牽引系統(tǒng)第2講課件

1、牽引系統(tǒng) 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)定義：在軌道交通車輛中，用電動機驅(qū)動實現(xiàn)車輛牽引的傳動控制方式。作用：它是以牽引電機作為控制對象，通過控制系統(tǒng)對電動機的速度和牽引力進行調(diào)節(jié)，滿足車輛牽引和制動特性的要求。類型：直流傳動系統(tǒng)：采用直流（脈流）牽引電動機。 交流傳動系統(tǒng)：采用交流（同步、異步）牽引電動機。 在城軌車上普遍使用交流傳動牽引系統(tǒng)。電力牽引控制定義：一般是指一個車輛單元的牽引動力電路。組成：受流器、牽引箱、牽引電機、制動電阻箱、電抗器及電氣開關(guān)等。電傳動系統(tǒng)主電路 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)的功能完成牽引、制動（再生制動及電阻制動）。牽引系統(tǒng)的工況牽引工況：為列車提供牽引

2、動力，將接觸網(wǎng)提供的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電供給牽引電機，再由牽引電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能驅(qū)動列車運行。電制動工況：分為再生制動工況和電阻制動工況。（1）再生制動工況：牽引系統(tǒng)進行再生制動時將列車動能轉(zhuǎn)換為電能反饋到電網(wǎng)供其他列車使用。（2）電阻制動工況：制動能量不能向電網(wǎng)反饋時，電制動產(chǎn)生的電能將會消耗在制動電阻上，列車動能轉(zhuǎn)換為熱能消散在大氣中。牽引箱 每輛動車一個牽引逆變器，在車體底架下安裝。 每臺牽引逆變器有一臺TCU控制單元控制并驅(qū)動4臺三相交流牽引電機，這些電機分別驅(qū)動兩個轉(zhuǎn)向架的四個軸。 牽引逆變器是來自于ALSTOM的OptONIX系列，逆變器驅(qū)動并聯(lián)聯(lián)接的四個牽引電機。 牽引電機

3、可以以功率消耗(牽引)或功率產(chǎn)生(制動)方式運行。這兩個工作模式可以由牽引逆變器來管理。 列車運行時，逆變器把從第三軌供電獲得的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻調(diào)壓的三相交流電。 當制動時，逆變器把電機產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電。產(chǎn)生的能量回饋電網(wǎng)供其他車輛使用。當網(wǎng)壓太高，就不能吸收該能源時，機械制動就必須代替電制動。 為了實現(xiàn)電制動和機械制動之間的平滑過渡，在氣制動引入期間，制動斬波器控制了再生電源的降低(流進了制動過渡電阻)。 城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)的主要設備受流裝置主要指受電弓和集電靴。將電網(wǎng)電流平穩(wěn)地引入車輛電源，為列車的牽引設備和輔助設備提供電能。國家標準： DC1500V接觸網(wǎng)

4、DC750V第三軌供電方式： 接觸網(wǎng)供電受電弓 接觸軌供電集電靴受電弓城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)避雷器（浪涌吸收器）防止車輛內(nèi)部和外部過電壓對車輛電氣設備的破壞。浪涌吸收器安裝于B車車頂?shù)氖茈姽瓊?cè)。牽引系統(tǒng)的主要設備SA（避雷器） 具有很大的電阻值(Mohm)。 當電路上出現(xiàn)沖擊電壓時，此部件會發(fā)生短路，然后直接將該沖擊引至地面。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)高速斷路器（HSCB）牽引系統(tǒng)的主要設備high-speed circuit breaker安裝位置：安裝在含有受流裝置車輛的底部高壓箱內(nèi)。功能：正常狀態(tài)下通斷車輛主電路，在發(fā)生故障時執(zhí)行保護指令，切斷動力電源。城市軌道交通車輛牽引傳動系

5、統(tǒng)牽引系統(tǒng)的主要設備制動電阻作用:電阻制動時，制動電阻吸收未被消耗掉的電機發(fā)電能量，轉(zhuǎn)換為熱能散逸到大氣中去。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)的主要設備接地回流裝置 為主電路提供回流通路，使電流經(jīng)輪對到達鋼軌，構(gòu)成完整的回路； 防止電流通過軸承造成軸承內(nèi)潤滑油層的電腐蝕； 提高軸承的使用壽命。牽引系統(tǒng)的主要設備牽引逆變器牽引系統(tǒng)的核心部件。主牽引逆變器外形結(jié)構(gòu)牽引時：主逆變器工作在逆變狀態(tài)，將直流逆變?yōu)榻涣鳎?電制動時：主逆變器工作在整流狀態(tài)，將牽引電機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并反饋回供電網(wǎng)供其他車輛使用。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)的主要設備牽引電機

6、城軌車使用三相鼠籠式異步電動機。牽引電機安裝于動車轉(zhuǎn)向架上，用來驅(qū)動列車運行。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)的主要設備PWM編碼器將主控制手柄或ATO設備給出的模擬牽引/制動指令信號轉(zhuǎn)化為500Hz/24V的PWM信號。牽引控制單元對牽引電機進行矢量控制；將車輛控制單元通過總線傳輸?shù)慕o定值和控制指令轉(zhuǎn)換成VVVF逆變器用的控制信號對VVVF逆變器和牽引電機進行保護；對電制動進行調(diào)整保護，以及逆變器脈沖模式的產(chǎn)生。主回路的功能概述及構(gòu)成定義：是牽引電機工作回路，通過指令對牽引電機進行控制；功能：可實現(xiàn)列車牽引和電制動功能，也可完成向前、向后的方向轉(zhuǎn)換。組成：由受流單元、保護裝置（熔斷器、高

7、速斷路器、隔離開關(guān)）、線路接觸器、電抗器、電容器、VVVF逆變單元、牽引電機、回地裝置等部分構(gòu)成。為了保證直流供電電壓的品質(zhì)，采用電路電抗器和電容濾波器來吸收牽引供電網(wǎng)中直流電壓的脈動波紋，使逆變單元得到的直流成分更加平順。逆變單元由IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）絕緣柵雙極型晶體管模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)將輸入的直流電逆變?yōu)榻涣麟姴⒆儔鹤冾l輸出，從而控制交流感應電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)列車速度在很寬泛的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)節(jié)。主回路系統(tǒng)構(gòu)成主回路系統(tǒng)構(gòu)成圖1-4 城市軌道交通車輛單元車的總體控制在列車頂部安裝受電弓，用于將電流從電網(wǎng)引入列車。在受電弓的旁邊安裝避雷器，

8、主要用于防止雷擊過電壓和操作過電壓，保護主電系統(tǒng)。電流由受電弓引入到高壓隔離開關(guān)，隔離開關(guān)用于車間電源轉(zhuǎn)換和作為高速斷路器前的隔離接地。熔斷器：由兩個100A、一個160A和一個250A的熔斷器組成。100A給B車和C車輔助逆變器提供保護；160A給A車充電機提供電流保護；250A給C車的車端連接器電路提供電流保護。B車底部安裝有高壓箱，每臺高壓箱中安裝兩臺高速斷路器，分別給B車和C車牽引逆變器供電。牽引逆變器分別給兩臺轉(zhuǎn)向架上的四臺牽引電機供電，電流最終通過接地碳刷，經(jīng)由車體、轉(zhuǎn)向架軸端接地裝置到軌道形成電流回路。機場線（QKZ5）采用龐巴迪的牽引系統(tǒng)，其牽引逆變器稱為PCU；昌平線（SFM

9、13型）采用日本三菱的牽引系統(tǒng)；15號線（DKZ31型）采用發(fā)過阿爾斯通的牽引系統(tǒng)。雖然各條線路采取牽引系統(tǒng)的廠家不同，但牽引系統(tǒng)都是通過調(diào)頻調(diào)壓的方法來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對車輛的牽引控制。 車輛通過受流器接觸第三軌，采集DC750V電壓； 經(jīng)過受流器熔斷器、高速斷路器等將DC750V電輸入給牽引逆變器； 牽引逆變器VVVF經(jīng)濾波、整流、逆變，DC750V變換為滿足牽引電機正常工作的電壓和頻率。主回路系統(tǒng)構(gòu)成 車輛通過母線將TC車和M1車的高壓聯(lián)在一起； 通過貫穿全列車的母線為2個CVS（輔助變流器）供電，確保CVS順利通過斷電區(qū)。 車輛接地時通過接地匯流排經(jīng)由轉(zhuǎn)向架軸端接地裝置形成接地

10、回路； TC車設置有2個接地裝置，M車設置有4個接地裝置。主回路系統(tǒng)構(gòu)成高速斷路器高速斷路器隔離接地開關(guān)箱牽引箱輔助箱受流器15號線車輛高壓主電路IES箱每輛拖車1個HSCB箱每輛動車1個 輔助變流器每輛拖車1個 制動電阻器 每輛動車1個 電機（異步）每輛動車4個牽引箱每輛動車1個城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)主回路原理圖主要設備及作用（1）主隔離開關(guān)該開關(guān)為手動開關(guān)。只有在電路不帶電的時候才能操作。主要用于實現(xiàn)VVVF逆變器與高壓母線間電氣上的隔離。（2）濾波電抗器（FL）對電網(wǎng)提供的直流電進行濾波。（3）直流電壓傳感器（DCPT）用于監(jiān)測濾波電容電壓（4）制動斬波器（DCH）主體結(jié)構(gòu)

11、為IGBT（逆變單元）元件。進行電阻制動時，將制動能量消耗在制動電阻上。（5）濾波電容（FC）FC與FL組成濾波電路，對電網(wǎng)提供給牽引逆變器的電能進行濾波。穩(wěn)定逆變電路直流輸入電壓，吸收無功能量。（6）制動電流傳感器（BCCH）用于檢測制動電流的大小。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引系統(tǒng)主回路原理圖主要設備有受電弓、主隔離開關(guān)、主熔斷器、高速斷路器、濾波電抗器、VVVF逆變器、制動電阻、牽引電機。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引主回路的電路結(jié)構(gòu)網(wǎng)側(cè)電路：主要是供電、隔離及主回路故障保護。預充電電路：限制主回路接通時濾波電容的充電電流。直流濾波電路：與濾波電容構(gòu)成濾波器，對逆變器的直流側(cè)雙向濾波

12、。抑制電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的過電壓，減少其對逆變器的影響。抑制逆變器因換流引起的尖峰過電壓。抑制逆變器產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的影響。限制逆變器的故障電流。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)牽引主回路的電路結(jié)構(gòu)電阻制動電路：（1）進行電阻制動。 （2）過電壓保護。三相橋式逆變電路：牽引時：工作在逆變狀態(tài)，將直流電逆變成三相交流電輸出。電制動時：工作在整流狀態(tài)，將交流電整流成直流電輸出放電電路：主回路在非工作狀態(tài)時操作主回路設備。檢測電路：用來檢測牽引主回路工作時各狀態(tài)量，起監(jiān)控和保護主回路的作用。主回路工況牽引電機可以工作在牽引工況或制動工況；兩個工作狀態(tài)由主逆變器來管理。牽引時：主逆變器工作在逆變狀態(tài)，將直流逆變?yōu)榻涣鳎?電制動時：主逆變器工作在整流狀態(tài)，將牽引電機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并反饋回供電網(wǎng)供其他車輛使用。列車常用制動采用電制動和空氣制動混合運算的制動方式，再生制動優(yōu)先，當電制動不足以完成制動指令時，再由空氣制動補足。城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)1. 主回路牽引工況主回路通過受流裝置連接至供電網(wǎng)絡，獲得直流電能：將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電牽引2. 主回路制動工況主回路電制動時，牽引電機轉(zhuǎn)子被列車輪對帶動旋轉(zhuǎn)，切割定子磁力線產(chǎn)生感應電動勢并被導出；此時牽引電