地铁电动车辆特点和发展

地铁电动车辆的最高运行速度一般为70~100公里/时,平均运行速度为35~50公里/时，每隔1~2分钟即可发出一列地铁车辆。地铁单向载客量每小时约为3~6万人,双向每日平均载客量30~60万人,多的可达100万人,是解决大城市地面交通堵塞现象的重要手段，还能在很大程度上减轻城市污染。现代地铁电动车辆除重轨地铁外，还有功率较小的轻轨地铁和橡皮轮胎地铁车辆。后者为了能在隧道中准确定向运行，转向架上设有特殊的导向轮,这种车的特点是噪声低。此外,性能卓越的交流电动机驱动的地铁动车已经在欧洲一些地区获得推广。新型大功率电力电子器件的开发，直线电动机及微机的应用，新材料和新工艺的采用，都将使地铁车辆发生巨大的创新和变革。

驱动地铁车辆的电能来自牵引变电所，并经隧道顶部的接触网或路轨侧面的第三轨，送到动车上面或侧面的受流器。第三轨由高电导率的特殊钢轨连成，离地不高，可减少隧道高度。地铁接触网电压(或第三轨)有直流 750伏和1500伏等规格。中国北京地铁车辆全部为动车，采用第三轨,电压为750伏;上海地铁采用架空接触网，电压为1500伏。

地铁车辆内的电工设备除直流牵引电动机外，还有电压调节装置、司机控制装置、电气制动装置、保护电器、辅助低压电源系统等。传统的电压调节装置是变阻控制器。由于在频繁的起动过程中电阻上的电能损耗大，同时引起隧道中温度的逐年上升，因此近代的地铁电压调节装置已逐步改用直流斩波器。直流斩波器是由可关断晶闸管(GTO)等电力电子器件构成的开关器件,可以调节电压。为了减少输出电流的脉动，并减小斩波器的滤波元件,可将几台斩波器并联，并把它们的相位错开,构成如图[地铁动车两相两重斩波调速原理]所示的两相两重斩波电路。这种斩波电路可使合成的斩波频率成倍地提高。图[地铁动车两相两重斩波调速原理]中两台斩波器CH和CH向动车的四台牵引电动机供电。在CH、CH关断时，电动机经续流二极管形成感性负载的续流回路。若在续流回路里再串入牵引电动机的辅助串励绕组，可使电动机起动力矩加大，而高速时又有自动削弱励磁电流的作用。此外，地铁车辆内还有利用斩波器进行直流复励电动机的励磁平滑控制等电路。地铁动车的电气制动，除用电阻外，在车流密度相当高时，还采用再生制动，这时牵引电动机改接为发电机，把车辆的动能转变为电能反馈回电网，供给其他牵引运行中的地铁车辆使用。

一列地铁车辆通常由4 - 8 辆辆电动车和拖车组成。前者简称动车。牵引电动机装在动车下的转向架上。一般地铁车辆采用两台两轴转向架。动车的每一根轴上各装有一台功率约为100~150千瓦的直流牵引电动机，即每辆动车由四台牵引电动机驱动。为了运行灵活机动，整列地铁车辆也可全部由动车组成。动车与拖车均能载客，每辆车额定载客量约为180~340人。车长约18~23米、宽约 2.5~3.6米、高约4.1米。各车辆之间大多有门直接贯通,最前面的首车前端多数也有门,危急时可以打开。司机通过首车中的司机室控制设备，对整列车辆进行多机重联驾驶。随着卫星城镇的发展，地铁车辆还可驶出隧道,在地面轨道或高架轨道上运行,成为大城市和城郊联运的基本快速交通工具。