第三講：牽引系統(tǒng)控制原理及控制電路

項(xiàng)目一：城市軌道交通車輛牽引控制系統(tǒng)

《城市軌道交通車輛駕駛控制系統(tǒng)》2021/6/271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)工作原理圖1主電路系統(tǒng)2021/6/272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Ⅱ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：2021/6/273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2021/6/274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)）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)。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。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。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。2021/6/275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2021/6/276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2021/6/277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2.1、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）。2021/6/278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(R120~R122)、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)、電流傳感器(U10、U12、U14、U16)2021/6/279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2021/6/2710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。2021/6/2711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和直流回路電壓傳感器U2。2021/6/2712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

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。2021/6/2713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)）④

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。2021/6/2714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)）⑤

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，并對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，控制單元將檢測并評估逆變器功率模塊內(nèi)的溫度。2021/6/2715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（1）牽引控制電路：2021/6/2716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)）NRM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。2021/6/2717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）高速斷路器的控制電路：2021/6/2718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。2021/6/2719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：2021/6/2720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：數(shù)字編號電路類型數(shù)字編號電路類型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檢測和信息電路09特殊設(shè)備電路05照明電路表1