城市軌道交通車輛電器77L

第五章車輛牽引系統(tǒng)典型電器一

、概

述受流器是城市軌道交通車輛與固定供電裝置之間的唯一電連接環(huán)節(jié)。受流器按其受流方式可分為以下5種形式：1.桿形受流器

2.弓形受流器3.側(cè)面受流器

4.軌道式受流器5.受電弓受流器(d)

城軌交通車輛用受電弓(e)城軌交通車輛用受電弓(f)

鐵路干線用高速受電弓(氣缸驅(qū)動)

(氣囊驅(qū)動)(氣囊驅(qū)動)圖5

.

1

常用受電弓結(jié)構(gòu)(a)

單臂受電弓

(b)

菱形雙臂受電弓

(c)

交叉形雙臂受電弓

、受電弓(一)受電弓的分類(1)按結(jié)構(gòu)形式分：單臂型和雙臂型。(2)按驅(qū)動形式分：氣動式和電動式，即依靠壓縮空氣驅(qū)動和依靠電動機驅(qū)動。(3)按壓縮空氣驅(qū)動方式分：氣缸驅(qū)動和氣囊驅(qū)動。升

弓時，對接觸網(wǎng)無有害沖擊；降

弓時，對受電弓底架無有害沖擊。(二)對受電弓的基本要求(三)受電弓的結(jié)構(gòu)與工作原理1.傳動氣缸驅(qū)動式受電弓主要由底架、框架部分、滑板機構(gòu)、傳動氣缸等組成。底架通過4個支持絕緣子安裝在車頂上。圖5

.

2

單臂受電弓結(jié)構(gòu)(上海)1

—

底架；2

—

下臂桿；3

—

推桿；4

—

升弓彈簧；5

—

上部框架；6

—

上部導(dǎo)向桿；7

—

滑板；8

—

傳動氣缸；

9—蓉弓固定鉤；10—活動接頭；11—支撐架；12—支持絕緣子(1)升弓過程：司機按下升弓按鈕，升弓電磁閥得電，打開風(fēng)源至傳動氣缸的通路。壓縮空氣經(jīng)過空氣管路進(jìn)入傳動氣缸壓縮

降弓彈簧，并推動活塞、活塞桿移動，在升弓彈簧的作用

下帶動轉(zhuǎn)軸、下臂桿做旋轉(zhuǎn)運動。上部框架在推桿的作用

下向上抬起，使滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸，升弓完成。(2)降弓過程：司機按下降弓按鈕，電磁閥失電，風(fēng)源停止向傳動氣缸供風(fēng)，壓縮空氣從傳動氣缸經(jīng)節(jié)流閥排向大氣。降弓彈

簧克服升弓彈簧的拉力而伸張，將活塞推動并帶動活塞桿

移動。受電弓在自身重力作用下，使下臂桿轉(zhuǎn)動，上部框

架落下，帶動滑板離開接觸網(wǎng)導(dǎo)線降至最低位置，降弓完

成。2.電動機驅(qū)動式受電弓其主要結(jié)構(gòu)有上部撐桿、下部撐桿、導(dǎo)向桿、集電頭、基架和升弓裝置等?；苡删匦慰招匿摴芎附佣伞９潭ㄔ?/p>

基架上的部件包括：下部撐桿底軸承、上部撐桿和下部撐桿

緩沖裝置、落弓時支撐集電頭的支撐彈簧等。圖5.8

電動機驅(qū)動式受電弓的結(jié)構(gòu)1—上部撐桿；2—平行導(dǎo)向桿；3—液壓往復(fù)式減震器；4—集電頭；5—調(diào)節(jié)桿；6—電氣控制箱；7—連接桿；8—連接頭；9—手搖柄；10—落弓裝置；11—鎖鉤；12—基架；13—下部撐桿；14—升弓裝置3.氣囊驅(qū)動式受電弓氣囊驅(qū)動式受電弓的框架采用單臂輕型結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動機構(gòu)采用雙氣囊驅(qū)動式。圖5

.9

氣囊式受電弓結(jié)構(gòu)1—絕緣子組裝；2—底架電流連接裝置；3—底架組裝；4—阻尼器組裝；5—下臂桿組裝；6—拉桿組裝；7—肘接電流連接翅裝；8—平衡桿組裝；9—上框架組裝；10—子頭電流連接組裝；11—弓頭組裝；12

—

氣路(含

ADD自動降弓裝置);13

—

降弓位置指示器；14

—

升弓裝置組裝；15

—

氣閥箱(a)

結(jié)構(gòu)圖

(b)

受電弓弓頭轉(zhuǎn)軸的運動軌跡(四)受電弓靜態(tài)和動態(tài)特性1.受電弓的接觸壓力受電弓在靜止?fàn)顟B(tài)下或受電弓在緩慢移動時(慣性效應(yīng)忽略不計),受電弓滑板在工作高度范圍內(nèi)對接觸網(wǎng)導(dǎo)

線的壓力稱為受電弓的靜態(tài)接觸壓力。該值的大小直接影

響受流質(zhì)量。2.受電弓的動、靜特性受電弓在靜止?fàn)顟B(tài)下，或緩慢移動時，受電弓靜態(tài)接觸壓力與受電弓工作高度的關(guān)系稱為受電弓的靜特性。受電弓的歸化質(zhì)量與受電弓提升高度的關(guān)系稱為受電弓的動特性。1.部件清洗2.部件檢修1

)

滑

板

3

)

軸

承

5)絕緣子2)框架部分4)電橋連接線6)傳動氣缸(五)受電弓的維修與調(diào)整調(diào)整步驟：將受電弓升至最大工作高度；在弓頭橫向桿上放測力計；慢慢地拉動測力計，使受電弓降弓，再升弓；讀出這個過程的

接觸壓力，如果接觸壓力在(120

±10)

N

范圍內(nèi)，則不用調(diào)

節(jié)，否則必須轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)接觸壓力到正確范圍內(nèi)。三

、集電靴(取流靴)(一)受流形式根據(jù)集電靴受流位置的不同，可分為上部受流、下部受流和側(cè)部受流三種形式。國內(nèi)應(yīng)用較多的是上部受流和下部

受流方式。上部受流接觸軌示意圖圖5.13絕緣支架上部絕緣支架中部絕緣支架下部鋼鋁復(fù)合接觸軌圖5

.

15

側(cè)部受流接觸軌示意圖接觸軌防護(hù)里支架防護(hù)罩下部受流接觸軌示意圖圖5.14

e(二)集電靴的結(jié)構(gòu)圖5

.

18

集電靴結(jié)構(gòu)1—絕緣腐座；2—手動回退工具指入位置；3—氣動回退裝置；4—拉簧壓力系統(tǒng)；5—碳化板；6—集電靴止擋；

7—回退柄；8—臂軸；9—調(diào)整支架；10—氣管；11—調(diào)整螺栓；12—調(diào)整絲程絕緣子固定螺栓匯流排固定壓板T型鋁匯流排受電弓中心線位置110型梯形截面銅接觸線接觸線固定夾板匯流排支撐絕緣子圖5.21

跨座式單軌接觸軌安裝方式(三)跨座式單軌受流裝置絕緣護(hù)套圖5

.22

跨座式單軌動力轉(zhuǎn)向架一

、車間電源的功能車間電源是列車的輔助受流設(shè)備。對于接觸網(wǎng)供電的車輛，車間電源主要供列車在檢修庫內(nèi)整車調(diào)試或部分設(shè)備需

進(jìn)行有電檢查時使用。對于接觸軌供電的地鐵車輛，入庫進(jìn)行檢修，則使用裝在車下的庫用電源插座引入高壓電，如圖5.25所示。圖5

.25

庫用電源插座

、車間電源的構(gòu)成車間電源系統(tǒng)由電源插座蓋、電源插座、熔斷器、接觸器及隔離二極管組成，如圖5.26所示。車間電源的電氣元件

與其他高壓電氣元件集中在B

車PH

高壓牽引箱內(nèi)，由電源插

座提供DC1500V

電源。電源插座圖5.26

車間電源手柄開關(guān)Q2主前端蓋一

、概

述避雷器是一種用來防止來自城市軌道交通車輛外部的過電壓(如雷擊等)對車輛電氣設(shè)備的破壞，限制過電壓幅值的保護(hù)電器。避雷器并聯(lián)在被保護(hù)電氣設(shè)備與地之間，安裝在B車車頂受電弓旁。避雷器的主要類型有火花間隙避雷器、閥型避雷器、管型避雷器和氧化鋅避雷器等。

、火花間隙避雷器火花間隙避雷器通常由火花間隙和非線性電阻兩部分組成。圖5.27

火花間隙避雷器的結(jié)構(gòu)原理1

—

被保護(hù)交壓器；2

—

避查器；3

—

非線性電阻；4

—

火花

間隙；5

—

被限制的過電壓波；6

—

未被限制的過電壓波擊穿電壓的幅值與擊穿時間的關(guān)系稱為伏-秒特性。圖5.28

避雷器的伏-秒特性1—避曾器的伏-秒特性；2—被保護(hù)電器的伏-秒特性(a)安裝在車頂?shù)谋芾灼?/p>

(b)

安裝在車下的避雷器圖5

.30

避雷器在車頂?shù)奈恢?—受電弓；2—避曾器三、氧化鋅避雷器(無間隙避雷器)氧化鋅避雷器是一種閥型避雷器，其結(jié)構(gòu)是將若干片氧化鋅(ZnO)閥片壓緊密封在避雷器瓷套內(nèi)。這種避雷器的

閥片是以氧化鋅為主要原料，摻以少量其他金屬氧化物(如

氧化鉍、氧化鈷、氧化錳)添加劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。1

—

貴弧口；2

—

氧化鋅閥片；3

—

絕緣拉桿；

4

—

絕緣底座；5

—

壓力釋放裝置；圖5

.

31

氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)氧化鋅避雷器具有以下優(yōu)點：(1)無間隙。(2)無續(xù)流。(3)通流能力大。(4)殘壓低，可使設(shè)備的絕緣水平降低。一

、電氣連接裝置(電氣連接器)為了方便地實現(xiàn)車輛之間的電氣連接，車鉤上設(shè)置有電氣連接器，可以手動或者自動連接，也可以用電纜直接連接兩個車體端墻上的電氣插座。圖5

.32

電氣連接裝置1—箱體；2—懸吊裝量；3—車鉤；4—定位孔；5—定位銷；6—密封條；

7—觸點(固定觸點和彈性觸點);8—箱在(a)

結(jié)構(gòu)

(b)

跨接電纜連接金

、接地裝置接地裝置的主要作用是為主電路提供回流通路，使電流經(jīng)輪對到達(dá)鋼軌，構(gòu)成1500V或750V完整的電路，同時防

止電流通過軸承造成電腐蝕，延長軸承的使用壽命。接地裝置安裝在輪對的軸端上，依靠碳刷與接地棒的轉(zhuǎn)動摩擦受電。圖5.33

在軸端的接地裝置圖5.34

接地裝置的分解圖端蓋碳握一

、概

述1.作

用高速斷路器在城市軌道交通車輛上主要作為車輛電氣系統(tǒng)的總開關(guān)和總保護(hù)，

可以實現(xiàn)電源的接通與切斷控制，是

一種能對電路進(jìn)行控制(分?jǐn)唷㈤]合)和保護(hù)的高壓電器。2.高速斷路器的主要特性(1)對地有很高的絕緣等級。(2)有較高的分?jǐn)嗄芰Α?3)有較短的響應(yīng)時間。(4)不受氣候條件影響。

(5)使用壽命長。(6)易于維護(hù)。3.安裝位置高速斷路器一般安裝在動車逆變器箱內(nèi)，每個牽引逆變器都分別設(shè)有一個高速斷路器，牽引逆變器通過從高速斷路

器處獲得供電。二、電磁式高速斷路器固定主觸頭221.基本結(jié)構(gòu)圖5.35

電磁式高速斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖2.工作原理1)合閘動作圖5.36

合閘動作原理示意圖2)正常分?jǐn)鄤幼鲌D5.37

正常分?jǐn)鄤幼髟硎疽鈭D電磁線圖1軸63)過流分?jǐn)鄤幼鲌D5.38

過流分?jǐn)鄤幼髟硎疽鈭D三

、UR6-31/32

型高速斷路器1.作

用UR6-31/32

型高速斷路器的作用是：正常情況下，根據(jù)需要接通和斷開接觸網(wǎng)和電動車輛主電路之間的高壓電路；

在發(fā)生故障(如主電路短路、過載、電機燒損等)時，快速

切斷主電路，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)車輛和人身安全。2.基本結(jié)構(gòu)UR6-32E型高

速斷路器的基

本結(jié)構(gòu)包括：基架、主觸頭、

脫扣裝置、閉

合裝置、滅弧

罩和輔助觸頭。(a)

外觀圖5

.39

UR6-32E

型高速斷路器的外觀及基本結(jié)構(gòu)1

—

滅弧顯；2

—

叉；3

—

桿；4

—

缸；5

—

閉合線圖(E型);6

—

芯組成；7

—

前板；8

—

后板；9

—

雙觸點開關(guān)；10

—

控制桿；11

—

銷；12

—

叉；13

—

樞軸承；14

—

動觸點；15

—

益；16

—

層壓磁板；17

—

斷路箱；18

—

絕緣框架；19

—

下部連換；20

—

動磁鐵；21

—

彈簧；22

—

控制桿；23

—

上部連換(b)

基本結(jié)構(gòu)2322212019181716圖5.40

高速斷路器主體結(jié)構(gòu)分解圖1

—

固定絕緣架；2

—

主電路(21

—

下連換銅排；22

—

動觸頭；23

—

上連換銅排；24

—

帶引弧角的靜觸頭；

25

—

引孤角);3

—

過電流脫扣裝置；4

—

滅弧置；5

—

驅(qū)動裝量；6

—

輔助觸頭組件3.工作原理按下高速斷路器“合”按鈕，閉合裝置的線圈得電，帶動連桿推動動觸頭與靜觸頭接觸。電流從上接線排通過閉合

動、靜觸頭流向動觸頭臂至下接線排，使接觸網(wǎng)與車輛主電

路電氣設(shè)備連通。分閘有手動和自動兩種方式：當(dāng)高速斷路器閉合后，脫扣裝置監(jiān)控系統(tǒng)電流的大小。發(fā)生短路時，若電流值達(dá)到其跳閘整定值，該裝置動作，通

過轉(zhuǎn)換機構(gòu)帶動動觸頭移動，與靜觸頭分開，使高速斷路器

處于“分”狀態(tài)。高速斷路器分?jǐn)嘀笤俸祥l，必須間隔2s

以上。圖

5

.

4

1

高速斷路器分段特性曲線I—預(yù)期特續(xù)短路電流；I—I;的峰值；—設(shè)定的最大脫扣電流值；—切斷電流；

dt/dt—初始電流上升率；

T一回路時間常數(shù)；Ue—額定運行電壓；

Um

一最大電弧電壓；tp—總分?jǐn)鄷r間；t1—機械響應(yīng)時間4.UR6-32E

型高速斷路器的

特性四、

TSE1250-B-1

型高速斷路器(高速開關(guān))1.基本結(jié)構(gòu)其主要結(jié)構(gòu)部件包括：基架、短路快速跳閘裝置(KS)、過載跳閘裝置(S)、合閘裝置和滅弧柵。圖5.42

TSE1250-B-1

型高速開關(guān)外形(1)觸頭系統(tǒng)：動、靜觸頭采用雙極串聯(lián)形式。(2)傳動機構(gòu)：用來操縱主觸頭分合。(3)滅弧機構(gòu)。(4)自由脫扣機構(gòu)：位于傳動機構(gòu)與主觸頭之間，用來保證當(dāng)電路發(fā)生短路時，傳動機構(gòu)能起作用，并可靠地開

斷電路。(5)最大電流釋入器：過載時通過拉桿作用于自由脫扣機構(gòu)而開斷，短路時直接撞擊鎖鉤開斷電路。(6)最小電壓釋入器：通過電磁機構(gòu)作用，銜鐵直接作用在鎖鉤上，使鎖鉤釋放，主觸頭在開斷彈簧作用下開斷電

路。(7)輔助開關(guān)：用于聯(lián)鎖、指示、控制作用。2.工作原理高速開關(guān)的通斷由按鈕控制。一旦電流值超過過載跳閘裝置7的整定值時，該裝置動作，通過拉桿8、釋放鎖件9、轉(zhuǎn)換機構(gòu)10等機械裝置的動作

,將動觸頭與靜觸頭分?jǐn)唷12

~136圖5

.43

TSE1250-B-1

型高速開關(guān)結(jié)構(gòu)原理1—上換線端；2—靜觸頭；3—動觸頭；4—勤觸頭臂；5—彈性連接板；6—下?lián)Q線端；7—過載跳間(S)淡登；8—拉桿；9—釋放鎖件；10—轉(zhuǎn)換機構(gòu)；11—轉(zhuǎn)換軸；12—短路快速跳聞(KS)銜銑；13—擅擊螺釘；14—轉(zhuǎn)換桿；15—滾軸；16—短路快速跳開拉桿；17、18—滅弧板在出現(xiàn)短路故障的情況下，過載跳閘系統(tǒng)動作太慢，此時短路快速跳閘銜鐵12動作，通過撞擊螺釘13直接撞擊動觸

頭臂4,由轉(zhuǎn)換桿14和滾軸15之間的專用壓緊裝置迫使動、靜觸頭快速分?jǐn)?。觸頭分?jǐn)鄷r將形成電弧。電弧由電磁系統(tǒng)吸入滅弧柵內(nèi)進(jìn)行分割、冷卻。一、牽引逆變器的作用其主要功能是把來自接觸網(wǎng)的1500V直流電變換為三相交流電，

為動車轉(zhuǎn)向架上的牽引交流電機提供交流電。其頻

率和電壓值是可調(diào)的。電制動時，它將牽引交流電機發(fā)出的交流電進(jìn)行整流，反饋到接觸網(wǎng)供本車其他負(fù)載使用，或供其他車的耗電設(shè)備如輔助設(shè)備、空調(diào)、照明等使用。

、牽引逆變器的基本結(jié)構(gòu)牽引逆變器的最主要部件是大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件。目前在城市軌道交通車輛牽引逆變器中普遍采用的是復(fù)合型電力電子器件IGBT。圖5

.44

主回路電氣配置圖X—

受電弓，F(xiàn)1—避面器；Q—

高速斷路器，K100—

線路接觸器；K110—預(yù)充電接觸器，R1—預(yù)充電電阻；L100—線路電感；T1—制動GTO;T2—保護(hù)晶用管；V1、V2—二板管；C—線路濾波電容；M?~M?—

三相交流前電機三、列車牽引回路電氣配置四、逆變電路感應(yīng)電機M3~圖5.45

逆變電路等效圖五、

牽引逆變器模塊1.相模塊A10、A20、A302.制動控制模塊A403.保護(hù)模塊A504.牽引控制單元A1005.門極電源單元A130

6.電阻單元A2007.直流中間電路電容C100、C2008.設(shè)備風(fēng)扇E1009.Pt100

電阻F20010.線路接觸器K10011.預(yù)充電接觸器K11012.線路電感L10013.預(yù)充電電阻R100、R11014.接地電阻R14015.終端電阻R15016.電機電壓互感器T100、T11017.線路電流互感器U10018.接地電路電流互感器U11019.電機電流互感器U120～U14020.線路電壓互感器U15021.中間電路電壓互感器U160一

、制動電阻器的結(jié)構(gòu)制動電阻器主要由主單元和通風(fēng)風(fēng)扇兩部分組成。1.主單元(條狀電阻箱)條狀電阻箱包括制動電阻外殼(內(nèi)部安裝有條狀制動電阻)、制動電阻框架、壓力監(jiān)控器、溫度監(jiān)控器、

制動電阻安裝框架、接線盒。1—制動電阻外充；2—制動電阻安裝相架；3—接統(tǒng)柱；4—接線金；5—溫廢監(jiān)控器；6—通風(fēng)風(fēng)扇；

7

—

制動電阻帶(條);8

—

制動電阻連接銅排制動電阻器圖5.472.通風(fēng)風(fēng)扇通風(fēng)風(fēng)扇包括電機、外殼、風(fēng)葉。

、制動電阻器的原理及要求列車制動時，電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，產(chǎn)生了制動電流。這個電流通過條狀電阻，使電阻條發(fā)熱，把電能轉(zhuǎn)化成熱能消

耗掉。三、制動電阻通風(fēng)風(fēng)扇制動電阻通風(fēng)風(fēng)扇的作用是降低制動電阻箱內(nèi)的溫度，使制動電阻在制動電阻風(fēng)扇強迫通風(fēng)方式下正常工作。在每

節(jié)動車上各有1個制動電阻箱及制動電阻風(fēng)扇。制動電阻風(fēng)

扇的工作電源為三相交流380V。1.作用熔斷器是一種過載或短路電流導(dǎo)致熔體發(fā)熱熔斷的保護(hù)電器。低壓熔斷器一般是插入式纖維管、瓷管等；高壓熔斷器一般有充石英砂瓷管式等。一、概

述(

a)

外形

(b)圖形符號圖5.48

熔斷器的外形和圖形符號圖5.49

插入式熔斷器結(jié)構(gòu)1

—

動觸頭；2

—

熔絲；3

—

瓷蓋；4

—

靜觸頭；5

—

盜應(yīng)2.分

類(1)插入式熔斷器(2)螺旋式熔斷器：其額定容量比插入式熔斷器要大(3)無填料封閉管式熔斷器：用作線路過載及系統(tǒng)的短路保護(hù)。(4)有填料封閉管式熔斷器：在熔斷器的絕緣管內(nèi)裝有石英砂作填料，用來冷卻和熄滅電弧圖5.50

充石英砂瓷管熔斷器的外形及結(jié)構(gòu)1—熔斷器指示器；2—石英砂泳料；3—指示器熔絲；4—觸刀；5—底座；6—熔體；7—熔管(a)

外

形(b)結(jié)

構(gòu)(5)快速熔斷器：它是以銀片沖制的V形深槽的變截面熔體(6)自復(fù)式熔斷器：它是一種新型熔斷器，以金屬鈉作為熔體，其熔點低、易氣化。