【城市軌道交通車輛構(gòu)造-劉柱軍-主編】單元8電力牽引裝置

1、1.1.掌握城市軌道交通車輛電力牽引系統(tǒng)的功能掌握城市軌道交通車輛電力牽引系統(tǒng)的功能 2.2.掌握城市軌道交通車輛電力牽引系統(tǒng)的組成掌握城市軌道交通車輛電力牽引系統(tǒng)的組成 3.3.掌握受流裝置的結(jié)構(gòu)掌握受流裝置的結(jié)構(gòu)4.4.掌握單個(gè)集電靴受流器的隔離方法掌握單個(gè)集電靴受流器的隔離方法 5.5.了解牽引逆變器的工作原理了解牽引逆變器的工作原理6.6.掌握主電路的類型及控制對象掌握主電路的類型及控制對象 7.7.掌握輔助電路的功能掌握輔助電路的功能 8.8.了解控制電路的功能了解控制電路的功能 一、電力牽引系統(tǒng)的功能一、電力牽引系統(tǒng)的功能 城市軌道交通電動(dòng)列車牽引供電來源于國家城市電城市軌道交通電

2、動(dòng)列車牽引供電來源于國家城市電網(wǎng)，經(jīng)過直流牽引變電所的降壓、整流，將高壓交流電網(wǎng)，經(jīng)過直流牽引變電所的降壓、整流，將高壓交流電變成變成DC750V（或（或DC1500V），然后通過饋電線纜將電），然后通過饋電線纜將電能傳遞給接觸網(wǎng)（接觸軌式接觸網(wǎng)或架空式接觸網(wǎng)），能傳遞給接觸網(wǎng)（接觸軌式接觸網(wǎng)或架空式接觸網(wǎng)），列車通過受流裝置（受電靴或受電弓）與接觸網(wǎng)接觸摩列車通過受流裝置（受電靴或受電弓）與接觸網(wǎng)接觸摩擦取電，電動(dòng)列車作為牽引電路中的用電設(shè)備，電能再擦取電，電動(dòng)列車作為牽引電路中的用電設(shè)備，電能再通過鋼軌和回流線回到牽引變電所的負(fù)極，形成一個(gè)完通過鋼軌和回流線回到牽引變電所的負(fù)極，形成一個(gè)完

3、整的牽引回路。電動(dòng)車輛通過受流器從接觸網(wǎng)接受電能整的牽引回路。電動(dòng)車輛通過受流器從接觸網(wǎng)接受電能后，通過車載的變流裝置給安裝在轉(zhuǎn)向架上的牽引電機(jī)后，通過車載的變流裝置給安裝在轉(zhuǎn)向架上的牽引電機(jī)供電，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過齒輪傳動(dòng)箱和輪對，供電，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過齒輪傳動(dòng)箱和輪對，驅(qū)動(dòng)地鐵列車運(yùn)行。城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)原理圖驅(qū)動(dòng)地鐵列車運(yùn)行。城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)原理圖如圖如圖8-1所示。所示。圖圖8-1 城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)原理圖城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)原理圖 列車電力牽引系統(tǒng)主要有兩個(gè)工況：牽引工況和制動(dòng)列車電力牽引系統(tǒng)主要有兩個(gè)工況：牽引工況和制動(dòng)工況。牽引工況下，列車牽

4、引系統(tǒng)為列車提供牽引動(dòng)力，將工況。牽引工況下，列車牽引系統(tǒng)為列車提供牽引動(dòng)力，將地鐵電網(wǎng)上的電能轉(zhuǎn)換為列車在軌道上運(yùn)行的動(dòng)能。制動(dòng)工地鐵電網(wǎng)上的電能轉(zhuǎn)換為列車在軌道上運(yùn)行的動(dòng)能。制動(dòng)工況可以分為再生制動(dòng)工況和電阻制動(dòng)工況。牽引系統(tǒng)再生制況可以分為再生制動(dòng)工況和電阻制動(dòng)工況。牽引系統(tǒng)再生制動(dòng)就是在列車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，把列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能反饋到動(dòng)就是在列車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，把列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能反饋到電網(wǎng)可供其他列車使用或其他車站設(shè)備使用，這極大地降低電網(wǎng)可供其他列車使用或其他車站設(shè)備使用，這極大地降低了列車的實(shí)際能量損耗。若列車制動(dòng)時(shí)牽引系統(tǒng)反饋的電能了列車的實(shí)際能量損耗。若列車制動(dòng)時(shí)牽引系統(tǒng)反饋的電能

5、是電網(wǎng)電壓超過了限值（如第三軌電壓高于是電網(wǎng)電壓超過了限值（如第三軌電壓高于1000V，或架空，或架空接觸線電壓達(dá)到接觸線電壓達(dá)到1800V），此時(shí)列車電制動(dòng)產(chǎn)生的電能將會(huì)），此時(shí)列車電制動(dòng)產(chǎn)生的電能將會(huì)消耗在制動(dòng)電阻上，列車動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能散逸到大氣中，這消耗在制動(dòng)電阻上，列車動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能散逸到大氣中，這種通過制動(dòng)電阻消耗電能來實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)的工況叫電阻制動(dòng)工種通過制動(dòng)電阻消耗電能來實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)的工況叫電阻制動(dòng)工況。當(dāng)電制動(dòng)不足或失效時(shí)，由空氣制動(dòng)補(bǔ)足。電制動(dòng)與空況。當(dāng)電制動(dòng)不足或失效時(shí)，由空氣制動(dòng)補(bǔ)足。電制動(dòng)與空氣制動(dòng)能平滑轉(zhuǎn)換。氣制動(dòng)能平滑轉(zhuǎn)換。二、電力牽引系統(tǒng)的特點(diǎn)二、電力牽引系統(tǒng)的特點(diǎn) 1

6、牽引功率大；牽引功率大； 2傳動(dòng)效率高；傳動(dòng)效率高； 3能源利用率高；能源利用率高； 4污染很少；污染很少； 5容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 三、電力牽引系統(tǒng)的分類三、電力牽引系統(tǒng)的分類 為了能夠獲得最好的牽引和電制動(dòng)性能，城市軌道交通車輛的為了能夠獲得最好的牽引和電制動(dòng)性能，城市軌道交通車輛的牽引系統(tǒng)都是分散地配置在列車上的動(dòng)車上。牽引系統(tǒng)功率配置的牽引系統(tǒng)都是分散地配置在列車上的動(dòng)車上。牽引系統(tǒng)功率配置的前提條件是能夠滿足列車在所運(yùn)營線路上的設(shè)計(jì)速度及為乘客提供前提條件是能夠滿足列車在所運(yùn)營線路上的設(shè)計(jì)速度及為乘客提供舒適的乘車環(huán)境以及個(gè)別動(dòng)車故障時(shí)的運(yùn)行需要。根據(jù)牽引系統(tǒng)的舒

7、適的乘車環(huán)境以及個(gè)別動(dòng)車故障時(shí)的運(yùn)行需要。根據(jù)牽引系統(tǒng)的發(fā)展和特點(diǎn)，牽引系統(tǒng)可以從以下幾個(gè)方面分類。發(fā)展和特點(diǎn)，牽引系統(tǒng)可以從以下幾個(gè)方面分類。 1根據(jù)城軌車輛牽引電機(jī)的種類分類根據(jù)城軌車輛牽引電機(jī)的種類分類 根據(jù)城軌車輛牽引電機(jī)的種類分類，城軌車輛有直流傳動(dòng)方式根據(jù)城軌車輛牽引電機(jī)的種類分類，城軌車輛有直流傳動(dòng)方式和交流傳動(dòng)方式。直流傳動(dòng)方式從控制方式不同又經(jīng)歷了直流調(diào)阻和交流傳動(dòng)方式。直流傳動(dòng)方式從控制方式不同又經(jīng)歷了直流調(diào)阻方式到直流斬波方式的發(fā)展。隨著大功率逆變技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)方式到直流斬波方式的發(fā)展。隨著大功率逆變技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)通過變頻變壓技術(shù)（的發(fā)展，交流電機(jī)

8、通過變頻變壓技術(shù)（VVVF）已成功廣泛地應(yīng)用）已成功廣泛地應(yīng)用到城軌車輛牽引系統(tǒng)中。到城軌車輛牽引系統(tǒng)中。 交流傳動(dòng)系統(tǒng)和直流傳動(dòng)系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：交流傳動(dòng)系統(tǒng)和直流傳動(dòng)系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的大馬力化，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)高性能的輕便化、小型化的電動(dòng)機(jī)車；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的大馬力化，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)高性能的輕便化、小型化的電動(dòng)機(jī)車；主電路無觸點(diǎn)化，電機(jī)無換向器和電刷，提高了運(yùn)行可靠性，減少了維修主電路無觸點(diǎn)化，電機(jī)無換向器和電刷，提高了運(yùn)行可靠性，減少了維修量；量；再生制動(dòng)可從高速持續(xù)到再生制動(dòng)可從高速持續(xù)到8km/h以下，安全平穩(wěn)、節(jié)省電能；以下，安全平穩(wěn)、節(jié)省電能；交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，可延長檢

9、修周期等。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，可延長檢修周期等。 目前城軌車輛以交流傳動(dòng)方式為主，國內(nèi)近年來開通的新線路基本上目前城軌車輛以交流傳動(dòng)方式為主，國內(nèi)近年來開通的新線路基本上均為交流傳動(dòng)方式，一些采用直流傳動(dòng)的老線路也通過車輛改造、淘汰舊均為交流傳動(dòng)方式，一些采用直流傳動(dòng)的老線路也通過車輛改造、淘汰舊車等方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鱾鲃?dòng)列車。本文主要介紹交流傳動(dòng)技術(shù)。車等方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鱾鲃?dòng)列車。本文主要介紹交流傳動(dòng)技術(shù)。 根據(jù)交流傳動(dòng)技術(shù)中牽引電機(jī)形式不同，又可以分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)和根據(jù)交流傳動(dòng)技術(shù)中牽引電機(jī)形式不同，又可以分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)和直線電機(jī)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)中，城軌車輛把從電網(wǎng)獲得的直流電

10、通過牽直線電機(jī)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)中，城軌車輛把從電網(wǎng)獲得的直流電通過牽引逆變器轉(zhuǎn)換為變頻變壓的交流電，通過安裝在軸上的電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為引逆變器轉(zhuǎn)換為變頻變壓的交流電，通過安裝在軸上的電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，電機(jī)再通過聯(lián)軸節(jié)動(dòng)能，電機(jī)再通過聯(lián)軸節(jié)齒輪箱齒輪箱輪對的傳遞途徑把動(dòng)能傳遞到列輪對的傳遞途徑把動(dòng)能傳遞到列車的軸上，最終實(shí)現(xiàn)列車的牽引功能。直線電機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)不需要傳動(dòng)裝車的軸上，最終實(shí)現(xiàn)列車的牽引功能。直線電機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)不需要傳動(dòng)裝置，可以通過安裝在車輛上和安裝在軌道上的電機(jī)部分之間的電磁作用力置，可以通過安裝在車輛上和安裝在軌道上的電機(jī)部分之間的電磁作用力直接實(shí)現(xiàn)牽引和電制動(dòng)。城軌車輛的電

11、力傳動(dòng)與控制方式如圖直接實(shí)現(xiàn)牽引和電制動(dòng)。城軌車輛的電力傳動(dòng)與控制方式如圖8-2所示。所示。圖圖8-2 牽引電機(jī)及控制方式牽引電機(jī)及控制方式 2根據(jù)列車動(dòng)力配置數(shù)量分類根據(jù)列車動(dòng)力配置數(shù)量分類 動(dòng)力配置數(shù)量即在列車編組中的動(dòng)力配置數(shù)量即在列車編組中的“動(dòng)拖比動(dòng)拖比”，此配置，此配置也是受多種元素影響的，如車型、傳動(dòng)方式、線路的客流也是受多種元素影響的，如車型、傳動(dòng)方式、線路的客流量、線路的站間距、線路設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度等等，動(dòng)力數(shù)量量、線路的站間距、線路設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度等等，動(dòng)力數(shù)量的選擇主要根據(jù)線路的實(shí)際客流量，考慮冗余需要。目前，的選擇主要根據(jù)線路的實(shí)際客流量，考慮冗余需要。目前，比較常見的城軌

12、列車為比較常見的城軌列車為A型車和型車和B型車，六節(jié)編組型車，六節(jié)編組A型車一型車一般都是四動(dòng)兩拖的編組方式，六節(jié)編組的般都是四動(dòng)兩拖的編組方式，六節(jié)編組的B型車一般采用型車一般采用三動(dòng)三拖的編組方式，隨著客流量的不斷攀升，有些新線三動(dòng)三拖的編組方式，隨著客流量的不斷攀升，有些新線路采用四動(dòng)兩拖編組的路采用四動(dòng)兩拖編組的B型車。從牽引控制角度，牽引系型車。從牽引控制角度，牽引系統(tǒng)有統(tǒng)有1C4M（一個(gè)逆變器向四個(gè)電機(jī)供電）和（一個(gè)逆變器向四個(gè)電機(jī)供電）和1C2M（一個(gè)（一個(gè)逆變器向兩個(gè)電機(jī)供電）兩種形式。逆變器向兩個(gè)電機(jī)供電）兩種形式。 議一議：總結(jié)你所熟悉的線路的列車，討論列車的車議一議：總結(jié)

13、你所熟悉的線路的列車，討論列車的車型、編組形式和動(dòng)拖比例，根據(jù)線路的實(shí)際客流狀況，思型、編組形式和動(dòng)拖比例，根據(jù)線路的實(shí)際客流狀況，思考列車編組形式、動(dòng)力配置數(shù)量與客流量之間的關(guān)系?？剂熊嚲幗M形式、動(dòng)力配置數(shù)量與客流量之間的關(guān)系。 3根據(jù)控制單元控制類型的不同分類根據(jù)控制單元控制類型的不同分類 牽引系統(tǒng)是通過司機(jī)（或信號(hào)系統(tǒng)）給出的指令，綜合考慮列車牽引系統(tǒng)是通過司機(jī)（或信號(hào)系統(tǒng)）給出的指令，綜合考慮列車的狀態(tài)信息、牽引系統(tǒng)自身反饋的信息等，通過牽引系統(tǒng)控制單元的的狀態(tài)信息、牽引系統(tǒng)自身反饋的信息等，通過牽引系統(tǒng)控制單元的計(jì)算，最終得出功率部件的開關(guān)指令。簡單地講，就是通過各個(gè)環(huán)節(jié)計(jì)算，最終得

14、出功率部件的開關(guān)指令。簡單地講，就是通過各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算最終算出逆變器單元應(yīng)該如何開通功率部件，以便把的計(jì)算最終算出逆變器單元應(yīng)該如何開通功率部件，以便把750V（或（或1500V）直流電壓源逆變?yōu)闈M足要求的三相交流電壓供電機(jī)使用，再）直流電壓源逆變?yōu)闈M足要求的三相交流電壓供電機(jī)使用，再通過牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)列車。這個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過程需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模通過牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)列車。這個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過程需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來完成，數(shù)學(xué)模型建立的越精確，越接近整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際情況，最型來完成，數(shù)學(xué)模型建立的越精確，越接近整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際情況，最終計(jì)算結(jié)果就越準(zhǔn)確，列車的牽引制動(dòng)就越接近理想狀態(tài)，越能提供終計(jì)算結(jié)果就越

15、準(zhǔn)確，列車的牽引制動(dòng)就越接近理想狀態(tài)，越能提供更舒適的乘車環(huán)境和更精確的停車精度。更舒適的乘車環(huán)境和更精確的停車精度。 在人們追求完美牽引控制方式的過程中出現(xiàn)了不同的控制理論，在人們追求完美牽引控制方式的過程中出現(xiàn)了不同的控制理論，主要有直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制。兩種控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了能主要有直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制。兩種控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了能夠獲得最佳的控制性能，設(shè)計(jì)人員趨向于融合兩種控制方式的特點(diǎn)，夠獲得最佳的控制性能，設(shè)計(jì)人員趨向于融合兩種控制方式的特點(diǎn)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。對控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。 查一查：直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制的原理及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。查一查：直接轉(zhuǎn)矩控制和

16、矢量控制的原理及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 總結(jié)來看，城市軌道交通車輛的牽引系統(tǒng)是由兩大部分組成的：牽引總結(jié)來看，城市軌道交通車輛的牽引系統(tǒng)是由兩大部分組成的：牽引高壓系統(tǒng)和牽引控制系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)和牽引控制系統(tǒng)。 根據(jù)牽引系統(tǒng)的不同功能單元，牽引高壓系統(tǒng)包括：主隔離開關(guān)根據(jù)牽引系統(tǒng)的不同功能單元，牽引高壓系統(tǒng)包括：主隔離開關(guān)（MS）、高速斷路器（）、高速斷路器（HB）、）、VVVF牽引逆變器（牽引逆變器（VVVF）、線路電抗器）、線路電抗器（FL）、制動(dòng)電阻器（）、制動(dòng)電阻器（BR1和和BR2）以及牽引電機(jī)（）以及牽引電機(jī)（M），一個(gè)典型的牽），一個(gè)典型的牽引系統(tǒng)設(shè)備框圖如圖引系統(tǒng)設(shè)備框圖如圖8-3所示。

17、所示。 逆變器電路是牽引系統(tǒng)的主要組成部分，是最關(guān)鍵、最復(fù)雜、最核心逆變器電路是牽引系統(tǒng)的主要組成部分，是最關(guān)鍵、最復(fù)雜、最核心的部分，它采用脈寬調(diào)制的變壓變頻技術(shù)（的部分，它采用脈寬調(diào)制的變壓變頻技術(shù)（VVVF），把直流電源轉(zhuǎn)換為），把直流電源轉(zhuǎn)換為變壓變頻的交流電供牽引電動(dòng)機(jī)使用。牽引逆變器除逆變器本身外，還有變壓變頻的交流電供牽引電動(dòng)機(jī)使用。牽引逆變器除逆變器本身外，還有充電回路、濾波回路，濾波單元采用大的電抗器和電容器對輸入牽引系統(tǒng)充電回路、濾波回路，濾波單元采用大的電抗器和電容器對輸入牽引系統(tǒng)的電流進(jìn)行濾波，優(yōu)化逆變器電源的品質(zhì)。一般主要的牽引系統(tǒng)電路通過的電流進(jìn)行濾波，優(yōu)化逆變器電

18、源的品質(zhì)。一般主要的牽引系統(tǒng)電路通過車間母線電路接通，每個(gè)牽引系統(tǒng)電路可以通過母線斷路器（車間母線電路接通，每個(gè)牽引系統(tǒng)電路可以通過母線斷路器（BHB）或母）或母線開關(guān)（線開關(guān)（BS）斷開。）斷開。 牽引控制系統(tǒng)包括：司機(jī)控制器、牽引控制系統(tǒng)包括：司機(jī)控制器、PWM發(fā)生器、各種繼電器等。發(fā)生器、各種繼電器等。 司機(jī)控制器輸出無極牽引司機(jī)控制器輸出無極牽引/制動(dòng)控制指令制動(dòng)控制指令PWM信號(hào)（信號(hào)（10%90%），），控制全列車的控制全列車的VVVF裝置。裝置。VVVF裝置按照混合矢量控制模式進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)裝置按照混合矢量控制模式進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)對牽引電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。矩控制，實(shí)現(xiàn)對牽引電

19、動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。 車間母線電路LSBSVVVFBHBBR2BR1MSMFBFHB第三軌FL接地電路MMMM圖圖8-3 牽引系統(tǒng)設(shè)備框圖牽引系統(tǒng)設(shè)備框圖BS母線電路開關(guān)；BF母線電路熔斷器；BHB母線高速斷路器；MS主開關(guān)；MF主熔斷器；HB高速斷路器；LS線路隔離開關(guān)；FL線路電抗器；VVVFVVVF牽引逆變器；BR1，BR2制動(dòng)電阻；M牽引電動(dòng)機(jī)。一、受流裝置一、受流裝置 受流裝置是列車將外部電源平穩(wěn)地引入車輛電源系統(tǒng)，為列車的牽受流裝置是列車將外部電源平穩(wěn)地引入車輛電源系統(tǒng)，為列車的牽引設(shè)備和輔助設(shè)備提供電能的重要電氣設(shè)備。根據(jù)線路供電方式的不同，引設(shè)備和輔助設(shè)備提供電能的重要電氣設(shè)備。根

20、據(jù)線路供電方式的不同，受流裝置有集電靴從第三軌受流和車頂受電弓從架空接觸網(wǎng)受流兩種方受流裝置有集電靴從第三軌受流和車頂受電弓從架空接觸網(wǎng)受流兩種方式，如圖式，如圖8-4、8-5所示。兩種受流方式并存，且各具優(yōu)缺點(diǎn)。所示。兩種受流方式并存，且各具優(yōu)缺點(diǎn)。 1集電靴受流裝置集電靴受流裝置 由于城市軌道交通線路大多穿越城區(qū)，往往需要設(shè)在地下，且速度由于城市軌道交通線路大多穿越城區(qū)，往往需要設(shè)在地下，且速度要求不高，從安全性、經(jīng)濟(jì)性和對城市景觀影響等方面考慮，更傾向于要求不高，從安全性、經(jīng)濟(jì)性和對城市景觀影響等方面考慮，更傾向于集電靴從第三軌受流方式。集電靴從第三軌受流方式。 （1）集電靴受流裝置安裝

21、位置）集電靴受流裝置安裝位置 集電靴受流器安裝在轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架側(cè)面上，與接觸軌（第三軌）形集電靴受流器安裝在轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架側(cè)面上，與接觸軌（第三軌）形成彈性接觸。受流器的布置原則是保證列車在斷電區(qū)仍能滿足列車的供成彈性接觸。受流器的布置原則是保證列車在斷電區(qū)仍能滿足列車的供電要求。對于三動(dòng)三拖六節(jié)編組的電要求。對于三動(dòng)三拖六節(jié)編組的B型車，每列車共裝有型車，每列車共裝有12個(gè)受流器，個(gè)受流器，有兩種布置方式。一種是將所有受流器安裝在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上，如圖有兩種布置方式。一種是將所有受流器安裝在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上，如圖8-6所所示。示。 另一種布置方式是其中另一種布置方式是其中3個(gè)動(dòng)車共裝有個(gè)動(dòng)車共裝有8個(gè)受

22、流器，拖車個(gè)受流器，拖車T車不安裝車不安裝受流器，帶駕駛室的拖車受流器，帶駕駛室的拖車Tc車共裝有車共裝有4個(gè)受流器。受流器的布置情況如圖個(gè)受流器。受流器的布置情況如圖8-7所示。所示。 圖圖8-4 集電靴受流裝置集電靴受流裝置 圖圖8-5 受電弓受流裝置受電弓受流裝置 圖圖8-6 集電靴受流器布置圖集電靴受流器布置圖圖圖8-7 集電靴受流器布置圖集電靴受流器布置圖 顯而易見，第二種受流器布置方式比第一種布置更加分散，但兩種顯而易見，第二種受流器布置方式比第一種布置更加分散，但兩種方式均能確保列車能順利通過三軌斷電區(qū)。無論哪種布置方式，受流器方式均能確保列車能順利通過三軌斷電區(qū)。無論哪種布置方

23、式，受流器之間均為并聯(lián)連接，當(dāng)任意一個(gè)受流器接地時(shí)，只需隔離該受流器，即之間均為并聯(lián)連接，當(dāng)任意一個(gè)受流器接地時(shí)，只需隔離該受流器，即可解除故障?？山獬收稀?（2）集電靴受流器的結(jié)構(gòu)）集電靴受流器的結(jié)構(gòu) 一個(gè)典型的集電靴受流器的結(jié)構(gòu)如圖一個(gè)典型的集電靴受流器的結(jié)構(gòu)如圖8-8，可分為以下四部分：，可分為以下四部分： 受流器主體：（包括一整套動(dòng)力系統(tǒng)彈簧、軸承、金屬底座、金受流器主體：（包括一整套動(dòng)力系統(tǒng)彈簧、軸承、金屬底座、金屬臂架、緊固件、連接熔斷器與受流器屬臂架、緊固件、連接熔斷器與受流器2根電纜）；根電纜）； 受流臂、滑塊；受流臂、滑塊； 熔斷器；熔斷器； 絕緣框架。絕緣框架。 （3）集

24、電靴受流器的特點(diǎn)）集電靴受流器的特點(diǎn) 受流器機(jī)械部分安裝在一個(gè)絕緣支架上，該支架上設(shè)計(jì)有帶鋸齒狀受流器機(jī)械部分安裝在一個(gè)絕緣支架上，該支架上設(shè)計(jì)有帶鋸齒狀的位移調(diào)節(jié)板，每個(gè)最小調(diào)節(jié)量是的位移調(diào)節(jié)板，每個(gè)最小調(diào)節(jié)量是4mm，總調(diào)節(jié)量為，總調(diào)節(jié)量為40mm。以配合對。以配合對車輪運(yùn)行后磨損鏇修后的補(bǔ)償；車輪運(yùn)行后磨損鏇修后的補(bǔ)償；受流器有一套由受流器有一套由2個(gè)彈簧和個(gè)彈簧和2個(gè)彈性鉸鍵軸承組成的機(jī)構(gòu)，用于保證滑塊個(gè)彈性鉸鍵軸承組成的機(jī)構(gòu)，用于保證滑塊磨損后，其與三軌的壓力不受影響，仍然保持恒定壓力；磨損后，其與三軌的壓力不受影響，仍然保持恒定壓力； 圖圖8-8 集電靴受流器結(jié)構(gòu)圖集電靴受流器結(jié)構(gòu)

25、圖1第三軌；2滑塊；3受流臂；4電纜；5絕緣底座；6位移調(diào)節(jié)板；7熔斷器；8彈簧與軸承；9手動(dòng)回退工具插入位置。 受流臂采用了弱連接結(jié)構(gòu)，當(dāng)滑塊在運(yùn)行軌道上受到意外障礙時(shí)，為了受流臂采用了弱連接結(jié)構(gòu)，當(dāng)滑塊在運(yùn)行軌道上受到意外障礙時(shí)，為了保護(hù)整個(gè)受流器和與之安裝的轉(zhuǎn)向架，首先斷裂的是集電靴靴臂，而不影響保護(hù)整個(gè)受流器和與之安裝的轉(zhuǎn)向架，首先斷裂的是集電靴靴臂，而不影響車輛的正常運(yùn)行；車輛的正常運(yùn)行； 為了防止短路，保護(hù)車體和轉(zhuǎn)向架，受流器上都裝有熔斷器，如果短路為了防止短路，保護(hù)車體和轉(zhuǎn)向架，受流器上都裝有熔斷器，如果短路電流超過熔斷器的分?jǐn)嗄芰?，熔斷器熔絲會(huì)熔斷，從而保護(hù)了其它電氣部件，電流

26、超過熔斷器的分?jǐn)嗄芰?，熔斷器熔絲會(huì)熔斷，從而保護(hù)了其它電氣部件，例如，避免由于車輛牽引系統(tǒng)短路造成的損壞。因此，必須經(jīng)過慎重選擇，例如，避免由于車輛牽引系統(tǒng)短路造成的損壞。因此，必須經(jīng)過慎重選擇，避免電氣設(shè)備受到安全方面的損壞；避免電氣設(shè)備受到安全方面的損壞； 受流器具有回位和鎖定功能，鎖定功能是為了保證有缺陷的受流器與三受流器具有回位和鎖定功能，鎖定功能是為了保證有缺陷的受流器與三軌脫離（脫靴）。列車在運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)發(fā)生各動(dòng)力單元主電路對地絕緣故軌脫離（脫靴）。列車在運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)發(fā)生各動(dòng)力單元主電路對地絕緣故障或受流器故障，此時(shí)需將故障單元的各受流器進(jìn)行有效隔離障或受流器故障，此時(shí)需將故障

27、單元的各受流器進(jìn)行有效隔離(脫靴脫靴)，使其不，使其不影響在線其它列車正常運(yùn)營，以便列車應(yīng)用其它動(dòng)力單元運(yùn)行至檢修庫。影響在線其它列車正常運(yùn)營，以便列車應(yīng)用其它動(dòng)力單元運(yùn)行至檢修庫。 集電靴受流器配備了手動(dòng)回收操作裝置，可以進(jìn)行集中回收操作。同時(shí)集電靴受流器配備了手動(dòng)回收操作裝置，可以進(jìn)行集中回收操作。同時(shí)也配備了絕緣操作手柄，需要時(shí)，用戶也可以手動(dòng)操作。手動(dòng)隔離單個(gè)集電也配備了絕緣操作手柄，需要時(shí)，用戶也可以手動(dòng)操作。手動(dòng)隔離單個(gè)集電靴的操作如圖靴的操作如圖8-9所示，將絕緣操作手柄（快速分離鉤）的鉤頭插入受流器手所示，將絕緣操作手柄（快速分離鉤）的鉤頭插入受流器手動(dòng)回退工具插入位置，向上提

28、起，完成集電靴滑塊與第三軌的分離；也可通動(dòng)回退工具插入位置，向上提起，完成集電靴滑塊與第三軌的分離；也可通過絕緣操作手柄完成已隔離集電靴的降靴操作。過絕緣操作手柄完成已隔離集電靴的降靴操作。 （4）集電靴受流器的技術(shù)參數(shù)）集電靴受流器的技術(shù)參數(shù) 集電靴受流器的技術(shù)參數(shù)見表集電靴受流器的技術(shù)參數(shù)見表8-1。 圖圖8-9 手動(dòng)隔離單個(gè)集電靴手動(dòng)隔離單個(gè)集電靴 表表8-1 集電靴受流器的主要技術(shù)參數(shù)集電靴受流器的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目參 數(shù)額定電壓DC750V電壓范圍DC500VDC900V額定電流1200A（800A）標(biāo)準(zhǔn)靜接觸壓力120N靜壓力調(diào)節(jié)范圍120N20%受流部件在受流器上的調(diào)節(jié)范圍-30

29、+55mm（如圖8-9所示）受流器頂面工作狀態(tài)高度160mm（如圖8-10所示）受流器質(zhì)量約39kg集電靴材料碳銅合金（或鋁青銅合金）環(huán)境溫度-40+40環(huán)境濕度 90%其他環(huán)境約束相對正常位置傾斜不大于10度無導(dǎo)電塵埃及不可能引起爆炸的地方 圖圖8-10 集電靴受流裝置側(cè)視圖集電靴受流裝置側(cè)視圖 2受電弓受流裝置受電弓受流裝置 受電弓是一種通過空氣回路控制升、降動(dòng)作的鉸接式機(jī)械構(gòu)件，從受電弓是一種通過空氣回路控制升、降動(dòng)作的鉸接式機(jī)械構(gòu)件，從接觸網(wǎng)上集取電流，并將其傳送到車輛電氣系統(tǒng)的電器設(shè)備。由于接觸接觸網(wǎng)上集取電流，并將其傳送到車輛電氣系統(tǒng)的電器設(shè)備。由于接觸網(wǎng)方式可以實(shí)現(xiàn)長距離供電，受

30、線路變化影響較小，并且能適應(yīng)列車高網(wǎng)方式可以實(shí)現(xiàn)長距離供電，受線路變化影響較小，并且能適應(yīng)列車高速行駛的需要，因此，較多的地鐵線路應(yīng)用受電弓裝置。速行駛的需要，因此，較多的地鐵線路應(yīng)用受電弓裝置。 （1）受電弓的安裝位置）受電弓的安裝位置 受電弓通過支持絕緣子安裝于車輛頂部，通過弓頭上的滑板與接觸受電弓通過支持絕緣子安裝于車輛頂部，通過弓頭上的滑板與接觸線接觸。受電弓弓頭及滑板應(yīng)安裝在車體中心線上盡可能靠近驅(qū)動(dòng)輪的線接觸。受電弓弓頭及滑板應(yīng)安裝在車體中心線上盡可能靠近驅(qū)動(dòng)輪的位置。在位置。在“工作工作”位置上，受電弓在車頂?shù)牟糠侄继幱趲щ姞顟B(tài)，僅在位置上，受電弓在車頂?shù)牟糠侄继幱趲щ姞顟B(tài)，僅在

31、對車頂?shù)臋C(jī)械接口和氣路接口處是電氣絕緣的。對車頂?shù)臋C(jī)械接口和氣路接口處是電氣絕緣的。 受電弓一般安裝在受電弓一般安裝在A車上，也有安裝在車上，也有安裝在B車上的。受電弓的安裝位置車上的。受電弓的安裝位置一般都是根據(jù)列車整車的設(shè)計(jì)來確定的。一般都是根據(jù)列車整車的設(shè)計(jì)來確定的。 （2）受電弓典型結(jié)構(gòu)和主要部件）受電弓典型結(jié)構(gòu)和主要部件 受電弓是由碳滑板、上臂組成、下臂組成、底架、升弓彈簧、傳動(dòng)受電弓是由碳滑板、上臂組成、下臂組成、底架、升弓彈簧、傳動(dòng)氣缸、支持絕緣子等部件組成。目前，城市軌道交通系統(tǒng)多采用單臂式氣缸、支持絕緣子等部件組成。目前，城市軌道交通系統(tǒng)多采用單臂式受電弓，具有占用車頂空間小

32、，重量輕，弓頭歸算質(zhì)量小的特點(diǎn)。典型受電弓，具有占用車頂空間小，重量輕，弓頭歸算質(zhì)量小的特點(diǎn)。典型的單臂式受電弓結(jié)構(gòu)如圖的單臂式受電弓結(jié)構(gòu)如圖8-11所示。以下對幾個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行說明。所示。以下對幾個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行說明。 2受電弓受流裝置受電弓受流裝置 受電弓是一種通過空氣回路控制升、降動(dòng)作的鉸接式機(jī)械構(gòu)件，從受電弓是一種通過空氣回路控制升、降動(dòng)作的鉸接式機(jī)械構(gòu)件，從接觸網(wǎng)上集取電流，并將其傳送到車輛電氣系統(tǒng)的電器設(shè)備。由于接觸接觸網(wǎng)上集取電流，并將其傳送到車輛電氣系統(tǒng)的電器設(shè)備。由于接觸網(wǎng)方式可以實(shí)現(xiàn)長距離供電，受線路變化影響較小，并且能適應(yīng)列車高網(wǎng)方式可以實(shí)現(xiàn)長距離供電，受線路變化影響較小，

33、并且能適應(yīng)列車高速行駛的需要，因此，較多的地鐵線路應(yīng)用受電弓裝置。速行駛的需要，因此，較多的地鐵線路應(yīng)用受電弓裝置。 （1）受電弓的安裝位置）受電弓的安裝位置 受電弓通過支持絕緣子安裝于車輛頂部，通過弓頭上的滑板與接觸受電弓通過支持絕緣子安裝于車輛頂部，通過弓頭上的滑板與接觸線接觸。受電弓弓頭及滑板應(yīng)安裝在車體中心線上盡可能靠近驅(qū)動(dòng)輪的線接觸。受電弓弓頭及滑板應(yīng)安裝在車體中心線上盡可能靠近驅(qū)動(dòng)輪的位置。在位置。在“工作工作”位置上，受電弓在車頂?shù)牟糠侄继幱趲щ姞顟B(tài)，僅在位置上，受電弓在車頂?shù)牟糠侄继幱趲щ姞顟B(tài)，僅在對車頂?shù)臋C(jī)械接口和氣路接口處是電氣絕緣的。對車頂?shù)臋C(jī)械接口和氣路接口處是電氣絕緣

34、的。 受電弓一般安裝在受電弓一般安裝在A車上，也有安裝在車上，也有安裝在B車上的。受電弓的安裝位車上的。受電弓的安裝位置一般都是根據(jù)列車整車的設(shè)計(jì)來確定的。置一般都是根據(jù)列車整車的設(shè)計(jì)來確定的。 （2）受電弓典型結(jié)構(gòu)和主要部件）受電弓典型結(jié)構(gòu)和主要部件 受電弓是由碳滑板、上臂組成、下臂組成、底架、升弓彈簧、傳動(dòng)受電弓是由碳滑板、上臂組成、下臂組成、底架、升弓彈簧、傳動(dòng)氣缸、支持絕緣子等部件組成。目前，城市軌道交通系統(tǒng)多采用單臂式氣缸、支持絕緣子等部件組成。目前，城市軌道交通系統(tǒng)多采用單臂式受電弓，具有占用車頂空間小，重量輕，弓頭歸算質(zhì)量小的特點(diǎn)。典型受電弓，具有占用車頂空間小，重量輕，弓頭歸算

35、質(zhì)量小的特點(diǎn)。典型的單臂式受電弓結(jié)構(gòu)如圖的單臂式受電弓結(jié)構(gòu)如圖8-11所示。所示。 44 4 7 9 1 5 2 11 6 10 3 8 圖圖8-11 受電弓結(jié)構(gòu)受電弓結(jié)構(gòu)1底架組成；2阻尼器；3升弓裝置；4下臂組裝；5弓裝配；6下導(dǎo)桿；7上臂組成；8上導(dǎo)桿；9弓頭；10碳滑板；11支持絕緣子 （3）受電弓受流器的特點(diǎn)）受電弓受流器的特點(diǎn) 受電弓在剛性接觸網(wǎng)和柔性接觸網(wǎng)的線路上均能適用。受電弓在剛性接觸網(wǎng)和柔性接觸網(wǎng)的線路上均能適用。 在車輛運(yùn)行速度范圍內(nèi)，受電弓有良好的動(dòng)力學(xué)性能，能夠保證在各在車輛運(yùn)行速度范圍內(nèi)，受電弓有良好的動(dòng)力學(xué)性能，能夠保證在各種軌道和速度條件下與接觸網(wǎng)具有良好的接觸

36、狀態(tài)和接觸穩(wěn)定性。種軌道和速度條件下與接觸網(wǎng)具有良好的接觸狀態(tài)和接觸穩(wěn)定性。 受電弓的框架保證了弓頭相對于底架在垂直方向運(yùn)動(dòng)。由于弓頭運(yùn)動(dòng)受電弓的框架保證了弓頭相對于底架在垂直方向運(yùn)動(dòng)。由于弓頭運(yùn)動(dòng)方向垂直于車輛運(yùn)行方向，因此車輛的運(yùn)行方向?qū)κ茈姽c接觸網(wǎng)之間的方向垂直于車輛運(yùn)行方向，因此車輛的運(yùn)行方向?qū)κ茈姽c接觸網(wǎng)之間的接觸壓力不產(chǎn)生影響，受電弓可以滿足車輛的雙向運(yùn)行要求。且受電弓設(shè)接觸壓力不產(chǎn)生影響，受電弓可以滿足車輛的雙向運(yùn)行要求。且受電弓設(shè)置由機(jī)械止擋，可以限制受電弓在無接觸網(wǎng)區(qū)段上的垂直運(yùn)動(dòng)。置由機(jī)械止擋，可以限制受電弓在無接觸網(wǎng)區(qū)段上的垂直運(yùn)動(dòng)。 受電弓采用氣動(dòng)工作方式。對受電弓

37、持續(xù)供以壓縮空氣，壓縮空氣作受電弓采用氣動(dòng)工作方式。對受電弓持續(xù)供以壓縮空氣，壓縮空氣作用于受電弓的兩個(gè)升弓氣囊，則受電弓升起，并最終使弓頭與接觸導(dǎo)線保用于受電弓的兩個(gè)升弓氣囊，則受電弓升起，并最終使弓頭與接觸導(dǎo)線保持在規(guī)定的接觸壓力。作用于氣囊的控制壓力要求具有很高的精度持在規(guī)定的接觸壓力。作用于氣囊的控制壓力要求具有很高的精度（0.01bar），它通過安裝于受電弓底架上的氣閥箱內(nèi)的調(diào)壓閥、節(jié)流閥等），它通過安裝于受電弓底架上的氣閥箱內(nèi)的調(diào)壓閥、節(jié)流閥等控制元件來調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)?？刂圃碚{(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)。 受電弓在氣路上的特別設(shè)計(jì)保證了它降弓時(shí)有明顯的迅速下降和平穩(wěn)受電弓在氣路上的特別設(shè)計(jì)保證了它降

38、弓時(shí)有明顯的迅速下降和平穩(wěn)下降兩個(gè)階段。下降兩個(gè)階段。 關(guān)閉對受電弓的壓縮空氣供應(yīng)，則受電弓靠自重降下。關(guān)閉對受電弓的壓縮空氣供應(yīng)，則受電弓靠自重降下。 受電弓氣路系統(tǒng)有任何故障時(shí)，受電弓自動(dòng)的降下。受電弓氣路系統(tǒng)有任何故障時(shí)，受電弓自動(dòng)的降下。 正常工作時(shí)，受電弓持續(xù)保持升弓狀態(tài)，只有當(dāng)司機(jī)正常工作時(shí)，受電弓持續(xù)保持升弓狀態(tài)，只有當(dāng)司機(jī)在司機(jī)室按下降弓按鈕時(shí)受電弓降下。受電弓還設(shè)有在司機(jī)室按下降弓按鈕時(shí)受電弓降下。受電弓還設(shè)有ADD 自動(dòng)降弓系統(tǒng)，當(dāng)受電弓滑板破裂等引起受電弓氣路泄露自動(dòng)降弓系統(tǒng)，當(dāng)受電弓滑板破裂等引起受電弓氣路泄露時(shí)，時(shí)，ADD自動(dòng)降弓系統(tǒng)作用，受電弓迅速有效的降下，避自動(dòng)

39、降弓系統(tǒng)作用，受電弓迅速有效的降下，避免受電弓與接觸網(wǎng)之間的進(jìn)一步破壞。免受電弓與接觸網(wǎng)之間的進(jìn)一步破壞。 （4）受電弓的主要技術(shù)參數(shù)）受電弓的主要技術(shù)參數(shù) 受電弓的技術(shù)參數(shù)見表受電弓的技術(shù)參數(shù)見表8-2。 表表8-2 受電弓的主要技術(shù)參數(shù)受電弓的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目參 數(shù)額定工作電壓DC1500V（DC1000V DC1800V）最大短時(shí)電流（70s 占空因素中為5s）3500A最大起動(dòng)電流（30s）1600A最大停車時(shí)電流（DC 1000V 和單弓受電）540A折疊高度（包括絕緣子）310mm最低工作高度（從折疊位置滑板面起）150mm最高工作高度（從折疊位置滑板面起）1950mm最大升弓高

40、度（從折疊位置滑板面起）2550mm最大寬度（弓頭處）15505mm最大長度（落弓位置）2580mm平均靜態(tài)力100N（70N140N）運(yùn)行速度90km/h重量（包括支持絕緣子）140kg額定工作氣壓550kPa（500kPa900kPa）升弓時(shí)間8s降弓時(shí)間8s滑板數(shù)量2 塊二、牽引電動(dòng)機(jī)二、牽引電動(dòng)機(jī) 凡用于鐵路機(jī)車車輛或地鐵車輛帶動(dòng)列車運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)通常稱為牽引電動(dòng)凡用于鐵路機(jī)車車輛或地鐵車輛帶動(dòng)列車運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)通常稱為牽引電動(dòng)機(jī)。是城市軌道交通車輛得以實(shí)現(xiàn)牽引及電制動(dòng)的動(dòng)力機(jī)械裝置。它將電能變機(jī)。是城市軌道交通車輛得以實(shí)現(xiàn)牽引及電制動(dòng)的動(dòng)力機(jī)械裝置。它將電能變?yōu)闄C(jī)械能，產(chǎn)生牽引力驅(qū)動(dòng)列車

41、，又可將機(jī)械能轉(zhuǎn)變電能，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)力。種為機(jī)械能，產(chǎn)生牽引力驅(qū)動(dòng)列車，又可將機(jī)械能轉(zhuǎn)變電能，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)力。種類主要有直流牽引電機(jī)、交流牽引電機(jī)、直線牽引電機(jī)。旋轉(zhuǎn)牽引電動(dòng)機(jī)用于類主要有直流牽引電機(jī)、交流牽引電機(jī)、直線牽引電機(jī)。旋轉(zhuǎn)牽引電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)每個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的動(dòng)車輪對，而直線電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)安裝電機(jī)的轉(zhuǎn)向架。使驅(qū)動(dòng)每個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的動(dòng)車輪對，而直線電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)安裝電機(jī)的轉(zhuǎn)向架。使用旋轉(zhuǎn)牽引電動(dòng)機(jī)的列車上，牽引電機(jī)為三相鼠籠式感應(yīng)電機(jī)；直線電機(jī)牽引用旋轉(zhuǎn)牽引電動(dòng)機(jī)的列車上，牽引電機(jī)為三相鼠籠式感應(yīng)電機(jī)；直線電機(jī)牽引系統(tǒng)的電機(jī)一般是長轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。目前，最廣泛應(yīng)用的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，吊掛在動(dòng)車系統(tǒng)的電機(jī)一般是

42、長轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。目前，最廣泛應(yīng)用的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，吊掛在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上，每個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架安裝兩個(gè)牽引電機(jī)，牽引電機(jī)的安裝位置如轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上，每個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架安裝兩個(gè)牽引電機(jī)，牽引電機(jī)的安裝位置如圖圖8-12所示。所示。 （一）三相鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)（一）三相鼠籠式交流電動(dòng)機(jī) 1三相鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相鼠籠式交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖三相鼠籠式交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖8-13所示，主要由所示，主要由3部分組成：固定部分部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。 （1）定子的組成）定子的組成 定

43、子由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個(gè)部分組成。定子由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個(gè)部分組成。 定子鐵芯內(nèi)原有許多形狀相同的槽，用于嵌放定子繞組，機(jī)座用于固定和定子鐵芯內(nèi)原有許多形狀相同的槽，用于嵌放定子繞組，機(jī)座用于固定和支撐定子鐵芯，要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。支撐定子鐵芯，要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。 5.1 牽牽引引傳傳動(dòng)動(dòng)裝裝置置 車軸 車輪 牽引電機(jī) 齒輪傳動(dòng)箱 圖圖8-12 牽引電機(jī)安裝位置牽引電機(jī)安裝位置圖圖8-13 三相鼠籠式交流電機(jī)結(jié)構(gòu)分解圖三相鼠籠式交流電機(jī)結(jié)構(gòu)分解圖 （2）轉(zhuǎn)子的組成）轉(zhuǎn)子的組成 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成

44、。 轉(zhuǎn)子鐵芯是電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分，用轉(zhuǎn)子鐵芯是電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分，用0.350.5mm厚的硅厚的硅鋼片疊壓而成，表面開有槽，用與放置或澆注轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯安鋼片疊壓而成，表面開有槽，用與放置或澆注轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯安裝在轉(zhuǎn)軸上。裝在轉(zhuǎn)軸上。 （3）氣隙）氣隙 異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是由定子電源供給的。氣隙較大時(shí)，磁路異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是由定子電源供給的。氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻較大。若要使氣隙中的磁通達(dá)到一定的要求，則相應(yīng)的勵(lì)磁電的磁阻較大。若要使氣隙中的磁通達(dá)到一定的要求，則相應(yīng)的勵(lì)磁電流也就大了，從而影響電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。為了提高功率因數(shù)，盡量流也就大了，從而影響電動(dòng)機(jī)的功率因

45、數(shù)。為了提高功率因數(shù)，盡量讓氣隙小些。但也不應(yīng)太小，否則，定轉(zhuǎn)子有可能發(fā)生摩擦與碰撞。讓氣隙小些。但也不應(yīng)太小，否則，定轉(zhuǎn)子有可能發(fā)生摩擦與碰撞。如果從減少附加損耗以及減少高次諧波磁動(dòng)勢產(chǎn)生的磁通的角度來看，如果從減少附加損耗以及減少高次諧波磁動(dòng)勢產(chǎn)生的磁通的角度來看，氣隙大點(diǎn)又有好處。氣隙大點(diǎn)又有好處。 2牽引電機(jī)的技術(shù)參數(shù)牽引電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 三相交流電機(jī)剛性安裝在底架動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的中央，每個(gè)車軸一個(gè)三相交流電機(jī)剛性安裝在底架動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的中央，每個(gè)車軸一個(gè)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)和齒輪箱柔性相連。采取自通風(fēng)，整體密封設(shè)計(jì)。半磨電機(jī)。電動(dòng)機(jī)和齒輪箱柔性相連。采取自通風(fēng)，整體密封設(shè)計(jì)。半磨耗齒輪在耗齒輪在80

46、kph時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速3660rpm，速度傳感器安裝在電機(jī)上。，速度傳感器安裝在電機(jī)上。YQ-180-4型三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)如表型三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)如表8-3所示。所示。表表8-3 牽引電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)牽引電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目參 數(shù)定額1h輸出功率180kW額定電壓550V額定電流240A頻率77Hz轉(zhuǎn)速2255r/min 3牽引電機(jī)的工作原理牽引電機(jī)的工作原理 受流器從接觸網(wǎng)上獲得直流電流，經(jīng)過列車牽引逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電，受流器從接觸網(wǎng)上獲得直流電流，經(jīng)過列車牽引逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電，輸送給交流牽引電動(dòng)機(jī)（三相異步電動(dòng)機(jī)）定子上空間位置相差輸送給交流牽

47、引電動(dòng)機(jī)（三相異步電動(dòng)機(jī)）定子上空間位置相差120的三相的三相繞組，使定子三相繞組中有對稱的三相電流流過，從而在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁繞組，使定子三相繞組中有對稱的三相電流流過，從而在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子繞組在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)出電動(dòng)勢，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢在自我閉場。轉(zhuǎn)子繞組在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)出電動(dòng)勢，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢在自我閉合回路的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，合回路的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，形成使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器和齒輪箱把轉(zhuǎn)矩傳送給車輛轉(zhuǎn)形成使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器和齒輪箱把轉(zhuǎn)矩傳送給車輛轉(zhuǎn)向架的

48、車軸，帶動(dòng)車輪滾動(dòng)，驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。向架的車軸，帶動(dòng)車輪滾動(dòng)，驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。（二）直線感應(yīng)電機(jī)（二）直線感應(yīng)電機(jī) 近代新發(fā)展的直線電機(jī)系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式為直線運(yùn)動(dòng)近代新發(fā)展的直線電機(jī)系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式為直線運(yùn)動(dòng)方式，突破了軌道車輛長期以來依靠輪軌粘著作用傳遞牽引力的傳統(tǒng)技術(shù)，方式，突破了軌道車輛長期以來依靠輪軌粘著作用傳遞牽引力的傳統(tǒng)技術(shù)，代表著未來車輛傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向。代表著未來車輛傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向。 直線感應(yīng)電機(jī)直線感應(yīng)電機(jī)LIM（Linear Induction Motor）技術(shù)作為一種較為成熟的）技術(shù)作為一種較為成熟的技術(shù)，目前在加拿大溫哥華空中列車技

49、術(shù)，目前在加拿大溫哥華空中列車Sky Train系統(tǒng)、馬來西亞吉隆坡格蘭納系統(tǒng)、馬來西亞吉隆坡格蘭納再也線、美國紐約肯尼迪國際機(jī)場線、日本大阪再也線、美國紐約肯尼迪國際機(jī)場線、日本大阪7號(hào)線、東京地鐵號(hào)線、東京地鐵12號(hào)線（大號(hào)線（大江戶線）、斯卡伯勒快速運(yùn)輸系統(tǒng)、底特律市區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。江戶線）、斯卡伯勒快速運(yùn)輸系統(tǒng)、底特律市區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。在我國廣州地鐵在我國廣州地鐵4號(hào)線、首都機(jī)場線也應(yīng)用了直線電機(jī)系統(tǒng)。號(hào)線、首都機(jī)場線也應(yīng)用了直線電機(jī)系統(tǒng)。 1直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)原理直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)原理 直線電機(jī)如同將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿半徑方向切開展平而成，定子為初級線圈，轉(zhuǎn)直線電機(jī)如同將

50、旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿半徑方向切開展平而成，定子為初級線圈，轉(zhuǎn)子為次級線圈。直線牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于城市軌道交通車輛時(shí)，初級可以設(shè)置子為次級線圈。直線牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于城市軌道交通車輛時(shí)，初級可以設(shè)置在車上，也可以設(shè)置在地面，分別稱為車載初級式和地面初級式。一般將電在車上，也可以設(shè)置在地面，分別稱為車載初級式和地面初級式。一般將電機(jī)的定子部分（初級）安裝在車輛的轉(zhuǎn)向架上，將轉(zhuǎn)子（次級）沿線路鋪設(shè)機(jī)的定子部分（初級）安裝在車輛的轉(zhuǎn)向架上，將轉(zhuǎn)子（次級）沿線路鋪設(shè)在軌道中間，如圖在軌道中間，如圖8-14所示。所示。 當(dāng)電流通過定子電磁鐵線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向前方向的磁場，通過與軌道反應(yīng)當(dāng)電流通過定子電磁鐵線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向

51、前方向的磁場，通過與軌道反應(yīng)板的相互作用產(chǎn)生牽引力。列車靠車輪支撐在軌道上，由于反應(yīng)板固定在軌板的相互作用產(chǎn)生牽引力。列車靠車輪支撐在軌道上，由于反應(yīng)板固定在軌道上，反作用力推動(dòng)定子，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向架和列車向前運(yùn)行。軌道感應(yīng)板要安置道上，反作用力推動(dòng)定子，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向架和列車向前運(yùn)行。軌道感應(yīng)板要安置在軌道道床上，其與鋼軌、道床以及三軌的尺寸鏈關(guān)系至為重要。在軌道道床上，其與鋼軌、道床以及三軌的尺寸鏈關(guān)系至為重要。2直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn) 與其它城市軌道交通方式對比，直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：與其它城市軌道交通方式對比，直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的動(dòng)力性能優(yōu)良的

52、動(dòng)力性能 列車采用直線電機(jī)牽引和制動(dòng)。車輪僅起承載作用，牽引力不受輪軌之間列車采用直線電機(jī)牽引和制動(dòng)。車輪僅起承載作用，牽引力不受輪軌之間粘著條件的限制，因此列車具有優(yōu)良的動(dòng)力性能和較強(qiáng)的爬坡能力（理論線粘著條件的限制，因此列車具有優(yōu)良的動(dòng)力性能和較強(qiáng)的爬坡能力（理論線路限制坡度可達(dá)路限制坡度可達(dá)100）。有利于線路的縱斷面設(shè)計(jì)。）。有利于線路的縱斷面設(shè)計(jì)。圖圖8-14 直線電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖直線電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖通過小曲線半徑的能力強(qiáng)通過小曲線半徑的能力強(qiáng) 直線電機(jī)列車采用徑向轉(zhuǎn)向架。列車具有較強(qiáng)的通過小曲線半徑能力（列車直線電機(jī)列車采用徑向轉(zhuǎn)向架。列車具有較強(qiáng)的通過小曲線半徑能力（列車在正線可通過

53、的最小曲線半徑為在正線可通過的最小曲線半徑為80m）。因此在平面選線時(shí)有利于避開建筑物或）。因此在平面選線時(shí)有利于避開建筑物或建筑基礎(chǔ)，減少征地拆遷費(fèi)用。建筑基礎(chǔ)，減少征地拆遷費(fèi)用。隧道斷面面積小隧道斷面面積小 隧道建設(shè)投資約占地鐵總投資的一半左右，由于直線電機(jī)車輛車輪只起支撐隧道建設(shè)投資約占地鐵總投資的一半左右，由于直線電機(jī)車輛車輪只起支撐和導(dǎo)向作用，因此輪徑較小，車輛總體高度降低。整個(gè)系統(tǒng)小型化，可以減小地和導(dǎo)向作用，因此輪徑較小，車輛總體高度降低。整個(gè)系統(tǒng)小型化，可以減小地下隧道開挖斷面面積，從而降低了土建工程造價(jià)。下隧道開挖斷面面積，從而降低了土建工程造價(jià)。車輛段占地面積小車輛段占地面

54、積小 直線電機(jī)車輛養(yǎng)護(hù)維修工作量相對較少。且通過小半徑曲線能力強(qiáng)（列車在直線電機(jī)車輛養(yǎng)護(hù)維修工作量相對較少。且通過小半徑曲線能力強(qiáng)（列車在庫內(nèi)可通過最小曲線半徑為庫內(nèi)可通過最小曲線半徑為50m），這就可以設(shè)置小型車輛段。），這就可以設(shè)置小型車輛段。環(huán)保環(huán)保 根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)比普通輪軌系統(tǒng)噪音低根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)比普通輪軌系統(tǒng)噪音低810dB，最大噪音在，最大噪音在73dB左右左右,完全完全滿足國家規(guī)定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。滿足國家規(guī)定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。維修費(fèi)用低維修費(fèi)用低 由于直線電機(jī)車輛車輪僅起支撐和導(dǎo)向作用且采用了徑向轉(zhuǎn)向架，故輪緣和由于直線電機(jī)車輛車輪僅起支撐和導(dǎo)向作用且采用了徑向轉(zhuǎn)向架，故輪緣和軌道的磨耗大為減

55、少。轉(zhuǎn)向架和直線電機(jī)結(jié)構(gòu)也都比旋轉(zhuǎn)電機(jī)車輛簡單，使維修軌道的磨耗大為減少。轉(zhuǎn)向架和直線電機(jī)結(jié)構(gòu)也都比旋轉(zhuǎn)電機(jī)車輛簡單，使維修工作大量減少的同時(shí)也減少了維修人員，節(jié)省運(yùn)營成本。工作大量減少的同時(shí)也減少了維修人員，節(jié)省運(yùn)營成本。直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于軌道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求高，而且牽引能耗較大。直線電機(jī)輪軌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于軌道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求高，而且牽引能耗較大。三、三、VVVFVVVF牽引逆變器牽引逆變器 VVVF牽引逆變器（牽引逆變器（Variable Voltage，Variable Frequency）是交流）是交流電動(dòng)列車上的重要設(shè)備，安裝在列車動(dòng)車底部，其主要功能是把來自接觸電動(dòng)列車

56、上的重要設(shè)備，安裝在列車動(dòng)車底部，其主要功能是把來自接觸軌上的軌上的750V直流電轉(zhuǎn)換為直流電轉(zhuǎn)換為0550V交流電，為動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上的交流牽引電交流電，為動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上的交流牽引電機(jī)提供交流電，其頻率和電壓值是可調(diào)的。機(jī)提供交流電，其頻率和電壓值是可調(diào)的。1牽引逆變器的技術(shù)參數(shù)牽引逆變器的技術(shù)參數(shù) MAP-184-75V208型二級三相電壓型型二級三相電壓型PWM逆變器的主要技術(shù)參數(shù)見逆變器的主要技術(shù)參數(shù)見表表8-4。2牽引逆變器的工作原理牽引逆變器的工作原理 牽引逆變器是通過改變牽引逆變器是通過改變VVVF逆變器各開關(guān)元件（如逆變器各開關(guān)元件（如IGBT，GTO等）等）的開通時(shí)間來改變負(fù)載的電

57、壓，通過改變的開通時(shí)間來改變負(fù)載的電壓，通過改變VVVF逆變器各開關(guān)元件開通的逆變器各開關(guān)元件開通的周期來改變輸出的頻率。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的原理，電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)電壓和周期來改變輸出的頻率。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的原理，電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)電壓和電源頻率之比的平方成正比、與轉(zhuǎn)差頻率成正比。同時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率為負(fù)電源頻率之比的平方成正比、與轉(zhuǎn)差頻率成正比。同時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率為負(fù)值時(shí)，轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，產(chǎn)生制動(dòng)力。因此，在采用值時(shí)，轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，產(chǎn)生制動(dòng)力。因此，在采用VVVF逆變器的電動(dòng)車中，逆變器的電動(dòng)車中，只要控制壓頻比和轉(zhuǎn)差頻率即可自由地控制牽引力和再生制動(dòng)力。即只需只要控制壓頻比和轉(zhuǎn)差頻率即可自由地控制牽引力和再生制

58、動(dòng)力。即只需控制控制3個(gè)因素：逆變器輸出電壓、逆變頻率和轉(zhuǎn)差頻率，就可以實(shí)現(xiàn)對城個(gè)因素：逆變器輸出電壓、逆變頻率和轉(zhuǎn)差頻率，就可以實(shí)現(xiàn)對城軌車輛牽引系統(tǒng)不同工況（牽引工況和制動(dòng)工況）的控制，軌車輛牽引系統(tǒng)不同工況（牽引工況和制動(dòng)工況）的控制，VVVF控制裝控制裝置的主線路的簡略連線圖如圖置的主線路的簡略連線圖如圖8-15所示。所示。 表表8-4 牽引逆變器的主要技術(shù)參數(shù)牽引逆變器的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目參 數(shù)輸入電壓DC750V逆變器輸出電壓AC0550V逆變器輸出頻率0200Hz脈沖模式異步(600Hz)、3PM、1PM控制容量180kW IM4圖圖8-15 VVVF裝置的簡易線路圖裝置的簡易線

59、路圖（1）主開關(guān)（）主開關(guān)（MS） 由電源線的閉合、切斷開關(guān)（由電源線的閉合、切斷開關(guān)（MS）和）和FC的電荷放電開關(guān)（的電荷放電開關(guān)（MDS1、MDS2）組成。）組成。（2）反相器裝置）反相器裝置 由控制向反相器線路供電的高速斷路器（由控制向反相器線路供電的高速斷路器（HB）和單位開關(guān)（）和單位開關(guān)（L2）、控制）、控制導(dǎo)入導(dǎo)入FC（濾波電容器）電流的電阻器（濾波電容器）電流的電阻器（CGR）和這些單位開關(guān)（）和這些單位開關(guān)（L1）及）及FC放電的電阻器（放電的電阻器（DCGR1、DCGR2）、反相器線路等組成。）、反相器線路等組成。（3）濾波電抗器（）濾波電抗器（FL） 這是控制從電源線流

60、入的電流脈動(dòng)，并能限制特定的周波電流，設(shè)定定數(shù)這是控制從電源線流入的電流脈動(dòng)，并能限制特定的周波電流，設(shè)定定數(shù)值的電抗器。值的電抗器。（4）濾波電容器（）濾波電容器（FC） 這是能穩(wěn)定來自電源線的直流電壓的電容器。這是能穩(wěn)定來自電源線的直流電壓的電容器。（5）反相器線路）反相器線路 將從電源線傳來的直流電壓變換成交流電壓，再將電力提供給主電動(dòng)機(jī)將從電源線傳來的直流電壓變換成交流電壓，再將電力提供給主電動(dòng)機(jī)（IM1IM4）的電力轉(zhuǎn)換線路。（）的電力轉(zhuǎn)換線路。（S1UW、S2UW）。）。（6）制動(dòng)斷路器線路（）制動(dòng)斷路器線路（BCH） 當(dāng)電氣制動(dòng)時(shí)，電源線的電壓上升到設(shè)定值以上的場合下，制動(dòng)斷路器