5.1 前言
隨著台北捷運之正式通車營運、台灣高速鐵路與高雄捷運之興建、台鐵之轉 型與路網擴充，以及都市輕軌系統之發展等，未來國內軌道工業將具有極大的發 展潛力。其中電聯車、號誌與通訊、列車行控等系統，由於電力電子、計算機與 監控技術等的快速發展，而日新月異﹔供電系統與牽引系統等的規劃、設計與建 設，也因高電壓技術、電磁理論應用技術、演算技術、人工智慧與系統模擬技術 等的長足進步，而有不少新的理念與風貌。電力學門有必要藉由軌道運輸相關供 電、牽引、電聯車、號誌、通訊與列車行控等機電核心系統與設備之研究，培養 國內軌道機電人才，支援自主性軌道工業之發展，並協助高鐵、捷運與輕軌系統 之建設與營運。
高速鐵路站距長、速度快，可有效串聯都會區，拉近城鄉差距，而捷運系統 則站距短、起動快速、剎車頻繁、班次密集、運量大。由於新近的大眾軌道運輸 系統皆以感應機產生推進力，並於減速剎車時回收電能，為達到高效率的營運目 的，確保行車的安全舒適，必須藉由電力電子裝置，作整流與濾波的工作，並配 合行控中心傳來的速度碼及偵測到之列車重量，決定變壓、變頻換流器之電壓與 頻率，驅動感應機以符合預定之列車時刻表或班距要求。於列車進站時，為提升 剎車效能，除傳統的以自動空氣靭機方式之空氣剎車之外，新型的高運量捷運系 統係以感應機作為發電機，令定子頻率低於轉速，以產生剎車轉矩，並將列車動 能回收，以台北捷運之列車而言，其動力負載高達 4000hp 以上，而班次高達二 分鐘一班，整體路網之電能消耗非常龐大，藉由電力電子裝置，進行再生剎車發 電可大幅降低電能消耗。
除傳統鋼軌鋼輪之軌道運輸系統外，磁浮系統亦將成為未來發展方向，藉由
超導元件可瞬間提高至極高電流的能力，產生磁浮及推進轉矩，以線性電動機或 同步電動機之運作模式，進行軌道面或列車兩側牆面磁極之快速精準控制，其運 轉速度可高達每小時 500 公里以上，同時由於沒有軌道面接觸之摩擦力，其運 轉之能源使用效率可大為提高。
軌道機電系統之研究包含電力電子、電力系統、電機機械、自動控制、號誌 與通訊等不同領域。未來國內軌道工業隨著各都會大眾捷運系統之興建及台灣高 速鐵路之興建，每個系統其投資金額均高達數千億元以上，所能帶動的相關產業 亦以倍數計，若能結合相關機電領域人才，投入軌道機電之研究，在推進系統之 電機控制與電動機械﹔供電與牽引系統之系統模擬、耗能分析、系統可靠度與電 力品質分析、號誌與行控等重要方向進行研究，將可有效支援國內軌道工業之發 展。
在國內，軌道機電系統亟需研發的課題很多，例如：
(1) 軌道供電系統之模擬與分析。
(2) 軌道運輸系統對台電電網衝擊之研究。
(3) 軌道供電系統之監控與保護。
(4) 列車運行及牽引變電所時變負載模擬。
(5) 軌道供電系統電力品質與電磁干擾分析。
(6) 軌道牽引及機電系統模擬與分析。
(7) 牽引電動機設計與測試。
(8) 電力電子技術在軌道電氣機車上的應用研究。
(9) 集電弓集電性能研究。
(10) 電車線及鋼軌性能研究。
(11) 軌道號誌與無線通訊技術研究。
(12) 接地系統設計研究。
(13) 雜散電流與電蝕分析。
(14) 電車線系統的過電壓保護分析。
(15) 電動轉轍器之研發。
(16) 磁浮技術研究。
(17) 線性電動機在捷運系統上之應用研究。
以上主題均為國內亟需研究的課題，企盼各界能投入人力及物力，積極研 發，以求我國軌道工業之健全發展。
5.2 擬推動之研究主題及內容
配合國內高速鐵路、捷運與輕軌系統之發展，軌道機電人才的需求將極為殷 切。為因應國內軌道工業的發展，本特色計畫擬推動下列各項研究：
主題一：軌道供電系統分析，相關研究子題如下：
(1) 直流網路電力潮流及短路故障分析。
(2) 交流網路電力潮流及短路故障分析。
(3) 牽引系統塑模與模擬。
(4) 供電系統可靠度分析。
(5) 供電系統規劃、設計。
(6) 列車運行與耗能分析。
(7) 電能管理與列車運轉模式分析。
(8) 接地系統及絕緣協調研究。
(9) 供電系統保護與監控系統研究。
(10) 緊急供電系統分析與設計
主題二：軌道系統電力品質分析，相關研究子題如下：
(1) 諧波與列車運轉模式探討。
(2) 供電系統諧波失真分析。
(3) 諧波改善濾波器設計與規劃。
(4) 軌道電位分析與雜散電流防制。
(5) 集電弓之電弧分析。
(6) 電壓變動分析。
(7) 三相不平衡分析。
(8) 突波干擾與過電壓分析。
(9) 國內軌道運行背景之調查與分析。
主題三：牽引電機設計、控制與應用，相關研究子題如下：
(1) 換流整流技術應用。
(2) 列車推進系統及設備之設計與研製。
(3) 驅動與再生剎車發電系統分析。
(4) 磁浮高速同步電動機之設計、控制與應用。
(5) 捷運線性電動機之設計、控制與應用。
(6) 其他牽引電動機之設計、控制與應用。
主題四：號誌系統與列車行控，相關研究子題如下：
(1) 軌道電路研究。
(2) 計軸器系統設計與研製。
(3) 移動式閉塞區間控制系統設計。
(4) 以無線通訊為基礎的行車控制系統研究。
(5) 開放式行控系統之規劃與設計。
(6) 行控系統的可靠度研究。
(7) 緊急應變系統規劃與設計。
(8) 軌道號誌聯鎖系統設計與研製。
5.3 預期成效
國內軌道工業隨著台北捷運之通車營運，高速鐵路及高雄捷運正如火如荼興 建中，其他都會區亦先後積極規畫大眾軌道運輸系統，軌道工業之發展潛力甚為
可觀。若能整合國內機電、通訊、計算機等相關人才，組成跨領域整合型研究群，
應用電機控制、電機設計與電力系統等技術，提升列車營運之能源使用效率、系 統安全性與可靠度，將有助於國內軌道工業自主研發能力之提昇。本計畫預期之 具體成效為：
（1） 培育軌道機電人才。
（2） 建立國內軌道機電系統自主研發能力。
（3） 提升軌道供電系統之分析與規劃能力。
（4） 改善軌道系統之電能使用效率。
（5） 探討列車之行控技術與運轉安全性。
（6） 建立國內軌道工業整體產學研整合與協調機制。
（7） 加強磁浮推進系統之相關研究。