地鐵電動車輛

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地鐵電動車輛

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一列地鐵車輛通常由4 - 8 輛輛電動車和拖車組成。前者簡稱動車。牽引電動機裝在動車下的轉向架上。一般地鐵車輛採用兩台兩軸轉向架。動車的每一根軸上各裝有一台功率約為100～150千瓦的直流牽引電動機，即每輛動車由四台牽引電動機驅動。為了運行靈活機動，整列地鐵車輛也可全部由動車組成。動車與拖車均能載客，每輛車額定載客量約為180～340人。車長約18～23米、寬約 2.5～3.6米、高約4.1米。各車輛之間大多有門直接貫通,最前面的首車前端多數也有門,危急時可以打開。司機通過首車中的司機室控制設備，對整列車輛進行多機重聯駕駛。隨着衞星城鎮的發展，地鐵車輛還可駛出隧道,在地面軌道或高架軌道上運行,成為大城市和城郊聯運的基本快速交通工具。

驅動地鐵車輛的電能來自牽引變電所，並經隧道頂部的接觸網或路軌側面的第三軌，送到動車上面或側面的受流器。第三軌由高電導率的特殊鋼軌連成，離地不高，可減少隧道高度。地鐵接觸網電壓（或第三軌）有直流 750伏和1500伏等規格。中國北京地鐵車輛全部為動車，採用第三軌,電壓為750伏；上海地鐵採用架空接觸網，電壓為1500伏。

地鐵車輛內的電工設備除直流牽引電動機外，還有電壓調節裝置、司機控制裝置、電氣制動裝置、保護電器、輔助低壓電源系統等。傳統的電壓調節裝置是變阻控制器。由於在頻繁的起動過程中電阻上的電能損耗大，同時引起隧道中温度的逐年上升，因此近代的地鐵電壓調節裝置已逐步改用直流斬波器。直流斬波器是由可關斷晶閘管(GTO)等電力電子器件構成的開關器件,可以調節電壓。為了減少輸出電流的脈動，並減小斬波器的濾波元件,可將幾台斬波器並聯，並把它們的相位錯開,構成兩相兩重斬波電路。這種斬波電路可使合成的斬波頻率成倍地提高，其中兩台斬波器CH和CH向動車的四台牽引電動機供電。在CH、CH關斷時，電動機經續流二極管形成感性負載的續流回路。若在續流回路里再串入牽引電動機的輔助串勵繞組，可使電動機起動力矩加大，而高速時又有自動削弱勵磁電流的作用。此外，地鐵車輛內還有利用斬波器進行直流復勵電動機的勵磁平滑控制等電路。地鐵動車的電氣制動，除用電阻外，在車流密度相當高時，還採用再生制動，這時牽引電動機改接為發電機，把車輛的動能轉變為電能反饋回電網，供給其他牽引運行中的地鐵車輛使用。

由於地鐵電動車輛運行於地下隧道中，客流量多，車速高，行車密度大，列車嚴格按事先規定的運行圖運行，所以萬一出現設備故障或災害，影響很大。世界各國根據地鐵運行的長期經驗，對機電設備和車輛提出了很多嚴格的要求，如對設備材料要求具有難燃、低毒、低煙、低發熱量的性能；車上設備不但要求可靠性高，而且還設有電工設備的短路、過載、超温、欠電壓、再生制動過電壓、防雷、漏電、輪對空轉和滑行等保護。在運行安全性方面，一般都設有列車自動控制系統（簡稱ATC）,它利用車下的信號系統將軌道線路分割成很多閉塞區段，當列車在某區段中運行時，對其後面的各區段都規定了其他列車進入時的限制速度，任何列車若高於此限制速度駛入該區段時,該車上的ATC系統即起作用，能自動降低車速，確保行車安全。

地鐵電動車輛的最高運行速度一般為70～100公里/時,平均運行速度為35～50公里/時，每隔1～2分鐘即可發出一列地鐵車輛。地鐵單向載客量每小時約為3～6萬人,雙向每日平均載客量30～60萬人,多的可達100萬人,是解決大城市地面交通堵塞現象的重要手段，還能在很大程度上減輕城市污染。現代地鐵電動車輛除重軌地鐵外，還有功率較小的輕軌地鐵和橡皮輪胎地鐵車輛。後者為了能在隧道中準確定向運行，轉向架上設有特殊的導向輪,這種車的特點是噪聲低。此外,交流電動機驅動的地鐵動車已經在歐洲一些地區獲得推廣。新型大功率電力電子器件的開發，直線電動機及微機的應用，新材料和新工藝的採用，都將使地鐵車輛發生巨大的創新和變革。