城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成

第1章

城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成本章重點

城市軌道交通概念。

城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)組成。

城市軌道交通車輛主要電氣設(shè)備配置。1.1城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)基本概念城市軌道交通系統(tǒng)是指在城市中使用車輛在固定導(dǎo)軌上運(yùn)行并主要用于城市客運(yùn)的交通系統(tǒng)。城市軌道交通的定義為：通常以電能為動力，采取輪軌運(yùn)輸方式的快速大運(yùn)量公共交通的總稱。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和直流牽引網(wǎng)兩部分，如圖1-1所示。第1章

城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)包括車輛上的各種電氣設(shè)備及其控制電路。按其作用和功能可分為不同的車輛電氣控制系統(tǒng)，如圖1-2所示為城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)的組成框圖。第1章

城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成1.2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備以龐巴迪公司與長春客車廠生產(chǎn)的地鐵車輛的主要電氣設(shè)備配置為例，如圖1-3所示。在城市軌道交通電動列車中，動車和拖車通過車鉤連接而成的一個相對固定的編組稱為一個（動力）單元。一列車可以由一個或幾個單元編組而成。第1章

城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成本章小結(jié)1．城市軌道交通系統(tǒng)是指在城市中使用車輛在固定導(dǎo)軌上運(yùn)行并主要用于城市客運(yùn)的交通系統(tǒng)。2．城市軌道交通的定義為：通常以電能為動力，采取輪軌運(yùn)輸方式的快速大運(yùn)量公共交通的總稱。3．城市軌道交通車輛電氣包括車輛上的各種電氣設(shè)備及其控制電路。4．城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)包括牽引傳動系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、牽引/制動控制系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和列車微機(jī)控制系統(tǒng)等。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)本章重點

城市軌道交通車輛牽引傳動控制的類型。

城市軌道交通車輛直流、交流傳動的控制原理。

城市軌道交通車輛牽引和電制動電路。

城市軌道交通車輛整流、斬波和逆變電路工作原理及應(yīng)用。

城市軌道交通車輛高壓電路工作原理。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.1車輛電氣牽引系統(tǒng)城市軌道交通車輛中采用電動機(jī)驅(qū)動的電氣傳動部分稱為車輛牽引傳動系統(tǒng)，它以牽引電動機(jī)為控制對象，通過開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)對電動機(jī)所產(chǎn)生的牽引力和速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足車輛牽引和制動特性的要求，從而實現(xiàn)對車輛的運(yùn)行控制。2.1.1車輛牽引系統(tǒng)的主要設(shè)備車輛牽引系統(tǒng)的基本組成如圖2-1所示。在系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中主要由5部分設(shè)備，即：受流器；高壓電器單元；變流設(shè)備，主要是整流器或變流器；驅(qū)動設(shè)備，即牽引電動機(jī)和控制設(shè)備；轉(zhuǎn)向架及車輛。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)1.受流器受流器的功能是將電源引入車內(nèi)。我國干線鐵路和大部分城市的軌道交通車輛的受流器都采用受電弓，只有部分城市的地鐵車輛采用第三軌受流器；另外，目前正在研制的中低速磁懸浮列車也采用第三軌受流器。從接觸網(wǎng)將電源引入車輛的裝置稱為受電弓，如圖2-2所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.高壓電器單元高壓電器單元是將受流器從接觸線路采集的電能引入車內(nèi)，為牽引設(shè)備和其他設(shè)施提供動力并進(jìn)行高壓系統(tǒng)的控制、檢測和保護(hù)。高壓電器單元主要包括主斷路器、避雷器、接地開關(guān)和檢測保護(hù)裝置等。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)3.牽引變壓器牽引變壓器的作用主要是將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷汗┝熊嚑恳到y(tǒng)和其他電氣系統(tǒng)使用；另外牽引變壓器還可以將列車電氣系統(tǒng)與接觸網(wǎng)相隔離，并提供濾波、保護(hù)等手段，為列車提供安全、可靠、高質(zhì)量的電源。4.變流器變流器是一類采用功率電子器件實現(xiàn)電源制式或性能變換的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，它主要包括實現(xiàn)交流到直流變換的整流器、直流到交流變換的逆變器、實現(xiàn)直流電壓變換的直流變換器和實現(xiàn)交流頻率變換的交-交變流器。5.牽引電動機(jī)牽引電動機(jī)可分為直流牽引電動機(jī)、交流牽引電動機(jī)和直線牽引電動機(jī)，交流牽引電動機(jī)又可分為交流異步牽引電動機(jī)和交流同步牽引電動機(jī)。目前在車輛牽引系統(tǒng)中主要采用的是交流異步牽引電動機(jī)，只有在磁懸浮列車的牽引系統(tǒng)中采用交流同步牽引電動機(jī)。6.牽引控制設(shè)備牽引控制設(shè)備是保證牽引系統(tǒng)有序、正常工作的核心設(shè)備。早期的控制設(shè)備是由一些有節(jié)點的電器如繼電器、接觸器等構(gòu)成，功能上實現(xiàn)“與”、“或”、第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.2直流牽引傳動系統(tǒng)多年以來，直流串勵牽引電機(jī)一直作為各種鐵道車輛的主要牽引動力，因為它具有啟動性能好、調(diào)速范圍大、過載能力強(qiáng)、功率利用充分、運(yùn)行較可靠且控制簡單等優(yōu)點。2.2.1直流牽引電動機(jī)的牽引性能直流電動機(jī)的機(jī)械特性與勵磁方式有關(guān)，直流電機(jī)的勵磁方式有：串勵、并勵、復(fù)勵等，如圖2-4所示。圖2-4（a）是并勵方式的工作示意圖；圖2-4（b）是串勵方式的工作示意圖；圖2-4（c）是他勵方式的工作示意圖。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)直流牽引電動機(jī)的基本工作原理可以用下述兩個方程表示：第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)1.牽引電動機(jī)之間的負(fù)載分配理論上機(jī)車上各臺牽引電動機(jī)的負(fù)載應(yīng)當(dāng)是相同的，但是由于各臺牽引電動機(jī)的特性不可能完全相同，實際的動輪直徑也有所差異（包括公差和磨耗），這些差異都將引起電動機(jī)之間負(fù)載分配的不均勻。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)圖2-7（a）表示轉(zhuǎn)速差異在兩臺并勵式電動機(jī)之間引起的負(fù)載分配不均；

圖2-7（b）表示同樣的轉(zhuǎn)速差異在兩臺串勵式電動機(jī)之間引起的負(fù)載分配不均。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.電壓波動對牽引電動機(jī)工作的影響接觸網(wǎng)電壓經(jīng)常會發(fā)生波動，如當(dāng)電力機(jī)車運(yùn)行經(jīng)過兩個牽引變電所供電的交界處時，供電電壓就會突然變化。這種變化進(jìn)行得很快，而列車的速度還來不及改變，就可能產(chǎn)生大的電流沖擊和牽引力沖擊。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)3.直流牽引電動機(jī)的功率利用從牽引供電的角度不希望機(jī)車的牽引功率在整個列車運(yùn)行過程中有大幅度的變化，過多的功率波動將造成供電設(shè)備容量和接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面增加等問題。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)4.直流牽引電動機(jī)的黏著特性由圖2-5我們得知串勵式牽引電動機(jī)具有“軟特性”，其轉(zhuǎn)速允許有很大的變化范圍。也就意味著當(dāng)牽引電動機(jī)在黏著失去時，牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，牽引電動機(jī)的工作點可以大范圍地改變，轉(zhuǎn)速甚至可以無限地增加，這將造成嚴(yán)重的后果。并勵式牽引電動機(jī)的“硬特性”表示其轉(zhuǎn)速的變化范圍很小，即便是轉(zhuǎn)矩很小，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速仍然有一個確定的值。因此并勵式牽引電動機(jī)具有較好的防空轉(zhuǎn)特性。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)綜上所述，我們可以看出串勵式牽引電動機(jī)的特點更適合于列車運(yùn)用，因此在直流牽引系統(tǒng)中基本上使用的都是串勵式牽引電動機(jī)。但是由于串勵式牽引電動機(jī)的黏著特性差，牽引系統(tǒng)必須配置完善的黏著控制功能，在采用牽引電動機(jī)串聯(lián)的主電路時，對黏著控制的性能要求更高，需要采用靈敏、高效的黏著控制手段。我國20世紀(jì)80年代從歐洲引進(jìn)的8K型電力機(jī)車是一個很好的范例。2.2.2直流牽引傳動系統(tǒng)的牽引特性車輛牽引力的表達(dá)式為車輛的速度為第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)由于直流牽引系統(tǒng)中基本是采用的串勵式牽引電動機(jī)，因此本章所述的牽引特性均指采用串勵式牽引電動機(jī)的直流牽引系統(tǒng)。在串勵式牽引電動機(jī)的條件下，電動機(jī)的電樞電流就是勵磁電流。則有1.恒電壓牽引特性保持牽引電動機(jī)的端電壓不變，機(jī)車牽引力與車輛速度之間的關(guān)系稱為恒電壓牽引特性。根據(jù)式（2-5）和式（2-6）可以得到恒電壓下的電動機(jī)機(jī)械特性也就是牽引特性的表達(dá)式第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.恒功率牽引特性在保持牽引電動機(jī)輸入功率為常數(shù)的條件下，牽引力與速度之間的關(guān)系稱為恒功率牽引特性。如下左圖所示。3.恒電流牽引特性保持直流牽引電動機(jī)的電樞電流恒定，即為常數(shù)時，牽引力和速度之間的關(guān)系稱為恒電流牽引特性。如下右圖所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)4.恒速度牽引特性列車調(diào)速是牽引系統(tǒng)控制的基本功能。保持列車速度恒定的特性曲線在平面上表現(xiàn)為一條垂直線，如圖2-14所示中的v1、v2、v3曲線。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)5.組合牽引特性為了使列車運(yùn)行獲得一個能兼顧各個方面性能的牽引特性，將上述特性曲線組合起來運(yùn)用，圖2-15表示的是兩種組合特性曲線。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.2.3直流牽引傳動系統(tǒng)的控制城市軌道交通車輛直流主傳動系統(tǒng)由網(wǎng)側(cè)高壓電路、牽引電動機(jī)調(diào)速電路組成，主要設(shè)備有受流器、斷路器、直流牽引電動機(jī)、傳動齒輪箱、輪對、接地回流裝置。城市軌道交通車輛直流主傳動結(jié)構(gòu)組成如圖2-17所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)1.直流斬波器直流斬波動車（組）利用斬波器進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速。斬波器是能快速接通和切斷主電路的一種電力半導(dǎo)體變流裝置，猶如一個大功率、高速無觸點電子開關(guān)。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.變阻控制變阻控制是通過調(diào)節(jié)串入電動機(jī)回路的電阻，改變直流牽引電動機(jī)端電壓而達(dá)到調(diào)速目的，主要方法有凸輪調(diào)阻和斬波調(diào)阻。（1）凸輪調(diào)阻控制。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)（2）斬波調(diào)阻控制。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)3.斬波調(diào)壓控制斬波調(diào)壓控制是通過控制接在電網(wǎng)與牽引電動機(jī)之間的斬波器的導(dǎo)通與關(guān)斷來改變牽引電動機(jī)端電壓的，主傳動電路如圖2-21所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)4.直流牽引傳動系統(tǒng)的電制動城軌車輛的電制動是利用電機(jī)的可逆性原理。一臺電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)也可以作為電動機(jī)，只是運(yùn)行條件不同，這就是電機(jī)的可逆性原理。（1）電阻制動。（2）再生制動。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.2.4直流傳動裝置主回路電器配置與工作原理城市軌道交通車輛的主回路是將“電力傳動車輛”產(chǎn)生牽引力和制動力的各種電器、電機(jī)、電子設(shè)備連成一個電系統(tǒng)，實現(xiàn)電動車輛的功率傳輸，它是電動列車最重要的組成部分之一。1．直流傳動裝置的主回路上海地鐵DC01型列車主回路（見圖2-24）是由架空線網(wǎng)通過裝在“B”車上的受電弓(Q1)得到DC1500V電源正極，由輪對通過鋼軌回到電源負(fù)極：它的構(gòu)成主要有以下3個部分。（1）線路濾波部分。線路濾波部分主要由線路電抗器L1和線路電容器C1組成，線路濾波部分作用是減少外界因素和接觸網(wǎng)電壓波動突跳等對主回路的影響，使主回路得到一個平穩(wěn)的電源電壓，同時也是為了減少由于電壓、電流波動對周圍通信、信號等設(shè)施的干擾。（2）主回路部分。主電路部分主要是由二串二并四個直流牽引電機(jī)M1～M4組成，它的作用是建立牽引工況、制動工況和設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。（3）斬波器控制部分。斬波器作用是在電機(jī)啟動時，調(diào)節(jié)電機(jī)兩端電壓來滿足電機(jī)電流恒流啟動要求，在電制動時，能實施再生反饋制動或電阻制動。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.牽引電路運(yùn)行工況的建立當(dāng)確定了運(yùn)行方向，且主手柄在牽引位，TCU牽引控制單元可建立起牽引電路，設(shè)運(yùn)行方向為向前運(yùn)行，牽引工況電路建立并確定電流流向。見圖2-24，此時K1、K2、K5、K6方向接觸器主觸頭閉合，K9、K10牽引接觸器主觸頭閉合，線路電流的軌跡見圖2-25所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)根據(jù)直流電動機(jī)的左手定則，上述電路中M1、M2、M3、M4電機(jī)主極線圈電流方向未變，則主極磁場方向未變，即N、S極未變，M2、M1與M4、M3電機(jī)電樞電流方向相反，電機(jī)轉(zhuǎn)矩反向，故電樞的轉(zhuǎn)動方向相反，從而使列車運(yùn)行方向變成向后運(yùn)行，見圖2-26所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)當(dāng)與外接負(fù)載接通之后就會產(chǎn)生一個與牽引工況相反的電流對外并聯(lián)供電電路。電流流向軌跡見圖2-27所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)3.制動電路運(yùn)行工況的建立電制動時，電機(jī)由惰行狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)工況，依靠剩磁所建立很低的電機(jī)電勢，雖接通負(fù)載，但其制動功率是很小的，起不到有效制動減速的目的，這就需要加快建立起電機(jī)的電勢電壓上海地鐵電動客車的電制動是再生制動優(yōu)先，其次是電阻制動。在外界有吸收時車輛將優(yōu)先進(jìn)行再生制動；當(dāng)外界無吸收時，列車電制動將從再生制動轉(zhuǎn)換到電阻制動，只要使VD3、VD4電阻晶閘管導(dǎo)通，R9制動電阻接入來代替外界的吸收實施制動。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3交流牽引傳動系統(tǒng)直流電動機(jī)必須通過換向器才能工作，除結(jié)構(gòu)較復(fù)雜外，它的檢修工作量較大，使直流牽引電機(jī)的發(fā)展受到了很大限制。2.3.1三相異步電動機(jī)械特性在參數(shù)齊全的條件下，分析三相異步電動機(jī)的特性一般不采用T形等值電路，而是將它簡化成如圖2-28所示的簡化等值電路。1.機(jī)械特性的參數(shù)方程式根據(jù)圖2-28所示的簡化等值電路得定子電流的負(fù)載分量I＇為：第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)原理與等值電路可知，通過空氣隙傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率為：異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：將式（2-10）代入式（2-12），得第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)式2-13就是異步電動機(jī)機(jī)械特性的參數(shù)方程。當(dāng)電源電壓、電源頻率一定，并且沒有人為地改變異步電動機(jī)的極數(shù)及各參數(shù)時，得到的機(jī)械特性稱為異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性。如圖2-30所示為一定頻率和電壓下的固有機(jī)械特性曲線。2.三個重要轉(zhuǎn)矩和四個特殊點從特性曲線上可以看出，有三個重要轉(zhuǎn)矩，此外還有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機(jī)的運(yùn)行性能。（1）三個重要轉(zhuǎn)矩。①額定轉(zhuǎn)矩TN。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)②最大轉(zhuǎn)矩Tm。③啟動轉(zhuǎn)矩Tst。（2）四個特殊點。①啟動點a。②臨界點b。③額定點c。④同步轉(zhuǎn)速點d。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3.2三相異步電動機(jī)的調(diào)速人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，稱為調(diào)速。根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：1.變極調(diào)速（有級調(diào)速）第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（無級調(diào)速）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速可以通過調(diào)節(jié)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻（適用于繞線式異步電動機(jī)）、轉(zhuǎn)差電壓（適用于繞線式異步電動機(jī)）等方法來實現(xiàn)。如圖2-32所示為改變外加定子電源電壓來改變轉(zhuǎn)差率s。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)3.變頻調(diào)速（無級調(diào)速）變頻調(diào)速通過改變電機(jī)定子的供電頻率，以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)速的目的，其調(diào)速性能優(yōu)越，調(diào)速范圍寬，能實現(xiàn)無級調(diào)速。進(jìn)行變頻調(diào)速時，為使電機(jī)得到滿意的性能，通常應(yīng)保持氣隙磁通Fm不變，即可保持鐵芯磁路的飽和程度，勵磁電流和電動機(jī)的功率因數(shù)基本不變。綜合所述三種調(diào)速方式可以看出，異步電動機(jī)的調(diào)速性能不如直流電動機(jī)的調(diào)速性能好。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3.3車輛運(yùn)行過程中對牽引電機(jī)的要求從城市軌道交通車輛的運(yùn)行來看，在不同運(yùn)行階段對牽引電機(jī)有不同的運(yùn)行要求。例如，在啟動過程中要求有一個均勻的加速度以實現(xiàn)平穩(wěn)啟動，這種方式稱為恒轉(zhuǎn)矩啟動。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)1.模式1：牽引加速—恒轉(zhuǎn)矩模式2.模式2：牽引加速—恒功率模式3.模式3：牽引加速—恒轉(zhuǎn)差頻率模式4.模式4：制動減速—恒轉(zhuǎn)差頻率模式5.模式5：制動減速—恒轉(zhuǎn)矩模式6.模式6：制動減速—恒轉(zhuǎn)矩模式Ⅱ第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3.4交流牽引系統(tǒng)的逆變器城市軌道交通車輛的傳動主要依靠電能轉(zhuǎn)換單元將車輛的直流供電電壓轉(zhuǎn)化為三相交流信號，繼而驅(qū)動車輛上的電機(jī)使車輛得以運(yùn)行。而電能轉(zhuǎn)換單元的主體為逆變電路，逆變電路因為其性能可靠，動、靜態(tài)性能卓越和節(jié)能等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。1.單相橋式逆變電路第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)在感性負(fù)載下，每個電力電子器件上還需反向并聯(lián)一個快速二極管，以構(gòu)成滯后電流的通路，如圖2-36（a）所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.三相牽引逆變器第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)圖2-40所示的是二電平電路的逆變器。所謂二電平逆變器，就是通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，在輸出端把直流電源的正極和負(fù)極電壓分別引出，從而將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)3.三電平逆變器第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)三電平逆變器的主要問題在于電路所需器件數(shù)量大大增加，成本較高；主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了可靠性及平均無故障工作時間；控制上比較復(fù)雜，技術(shù)上比較難以掌握。目前在牽引系統(tǒng)中三電平逆變器在日本、德國均有所應(yīng)用。圖2-42是一個二極管箝位的IGBT三電平電壓型逆變器電路原理圖。我國目前生產(chǎn)的高速動車組CRH2應(yīng)用的就是三電平逆變器。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3.5交流牽引系統(tǒng)VVVF轉(zhuǎn)速控制車輛的交流牽引傳動控制，就是通過對逆變電路輸出信號的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之滿足車輛運(yùn)行過程中不同運(yùn)行模式的要求。1.脈寬調(diào)制目前VVVF轉(zhuǎn)速控制中主要采用的是PWM調(diào)制技術(shù)，這主要是為了得到更加接近于正弦波的逆變輸出電壓波形，減少諧波干擾。脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）的調(diào)壓方法是把逆變電路的輸出電壓斬波成為脈沖，通過改變脈沖的寬度、數(shù)量或者分布規(guī)則，以改變輸出電壓的數(shù)值和頻率。這種方法種類很多，它只需對逆變器本身加以控制，使調(diào)壓、調(diào)頻一次完成，調(diào)節(jié)迅速而不需增加功率設(shè)備，因而是逆變電路調(diào)壓調(diào)頻（VVVF）的主要方法，尤以正弦脈寬調(diào)制（SPWM）的諧波分量最少，應(yīng)用最廣。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路在城市軌道交通車輛中，逆變電路的負(fù)載大多是感應(yīng)電動機(jī)，要求可以調(diào)壓、調(diào)頻，而且輸出是正弦波形。為此可以把一個正弦半波進(jìn)行i等分，把正弦曲線每一等份所包含的面積，都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，這樣，由數(shù)量足夠多的等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半波等效，數(shù)字符號相同的矩形波面積與正弦波所圍面積相同，如陰影部分所示；而另半波也可用相同的方法得到。與正弦波等效的等幅矩形脈沖序列波形如圖2-44所示，各脈沖的幅值是相等的，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，當(dāng)逆變器各開關(guān)元件在理想狀態(tài)工作時，顯然驅(qū)動開關(guān)元件的控制信號也應(yīng)該是與圖2-44相似的一系列脈沖波。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)（1）單極性正弦脈寬調(diào)制。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)（2）雙極性正弦脈寬調(diào)制。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3.6交流牽引系統(tǒng)力矩轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制城市軌道交通車輛的牽引傳動系統(tǒng)要求在一個相當(dāng)寬的范圍內(nèi)，對每個速度點都能提供適當(dāng)?shù)牧刂?。在牽引傳動中，力矩環(huán)是一個必不可少的基本單元。如圖2-49中內(nèi)環(huán)所示，指令力矩M*由一個直流參考電壓表示，實際力矩信號M由測定的電流和磁通等確定，二者比較后所產(chǎn)生的偏差：DM=M*-M送到力矩調(diào)節(jié)器，以獲得滿意的力矩控制性能。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)差頻率控制（1）基本概念。通常異步電動機(jī)都在轉(zhuǎn)差率很小的范圍內(nèi)運(yùn)行。因為轉(zhuǎn)差率s小，所以，cosj2≈l則電動機(jī)的力矩：（2）基本規(guī)律。據(jù)交流電機(jī)等值電路及并聯(lián)電路的分流關(guān)系有第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.磁場定向式矢量控制

為了使異步牽引電機(jī)具有更加優(yōu)良的動態(tài)性能，提出了另外兩種控制方案：磁場定向式矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。3.直接轉(zhuǎn)矩控制近年提出的直接轉(zhuǎn)矩控制比矢量控制簡單，易于實現(xiàn)。牽引電機(jī)的響應(yīng)快，動態(tài)性能優(yōu)良，對空轉(zhuǎn)時電機(jī)動態(tài)特性及其黏著恢復(fù)有利。（1）直接轉(zhuǎn)矩控制原理。（2）直接轉(zhuǎn)矩控制的特點。①力矩和磁鏈都采用直接反饋的雙位式Band-Band控制，避開了將定子電流分解成力矩和勵磁分量，省去了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)，但卻帶來了力矩脈動，因而限制了調(diào)速范圍。②選擇定子磁鏈作為控制對象，而不像磁場矢量控制系統(tǒng)那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈。（3）直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和磁場矢量控制系統(tǒng)的比較。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.3.7交流牽引傳動系統(tǒng)制動控制車輛制動與黏著控制，是車輛穩(wěn)定運(yùn)行的保障。城市軌道交通車輛均采用了以電制動為主、空氣制動為輔的空電聯(lián)合制動。電動車組主要有三種不同的制動工況，即電阻制動、再生制動和空氣制動。1.輸入信號（1）制動指令（2）制動信號（3）負(fù)載信號（4）電制動關(guān)閉信號（5）緊急制動信號（6）保持制動信號（7）停車制動信號（8）速度信號2.輸出信號輸出信號控制信號公里信號第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.4直線電動機(jī)牽引傳動系統(tǒng)隨著社會的發(fā)展，城市交通系統(tǒng)降低建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)營成本，提高其便利性和創(chuàng)造舒適環(huán)境的要求日趨強(qiáng)烈，采用直線電機(jī)牽引系統(tǒng)逐漸被廣泛接受。2.4.1直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖2-51（a）和圖2-51（b）所示分別為一臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)和一臺直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)為了保證在所需的行程范圍內(nèi)初級與次級之間的磁耦合保持不變，在實際應(yīng)用時，將初級與次級制造成不同的長度。在制造直線電動機(jī)時既可以是初級短、次級長，也可以是初級長、次級短。前者稱為短初級