城軌車輛輔助電路分析與故障排除設計說明書

1、 . 2014屆畢業(yè)設計說明書課題名稱：城軌車輛輔助電路分析與故障排除設計專 業(yè) 系 軌 道 交 通 系 班 級學生指導老師完成日期2014屆畢業(yè)設計任務書一、 課題名稱城軌車輛輔助電路的原理分析與故障排除二、 指導教師三、 設計容與要求1、課題概述:隨著城軌車輛牽引動力的交流化和運行速度的提高，列車上的受控部件或控制裝置也越來越多，控制和被控設備之間的協(xié)調(diào)和快速響應顯得越來越重要。雖然現(xiàn)階段城軌車輛大都引入了網(wǎng)絡控制，但是由于硬線電路具有極高的可靠性和可維護性，因此在城軌車輛電氣設計中仍然大量采用硬線電路來實現(xiàn)其控制功能。 本課題主要針對城軌車輛的部分輔助電路，包括輔助逆變器（DC/AC變流

2、器，簡稱SIV）和低壓電源（DC/DC變流器和蓄電池）兩大部分等展開分析，指出其常見的故障現(xiàn)象，并詳細說明排除故障的方法。2、設計容與要求：1) 設計容a) 輔助系統(tǒng)概述；b) DcAc輔助逆變器供電；c) DcDc輔助變換器(蓄電池充電器)故障處理；d) 車載供電系統(tǒng)一380V(3相)；e) 輔助電源裝置； f )風扇接觸器分析與故障排除；2) 要求a) 要求學生有一定的電氣線路識圖基礎； b) 要求學生有一定的電氣控制與城軌專業(yè)基礎。c) 通過檢索文獻或其他方式，深入了解設計容所需要的各種信息； d) 能夠靈活運用電工或電機與電氣控制等課程的基礎知識和城軌專業(yè)知識來分析城軌車輛的輔助電路。

3、四、設計參考書 1瞳熾.明銳.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng). :中國鐵道，20082高爽主編.地鐵車輛構造與維修管理. :中國鐵道，20033唐春林.城市軌道交通車輛電氣.校本 五、設計說明書容1、 封面2、 目錄3、 容摘要(200-400字左右，中英文)4、 引言5、 正文（設計方案比較與選擇，設計方案原理、分析、論證，設計結果的說明與特點）6、 結束語7、 附錄(參考文獻、圖紙、材料清單等)六、 設計進程安排第1周： 資料準備與借閱，了解課題思路。第2-3周: 設計要求說明與課題容輔導。第47周：進行畢業(yè)設計，完成初稿。第7-10周： 第一次檢查，了解設計完成情況。第11周： 第二次檢查設計

4、完成情況，并作好畢業(yè)答辯準備。第12周： 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。七、畢業(yè)設計答辯與論文要求 1、畢業(yè)設計答辯要求1) 答辯前三天，每個學生應按時將畢業(yè)設計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導教師審閱，由指導教師寫出審閱意見。2) 學生答辯時，自述部分容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設計的基本容和主要方法、成果結論和評價。3) 答辯小組質(zhì)詢課題的關鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關的基本理論、知識、設計方法、實驗方法、測試方法，鑒別學生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。2、畢業(yè)設計論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允

5、許抄襲。 3、圖紙要求:按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規(guī)，文字注釋必須使用工程字書寫。4、曲線圖表要求 所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標準或工程要求繪制。 摘 要 近幾年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅速，為緩解城市交通壓力作出巨大的貢獻。城軌車輛輔助供電系統(tǒng)的組成功能、結構類型，系統(tǒng)的選用原則和負載的分配。論文詳細分析了城軌車輛輔助供電系統(tǒng)的電路原理、主要電氣部件的技術參數(shù)、功能作用。著重分析了靜止逆變器與其控制、城軌車輛輔助系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)。城軌地鐵車輛的輔助電源系統(tǒng)是機車的重要組成部分，擔負著除機車牽引系統(tǒng)

6、主電路以外各種裝置的供電任務，如牽引/制動控制裝置的控制電源，各冷卻用風機、變壓器冷卻用油泵、變流器冷卻用水泵、制動/受電弓等各種氣動機械裝置提供風源的空氣壓縮機、空調(diào)、 通風機等輔助電動機的三相交流電源，電熱器、冰箱、信息顯示裝置的電源等等。機車輔助電源系統(tǒng)由三相交流輔助電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)組成。每列車采用兩臺輔助逆變器，輔助逆變器將1500V接觸網(wǎng)提供的直流電逆變處理后為車輛提供兩組電源：一組為380V、50Hz的三相交流電，提供給空調(diào)、電暖器、電燈、空壓機等設備。當一臺輔助逆變器發(fā)生故障后，另一臺輔助逆變器通過擴展供電單元向整列車供電，維持車輛的基本工作。關鍵詞：輔助供電 直流電逆變

7、負載分配 靜止逆變器 維護與保養(yǎng)ABSTRACTIn recent years, the rapid development of urban rail transit, to ease the pressure on urban transport make a significant contribution. Function,urban rai hic lea power supply system structure types ,The principle of the system and the load distribution.The paper analyses urba

8、n rail vehicle auxiliary power supply system circuit principle, technical parameters, main electric components function. Focuses on the analysis of the maintenance of auxiliary system static inverter and its control, urban rail vehicles.城軌地鐵車輛的輔助電源系統(tǒng)是機車的重要組成部分，擔負著除機車牽引系統(tǒng)主電路以外各種裝置的供電任務，如牽引/制動控制裝置的控制電

9、源，各冷卻用風機、變壓器冷卻用油泵、變流器冷卻用水泵、制動/受電弓等各種氣動機械裝置提供風源的空氣壓縮機、空調(diào)、 通風機等輔助電動機的三相交流電源，電熱器、冰箱、信息顯示裝置的電源等等。The auxiliary power supply system of urban rail metro vehicle is an important part of locomotive except the power supply task undertakes locomotive traction system main circuit outside various devices, such

10、as traction / braking control device control power supply, cooling fan, pump, converter transformer cooling by cooling pump, brake / pantograph etc. pneumatic mechanical device provides a source of air compressor, air conditioning, ventilation and other auxiliary motor three-phase AC power supply, e

11、lectric heater, refrigerator, information display device power etc.Locomotive auxiliary power supply system is composed of three phase AC auxiliary power system and DC power supply system. Each train with two sets of auxiliary inverter, auxiliary inverter inverting DC 1500V contact network to provid

12、e for vehicles to provide two sets of power: a set of 380V, 50Hz three-phase AC power supply, to provide air conditioning, electric heater, electric, air compressor equipment. When an auxiliary inverter fault, another auxiliary inverter by extending the supply unit to the whole train, the basic work

13、 of maintaining vehicle.Key words:The auxiliary power supply DC inverter load sharing Static inverter Maintenance and maintenance目錄第1章 城市軌道交通電氣線路的識圖原則與簡介- 1 -1.1城市軌道交通電氣線路的基本知識與識圖原則- 1 -1.2城市軌道交通控制電路構成與各部分電路作用簡介- 3 -1.3城市軌道交通車輛控制電氣線路的整體介紹- 4 -1.4城軌車輛控制電路系統(tǒng)故障介紹與其處理- 8 -第2章 輔助供電系統(tǒng)供電電路的應用- 9 -2.1背景知識-

14、9 -2.2 基本原理- 9 -2.3現(xiàn)狀和發(fā)展- 12 -2.4輔助逆變器電路選型- 13 -2.5輔助逆變器電路選型- 16 -第3章 輔助電路的常見故障的分析與處理- 19 -3.1車載供電系統(tǒng)一380V(3相)- 19 -3.2 輔助電源裝置- 20 -3.3常見的輔助逆變器電路形式- 23 -3.4 1500VDC供電原理- 24 -3.5 閘刀開關- 25 -3.6 輔助系統(tǒng)交流負載- 26 -3.7 輔助逆變器的控制- 27 -3.8 輔助逆變器的操作- 27 -心得體會- 28 -參考文獻- 29 -引言人類的活動中心城市是社會進步的標志。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，城市的規(guī)模

15、不斷擴大。城市圍的大量人員流動，要求配置便捷、可達性強的客運交通工具，以便人們高效率地達到出行的目的。世界上許多大城市的發(fā)展經(jīng)驗告訴我們，只有采用快速軌道交通系統(tǒng)（地下鐵道、輕軌、高架獨軌交通等）作為公共交通的骨干網(wǎng)絡，才有可能有效的完成城市客運任務。在此形勢下，城市軌道交通起到了骨干的作用，其中起到主要作用的是地下鐵道和輕軌交通。而作為承擔這一重要任務之一的地下鐵道，其無論從時間方面還是從速度方面，都能在很大程度上滿足人們的工作出行需求，而這種準時、準確的保證是從保證地鐵正常工作的每個方面來保證的。電氣控制是地鐵中最為重要的部分之一，只有保證了電氣控制的正常工作才能保證列車的運行，所以在列車

16、出現(xiàn)電氣故障的時候能夠迅速準確的完成故障的查找與處理是重中之重。本文介紹了輔助供電系統(tǒng)是城軌車輛上一個必不可少的部分，輔助供電系統(tǒng)的功能是為空調(diào)、通風機、空氣壓縮機、蓄電池充電器與照明等輔助設備供電。傳統(tǒng)的城軌車輛上，輔助電源通常采用旋轉式電動發(fā)電機組的供電方案。電動機從受電裝置獲取直流電源，發(fā)電機輸出三相交流電壓向負載供電；對于DC110V和DC24V的用電設備，仍需通過三相變壓器和整流裝置向其提供電源。這種供電方式機組設備體積大、輸出容量小、效率低，而且電源易受直流發(fā)電機組工況變化的影響，輸出電壓波動大，可靠性較差。近年來，我國引進的城軌車輛上，輔助電源均采用了靜止式輔助逆變電源。靜止式輔

17、助逆變電源直接從城軌車輛受流裝置受電，經(jīng)過DC/DC斬波變換后向三相逆變器提供穩(wěn)定的輸入電壓，通過VVVF變頻調(diào)壓控制，逆變器輸出三相交流電壓。對于多路輸出電源，電路還采用變壓器隔離形式。這種輔助逆變電源的優(yōu)點是輸出電壓的品質(zhì)因數(shù)好、電源使用效率高、工作性能安全可靠。本文第一章從總的方面介紹了電路圖的識圖概述以與控制電路的整體，并介紹了故障發(fā)生的幾個常見部件與現(xiàn)象。第二章介紹了輔助供電系統(tǒng)供電電路的應用。第三章介紹了輔助電路的常見故障的分析與處理。- 28 - / 36第1章 城市軌道交通電氣線路的識圖原則與簡介1.1城市軌道交通電氣線路的基本知識與識圖原則1.1.1電氣線路的基本知識電氣、電

18、子電路圖是人們?yōu)榱搜芯亢凸こ痰男枰?，用約定的符號繪制的一種表示結構的圖形。電路圖是采用相應標準統(tǒng)一規(guī)定的電氣符號按制圖規(guī)則表示電氣設備連接順序的圖形，通過電路圖可以知道實際電路的情況。電路圖由元器件符號、連線、結點、注釋四大部分組成。元器件符號表示實際電路的元器件，一般表示出了元器件的特點，而且引腳的數(shù)目都和實際元器件保持一致。連線表示的是實際電路的導線，結點表示若干個元器件引腳或者若干條導線之間相互的連接關系。所有和結點相連的元器件引腳、導線，不論數(shù)目多少，都是導通的。常見的電路圖有原理圖、方框圖、裝配圖（配線圖）等。（1） 原理圖。是用來體現(xiàn)電路工作原理的一種電路圖，也叫做電原理圖。（2）

19、 方框圖。是一種用方框和連線來表示電路工作原理和構成概況的電路圖。（3） 裝配圖（配線圖）。是為了進行電路裝配而采用的一種圖紙，圖上符號是電路元器件的實物外形圖。1.1.2電氣線路的識圖原則1.劃分基本單元；2.基本單元功能分析；3.系統(tǒng)工作過程與功能分析。電氣控制電路分析的容和要求：1.熟悉機械、電氣設備；2.根據(jù)設備的動作程序，結合設備結構識讀電路圖；3.分析電氣控制系統(tǒng)（1）總體瀏覽； （2）分析控制電路；（3）分析輔助電路；（4）連鎖與保護環(huán)節(jié)；（5）總體檢查。電氣設備常用基本文字符號和輔助文字符號（如表1-1所示）：表1-1 電氣設備常用和輔助基本文字符號文字符號字母表示文字符號字母

20、表示文字符號字母表示具有延時動作的限流保護器件FR具有瞬時動作的限流保護器件FA具有延時和瞬時動作的限流保護器件FS晶體管放大器AD端子板XT過電壓放電器件避雷器F電容器C光指示器HL交流繼電器KA照明燈EL熔斷器FU接觸器KM空氣調(diào)節(jié)器EV限壓保護器件FV電感器L選擇開關XK按鈕開關SB整流器U隔離開關QS電阻器R控制開關SA二極管V晶體管B晶閘管KG插座XS電磁閥YV端子板XT指示燈HL蓄電池GB斷路器QF1.2城市軌道交通控制電路構成與各部分電路作用簡介1.2.1控制電路構成：城軌交通控制電路包括主電路、輔助電路、控制與信息監(jiān)控電路與門控電路。車輛電氣系統(tǒng)包括車輛上的各種電氣設備與其控制

21、電路。按其作用和功能可分為主電路系統(tǒng)，輔助電路系統(tǒng)和電子控制電路系統(tǒng)3個部分。1.2.2各部分電路作用：主電路由牽引電機與與其相關的電氣設備和連接導線組成，其作用是將電網(wǎng)的電能轉變?yōu)檐囕v運行所需的牽引力，當在電氣制動時將車輛的動能轉換為電制動力。它是車輛上的高電壓、大電流、大功率動力回路。輔助電路系統(tǒng)為保證車輛正常運行必須設置的輔助設備(如供某些電器通風、冷卻的通風機、空氣壓縮機、空調(diào)裝置、車輛照明等)所提供的輔助用電系統(tǒng)。電子與控制電路分為有接點的直流電路和無接點的電子電路，控制電路的作用是控制主電路和輔助電路各電器的工作，通過司機操縱主控制器和各按鈕使列車正常運行或由列車自動運行控制系統(tǒng)控

22、制運行。1直流斬波控制方式主回路包括：（1）線路輸入濾波部分。 （2）牽引-制動回路部分。 （3）主要設備：電機、斬波器、受電弓、高速斷路器、主控制器、緊急制動開關等。車輛電氣系統(tǒng)包括車輛上的各種電氣設備與其控制電路，按其功能可分為：1主電路：指的是供車輛牽引動力的電路。主要由受流器、牽引箱、牽引電機、電阻、電抗器與電氣開關等設備組成。2控制與信息監(jiān)控電路：用于對列車實施牽引、制動控制等操作，以與對設備狀況進行監(jiān)控、記錄、預報的電路。3輔助電路：通常由逆變器或發(fā)電機輸出中級電壓供車輛除牽引外電動力設備使用，應急情況由蓄電池維持供電。4門控電路：對車門進行開、關控制的電路。1.3城市軌道交通車輛

23、控制電氣線路的整體介紹1.3.1主電路控制（電路圖如圖1-1所示）SA浪涌吸收器；IES隔離開關；HSCB高速斷路器；LFL濾波電抗器；CCZ充電電阻；CCK充電接觸器；LIK線路接觸器；VMD電壓傳感器；DBZ制動電阻；CMD電流傳感器；SS速度傳感器；M1M4交流電動機；CBR差動電流保護器；FCZ過壓保護電阻；LFC濾波電容器。圖1-1 主電路控制電路1工作原理：牽引時，電網(wǎng)通過受電弓P、主熔斷器F、隔離開關IES、高速斷路器HSCB、線路接觸器LIK與逆變器給牽引電機供電。在再生制動時以相反的路徑使電網(wǎng)吸收電機反饋的能量。LFL是線路濾波電抗器，LFC是線路濾波電容器，兩者構成線路濾波

24、器。接觸器CCK與電阻CCZ構成充電限流環(huán)節(jié)。在受電弓升起、高速斷路器閉合后，為防止過大的充電電流沖擊使濾波電容器受損，首先閉合CCK，待電容電壓達到一定值后，閉合線路接觸器LIK，將限流電阻CCZ短接。T1、D1T6、D6構成VVVF逆變器。在牽引工況將直流電能變換為電壓和頻率可調(diào)的交流電能供給牽引電機。在電制動工況，電機作發(fā)電機運行，逆變器以整流方式將電能反饋給電網(wǎng)(再生制動)或消耗在電阻上(電阻制動)。T7、D8構成斬波器，DBZ為制動電阻。斬波器的主要功能是用于電阻制動，用它來調(diào)節(jié)制動電流的大小。另一個功能是作過電壓保護之用。如果在逆變器的直流回路中有短時的過電壓，則斬波器工作，通過它

25、對電阻DBZ放電，待過電壓消除后斬波器截止。這種過電壓的保護環(huán)節(jié)也叫“軟撬杠”。TZ是晶閘管，F(xiàn)CZ是過電壓保護電阻。當直流環(huán)節(jié)發(fā)生過電壓，經(jīng)斬波器放電后仍不能消除，則晶閘管TZ導通，直流回路通過FCZ放電。因為晶閘管只能觸發(fā)導通，而不能用門極觸發(fā)方式關斷，因此TZ觸發(fā)后必須立即斷開高速斷路器HSCB，否則會造成直流回路持續(xù)放電。這種過電壓保護環(huán)節(jié)叫“硬撬杠”。顯然“硬撬杠”的保護動作整定電壓值比“軟撬杠”的高。(有的主電路中不設此環(huán)節(jié))。Rc是固定并聯(lián)在濾波電容器LFC上的放電電阻。為安全計，要求在主電路斷電后LFC兩端電壓在5min降到50V以下。由此可以確定放電的時間常數(shù)與放電電阻值。I

26、ES是隔離接地開關，在需要主回路接地時將它轉換到接地位置。CBR為差動電流傳感器，用以檢測直流回路流入與流出的電流差，以檢測接地等故障。CMD為電流傳感器，VMD為電壓傳感器，SS為速度傳感器。2控制方式：一臺VVVF逆變器給同一輛車四臺相互并聯(lián)的電動機M1M4供電，這種逆變器與電機的配置方式叫1C4M，它們的控制方式叫“車控”方式。也有一種配置是一臺逆變器給同一轉向架上兩臺相互并聯(lián)的電機供電，這種配置方式叫1C2M，它們的控制方式叫“架控”方式?！败嚳亍被颉凹芸亍比Q于牽引、制動特性要求，以與逆變器與電機容量。我國多數(shù)城軌動車采用“車控”方式，但少數(shù)也采用“架控”方式，如地鐵采用了“車控方式

27、”，而濱?？焖倬€采用了“架控”方式。如果由一臺逆變器給一臺電機供電，叫1C1M，也叫“軸控”。在城軌動車中由于電機功率較小，沒有必要用軸控(在鐵路干線大功率機車中才使用)。3主電路設有下列保護：（1）輸入過流保護：封鎖IGBT的門極脈沖、斷開HSCB與線路接觸器、顯示并報警、規(guī)定次數(shù)復位。（2）輸出過流保護：首先改變IGBT的門極脈沖，若在一定時間間隔仍過流則封鎖IGBT門極脈沖、斷開線路接觸器、顯示并報警、規(guī)定次數(shù)復位。（3）輸入過電壓保護：牽引工況：當網(wǎng)壓高于設定值，首先使斬波器觸發(fā)，若網(wǎng)壓繼續(xù)升高，則封鎖IGBT觸發(fā)脈沖、斷開HSCB和線路接觸器、顯示并報警。網(wǎng)壓下降到規(guī)定值自動復位。若

28、主電路中設有“硬撬杠”過壓保護環(huán)節(jié)，則在用“軟撬杠”放電仍不能使過壓消除情況下，觸發(fā)晶閘管，使強行持續(xù)放電。同時封鎖IGBT脈沖，開斷HSCB與線路接觸器。設置“硬撬杠”對于釋放過電壓的能量更有效、快捷。制動工況：采用再生制動時，當網(wǎng)壓高于某設定值(例如1800V)，則自動轉入電阻制動。若網(wǎng)壓持續(xù)高于某設定值(例如1980V)則封鎖IGBT脈沖，斷開HSCB和線路接觸器轉入空氣制動。（4）輸入欠壓保護：低于設定值(例如1000V)逆變器停機，恢復至某設定值(例如1100V)逆變器自動恢復運行。（5）過熱保護：VVVF逆變器溫度超過第一溫度設定值時，逆變器降功率運行。超過第二溫度設定值時，逆變器

29、停機、報警并顯示。（6）逆變器相電流不平衡保護：當不平衡超過設定值則停機。（7）牽引電機過流保護：保護動作順序與輸出過流保護一樣。1.3.2輔助供電系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)包括輔助逆變器、低壓電源裝置、蓄電池和相關的電氣設備和隔離開關、接觸器、熔斷器、故障轉換裝置(也稱“擴展供電轉換裝置”)等。 1輔助逆變器輔助逆變器又稱靜止逆變器，是將直流輸入電壓變換為三相交流380V電壓，給列車上的輔助設備供電的設備。它的主要負載包括空調(diào)設備(空調(diào)壓縮機、冷凝器風扇、蒸發(fā)器風扇)、空氣壓縮機、設備通風機、客室照明以與擋風玻璃除霜器、方便插座、刮雨器等。(有的車上客室照明、雨刮器全用DC110V供電；有的車上所有設

30、備都用自然風冷，則不需設備通風機。) 2輔助逆變器技術要求(1) 輸入電壓圍 (2) 輸出電壓波動圍：(一般要求±5) (3) 輸出電壓波形畸變：(一般要求畸變因數(shù)<10) (4) 輸出電壓不均衡度：(一般在相間對稱平衡時，要求<1) (5) 輸出頻率：50×(1+1)Hz (6) 效率：(一般要求全負荷時>90) (7) 噪聲：相距一定距離的分貝例如：相距1m時小于70dB(A) (8) 保護：IP等級 (9) 過載能力：在額定輸出電流下連續(xù)工作時，允許施加非周期性過載，對額定容量小于或等于100kVA的裝置，過載能力為 150時為1 min ；對額定容

31、量大于100kVA的裝置，過載能力為130時為30S。 3輔助逆變器對負載啟動的要求(1) 負載順序啟動，以避免啟動沖擊電流疊加。 (2) 當負荷在一定圍變化時，要求其輸出電壓瞬間變化在一定圍，且在限定時間恢復其額定值。(例如當負荷變化為逆變器額定負載的±30時，要求其輸出電壓瞬間變化圍不超過±15，且在300ms恢復其額定值。)(3) 重復啟動和停止一定負載的能力(例如額定負載的60)。(4) 當逆變器已帶有部分負載的情況下，啟動空氣壓縮機或空調(diào)壓縮機等負載，其輸出電壓降在允許圍之(例如20)。 4輔助系統(tǒng)主要功能部分 (1)逆變部分：輔助用電設備大都需要三相50Hz，3

32、80V220V交流電源，因而首先要將波動的直流網(wǎng)壓逆變?yōu)楹銐汉泐l的三相交流電。(2)變壓器隔離部分：為了安全必須將電網(wǎng)上的高壓與低壓用電設備，尤其是常需人工操作的控制電源的設備，在電氣電位上實現(xiàn)隔離。通常采用變壓器進行電氣隔離，同時也可通過設計不同的匝比以滿足電壓值的需要。(3)直流電源(兼作蓄電池充電器)：車輛上各控制電器都由直流電源DCDC供電。車輛上蓄電池為緊急用電所需，所以DC110V控制電源同時也是蓄電池的充電器。 1.3.3控制電路主要是用來控制車輛的主線路，車輛的起動、運行、調(diào)速、停車、反向等一系列的動作，還包括許多監(jiān)控回路，檢測列車各工況下的參數(shù)，根據(jù)所檢測到的故障參數(shù)，與時發(fā)

33、出指令，控制繼電器動作，切斷主回路中相關的觸點，起到相關保護作用。根據(jù)司機發(fā)出的指令，控制線路中有關繼電器得電或失電，使得對應的主回路接觸器動作，最終控制牽引電機的運轉，從而控制列車的牽引、制動等工況。1.3.4門控電路包括車門的開啟與關閉，車門的監(jiān)控回路、列車再開門回路。1.4城軌車輛控制電路系統(tǒng)故障介紹與其處理地鐵車輛的故障是指維修計劃之外的故障和事故，包括在檢修基地進行的故障和在地鐵運營線路上的車輛突發(fā)故障。地鐵車輛故障分為4種情況：1在線運營車輛發(fā)生故障不能正常運行，但經(jīng)過短時間（23min）修復或換件處理可以恢復正常性能維持運行。2在線運營車輛發(fā)生故障，但不影響車輛正常運行，這類故障

34、一般繼續(xù)維持運行，待車輛回庫后再對故障進行處理。3.運營中地鐵車輛發(fā)生嚴重故障，不能維持正常運行，且短時間無法進行有效處理，為了不致耽誤車上旅客太長時間和保證地鐵線路的正常運行，有必要進行清客，使用地鐵車輛或工程車將其牽引出運營線路退出服務，進行維修。4地鐵車輛運營中發(fā)生脫軌、顛覆、火災或車輛走行部分發(fā)生如切軸等嚴重故障，影響車輛運行安全時，車輛維修部門接到報告后，應成立緊急求援隊伍，迅速趕赴車輛故障發(fā)生地點，將旅客和無關人員進行疏散，將故障車進行緊急處理，如發(fā)生火災還應將火源車輛做隔離處理。這些車輛一般也是回檢修基地進行修復處理。第2章 輔助供電系統(tǒng)供電電路的應用2.1背景知識DC/AC逆變

35、技術能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能到交流電能的轉換，可以從蓄電池、太陽能電池等直流電能變換得到質(zhì)量較高的、能滿足負載對電壓和頻率要求的交流電能。DC/AC逆變技術在交流電機的傳動、不間斷電源(UPS)、變頻電源、有源濾波器、電網(wǎng)無功補償器等許多場合得到了廣泛的應用。DC/AC逆變技術的基本原理是通過半導體功率開關器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT和功率MOSFET模塊等)的開通和關斷作用，把直流電能變換成交流電能，因此是一種電能變換裝置。由子是通過半導體功率開關器件的開通和關斷來實現(xiàn)電能轉換的，因此轉換效率比較高。但轉換輸出的波形卻很差，是含有相當多諧波成分的方波。而多數(shù)應用場合要求逆變器輸出的是理

36、想的正弦波，因此如何利用半導體功率開關器件的開通和關斷的轉換，使逆變器輸出正弦波和準正弦波就成了DC/AC逆變器技術發(fā)展中的一個主要問題。2.2 基本原理常用逆變器主電路的基本形式有兩種分類方法：按照相數(shù)分類，可以分為單相和三相；按照直流側波形和交流側波形分類，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器。具體如下：圖2-1逆變器的分類DC/AC逆變器按拓撲結構劃分，分為Buck型DC/AC逆變器，Boost型DC/AC逆變器，Buck-Boost型DC/AC逆變器。2.2.1Buck型DC/AC逆變器Buck型DC/AC逆變器電路基本拓撲如圖所示。圖2-2Buck型DC/AC逆變器電路基本拓撲采用了兩

37、組對稱的Buck電路，負載跨接在兩個Buck變換器的輸出端，并以正弦的方式調(diào)節(jié)Buck變換器的輸出電壓，進行DC/AC的變換。它包括直流供電電源Vm，輸出濾波電感L1和L2，功率開關管S1-S4 。濾波電容C1和C2，續(xù)流二極管D1-D4，以與負載電阻R。通過滑?？刂疲馆敵鲭娙蓦妷篤1和V2隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個Buck變換器各產(chǎn)生一個有一樣直流偏置的正弦波輸出電壓，并且V1和V2在相位上互差180度。由于負載跨接在K和代的兩端，則DC/AC變換器的輸出電壓玲為如下式所示的正弦波，圖2-3所示即為逆變器的基本工作原理。圖2-3逆變器的基本工作原理雖然有一個直流偏置電壓出現(xiàn)在負載的

38、任一端，但負載兩端電壓為正負交變的正弦波電壓，并且其直流電壓為零。由于DC/AC變換器的輸出電流是正負交變的，因此要求電路中的Buck變換器的電流能雙向流通，如圖2-4所示電路由兩組雙向Buck變換器組成。如圖2-5所示，凡與又是一對互補控制的開關管，D1和D2為反并止極管。當開關S1閉合、S2打開時，若電感電流方向為正，則電流流經(jīng)S1，若為負則電感電流經(jīng)D1續(xù)流。當S1打開、S2閉合時，若電感電流方向為正，則電流經(jīng)D2續(xù)流，若為負則電感電流流經(jīng)S2。如圖2-6所示一對互補控制的開關管曲線圖圖2-4兩組雙向Buck變換器圖2-5一對互補控制的開關管圖2-6一對互補控制的開關管曲線圖2.2.2B

39、oost型AC/AC逆變器Boost型DC/AC逆變器電路基本拓撲如圖2-7所示。采用了兩組對稱的Boost電路，負載跨接在兩個Boost變換器的輸出端，并以正弦的方式調(diào)節(jié)Boost變換器的輸出電壓，進行D/AC的變換。它包括直流供電電Vm，輸出濾波電感L1和L2，功率開關管S1-S4，濾波電容C1和C2，續(xù)流二極管D1-D4，以與負載電阻R。通過滑模控制，使輸出電容電壓K和K隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個Boost變換器各產(chǎn)生一個有一樣直流偏置的正弦波輸出電壓，并且V1和V2在相位上互差180度。獲得的輸出電壓為V0 = V1-V2，是一個正弦電壓。圖2-7Boost型DC/AC逆變器電

40、路基本拓撲2.2.3 Buck-Boost型DC/AC逆變器?；驹頌樯鲜鰞煞N結構的中和，這里就不做太多解釋了。2.3現(xiàn)狀和發(fā)展一般認為，DC-AC逆變器的發(fā)展可以分為如下兩個階段。1，1956-1980年為傳統(tǒng)發(fā)展階段。這個階段的特點是：開關器件以低速器件為主，逆變器的開關頻率較低，波形改善以多重疊加為主，體積重量較大，逆變效率低。正弦波逆變器開始出現(xiàn)。1960年以后，人們注意到改善逆變器波形的重要性，并開始進行研究。1963年，F(xiàn).G.Turnbull提出了“消除特定諧波法”，為后來的優(yōu)化PWM法奠定了基礎，以實現(xiàn)特定的優(yōu)化目標，如諧波最小、效率最優(yōu)、轉矩脈動最小等。2、1980年到現(xiàn)在

41、為高頻化新技術階段。這個階段的特點是：開關器件以高速器件為主，逆變器的開關頻率較高，波形改善以PWM法為主，體積重量較小，逆變效率高。正弦波逆變器技術發(fā)展日趨完善。20世紀70年代后期，可關斷晶閘管GTO、電力晶體管GTR與其模塊相繼實用化。80年代以來，電力電子技術與微電子技術相結合，產(chǎn)生了多種高頻化的全控器件，并得到了迅速發(fā)展，如功率場效應晶體管Power MOSFET，絕緣門極晶體管IGT或IGST,靜電感應晶體管SIT,靜電感應晶閘管SITH、場控晶閘管MCT, MOS晶體管MGT、IEGT以與IGCT等。這就使電力電子技術由傳統(tǒng)發(fā)展時代進入到高頻化時代。在這個時代，具有小型化和高性能

42、特點的新逆變技術層出不窮，特別是脈寬調(diào)制波形改善技術得到了飛速的發(fā)展。今后，隨著工業(yè)和科學技術的發(fā)展，對電能質(zhì)量的要求將越來越高，包括市電電網(wǎng)在的原始電能的質(zhì)量可能滿足不了設備的要求，必須經(jīng)過電力電子裝置變換后才能使用，而DC/AC逆變技術在這種變換中將起到重要的作用。2.4輔助逆變器電路選型2.4.1 從逆變器電路原理選型城市軌道交通列車使用的逆變器從電路原理組成有先經(jīng)升/降壓穩(wěn)壓后逆變和另一種是直接逆變兩種。先升/降壓穩(wěn)壓后逆變原理電路框圖如圖2-8所示。CHO為升/降壓器,一般有斬波降壓(如圖2-8)和逆變降壓(如圖2-9)兩種方式,其作用是使逆變器輸入電壓穩(wěn)定,并對逆變器起保護作用。I

43、NV為逆變器,它的輸出經(jīng)電感電容濾波網(wǎng)絡FIL濾波后輸入到隔離變壓器T0變壓器的原邊繞組為連接,次邊繞組為Y連接。輸出三相四線AC380V,50Hz電壓。另有2個變壓器T1、T2由AC380V供電。分別經(jīng)降壓、整流、濾波后輸出DC110V和DC24V。圖2-8先升/降壓穩(wěn)壓后逆變原理電路框圖 逆變器采用PWM調(diào)制,它的開關頻率要兼顧兩方面:過高則因開關損耗較大而影響逆變器的效率,還會由于正、負組換流所需的“死區(qū)”影響占空比,影響逆變器輸出波形的諧波含量;若過低也會使輸出電壓波形諧波含量較大。一般采用SPWM調(diào)制,將開關頻率控制在2.5kHz左右能兼顧這些要求。 目前由于器件水平與控制技術的提高

44、,已很少采用升/降壓環(huán)節(jié)。即使對于DC750V的供電系統(tǒng)來說,其網(wǎng)壓波動圍也為-33.5%+20%,與DC1500V供電系統(tǒng)一致,所以對于DC1500V系統(tǒng)能做到的,對于DC750V系統(tǒng)同樣能做到。 直接逆變是城市軌道車輛輔助逆變電源最簡單的基本電路結構形式,原理如圖2-10所示。開關元器件通?？刹捎么蠊β蔊TO、IGBT或IPM。輔助逆變電源采用直接從受電弓或第三供電軌受流方式,逆變器按V/F等于常數(shù)的控制方式,輸出三相脈寬調(diào)制電壓采用變壓器隔離向負載供電。這種電路的特點是電路結構簡單、元器件使用數(shù)量少、控制方便;但逆變器電源輸出電壓容易受電網(wǎng)輸入電壓的波動影響,功率電子器件(如IGBT)換

45、流時承受的d u/d t較大,特別是在高電壓情況下(DC1500V供電系統(tǒng)再生制動時,網(wǎng)壓可達2000V)。圖2-9地鐵二、四號線輔助逆變原理電路框圖輸入濾波器 INV逆變器 FIL交流濾波器圖2-10直接逆變電路結構框圖2.4.2 從逆變器的電路構造選型城市軌道輔助逆變器的電路構造有兩種形式:雙逆變器型和單逆變器型。雙逆變器型又有串聯(lián)型與并聯(lián)型。單逆變器型有先升/降壓后逆變型和直接逆變型。這些逆變器均采用二電平逆變方式。目前一號線采用的是雙逆變器型(如圖2-11),其他基本上采用單逆變器型。2.4.2.1 對雙逆變器型的評價(1)優(yōu)點:開關頻率低,僅150Hz。因此開關損耗小,逆變器效率高;

46、輸出電壓為12階梯波,電壓的最低次諧波為11次。因此,對輸出濾波器要求低?？梢园演^低電壓的電力電子器件用于較高電源電壓的逆變器。(2)缺點:電路復雜,使用器件多。兩臺逆變器串聯(lián),動態(tài)均壓要求高,故障率高。 每臺逆變器輸出電壓為6階梯波,因而不論是DY、DZ變壓器或是T變壓器,它們的原邊繞組輸入電壓的諧波含量高,變壓器中的諧波損耗大。變壓器結構復雜,對于電路疊加型的DZ變壓器,它的次邊繞組為曲折連接,對于磁路疊加型的變壓器,兩個原邊繞組由不同相位的電壓分別輸入,需作特殊設計。圖2-11一號線輔助逆變器結構框圖2.4.2.2 對單逆變器的評價(1)優(yōu)點:電路簡單,使用器件少,可靠性高。PWM調(diào)制,

47、輸出電壓的諧波含量小,而且可以設計優(yōu)化的PWM調(diào)制,使諧波含量達到要求。逆變器電壓輸出先經(jīng)交流濾波網(wǎng)絡濾波后輸入隔離變壓器。因此,輸入變壓器電壓的諧波含量低,變壓器中諧波損耗小。變壓器結構簡單,無需特殊設計。(2)缺點:開關頻率較高,相對于雙逆變器方案,開關損耗大,逆變器效率較低。功率電子器件(如IGBT)換流時承受的d u/d t(DC1500V供電系統(tǒng)再生制動時,網(wǎng)壓可達2000V)。目前城市軌道交通車輛的輔助逆變器多數(shù)采用單逆變器型。2.4.3 DC/DC變流器型式比較城市軌道列車DC/DC變流器有兩種型式:直接變換與間接變換。直接變換工作可靠性與輔助逆變器無關,采用半橋高頻逆變降壓后整

48、流輸出要求DC一般為DC110V和DC24V;間接變換由輔助逆變器供電經(jīng)降壓、整流的型式。一、二號線車輛采用直接變換;三號線車輛等采用間接變換。2.5 輔助逆變器電路選型城市軌道列車輔助供電有分散供電和集中供電這兩種供電方式。在2M1T(3節(jié)車輛)構成一個單元的地鐵車輛(由兩個單元,即6節(jié)編組構成一列車)中,每節(jié)車輛均配備一臺靜止輔助逆變器,每單元共用一臺DC110V的控制電源,這種供電方式為分散供電。在6節(jié)編組地鐵車輛中,每單元只配一臺靜止輔助逆變器,直流110V控制電源也一臺,這種供電方式為集中供電。輕軌車輛大都采用1M1T(2節(jié)車輛)構成一個單元,由兩個單元(所謂4節(jié)編組)構成一列車,每

49、單元只配一臺靜止輔助逆變器,也為集中供電。在我國早期引進的地鐵車輛輔助供電多采用分散供電方式,如圖2-12和圖2-13所示。圖2-12“S u v”為輔助逆變器,DC/DC變流器由輔助逆變器供電經(jīng)降壓、整流的輸出,“AC1和AC2”為每節(jié)車的兩臺空調(diào),“AC”為每節(jié)車的其他交流設備,“DC”為每節(jié)車的直流設備。圖2-13“SIV”為輔助逆變器,DC/DC變流器采用半橋高頻逆變降壓后整流輸出,“AC1和AC2”為每節(jié)車的空調(diào)、空氣壓縮機和風機交流負載,在每單元車中,A車電器柜的220V交流插座的電源由B車的DC/AC提供,B車電器柜的220V交流插座的電源由A車的DC/AC提供,C車電器柜的22

50、0V交流插座的電源由自身的DC/AC提供,“DC”為每節(jié)車的直流設備。圖2-12地鐵一、二號線車輛輔助供電框圖圖2-13一號線車輛輔助供電框圖我國在地鐵二號線車輛后引進的城市軌道車輛輔助供電多采用集中供電方式,即每個單元由一臺輔助逆變器供電。圖2-14為二號線車輛輔助供電方式,輔助逆變器在C車與主逆變器在一起,DC/DC在A車上采用直接變換方式。圖2-15為四號線車輛輔助供電方式,輔助逆變器在A車上,DC/DC采用間接變換方式與輔助逆變器在一起。圖2-14二號線車輛輔助供電框圖圖2-15四號線車輛輔助供電框圖三號線車輛采用兩動一拖組成一列車,A車為帶司機室的動車,B車為拖車,兩臺輔助逆變器(在

51、一個箱體中)在B車上,DC/DC是位于B車的輔助逆變器的一個組件,兩個低壓電源(每個輔助逆變器中有一個)都用于同時為整個三節(jié)編組列車的直流負載供電,同時對蓄電池充電。圖2-16為三號線車輛輔助供電方式,在正常運行中,兩個三相系統(tǒng)相互獨立工作,一個輔助逆變器的三相交流輸出可以為一節(jié)A車和半節(jié)B車供電。一個輔助逆變器故障時,將通過斷開相應輸出接觸器的方式將故障的輔助逆變器與三相配電回路之間隔離。10s之后,偶合接觸器將閉合,先前被隔離的三相回路將被組合到一個系統(tǒng)中,由另一個有效輔助逆變器供電,每節(jié)車關閉一個空調(diào)單元和關閉故障輔助逆變器供電的空壓機圖2-16三號線車輛輔助供電框圖近年來,、等城市引進

52、的城市軌道車輛上,輔助電源均采用了靜止式輔助逆變電源,這種輔助逆變電源輸出電壓品質(zhì)因數(shù)好、電源使用效率高、工作性能安全可靠。采用靜止輔助逆變電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流發(fā)電機組供電裝置,已是城市軌道交通列車發(fā)展的必然趨勢。第3章 輔助電路的常見故障的分析與處理3.1車載供電系統(tǒng)一380V(3相)架空線路導線截面積選擇計算低壓電動機的供電架空線路導線截面的選擇，一般先根據(jù)基本要求，然后再按常用的計算方法核算確定。1 基本要求2.（1）自配電變壓器二次側出口至線路末端的允許電壓損失為額定電壓的7；(2)線路的最大工作電流，不應大于導線的安全載流量；(3)鋁絞線的最小截面積為16mm2。2常用的計算方法(1)

53、先由下述公式求出工作電流：I e=·cos3UePe(A)(3-121)式中Pe電動機的額定功率，W；U e線路的額定電壓，V；電動機的機械效率。(2)查鋁絞線規(guī)格與安全載流量表，選取某規(guī)格的導線。(3)算出線路的總電壓損失百分數(shù)：U=u ·P·l (3122)式中 u每kW·km的電壓損百分數(shù)，由380V三相架空線鋁絞線單位電壓損失表中查得；l線路的長度，km。按基本要求，U不大于7。(4)校核機械強度，若新選擇的導線截面小于16mm2時，應采用16mm2的鋁絞線。上述的計算方法雖不復雜，但對青年電工和農(nóng)村電工來說(由于他們的技術資料較缺乏)，計算起來

54、仍不很方便?，F(xiàn)介紹一種選擇單臺380V三相電動機供電架空線路導線截面的經(jīng)驗公式。在低壓架空電力線路上，由于距離較短和負荷不大，為了計算方便，經(jīng)常使用簡化方法計算其電壓損失:U=CAPL×100 (3123)式中 A架空導線的截面積，mm2；C常數(shù)，在采用鋁絞線時取50。單臺380V三相電動機的供電架空線路則是典型、常見的距離較短和負荷不大且平衡的電力線路，當電壓損失按6考慮時，由簡化計算公式(3123)則可推導出經(jīng)驗公式：AA1=3Pl(3124)式中 A Al采用鋁絞線的截面積，mm2；P電動機的額定容量，kW；l電動機到配電變壓器處的距離，h m。因為銅導線電阻率(0017)約為

55、鋁導線電阻率(0027)的06倍，由此可得出經(jīng)驗公式：A cu=5Pl(3-125)式中A cu，采用銅絞線的截面積，mm2。為了讀者便于記憶與在現(xiàn)場運用，得出計算口訣：電機供電架空線，經(jīng)驗公式選截面。千瓦百米銅除五，千瓦百米鋁除三。實 際 運 用經(jīng) 驗 公 式 或 計 算 口 訣 選 擇 截 面 時 得 知：低 壓 架 空 銅、鋁 絞 線 截 面 積速選公式、口訣可互用互換算。規(guī)則是在同等條件下，鋁絞線截面大一線號等級，即用“銅除五”算出截面積數(shù)值，選出銅絞線標稱截面，較其大一級的標稱截面，即為選用的鋁絞線截面積。為了滿足機械強度的要求，當用口訣計算出鋁導線的截面積規(guī)格不足16mm2時，可選

56、用16mm2的鋁線。若利用經(jīng)驗公式計算的結果略大于某一種規(guī)格的導線，建議選用偏小的規(guī)格導線。例如：計算得AA1= 53mm2，則可選用LJ一50，因為公式中的系數(shù)3已考慮了U低于7的因素。3.2 輔助電源裝置城軌地鐵車輛的輔助電源系統(tǒng)是機車的重要組成部分，擔負著除機車牽引系統(tǒng)主電路以外各種裝置的供電任務，如牽引/制動控制裝置的控制電源，各冷卻用風機、變壓器冷卻用油泵、變流器冷卻用水泵、制動/受電弓等各種氣動機械裝置提供風源的空氣壓縮機、空調(diào)、 通風機等輔助電動機的三相交流電源，電熱器、冰箱、信息顯示裝置的電源等等。機車輔助電源系統(tǒng)由三相交流輔助電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)組成。每列車采用兩臺輔助逆變器，輔助逆變器將1500V接觸網(wǎng)提供的直流電逆變處理后為車輛提供兩組電源：一組為380V、50Hz的三相交流電，提供給空調(diào)、電暖器、電燈、空壓機等設備。當一臺輔助逆變器發(fā)生故障后，另一臺輔助逆變器通過擴展供電單元向整列車供電，維持車輛的基本工作。3.2.1輔助電源裝置運行原理1)輸入濾波電路，輸入濾波電路可減小1500V接觸網(wǎng)提供的DC電源的整流波紋，降低進入變流器的高諧波電流。2)變流器電路,恒壓恒