第三講：牽引系統(tǒng)控制原理及控制電路

1、項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)） 1、城軌車輛牽引系統(tǒng)工作原理、城軌車輛牽引系統(tǒng)工作原理圖1 主電路系統(tǒng)城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）（1）分別在MP1車和MP2車端安裝一架受電弓，用于從電網(wǎng)將電引入列車。（2）在受電弓旁邊安裝一臺(tái)避雷器，主要用于防止雷擊過電壓和操作過電壓，以保護(hù)主電路系統(tǒng)。（3）由受電弓引入再到高壓隔離開關(guān)（在高壓箱內(nèi)），隔離開關(guān)的作用：一個(gè)是用于車間電源轉(zhuǎn)換，另一個(gè)則是高速斷路器前的隔離接地。（4）隔離開關(guān)有3個(gè)位置，分別是：受電弓位、接地位和車間電源位。使用該隔離開關(guān)可以滿足以下安全功能：城軌

2、車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）功能被接入的電路未被接入的電路運(yùn)行受電弓牽引逆變器系統(tǒng)輔助電源車間電源車間車間電源輔助電源受電弓牽引逆變器系統(tǒng)接地接地受電弓牽引逆變器系統(tǒng)輔助電源車間電源城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）n出于短路保護(hù)和電磁兼容考慮，受電弓到高壓箱之間的DC1500V電纜安裝在不銹鋼管內(nèi)。n熔斷器面板（在高壓箱內(nèi)）由兩個(gè)200A的熔斷器組成。兩個(gè)200A的熔斷器分別為TC車的兩個(gè)輔助逆變器提供保護(hù)。二極管面板(在高壓箱內(nèi))由二極管、電阻、電容組成。n電阻和電容來組成保護(hù)電路，保護(hù)二極管，而二極管用來防止在車間電源供電時(shí)，電源不能引入到主電路。n

3、分別在MP1和MP2車的車底安裝一臺(tái)高壓箱，每臺(tái)高壓箱中安放了兩臺(tái)高速斷路器，其中一臺(tái)給MP1或MP2車牽引逆變器供電，另一臺(tái)給M1或M2車牽引逆變器供電。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）圖2 牽引工況城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）圖3 再生制動(dòng)工況城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)） 2、城軌車輛牽引控制電路、城軌車輛牽引控制電路 2.1、牽引主電路、牽引主電路主電路系統(tǒng)是列車牽引動(dòng)力和電制動(dòng)力得以實(shí)現(xiàn)的有效載體，同時(shí)列車各系統(tǒng)的電源也均來自主電路系統(tǒng)。主電路系統(tǒng)通過安裝在B車車頂?shù)氖茈姽瓕⒔佑|網(wǎng)的DC1500V引入B車底架下部的PH

4、箱中，在PH箱中受高速斷路器控制后，經(jīng)牽引逆變器逆變送入牽引電機(jī)，并最終通過接地電刷經(jīng)由車體、轉(zhuǎn)向架形成電流回路。牽引主回路可以分為一下幾個(gè)功能組：功率輸入電路、電壓源直流回路、過壓保護(hù)斬波電路、逆變器電路、逆變器控制單元（ICU）。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）牽引主電路的元器件有：高速斷路器(HSCB)、線路接觸器(K100)、充電接觸器(K102)、充電電阻(R120R122)、電抗器(L100)、電容器(C10、C110)、放電電阻(R10)、過壓斬波模塊、過壓保護(hù)電阻(RB)、逆變器、牽引電機(jī)、牽引控制單元(TCU)、逆變控制單元(ICU)、電壓傳感器(A95)

5、、電流傳感器(U10、U12、U14、U16)城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）圖四牽引主電路原理圖城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)） 功率輸入電路功率輸入電路功率輸入電路的主要功能是將牽引逆變器與接觸網(wǎng)的直流輸入電源接通/切斷。電源輸入電路包括線路接觸器K1、預(yù)充電接觸器K2、預(yù)充電電阻器R1、線路電抗器L、線路電壓傳感器U1和線路電流傳感器I1。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）電壓源直流電路電壓源直流電路電壓源直流中間回路的主要功能是為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供無功功率，并穩(wěn)定直流中間回路電壓。電壓源直流中間回路包括電容器C、放電電阻R2和直流回

6、路電壓傳感器U2。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)） 過壓保護(hù)斬波電路過壓保護(hù)斬波電路過壓保護(hù)斬波器電路的任務(wù)是：吸收接觸網(wǎng)產(chǎn)生的浪涌電壓；從接觸網(wǎng)斷開后快速釋放直流回路電容的電能。過壓保護(hù)電路包括過壓保護(hù)模塊TB和過壓保護(hù)電阻R3。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)） 逆變器電路逆變器電路逆變器電路的作用是將直流中間回路電壓轉(zhuǎn)換為變壓變頻（VVVF）的3相交流輸出，給感應(yīng)式牽引電動(dòng)機(jī)供電（牽引工況），并且在制動(dòng)時(shí)將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為可吸收的直流功率（制動(dòng)工況）。包括六個(gè)IGBT模塊，其反并聯(lián)的續(xù)流二極管包含在IGBT模塊中。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車

7、輛牽引控制系統(tǒng)） 逆變器控制單元（逆變器控制單元（ICU）ICU負(fù)責(zé)控制和保護(hù)牽引逆變器。逆變器控制單元將對(duì)直流回路電壓，電機(jī)相電流，逆變器電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)IGBT產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。由ICU通過光纖直接驅(qū)動(dòng)門極，實(shí)現(xiàn)最短的開關(guān)時(shí)間和延遲時(shí)間逆變器控制單元將開通/關(guān)斷線路接觸器和預(yù)充電接觸器。出于保護(hù)目的，控制單元將檢測(cè)并評(píng)估逆變器功率模塊內(nèi)的溫度。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)） 2.2、控制電路、控制電路（1）牽引控制電路：）牽引控制電路：城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）NRMNRM模式模式下牽引指令發(fā)出的條件：司機(jī)室激活-有方向指令-警惕按鈕被按

8、下-牽引手柄推到牽引位-所有停放制動(dòng)緩解-無庫用電源供電-所有門關(guān)閉-緊急制動(dòng)緩解。緊急牽引：要實(shí)現(xiàn)緊急牽引功能以下信號(hào)都必須連接到牽引箱的TCU上：緊急駕駛、方向1、方向2、牽引命令、制動(dòng)命令、緊急制動(dòng)安全回路。牽引力為默認(rèn)的最大牽引力的70%為設(shè)定值，該值可以在設(shè)計(jì)階段更改。緊急牽引時(shí)同樣要滿足上述條件時(shí)才能發(fā)出牽引指令。緊急牽引時(shí)，只有當(dāng)TCU接受到一次制動(dòng)命令后才能進(jìn)入緊急牽引模式。例如：當(dāng)司控器處于牽引位置時(shí)緊急牽引模式開關(guān)被激活，但此時(shí)TCU并不會(huì)立即執(zhí)行緊急牽引功能，首先司控器必須被置于制動(dòng)位置。TCU在緊急牽引模式下將具有基本的滑行保護(hù)功能。城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車

9、輛牽引控制系統(tǒng)）（2）高速斷路器的控制電路：）高速斷路器的控制電路：城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）在過電流、牽引逆變器故障或線路中短路等嚴(yán)重?cái)_動(dòng)情況下，高速斷路器（HSCB）會(huì)將牽引設(shè)備與架空線安全地?cái)嚅_。每節(jié)動(dòng)車中的牽引逆變器均通過高速斷路器連接至架空線。只要線電壓存在（在司機(jī)顯示屏上提示），且閘刀開關(guān)已被切換至PANTO（受電弓）檔位，即可使用司機(jī)臺(tái)上的HSCB合（高速斷路器接通）激活按鈕來接通高速斷路器。高速斷路器控制信號(hào)傳送至VCU。高速斷路器的接通僅在被VCU允許時(shí)方可實(shí)現(xiàn)。一旦所有高速斷路器均被接通，綠色的HSCB合（高速斷路器接通激活按鈕將會(huì)點(diǎn)亮。反之，按下

10、紅色的HSCB分激活按鈕，將使所有高速斷路器脫扣，而當(dāng)所有高速斷路器均已斷開時(shí)，該按鈕將點(diǎn)亮。此外，高速斷路器脫扣可能由VCU、ICU乃至過電流或短路引起。緊急牽引狀態(tài)下，HSCB啟動(dòng)按鈕和其指示燈不亮，由TCU控制HSCB閉合。HSCB與TCU相連并由TCU控制（數(shù)字輸出），牽引箱里的經(jīng)濟(jì)電阻和旁路該電阻的接觸器都由TCU控制。 城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）（3）受電弓控制電路：）受電弓控制電路：城軌車輛控制（項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)）附表附表：數(shù)字編號(hào)數(shù)字編號(hào)電路類型電路類型數(shù)字編號(hào)數(shù)字編號(hào)電路類型電路類型01主電路（高壓電路）06空調(diào)電路02牽引/制動(dòng)控制電路07輔助設(shè)備電路03輔助供電電路與輔助電路08車門控制電路04檢測(cè)和信息電路09特殊設(shè)備電路05照明電路表表1 城市軌道交通車輛控制系統(tǒng)電路圖電路類型標(biāo)號(hào)城市軌道交通車