地鐵車輛-牽引培訓

三北列車牽引系統(tǒng)講稿

2021/5/91一、概述牽引系統(tǒng)是列車驅動系統(tǒng)的組成部分，主要目的是把線網(wǎng)上的直流電流逆變成一個帶有可變振幅和頻率的三相電流，為牽引電動機運行提供合適的能量。2021/5/92另一個功能：電制動一、再生制動二、電阻制動2021/5/93再生制動是在制動時把車輛的動能轉化電能饋送電網(wǎng)或儲存起來，而不是變成無用的熱。其工作原理是：制動時電動機的工作方式從原來的受電轉動轉變?yōu)檩唽与妱訖C轉動而發(fā)電，此時等效于發(fā)電機使用，把車輛的動能轉成電能儲起來或透過電網(wǎng)饋送出去，再生循環(huán)使用。再生制動產生的能量不斷的增加，把電網(wǎng)的電壓抬高，當超出一定的范圍時，為了保證設備的正常使用就必須要進行強制降壓，因此就出現(xiàn)了利用電阻來消耗過多的能量。這種方式就稱之為電阻制動。

2021/5/94再生制動

2021/5/95電阻制動

2021/5/96二、主電路

2021/5/97三、牽引系統(tǒng)的組成司機控制器受流系統(tǒng)高速斷路器線路濾波模塊制動電阻牽引電機牽引逆變功率模塊2021/5/98司機控制器司機控制器是用來操縱地鐵車輛運行的主令控制器，是利用控制電路的低壓電器間接控制主電路的電氣設備。也適用于其它內燃機車、電力機車、動車組、城市輕軌等，用來控制機車（或動車等）的運用工況和行車速度。2021/5/99司機控制器2021/5/910主控制器（（1）由控制桿（1）在83.2°的角度內手動操作。整個位移被細分為以下幾部分：控制桿處于垂直位置-中間檔位（N）（自動驅動）。控制桿（1）正向偏離惰行檔位約10°–

最低驅動（Dmin）?？刂茥U（1）正向偏離最低驅動檔位（Dmin）約31.6°=持續(xù)提高牽引力，直至達到最高驅動檔位（Dmax）?？刂茥U（1）反向偏離惰行檔位約10°–

最低制動（Bmin）?？刂茥U（1）反向偏離最低制動檔位（Bmin）約25°=持續(xù)提高制動力，直至達到最大常用制動檔位（MB）。控制桿（1）反向完全偏離惰行檔位約41.6°–

有缺口位置的完全制動檔（FB）（緊急制動）。牽引/制動控制器配有彈簧回復機構，司機一旦在驅動或制動范圍內松開控制桿（1），該機構會立即使控制桿（1）返回到中間檔位（N）。此外牽引/制動控制器還帶有一個警惕機構，按下控制桿（1）的手柄即可操作該機構。2021/5/911受流系統(tǒng)目前受流系統(tǒng)主要有兩種方式分別為受電弓和集電靴。受電弓從接觸網(wǎng)采集1500V電壓，供給車輛牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。一般在安裝受電弓位置都安裝有避雷器，防止車輛遭受雷擊。在正常運行模式下受電弓受激活端的司機室控制。2021/5/912受電弓2021/5/913高速斷路器HSCBHSCB是一個直流（DC）斷路器，雙向電磁控制，采用自然冷卻。發(fā)生過電流（短路、過載或故障）后，HSCB能夠迅速做出反應，它適合保護直流設備。2021/5/914高速斷路器HSCB總重.......................................................37kg額定工作電流........................................560A電流設置................................................1,800A

電流設置范圍................................1,200kA-2,400kA線圈電壓...............................................DC110V電弧峰值電壓........................................DC4kV開斷時間.................................................40ms2021/5/915制動電阻在電制動過程中，VVVF逆變器能將列車上減速時產生的能量回饋給供電網(wǎng)，條件是供電系統(tǒng)能夠吸收這種能量。如果在電制動過程中由牽引電機產生的電能不能饋入供電系統(tǒng)（在這種模式下，牽引電機被用作發(fā)電機），電流則被饋入制動電阻并被轉化為熱能。按冷卻方式不同分為自然風冷卻制動電阻和強迫風冷制動電阻。2021/5/916自然風冷卻制動電阻制動電阻采用對流冷卻，無須強制風冷，即自然風冷制動電阻。不同的廠家生產的產品可能不盡相同，有的冷卻空氣從底部進入制動電阻箱并從帶孔側墻排出，有的冷卻空氣從側面進入，從底部排出。2021/5/917自然風冷卻制動電阻2021/5/918強迫風冷制動電阻制動電阻冷卻采用強迫風冷，與自然風冷制動電阻相比，體積較小重量較輕。雖然強迫風冷風扇電機需要消耗電能，相比于自然風冷增加重量引起的能耗增加，風扇電機能耗較少。2021/5/919強迫風冷制動電阻2021/5/920制動電阻參數(shù)額定電壓:DC1800V最大工作電壓:DC2200V常溫阻值：2x1,96Ω運行時的阻值：2x2,90Ω2021/5/921牽引電機地鐵牽引系統(tǒng)主要采用交流傳動系統(tǒng)，地鐵列車交流牽引電機有旋轉電機和直線電機兩種，目前一至三號線牽引系統(tǒng)采用旋轉電機，四、五號線采用直線電機。目前旋轉電機主要采用鼠龍三相異步電機。電機的冷卻由安裝在非驅動端的內部風扇實現(xiàn)。絕緣等級200級部分電機安裝有溫度傳感器2021/5/922VVVF組成及介紹牽引逆變器將1500V直流電壓轉換頻率和電壓均可調的三相交流電壓（針對不同的速度和力矩，頻率和振幅可變），為牽引電機供電。牽引逆變器采用PWM脈寬調制模式，早期地鐵列車VVVF的功率元件是GTO，近年來，隨著IGBT技術的不斷發(fā)展，目前VVVF的功率元件已經普遍采用IGBT元件。牽引逆變器采用模塊化設計。2021/5/9232021/5/9242021/5/925線路接觸器（K100）線路接觸器是線路和電氣部件之間的隔離元件，保證在發(fā)生特定故障時進行隔離。1控制側額定控制電壓.................................DC24V,+25%,-30%閉合時線圈電流及保持電流..........2AatUN+25%20°C額定電壓開關閉合時間................205msec20°C額定電壓開關斷開時間................30msec2高壓側正常持續(xù)電流......................................650A正常工作電壓..........................................DC1500V,±30%

2021/5/9262021/5/927預充電接觸器（K102）預充電接觸器與預充電電阻一起為牽引箱的直流中繼電路緩慢充電直至達到線網(wǎng)電壓值。1控制側正常線圈電壓...........................................DC24V,+25%–30%額定功率........................................................12W閉合時間........................................................50msec斷開時間..........................................................24msec

2高壓側額定電壓.........................................................DC1500V最大工作電壓...............................................DC1800V額定電流.........................................................60A75°C最大工作電流.........................................40A

2021/5/928預充電接觸器（K102）2021/5/929驅動禁止輔助接觸器K1212021/5/930驅動禁止輔助接觸器K1212021/5/931線路電抗器L100線路電抗器與T濾波電容器和直流電路電容器一起起到線路濾波器的作用。由于會產生熱量，線路電抗器被安裝在通風道內，由設備風扇進行冷卻。初始感應率.....................................10mH到10kHz時的感應率......................3mH(最小值)標稱電流（有效值）.........................415A標稱電壓........................................直流1500V電阻（冷態(tài)）...................................70mΩ電阻（最大值）.................................105mΩ2021/5/932線路電抗器L1002021/5/933線路電抗器L1002021/5/934預充電電阻2021/5/935預充電電阻作用：當直流電路電容器被充電至線網(wǎng)電壓時，預充電電阻器起到限制電流的作用。預充電電阻器通過預充電接觸器以串聯(lián)方式連接到電路中。有了這個電路，直流電路電容器便可被緩慢充電直至達到線網(wǎng)電壓。在達到一定的電壓限值后，線路接觸器接通，預充電接觸器斷開。阻值：15Ω2021/5/936預充電電阻2021/5/9372021/5/9382021/5/9392021/5/940IGBT逆變相（A1~A6）集電極-發(fā)射極反向電壓...................3300V集電極持續(xù)直流電流....................1200A門極-發(fā)射極偏差電壓..............................+/-20V

2021/5/9412021/5/942IGBT斬波相（A7~A8）集電極-發(fā)射極反向電壓...................3300V集電極持續(xù)直流電流....................800A門極-發(fā)射極偏差電壓..............................+/-20V

2021/5/9432021/5/944自振蕩二極管&放電電阻自振蕩二極管（A9）二極管反向電壓....................................3300V持續(xù)直流電流..................................400A放電電阻（R10）額定電阻.............................................100kΩ±5%最大工作電壓.......................................5000VDC70°C負載....................................................500W2021/5/945牽引系統(tǒng)工作原理牽引逆變器基本參數(shù)線電壓UN=1000~1800VDC輸入線電流IN=480A最大線電流（牽引）INDMAX=692A最大線電流（制動）INBMAX=1171A輸出電流IA=720A輸出電壓UN=0~1480V輸出頻率fA=0~112Hz模塊冷卻方式強迫風冷2021/5/946牽引系統(tǒng)工作原理牽引逆變器是通過改變VVVF逆變器各開關元件（如IGBT,GTO等）每個周期開通時間來改變負載的電壓，通過改變VVVF逆變器各開關元件開通的周期來改變輸出的頻率。異步電動機的轉矩公式為：T=K1·φ·Ir=K2·（V/fi）2·fs

其中T為轉矩，φ為磁通，Ir為轉子電流，V為電機電壓，fi為電源頻率，fs為轉差頻率，K1，K2為比例系數(shù)2021/5/947牽引系統(tǒng)工作原理由公式可以看出：轉矩T與電機電壓和電源頻率之比（V/fi）的平方成正比、與轉差頻率fs成正比。同時還說明，當轉差頻率fs為負值時，轉矩T為負值，產生了制動力。因此，在采用VVVF逆變器的電動車中，只要控制壓頻比（V/fi）和轉差頻率（fs）即可自由的控制牽引力和再生制動力。2021/5/948列車運行工況介紹列車運行主要有三種工況牽引工況制動工況惰性工況2021/5/949列車運行工況介紹2021/5/950列車運行工況介紹1、牽引工況牽引工況時異步電機作為電動機將逆變器提供的電能轉化為動能，轉差頻率（fs）大于零。車輛由靜止狀態(tài)開始起動、加速的控制大致可經歷三個模式：恒轉矩控制、恒功率控制、自然特性區(qū)。2021/5/951列車運行工況介紹恒轉矩控制

恒轉矩控制在控制轉差頻率的同時，慢慢提高逆變頻率fi。當速度逐漸的增加，異步電機轉子的實際旋轉頻率fm隨之增加。若要保持轉差頻率fs恒定，則要增加逆變頻率fi。保持壓頻比（V/fi）恒定，則異步電機的磁通φ恒定，保持轉差頻率fs恒定，則異步電機轉子電流Ir恒定，結果力矩恒定

2021/5/952列車運行工況介紹恒功率控制逆變器電壓V達到上限后，電壓保持恒定，控制轉差頻率fs隨速度增大而增大以控制電機電流Ir恒定。由于電壓電流都不變，所以是恒功率控制。轉差頻率fs增大，則逆變頻率fi隨之增大，則力矩T下降，恒功率運行到轉差頻率fs上升到最大值時，轉到自然特性區(qū)2021/5/953列車運行工況介紹自然特性區(qū)逆變器電壓V保持恒定最大值，轉差頻率fs保持恒定最大值。隨著速度的上升繼續(xù)增加逆變頻率fi。電機電流Ir∝1／fi下降，力矩T下降，T∝1／fi2。2021/5/954列車運行工況介紹2、制動工況恒壓，恒轉差率

恒轉矩，恒電壓

恒轉矩，恒磁通2021/5/955列車運行工況介紹恒壓，恒轉差率列車在高速時采取制動的情況下，此時逆變器電壓V保持恒定最大值，轉差頻率fs保持恒定最大值