Question

城市轨道交通车辆中变频控制技术的性能分析 论文怎么写

Answer 1

我国城市轨道交通车辆发展战略探讨随着我国城市规模的不断扩大，城市经济的快速发展和现代化水平的提高，轨道交通已成为我国各城市公共交通 体系的最佳选择，得到了很大发展。车辆是轨道交通中运送乘客的重要工具，车辆的数量、品种、质量和技术水平直 接影响城市轨道交通发展规模和速度。 制定城市轨道交通车辆长期发展战略，将对指导车辆发展的方针和政策的制定至关主要，有利于车辆的制造业和 车辆国产化，有利于车辆的系列化和标准化，有利于车辆技术水平的提高，并将极大促进城市轨道交通的发展。 我国城市轨道交通发展的规划 进入 21 世纪，我国首次把“发展城市轨道交通”列入国民经济第十个五年计划发展纲要，并作为拉动国民经济、 特别是大城市经济持续发展的重大战略。 目前，北京、上海、广州、天津、大连等城市轨道交通的运营里程达 258km，拥有车辆 1800 多辆(表 1)。现有北 京、上海、广州、天津、深圳、南京、重庆、大连、武汉、长春等城市正在建设有 16 条线共 330 多公里，需车辆约 2000 辆左右。沈阳、哈尔滨、济南、青岛、西安、郑州、成都、杭州、福州、长沙、厦门、昆明、佛山等大中城市在积极 筹划建设不同类型的轨道交通。 据预测， 未来 10 年新建各种类型的轨道交通将达到 1000 公里左右， 需车辆 5000～6000 辆，我国城市轨道交通车辆将进入快速发展的历史时期。 国外城市轨道交通车辆发展趋势 国外城轨车辆概况： 国外城轨车辆概况：国外城轨车辆已投入运营的主要有三种类型：地铁车辆、轻轨车辆和高架独轨车辆。 地铁车辆 自 1863 年 1 月 10 日英国伦敦第一条地铁开通以来，截止 2001 年，经过近 140 年的发展，全世界己有 44 个国家 115 个城市建成地铁，总计运营里程 6300 多公里，拥有运营车辆 58800 多辆，均以直流传动车为主。主要集中在英国、 法国、德国、瑞典、西班牙、俄罗斯、美国和日本等国的大城市，其运营里程占 42％，拥有车辆占 52％0，见表 2。 轻轨车辆 自 1888 年美国弗吉尼亚市第一条有轨电车投入商业运行以来，虽有较大发展，但由于有轨电车速度慢、噪音大、运量 小、安全性差、正点率低等原因，20 世纪 50 年代各国城市都纷纷拆除有轨电车线路，发展地铁交通。到 80～90 年代， 又由于地铁造价高、能耗大、环保噪音问题等原因，在建设地铁同时又发展了新型轻轨交通。据统计，已有 50 个国家 建设了 360 条轻轨铁路(表 3)。这些车辆大部分都是 1OO％或 70％的低地板车辆，截止 2003 年，由西门子公司、庞巴 迪尔公司和阿尔斯通公司共生产了 1300 列合计 4000 多关节式车辆。 快速轨道交通 表2 世界主要城市(线路长 100km 以上)地铁概况 高架独轨车辆 高架独轨交通具有线路占地少，构造简单，投资是地铁三分之一，能爬大坡(6％)和过小半径曲 线(50m)，噪声低(胶轮)，乘客舒适．视野宽广，受到各国中小城市交通的欢迎。 自 1980 年法国建立了世界上第一条蒸汽牵引的跨座式独轨交通以来，特别是 50 年代以后，在日本、美国、瑞典、 法国、德国、意大利都先后建立了独轨铁路，一般线长 10km 左右。日本自 1955 年将独轨铁路列为城市轨道交通的重 要工具以来，已发展了 20 多条高架独轨铁路，生产了独轨车辆。高架独轨车辆的主要特点是用橡胶轮胎支持和导向、 电力驱动、空气弹簧支持车体等。 表 3 世界轻轨铁路 国家名称 俄罗斯 德国 乌克兰 罗马尼亚 波兰 瑞士 法国 捷克 奥地利 英国 荷兰 意大利 比利时 线路数量 71 62 25 15 14 9 8 7 7 6 6 6 6 国家名称 葡萄牙 拉托维亚 斯洛伐克 克罗地亚 挪威 芬兰 爱沙尼亚 波斯尼亚 塞尔维亚 保加利亚 格鲁吉亚 美国 加拿大 线路数量 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 25 4 国家名称 阿根廷 日本 哈萨克斯\士日 中国 吐耳其 啊塞拜疆 中国香港 亚美尼亚 乌兹别克斯坦 印度 朝鲜 菲律宾 马来西亚 线路数量 1 18 5 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 匈牙利 瑞典 白俄罗斯 西班牙 4 4 4 3 巴西 墨西哥 巴拉圭 4 3 1 澳大利亚 埃及 南非 突尼斯 4 2 1 1 提高车辆最高运行速度 巴黎地铁车辆初期最高运行速度为 80km／h，旅行速度为 23．7km／h，近年来已将通过地面地铁车辆的最高速度 提高到 100km／h，旅行速度达到 50km／h 莫斯科地铁车辆最高运行速度由 90km／h 提高到 100km／h，平均旅行速度达 到 41km／h。纽约地铁车辆最高运行速度由 70km／h 逐步提高到通过地面时的 130 km／h。1974 年 R 一 44 型地铁车辆 的最高速度达到 133km／h。日本地铁车辆在地下最高速度为 70～80km／h，到地面行驶的最高速度已达到 120km／h， 如东京地铁车辆 3000 系、5O00 系车辆最高速度都是 120km／h。 发展交流传动车辆 早期地铁车辆是蒸汽牵引，1890 年改为电力牵引后一直采用直流电动机牵引，由凸轮变阻调速控制，后来发展到 斩波器调速控制。 世纪 90 年代由于电力电子技术和微机控制技术的迅猛发展， 20 大功率自关断元器件(GTO、 IGBT、 IPM) 走向产品化和实用化，变频变压调速控制(VVVF)技术迅速发展，交流传动车辆广泛应用用于城轨交通。日本东京、大 阪、名古屋等城市地铁从 1991 年开始新造地铁车全部采用 lGBT 或 IPM 的 VVVF 交流传动装置。巴黎地铁和德国法兰克 福地铁新造车也开始采用交流传动车辆。英国、俄国斯、美国、韩国、墨西哥、西班牙等国家城轨交通都在订购交流 传动车辆。 发展不锈钢车和铝合金车 美国最早由巴德公司生产了不锈钢车，纽约地铁大部分是不锈钢车。60 年代初日本从美国引进不锈钢车体技术， 从 1 962 年开始生产日本最早的南海电铁 6000 系，京王电铁 3000 系和东急电铁 7000 系地铁车辆，截止 1998 年日本 不锈钢车辆约占 60％左右。加拿大，韩国等国家地铁也都使用了不锈钢车。 铝合金车于 20 世纪初开始，法国于 1896 年将铝合金用于铁路客车车窗上，1905 年英国铁路电动车的外墙板采用 了铝合金，美国在 1923－1932 年间有 700 辆电动车和客车的侧墙和车顶采用铝合金材料。60 年代以来，德国科隆、波 恩市郊电动车和慕尼黑地铁车体也采用了铝合金。日本从 80 年代先后在 6000 系、7000 系、8000 系等地铁车辆上采用 了铝合金；意大利米兰地铁和奥地利维也纳地铁以及新加坡地铁都应用了铝合金车辆。 发展空调车辆 纽约地铁自 1976 年第一列装有空调的 R 一 38 型地铁车投入使用以来， 1992 年 95％的地铁列车都安装了空调。 到 东 京地铁车辆到 1997 年空调车占全部车辆总数的 50％左右。韩国、新加坡、中国香港和台北地铁车都装有空调。 车辆的模块化设计和生产 世界生产地铁车辆和轻轨车辆的主要制造商是西门子公司、阿尔斯通公司、庞巴迪公司以及日本的东急等公司。 它们从 90 年代开始进行车辆模块化设计和生产。庞巴迪公司为香港地铁生产了模块化车辆，阿尔斯通公司和西门子公 司生产了模块化的低地板轻轨车辆。 广泛采用微机控制与诊断和通信网络技术 自 90 年代以来，各国城轨车辆新造车，在牵引和制动控制中采用了微机控制和诊断技术，由单微机控制发展多微 机控制。同时，积极发展和采用通信网络控制技术，实现了列车设备运行控制和故障诊断，旅客信息的传递和服务。 发展模拟式电气控制制动系统 世界各国地铁和轻轨车辆都选用了模拟式电气控制制动系统。主要制造商是克诺尔公司，韦斯汀豪斯公司和日本 NABCO 公司。该系统能满足城轨车辆制动频繁、制动距离短和停车精度高的要求。 发展低地板轻轨车辆新技术 新型低地板轻轨车辆关键技术是独立车轮的转向架、交流传动装置的一体化与轻量化以及联合制动系统。目前西 门子公司、庞巴迪公司和阿尔斯通公司掌握了这些关键技术，并走向实用化，投入了批量生产，已在欧洲、俄罗斯、 美国、澳大利亚和日本等许多城市广泛运用。 我国城轨车辆发展的差距 目前我国城市轨道交通车辆发展的现状，与我国各城市轨道交通发展规划的要求以及与世界城市轨道交通车辆的 发展水平尚有一定差距，主要表现在以下几个方面。 城轨车辆品种还不能满足城市轨道交通快速发展的需要 目前我国百万人口以上大城市有 36 座，50～1 00 万人口间城市有 43 座。现在很多大中城市为了改善城市交通拥 堵状况，引导城市经济发展，减少环境污染，保护城市环境，都在积极发展城市轨道交通。由于各城市的需求和发展 的差异，城市轨道交通的类型呈现多元化，城轨车辆的品种要求多样化。从北京、上海、广州、天津和大连等已建成 的地铁和快轨交通来看，都是采用 A 型或 B 型地铁车辆。但是，广州 4 号线和 5 号线准备采用直线电机车辆，正在可 行性论证中。重庆采用高架独轨交通，高架跨座独轨车辆正在制造中。天津滨海快速轨道交通采用城郊快速城轨车辆， 即将投入试运行。大连、长春等城市正在探讨发展低地板轻轨车辆的可行性。因此，我国城轨车辆的品种必须满足城 市轨道交通发展多元化的需求。 交流传动车辆还不能满足城市轨道交通发展的需求 交流传动车辆还不能满足城市轨道交通发展的需求 在 2003 年 8 月份经专家审定通过的《地铁车辆通用技术条件》(GB／T7928)中规定，今后我国新造地铁车辆全部 采用交流传动车辆。目前我国已订购和投入运营的交流传动城轨车辆有 808 辆，约占车辆总数的 4 7％。因此，必须大 力发展交流传动城轨车辆，满足城市交通发展的需要。 铝合金和不锈钢城轨车辆不能满足城市轨道交通发展的需要 目前北京地铁、天津地铁和大连快轨的运营公司拥有车辆的车体材料全部采用普通钢和耐候钢。上海地铁车辆和 广州地铁车辆都是采用铝合金车体。正在建设的天津滨海快速轨道车辆采用了轻量化不锈钢车体。现在，我国拥有铝 合金车辆有 768 辆，约占 45％;如果将天津滨海快速轨道车辆计算在内，不锈钢车辆有 116 辆，约占 6％。因此，必须 加大发展不锈钢和铝合金车辆力度，满足城市轨道交通发展的需要。 空调车辆还不能满足城市轨道交通发展的需求 目前，北京和天津地铁大部分车辆都没有安装空调装置，上海地铁、广州地铁和大连快速轨道车辆装有空调，国 内城轨空调车辆有 904 辆，约占 53％。因此，为提高乘客的舒适度，新造车辆都应安装空调装置，同时要加快非空调 车辆的改造。 车辆的交流传动装置、制动装置、微机控制及诊断系统还没有完全实现国产化 交流传动装置、制动装置、微机控制及诊断系统是城轨车辆的核心技术和关键部件。目前，我国城轨车辆的交流 传动装置，包括辅助电源供电设备以及微机控制与诊断系统，全部由国外西门子公司、阿尔斯通公司、庞巴迪公司和 东芝公司等提供产品与软件。由株洲电力机车研究所自主开发的城轨车辆交流传动装置至今还没有装车投入运行，还 没有自己品牌的交流传动系统。制动装置基本上由克诺尔公司和日本 NABCO 公司提供产品，由四方车辆研究所和铁科 院机辆所负责开发的城轨车辆制动装置仍处于样品阶段，还没有装车投入运用考核。因此，加速上述关键部件的国产 化是当务之急。 城轨车辆制造质量和技术水平有待提高 目前我国已经生产城轨车辆的工厂主要是长春客车厂，近几年浦镇车辆厂、株洲电力机车厂、四方机车车辆厂和 大连机车车辆厂也拿到生产城轨车辆的订单，开始生产城轨车辆。长客厂和浦镇厂通过合资或合作方式生产了铝合金 车，但最初两列车全部在国外造好运到国内，验收合格后投入运用，后续车辆在国内组装，而铝合金型材、交流传动 装置和制动系统也都是在国外采购后运到国内组装。长客厂为天津滨海快速轨道交通生产的不锈钢车、不锈钢型材全 部从日本进口，太原钢厂生产的不锈钢型材还不能满足城轨车辆的要求。大连机车厂生产的快速轨道车辆的交流传动 系统和制动装置由日本东芝公司提供产品。因此，这些工厂正在逐步掌握交流车、铝合金车和不锈钢车的制造工艺和 质量。这些工厂还没有掌握车辆模块化生产技术，也没有掌握低地板轻轨车辆、高架独轨车辆和线性电机车辆的关键 技术。为此，这些工厂应不断提高城轨车辆的技术水平和产品质量。 我国城市轨道交通车辆发展战略 当为适应未来 20 年我国城市轨道交通大发展的要求，城市轨道车辆发展战略应是： 大城市应大力发展 A 型或 B 型地铁车辆，中等城市应兼顾发展 B 型地铁车辆和中运量的轻轨车辆，小城市应积极 发展小运量的低地板轻轨车辆 城市有特殊需求时，可适当发展高架独轨车辆或直线电机车辆。因为 A 型或 B 型地铁车辆单向高峰小时客运量可 达 3.O 万人次以上，能够满足大城市大运量运送旅客的要求；中运量的轻轨车辆单向高峰小时客运量为 0.6～3.0 万人 次，能够满足中等城市运能的要求：小运量的低地板轻轨车辆单向高峰小时客运量 0.6～0.8 万人次，能够满足小城市 运能的要求。当城市要求线路占地少，车辆能在大坡度(6％以上)和小半径曲线(50m)上运行，噪声低，视端广阔和乘 座舒适时，可适当发展高架独轨车辆或直线电机车辆。 发展交流传动车辆， 发展交流传动车辆，逐步取低直流传动车辆 发展交流传动车辆是当今世界城市轨道车辆发展方向。据日本京城电铁统计，采用交流传动后与变阻控制车相比， 交流传动车每万公里的用电量减少 50％左右，再生制动率达到 30％以上：每辆车闸瓦用量减少一半，车轮磨耗少，使 用寿命提高 50％； 电机维修量大大减少， 三年内不用检修。 北京地铁复八线交流传动车每百车公里的耗电量为 175kWh， 比直流车耗电量减少 25.5％：电机已运用 2 年不用维修。因此，必须大力发展交流传动车辆。 大力发展不锈钢车辆， 大力发展不锈钢车辆，适当发展铝合金车辆 目前在我国不锈钢新车价格便宜，是铝合金的 70％左右。铝合金熔点低，发生火灾车体熔化速度比不锈钢车体快， 安全性差，因此纽约地铁不采用铝合金车辆。铝合金车体长时间运用后表面发生点蚀，面蚀和变色现象，维修量和维 修费比不锈钢车体高。由于采用铝合金和不锈钢材料而使车辆自重减轻所带来的节能经济效果不明显。从两种车寿命 周期费用分析看，铝合金车辆的寿命周期费用是不锈钢车辆的 1.25 倍。因此，城轨交通应大力发展不锈钢车辆。 发展空调车辆，取代机械通风车辆 发展空调车辆，取代机械通风车辆 车辆空调装置是提高乘客舒适度的重要手段，是城轨车辆的发展方向。我国城市大都处于热带或温湿带，春夏秋 季气温都较高，特别近几年各地气温达到 35℃以上，城轨车辆安装空调势在必行。因此，今后新造城轨车辆应是空调 车，旧车应加快安装空调的改造步伐。 加快实现车辆交流传动系统、 加快实现车辆交流传动系统、微机控制及诊断系统及制动系统的国产化步伐 交流传动系统、微机控制及诊断、制动系统是城轨车辆的三大关键技术，长期依靠进口不是长久之计，应有自主 的知识产权。国家对城市轨道交通技术装备国产化很重视，成立国产化领导小组和专家小组，加强指导，制定了国产 化政策。目前国内有关工厂和科研单位正在联合开发新一代地铁车辆，三大关键技术已掌握，生产了样机产品。应加 快国产化步伐，尽快取代进口，创造国内品牌，形成新产业，成为国民经济新的增长点。 发展低地板轻轨车辆 用低地板轻轨车辆取代有轨电车低地板轻轨车辆已成为世界小城市轨道交通的发展方向，成为城市公共交通的一 条亮丽的风景线。由于该型车辆噪音小、上下车方便、视野宽阔、乘坐舒适、造价低，深受政府和市民的欢迎。我国 应加快发展低地板轻轨车辆。 (作者：铁科院(北京)工程咨询公司研究员)

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