断,带来了性能好、效率高、维护少、体
积小和重量轻等一系列优点。这就使车辆主电路大大简化,减少滤波
电抗器和平波电抗器的
容量,既改善了车辆运行性能,又可做到小轻量化。表1列出晶闸管斩波器和GTO斩波器
的比较。
表1 晶间管斩波器和GTO斩波器比较
日本东芝公司装车试验也征实:%,%,
重量减轻33%,占地面积减少31%,噪声降低了13%。
对于城市交通地铁和轻轨来说,由于用户对的体积小、重量轻、维护简便和价格低廉的
要求一直非常强烈,因此日本地铁直流调速车上几乎全部采用GTO斩波器。为扩大调速范
围,一般还采用具有自动磁场削弱的斩波器;若需再生制动,则要采用高频四象限斩波器。
例如日本东京帝都高速交通营团(TRTA)银座线,是由日立、东芝和三菱电机公司分别提供
的地铁车,均采用120kw直流他励牵引电动机,且主电路构成也大致相同,都由二相一重
电枢斩波器和一相磁场斩波器组成。电枢斩波器采用GTO,工作频率为1000~1200Hz,合
成频率高达2000~2400Hz。磁场斩波器可