地鐵車輛牽引培訓(xùn)演示文稿

地鐵車輛牽引培訓(xùn)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)地鐵車輛牽引培訓(xùn)當(dāng)前第2頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)一、概述牽引系統(tǒng)是列車驅(qū)動(dòng)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(gè)帶有可變振幅和頻率的三相電流，為牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行提供合適的能量。當(dāng)前第3頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)另一個(gè)功能：電制動(dòng)一、再生制動(dòng)二、電阻制動(dòng)當(dāng)前第4頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)再生制動(dòng)是在制動(dòng)時(shí)把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化電能饋送電網(wǎng)或儲(chǔ)存起來，而不是變成無用的熱。其工作原理是：制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作方式從原來的受電轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩唽?dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電，此時(shí)等效于發(fā)電機(jī)使用，把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)成電能儲(chǔ)起來或透過電網(wǎng)饋送出去，再生循環(huán)使用。再生制動(dòng)產(chǎn)生的能量不斷的增加，把電網(wǎng)的電壓抬高，當(dāng)超出一定的范圍時(shí)，為了保證設(shè)備的正常使用就必須要進(jìn)行強(qiáng)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(dòng)。

當(dāng)前第5頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)再生制動(dòng)

當(dāng)前第6頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)電阻制動(dòng)

當(dāng)前第7頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)二、主電路

當(dāng)前第8頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)三、牽引系統(tǒng)的組成司機(jī)控制器受流系統(tǒng)高速斷路器線路濾波模塊制動(dòng)電阻牽引電機(jī)牽引逆變功率模塊當(dāng)前第9頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)司機(jī)控制器司機(jī)控制器是用來操縱地鐵車輛運(yùn)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(shè)備。也適用于其它內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、動(dòng)車組、城市輕軌等，用來控制機(jī)車（或動(dòng)車等）的運(yùn)用工況和行車速度。當(dāng)前第10頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)司機(jī)控制器當(dāng)前第11頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)主控制器（（1）由控制桿（1）在83.2°的角度內(nèi)手動(dòng)操作。整個(gè)位移被細(xì)分為以下幾部分：控制桿處于垂直位置-中間檔位（N）（自動(dòng)驅(qū)動(dòng)）。控制桿（1）正向偏離惰行檔位約10°–最低驅(qū)動(dòng)（Dmin）?？刂茥U（1）正向偏離最低驅(qū)動(dòng)檔位（Dmin）約31.6°=持續(xù)提高牽引力，直至達(dá)到最高驅(qū)動(dòng)檔位（Dmax）?？刂茥U（1）反向偏離惰行檔位約10°–最低制動(dòng)（Bmin）?？刂茥U（1）反向偏離最低制動(dòng)檔位（Bmin）約25°=持續(xù)提高制動(dòng)力，直至達(dá)到最大常用制動(dòng)檔位（MB）?？刂茥U（1）反向完全偏離惰行檔位約41.6°–有缺口位置的完全制動(dòng)檔（FB）（緊急制動(dòng)）。牽引/制動(dòng)控制器配有彈簧回復(fù)機(jī)構(gòu)，司機(jī)一旦在驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)范圍內(nèi)松開控制桿（1），該機(jī)構(gòu)會(huì)立即使控制桿（1）返回到中間檔位（N）。此外牽引/制動(dòng)控制器還帶有一個(gè)警惕機(jī)構(gòu)，按下控制桿（1）的手柄即可操作該機(jī)構(gòu)。當(dāng)前第12頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)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(yùn)行模式下受電弓受激活端的司機(jī)室控制。當(dāng)前第13頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)受電弓當(dāng)前第14頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)高速斷路器HSCBHSCB是一個(gè)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(yīng)，它適合保護(hù)直流設(shè)備。當(dāng)前第15頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)高速斷路器HSCB總重.......................................................37kg額定工作電流........................................560A電流設(shè)置................................................1,800A

電流設(shè)置范圍................................1,200kA-2,400kA線圈電壓...............................................DC110V電弧峰值電壓........................................DC4kV開斷時(shí)間.................................................40ms當(dāng)前第16頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)制動(dòng)電阻在電制動(dòng)過程中，VVVF逆變器能將列車上減速時(shí)產(chǎn)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(dòng)過程中由牽引電機(jī)產(chǎn)生的電能不能饋入供電系統(tǒng)（在這種模式下，牽引電機(jī)被用作發(fā)電機(jī)），電流則被饋入制動(dòng)電阻并被轉(zhuǎn)化為熱能。按冷卻方式不同分為自然風(fēng)冷卻制動(dòng)電阻和強(qiáng)迫風(fēng)冷制動(dòng)電阻。當(dāng)前第17頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)自然風(fēng)冷卻制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻采用對流冷卻，無須強(qiáng)制風(fēng)冷，即自然風(fēng)冷制動(dòng)電阻。不同的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品可能不盡相同，有的冷卻空氣從底部進(jìn)入制動(dòng)電阻箱并從帶孔側(cè)墻排出，有的冷卻空氣從側(cè)面進(jìn)入，從底部排出。當(dāng)前第18頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)自然風(fēng)冷卻制動(dòng)電阻當(dāng)前第19頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)強(qiáng)迫風(fēng)冷制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻冷卻采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，與自然風(fēng)冷制動(dòng)電阻相比，體積較小重量較輕。雖然強(qiáng)迫風(fēng)冷風(fēng)扇電機(jī)需要消耗電能，相比于自然風(fēng)冷增加重量引起的能耗增加，風(fēng)扇電機(jī)能耗較少。當(dāng)前第20頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)強(qiáng)迫風(fēng)冷制動(dòng)電阻當(dāng)前第21頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)制動(dòng)電阻參數(shù)額定電壓:DC1800V最大工作電壓:DC2200V常溫阻值：2x1,96Ω運(yùn)行時(shí)的阻值：2x2,90Ω當(dāng)前第22頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)牽引電機(jī)地鐵牽引系統(tǒng)主要采用交流傳動(dòng)系統(tǒng)，地鐵列車交流牽引電機(jī)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)兩種，目前一至三號線牽引系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，四、五號線采用直線電機(jī)。目前旋轉(zhuǎn)電機(jī)主要采用鼠龍三相異步電機(jī)。電機(jī)的冷卻由安裝在非驅(qū)動(dòng)端的內(nèi)部風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)。絕緣等級200級部分電機(jī)安裝有溫度傳感器當(dāng)前第23頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)VVVF組成及介紹牽引逆變器將1500V直流電壓轉(zhuǎn)換頻率和電壓均可調(diào)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(jī)供電。牽引逆變器采用PWM脈寬調(diào)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(shù)的不斷發(fā)展，目前VVVF的功率元件已經(jīng)普遍采用IGBT元件。牽引逆變器采用模塊化設(shè)計(jì)。當(dāng)前第24頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第25頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第26頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)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(shí)進(jìn)行隔離。1控制側(cè)額定控制電壓.................................DC24V,+25%,-30%閉合時(shí)線圈電流及保持電流..........2AatUN+25%20°C額定電壓開關(guān)閉合時(shí)間................205msec20°C額定電壓開關(guān)斷開時(shí)間................30msec2高壓側(cè)正常持續(xù)電流......................................650A正常工作電壓..........................................DC1500V,±30%

當(dāng)前第27頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第28頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)預(yù)充電接觸器（K102）預(yù)充電接觸器與預(yù)充電電阻一起為牽引箱的直流中繼電路緩慢充電直至達(dá)到線網(wǎng)電壓值。1控制側(cè)正常線圈電壓...........................................DC24V,+25%–30%額定功率........................................................12W閉合時(shí)間........................................................50msec斷開時(shí)間..........................................................24msec

2高壓側(cè)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

當(dāng)前第29頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)預(yù)充電接觸器（K102）當(dāng)前第30頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)驅(qū)動(dòng)禁止輔助接觸器K121當(dāng)前第31頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)驅(qū)動(dòng)禁止輔助接觸器K121當(dāng)前第32頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生熱量，線路電抗器被安裝在通風(fēng)道內(nèi)，由設(shè)備風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。初始感應(yīng)率.....................................10mH到10kHz時(shí)的感應(yīng)率......................3mH(最小值)標(biāo)稱電流（有效值）.........................415A標(biāo)稱電壓........................................直流1500V電阻（冷態(tài)）...................................70mΩ電阻（最大值）.................................105mΩ當(dāng)前第33頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)線路電抗器L100當(dāng)前第34頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)線路電抗器L100當(dāng)前第35頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)預(yù)充電電阻當(dāng)前第36頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)預(yù)充電電阻作用：當(dāng)直流電路電容器被充電至線網(wǎng)電壓時(shí)，預(yù)充電電阻器起到限制電流的作用。預(yù)充電電阻器通過預(yù)充電接觸器以串聯(lián)方式連接到電路中。有了這個(gè)電路，直流電路電容器便可被緩慢充電直至達(dá)到線網(wǎng)電壓。在達(dá)到一定的電壓限值后，線路接觸器接通，預(yù)充電接觸器斷開。阻值：15Ω當(dāng)前第37頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)預(yù)充電電阻當(dāng)前第38頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第39頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第40頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第41頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)IGBT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

當(dāng)前第42頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第43頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)IGBT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

當(dāng)前第44頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)當(dāng)前第45頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)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(fù)載....................................................500W當(dāng)前第46頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)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(dòng)）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(qiáng)迫風(fēng)冷當(dāng)前第47頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)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(guān)元件（如IGBT,GTO等）每個(gè)周期開通時(shí)間來改變負(fù)載的電壓，通過改變VVVF逆變器各開關(guān)元件開通的周期來改變輸出的頻率。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為：T=K1·φ·Ir=K2·（V/fi）2·fs

其中T為轉(zhuǎn)矩，φ為磁通，Ir為轉(zhuǎn)子電流，V為電機(jī)電壓，fi為電源頻率，fs為轉(zhuǎn)差頻率，K1，K2為比例系數(shù)當(dāng)前第48頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)牽引系統(tǒng)工作原理由公式可以看出：轉(zhuǎn)矩T與電機(jī)電壓和電源頻率之比（V/fi）的平方成正比、與轉(zhuǎn)差頻率fs成正比。同時(shí)還說明，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率fs為負(fù)值時(shí)，轉(zhuǎn)矩T為負(fù)值，產(chǎn)生了制動(dòng)力。因此，在采用VVVF逆變器的電動(dòng)車中，只要控制壓頻比（V/fi）和轉(zhuǎn)差頻率（fs）即可自由的控制牽引力和再生制動(dòng)力。當(dāng)前第49頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹列車運(yùn)行主要有三種工況牽引工況制動(dòng)工況惰性工況當(dāng)前第50頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹當(dāng)前第51頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹1、牽引工況牽引工況時(shí)異步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)將逆變器提供的電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，轉(zhuǎn)差頻率（fs）大于零。車輛由靜止?fàn)顟B(tài)開始起動(dòng)、加速的控制大致可經(jīng)歷三個(gè)模式：恒轉(zhuǎn)矩控制、恒功率控制、自然特性區(qū)。當(dāng)前第52頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹恒轉(zhuǎn)矩控制

恒轉(zhuǎn)矩控制在控制轉(zhuǎn)差頻率的同時(shí)，慢慢提高逆變頻率fi。當(dāng)速度逐漸的增加，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際旋轉(zhuǎn)頻率fm隨之增加。若要保持轉(zhuǎn)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(jī)的磁通φ恒定，保持轉(zhuǎn)差頻率fs恒定，則異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電流Ir恒定，結(jié)果力矩恒定

當(dāng)前第53頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹恒功率控制逆變器電壓V達(dá)到上限后，電壓保持恒定，控制轉(zhuǎn)差頻率fs隨速度增大而增大以控制電機(jī)電流Ir恒定。由于電壓電流都不變，所以是恒功率控制。轉(zhuǎn)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(yùn)行到轉(zhuǎn)差頻率fs上升到最大值時(shí)，轉(zhuǎn)到自然特性區(qū)當(dāng)前第54頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)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(zhuǎn)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(jī)電流Ir∝1／fi下降，力矩T下降，T∝1／fi2。當(dāng)前第55頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹2、制動(dòng)工況恒壓，恒轉(zhuǎn)差率

恒轉(zhuǎn)矩，恒電壓

恒轉(zhuǎn)矩，恒磁通當(dāng)前第56頁\共有62頁\編于星期六\3點(diǎn)列車運(yùn)行工況介紹恒壓，恒轉(zhuǎn)差率列車在高速時(shí)采取制動(dòng)的情