城市軌道交通車輛電氣控制 課件 趙麗 第1-4章 城市軌道交通車輛電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成、城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)、電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法

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(diǎn)

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(diǎn)

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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)直流電壓變換的直流變換器和實(shí)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(diǎn)的電器如繼電器、接觸器等構(gòu)成，功能上實(shí)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?yàn)樗哂袉有阅芎?、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(diǎn)。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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(shí)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?yàn)橄蚯斑\(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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)。①啟動點(diǎn)a。②臨界點(diǎn)b。③額定點(diǎn)c。④同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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?yàn)槠湫阅芸煽浚瑒?、靜態(tài)性能卓越和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)都能提供適當(dāng)?shù)牧刂怠Ｔ跔恳齻鲃又?，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(shí)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?yàn)檗D(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(shí)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(diǎn)。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(shí)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。前者稱為短初級長次級，后者稱為長初級短次級。但是由于短初級在制造成本上、運(yùn)行的費(fèi)用上均比短次級低得多，因此，除特殊場合外，一般均采用短初級長次級的方式，如

圖2-53所示。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.4.2直線電動機(jī)的工作原理直線電動機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于是從旋轉(zhuǎn)電動機(jī)演變而來的，而且其工作原理也與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相似，遵循電機(jī)學(xué)的基本原理。下面以直線感應(yīng)電動機(jī)為例，從旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的基本工作原理出發(fā)，引申出直線電動機(jī)的基本工作原理。1.旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的基本工作原理第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.直線電動機(jī)的工作原理將圖2-57所示的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機(jī)在頂上沿徑向剖開并將圓周拉直，便成了圖2-58所示的直線感應(yīng)電動機(jī)。在這臺直線感應(yīng)電動機(jī)的三相繞組中通入三相對稱正弦電流后，也會產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊端效應(yīng)時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的相似，即可看成沿展開的直線方向呈正弦分布。直線感應(yīng)電動機(jī)的基本工作原理第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)圖2-59中分別畫出了假想導(dǎo)條中的感應(yīng)電流及金屬板內(nèi)電流的分布，圖中為初級鐵芯的疊片厚度，c為次級鐵芯在長度方向伸出初級鐵芯的寬度，它用來作為次級感應(yīng)電流的端部通路，c的大小影響次級的電阻。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.4.3直線電動機(jī)牽引傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)與磁懸浮交通不同，直線電機(jī)輪軌交通仍有輪軌接觸，它結(jié)合了傳統(tǒng)輪軌交通和低速磁懸浮交通方式兩者的優(yōu)點(diǎn)，保留了傳統(tǒng)輪軌交通方式的鋼輪和鋼軌，列車的支撐和運(yùn)行導(dǎo)向依靠輪軌關(guān)系；同時借鑒了低速磁懸浮直線感應(yīng)電機(jī)傳遞牽引力的方式。1.直線電動機(jī)牽引傳動系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)直線電機(jī)輪軌交通的電氣牽引與制動系統(tǒng)主要由牽引變流器、直線感應(yīng)電機(jī)和牽引控制器三部分構(gòu)成。2.直線電動機(jī)制動系統(tǒng)直線感應(yīng)電機(jī)車輛和旋轉(zhuǎn)電機(jī)車輛在驅(qū)動方式上有一定的差異，但它們對制動系統(tǒng)的基本性能和要求是完全一致的。由于直線感應(yīng)電機(jī)的效率和功率因數(shù)大，能耗損失大，直線感應(yīng)電機(jī)車輛的制動系統(tǒng)裝置也應(yīng)盡可能地從基礎(chǔ)制動裝置和電制動裝置兩方面來實(shí)現(xiàn)輕量化的要求。目前世界上的直線感應(yīng)電機(jī)車輛實(shí)際使用的制動方式有電氣制動（再生制動、電阻制動、反接制動）和摩擦制動（盤形制動、磁軌制動）。第2章城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)2.5車輛牽引系統(tǒng)主要設(shè)備檢修

(略）第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)本章重點(diǎn)

輔助供電系統(tǒng)作用。

輔助供電系統(tǒng)電路原理。

輔助逆變器主要部件。

輔助供電系統(tǒng)檢修方法。3.1認(rèn)識車輛輔助供電系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)是城市軌道交通車輛的一個重要組成部分，安裝于拖車構(gòu)架上，主要為除牽引系統(tǒng)以外的所有用電系統(tǒng)供電。輔助逆變系統(tǒng)通常需要滿足如下基本要求：（1）輸出電壓為三相四線制，輸出電壓和頻率滿足規(guī)定的精度要求。（2）在寬輸入電壓變化范圍內(nèi)，輸出額定容量的工作能力。（3）輸出電壓為正弦波形或準(zhǔn)正弦波形。（4）較強(qiáng)的負(fù)載突變能力。（5）一定的冗余度。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.1.1輔助供電網(wǎng)絡(luò)電動列車輔助供電網(wǎng)絡(luò)主要包括：輔助逆變器（給AC中壓和DC低壓供電）、蓄電池、低壓總線、所有控制器、斷路器、繼電器、接觸器。1.輔助逆變器（DC/AC逆變）輔助系統(tǒng)由DC1500V（以DC1500V為例）接觸網(wǎng)供電，經(jīng)受電弓傳輸?shù)搅熊嚳偩€，在線網(wǎng)電壓正常情況下，受電弓將高壓直流電通過列車總線同時傳輸給每節(jié)車的輔助逆變器。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.中壓總線（AC380V）和低壓總線（DC110V）列車內(nèi)負(fù)載是由兩組交流電源供電的，每組交流電源負(fù)責(zé)整列車一半的負(fù)載，當(dāng)一組交流電源發(fā)生故障時，由它提供電源的一些重要AC負(fù)載會自動切換至另一組電源供電，保證這些AC負(fù)載能繼續(xù)工作（如牽引箱的通風(fēng)冷卻風(fēng)機(jī)等）。3.

DC網(wǎng)絡(luò)的電源DC網(wǎng)絡(luò)的電源是由帶充電設(shè)備的蓄電池充電器通過二極管來提供的。蓄電池充電器內(nèi)AC／DC變換器提供蓄電池充電和DC電源。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.1.2輔助逆變器的負(fù)載及分類1.輔助逆變器負(fù)載電動列車輔助逆變器系統(tǒng)主要由每節(jié)車廂的逆變器并聯(lián)組成，并向空調(diào)通風(fēng)、照明、蓄電池充電、設(shè)備冷卻風(fēng)機(jī)、低壓電源提供電源，如圖3-3所示：第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.車輛的電氣負(fù)載類型（1）照明電光源。（2）空氣調(diào)節(jié)裝置的電氣設(shè)備。（3）列車電視、播音和通信設(shè)備。（4）普通客車使用的各種電氣設(shè)備。（5）各種特殊用途的專用車輛所帶有的專用電氣設(shè)備。3.2輔助逆變器及其控制3.2.1輔助逆變器主要部件現(xiàn)代輔助供電系統(tǒng)主要有變壓器隔離和變流兩個功能部分。變壓器隔離是將電網(wǎng)上的高壓與低壓用電設(shè)備進(jìn)行電氣隔離，尤其是常需人工操作的控制電源的設(shè)備，在電氣電位上實(shí)現(xiàn)隔離。通常采用變壓器進(jìn)行電氣隔離，同時也可通過設(shè)計(jì)不同的匝數(shù)比以滿足電壓值的需要，變流部分則是用來進(jìn)行電能形式的轉(zhuǎn)換，輔助用電設(shè)備大都需要三相380V、50Hz交流電源，所以要將波動的直流電壓逆變?yōu)楹銐汉泐l的三相交流電。上述兩部分構(gòu)成了完善的輔助逆變系統(tǒng)。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)1.現(xiàn)代輔助逆變系統(tǒng)主要特點(diǎn)（1）采用IGBT或IPM技術(shù)。①內(nèi)含驅(qū)動電路。②內(nèi)含過電流保護(hù)（OC）、短路保護(hù)（SC）。③內(nèi)含驅(qū)動電源欠電壓保護(hù)（UV）。④內(nèi)含過熱保護(hù)（OH）。（2）模塊化的設(shè)計(jì)。（3）高質(zhì)量的輸出電壓。（4）采用微機(jī)數(shù)字控制。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.輔助逆變器組成及原理本書以龐巴迪公司（BombardierInc）生產(chǎn)的上海地鐵一號線增購車輛配有的輔助變流器為例來予以說明，輔助變流器安裝在C車的PA電氣設(shè)備箱中，其輔助變流器的原理圖見

圖3-4所示。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.輔助逆變器主要部件（1）PA電氣設(shè)備組成。（2）逆變器。圖3-8所示是ACM的一個簡易電路圖，其中三相線路感應(yīng)器（即過濾器）可以削弱所有逆變器中的諧波，因此總的諧波畸變少于基礎(chǔ)頻率50Hz的10％。三相變壓器將逆變器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成輔助系統(tǒng)的額定電壓，另外它還起到隔離的作用。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（1）DC-Link電容器。（2）放電電阻。（3）逆變器。（4）IGBT模塊。（5）GDU（門極驅(qū)動單元）。（6）過壓保護(hù)。（7）低電壓電源。（8）DCU/A（驅(qū)動控制單元）。（9）MVB信號。（10）光纜輸入/輸出。（11）LED指示器。（12）便攜式測試單元。（13）電流傳感器。（14）電壓傳感器。（15）溫度傳感器。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.2.2輔助逆變電路結(jié)構(gòu)城市軌道交通車輛中常見輔助逆變器結(jié)構(gòu)有不同的形式，根據(jù)城市軌道交通車輛供電電壓、安全性能要求及成本構(gòu)成等，選擇不同的輔助逆變電路結(jié)構(gòu)形式和設(shè)備。1.輔助逆變器的電路形式（1）結(jié)構(gòu)形式一。（2）結(jié)構(gòu)形式二。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（3）結(jié)構(gòu)形式三。（4）結(jié)構(gòu)形式四。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（5）結(jié)構(gòu)形式五。（6）結(jié)構(gòu)形式六。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（7）結(jié)構(gòu)形式七。（8）結(jié)構(gòu)形式八。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（9）形式九。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.輔助供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)和設(shè)備的選擇（1）變流器系統(tǒng)的選擇。變流器系統(tǒng)有兩種形式，一種是直接逆變，另一種是先斬波（升/降壓斬波或降壓斬波）后逆變。（2）逆變器的選擇。逆變器有單臺逆變器（上述形式一、二、三、四、九）和兩臺逆變器串聯(lián)（上述形式五、六、七、八）兩種形式。①單臺逆變器。②兩臺逆變器串聯(lián)。（3）低壓電源的選擇。低壓電源包括DC/DC變流器和蓄電池。DC/DC變流器在列車運(yùn)行時作為DC110V的電源，同時給蓄電池充電。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.3輔助供電系統(tǒng)電路分析3.3.1輔助供電系統(tǒng)供電電路應(yīng)用1.輔助供電系統(tǒng)電路在城市軌道交通車輛中的應(yīng)用分析（1）先經(jīng)升/降壓穩(wěn)壓后逆變的原理電路框圖如圖3-29所示，我國上海地鐵l、2、4號線車輛逆變器就是采用這種方式。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.3輔助供電系統(tǒng)電路分析3.3.1輔助供電系統(tǒng)供電電路應(yīng)用1.輔助供電系統(tǒng)電路在城市軌道交通車輛中的應(yīng)用分析（1）先經(jīng)升/降壓穩(wěn)壓后逆變的原理電路框圖如圖3-29所示，我國上海地鐵l、2、4號線車輛逆變器就是采用這種方式。（2）逆變器的電路構(gòu)造應(yīng)用分析。從城市軌道交通車輛輔助逆變器的電路構(gòu)造分類，輔助逆變器的結(jié)構(gòu)形式如圖3-32所示。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)①對雙逆變器型的評價分析。優(yōu)點(diǎn)為開關(guān)頻率低，僅150Hz，開關(guān)損耗小，逆變器效率高；輸出電壓為12階梯波，電壓的最低次諧波為11次，對輸出濾波器要求低。缺點(diǎn)為電路復(fù)雜，使用元器件多。兩臺逆變器串聯(lián)，動態(tài)均壓要求高，故障率高。②對單逆變器的評價分析。優(yōu)點(diǎn)為電路簡單，使用器件少，可靠性高；PWM調(diào)制，輸出電壓的諧波含量小，而且可以設(shè)計(jì)優(yōu)化的PWM調(diào)制，使諧波含量達(dá)到要求；逆變器電壓輸出先經(jīng)交流濾波網(wǎng)絡(luò)濾波后輸入隔離變壓器，故輸入變壓器電壓的諧波含量低，變壓器中諧波損耗??；變壓器結(jié)構(gòu)簡單，不需特殊設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)為關(guān)頻率較高，相對于雙逆變器方案，開關(guān)損耗較大，逆變器效率較低；功率器件（如IGBT）換流時承受的過電壓（du/dt）較大，特別是在高電壓情況下（DC1500V供電系統(tǒng)再生制動時，網(wǎng)壓可達(dá)2000V）更為嚴(yán)重。（3）DC/DC變流器形式比較。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.3.2城市軌道交通車輛供電分配1.城市軌道交通車輛AC400V和DC110V供電分配（1）城市軌道交通車輛輔助供電方式。（2）城市軌道交通車輛負(fù)載分配實(shí)例。以上海地鐵1號線車輛（直流傳動）為例，其輔助供電系統(tǒng)回路如圖3-40所示。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.4輔助供電系統(tǒng)的檢修輔助逆變器的結(jié)構(gòu)與牽引逆變器相似，其檢修方法也基本一致。檢修主要是對通風(fēng)區(qū)域、散熱片、半導(dǎo)體元件的安裝等進(jìn)行清潔檢查，并視工作環(huán)境的情況檢查清潔控制板。在清潔過程中，應(yīng)采取防靜電措施；同時，如控制板上有接線端子，應(yīng)對接線端子進(jìn)行清潔，必要時需進(jìn)行打磨，以保證與電纜、控制線接觸良好。實(shí)訓(xùn)略第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法本章重點(diǎn)

城市軌道交通車輛常用低壓電器

常用電氣設(shè)備符號及電路圖識圖

電動列車激活控制

電動列車初始條件設(shè)置控制

牽引和制動控制電路4.1城市軌道交通車輛常用低壓電器城市軌道交通車輛的電氣控制主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的有接點(diǎn)電路控制方式，通過一系列接觸器、繼電器等器件的“接通”和“斷開”來傳遞控制與檢測信號，從而實(shí)現(xiàn)整車的控制，這種控制線路也稱為繼電器控制線路。另外一種是總線控制的方法，總線控制是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制，包括列車總線系統(tǒng)WTB和車輛多功能總線系統(tǒng)MVB。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.1.1繼電器繼電器是一種能實(shí)現(xiàn)自動控制和保護(hù)功能的電器，它是根據(jù)外界輸入信號的變化，接通或斷開小電流電路的電器。其特點(diǎn)是額定電流小，不需要滅弧裝置，節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，體積小。繼電器主要由感測機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。1.電磁繼電器電磁繼電器是利用電磁鐵芯與銜鐵間產(chǎn)生的電磁吸力作用而工作的一種電氣元件，它主要由電磁線圈、觸頭和二極管組成，當(dāng)在電磁線圈兩端通上額定電壓時，電磁鐵鐵芯與銜鐵間產(chǎn)生吸力作用，繼電器動作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法本章重點(diǎn)

城市軌道交通車輛常用低壓電器

常用電氣設(shè)備符號及電路圖識圖

電動列車激活控制

電動列車初始條件設(shè)置控制

牽引和制動控制電路4.1城市軌道交通車輛常用低壓電器城市軌道交通車輛的電氣控制主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的有接點(diǎn)電路控制方式，通過一系列接觸器、繼電器等器件的“接通”和“斷開”來傳遞控制與檢測信號，從而實(shí)現(xiàn)整車的控制，這種控制線路也稱為繼電器控制線路。另外一種是總線控制的方法，總線控制是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制，包括列車總線系統(tǒng)WTB和車輛多功能總線系統(tǒng)MVB。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法2.時間繼電器時間繼電器的作用在于能按預(yù)定的時間接通或分?jǐn)嚯娐罚瑢?shí)質(zhì)上是一個定時器。按結(jié)構(gòu)不同可分為機(jī)械式和電子式時間繼電器；按工作方式不同可分為通電延時和斷電延時時間繼電器。如圖4-3所示為3K15斷電延時繼電器。如圖4-4所示為3K18通電延時繼電器。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法3.欠壓繼電器欠壓繼電器一般用在電路中起欠壓保護(hù)作用，當(dāng)繼電器線圈接通+110V時，繼電器動作，當(dāng)電壓小于設(shè)定值時，繼電器失電斷開。如圖4-7所示為3K05欠壓繼電器，當(dāng)01端的電壓小于8V時，常開觸點(diǎn)06-07斷開，切斷了連接蓄電池的110V列車線，防止蓄電池過度供電。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.1.2主令電器主令電器是指在電氣控制系統(tǒng)中用來發(fā)出指令的電器，主令電器按功能分為五類，即按鈕、開關(guān)、主令控制器（駕駛控制器）、組合開關(guān)和其他主令電器等。1.按鈕2.開關(guān)（1）普通旋轉(zhuǎn)開關(guān)。（2）自復(fù)位旋轉(zhuǎn)開關(guān)。（3）行程開關(guān)。（4）鑰匙開關(guān)。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.1.3接觸器接觸器作為執(zhí)行元件，是一種用來頻繁地接通和分?jǐn)嘀麟娐?、輔助電路以及較大容量控制電路的自動切換的電磁開關(guān)。它的特點(diǎn)是能進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動控制，操作頻率較高，通斷電流較大。接觸器按主觸頭通過電流種類的不同，可分為交流接觸器和直流接觸器兩種。接觸器主要由主觸頭、傳動機(jī)構(gòu)、滅弧裝置、輔助接點(diǎn)組成。1.電動力滅弧2.柵片滅弧第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.2常用電氣設(shè)備符號及其電路圖識圖繼電器控制線路是綜合線路中最復(fù)雜的線路，線路圖樣數(shù)量多，有幾十個繼電器和大量的開關(guān)按鈕、指示燈、電磁閥等。面對這樣一套錯綜復(fù)雜的線路圖，最重要的就是要利用電工原理，理出一條清晰的思路來，化繁為簡，化難為易，學(xué)會識讀和分析控制線路。4.2.1常用電氣設(shè)備符號及其說明（1）各電氣設(shè)備在電氣線路圖中除按表內(nèi)符號表示外，在符號旁邊還應(yīng)標(biāo)明相應(yīng)電氣設(shè)備在電路中的代號，且在所有該設(shè)備的各聯(lián)鎖旁邊也標(biāo)注同一代號。（2）導(dǎo)線也是電氣線路圖中的一部分，特別是一些重要的導(dǎo)線應(yīng)在電路圖中標(biāo)明導(dǎo)線代號，不同類型和不同作用的導(dǎo)線可用不同字母或漢字表示。（3）常開聯(lián)鎖、常閉聯(lián)鎖（也稱正聯(lián)鎖、反聯(lián)鎖）是對電器的工作線圈未通電、電器處于釋放狀態(tài)時的觸點(diǎn)位置而言。（4）并不是所有的電器聯(lián)鎖都有常開、常閉的狀態(tài)。（5）對于凸輪控制器或鼓形控制器，在電路圖中將這類觸頭閉合次序沿軸向展開為一個平面的觸頭閉合電路圖，簡稱展開圖。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.2.2城市軌道交通車輛控制系統(tǒng)電路圖標(biāo)注1.電路類型標(biāo)注2.設(shè)備及元器件的標(biāo)注3.電氣聯(lián)鎖標(biāo)注4.設(shè)備聯(lián)鎖及元器件位置、導(dǎo)線線號標(biāo)注5.車鉤裝置的觸點(diǎn)標(biāo)注6.壓力開關(guān)標(biāo)注7.電路圖的分區(qū)8.電路的結(jié)構(gòu)及邏輯順序第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.2.3常用聯(lián)鎖方法控制線路必須滿足主、輔線路的控制需求，如電器按一定次序動作，駕駛員按一定順序操作，因此必須設(shè)置一些聯(lián)鎖來滿足控制線路的邏輯要求。1.機(jī)械聯(lián)鎖2.電氣聯(lián)鎖（1）串聯(lián)聯(lián)鎖。（2）并聯(lián)聯(lián)鎖。（3）自持聯(lián)鎖。

（4）延時聯(lián)鎖。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.3軌道交通車輛激活控制4.3.1列車激活（蓄電池接通）控制城市軌道交通車輛的控制電路電源電壓為DC110V，在升弓前由蓄電池提供DC110V，升弓后由輔助供電系統(tǒng)DC/DC模塊提供。啟動或激活列車時，必須先接通列車蓄電池，其控制電路如圖4-18所示。將蓄電池開關(guān)3S01置接通（ON）位置。其控制過程為：列車控制繼電器3K11的線圈經(jīng)3S01（23-24）聯(lián)鎖→車輛控制繼電器3K12（61-62）聯(lián)鎖→車輛分?jǐn)嗉せ罾^電器3Kl3（22-21）聯(lián)鎖而得電自持第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.3.2蓄電池充電與供電控制蓄電池充電與供電的控制原理如圖4-20所示，DC110V控制電源線有兩種類型：一種是電磁電源線（有聯(lián)鎖控制電路電源線），另一種是電子電源線。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.3.3列車駕駛臺激活控制1.駕駛臺的激活

城市軌道交通列車有兩個駕駛室，為了便于管理和有序的控制，當(dāng)一個有效激活后另一個則為無效。2.ATC（列車自動控制系統(tǒng)）的激活

ATC單元直接和蓄電池連接，但因其內(nèi)部有電源，能獨(dú)立于蓄電池工作。激活駕駛臺的同時也激活了ATC設(shè)備。3.牽引保護(hù)（ATP）的激活

4.列車啟動繼電器控制如圖4-21所示，列車啟動繼電器控制由列車電源線正端線30420提供DC110V，經(jīng)過列車控制空氣自動開關(guān)2F01提供給列車線20100，為后續(xù)的列車運(yùn)行方向、制動控制電路和列車牽引控制電路供電。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法5.車輛啟動繼電器控制隨著駕駛臺被激活，駕駛臺的開關(guān)按鈕就可以操作，但每輛車的控制操作還需要本節(jié)車的車輛控制啟動繼電器2K07得電才行，控制電路如圖4-22所示。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法6.駕駛臺互鎖控制當(dāng)駕駛員將鑰匙開關(guān)2A0l-S0l閉合，控制A車的2K07的常閉聯(lián)鎖（62-61）被2K01的常開聯(lián)鎖旁路，列車控制啟動繼電器2K01～2K05處于自持及吸合狀態(tài)；此時在另一端駕駛室，鑰匙開關(guān)2A01-S01的作用無效，此時即使鑰匙開關(guān)2A0l-S01閉合，由于車輛控制繼電器2K07已吸合，其常閉聯(lián)鎖（62-61）斷開，各列車控制啟動繼電器2K01～2K05不能得電，即實(shí)現(xiàn)了防止另一個駕駛室被激活的功能。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.4軌道交通車輛初始條件設(shè)置控制4.4.1列車方向控制只有當(dāng)車輛處于靜止時才能預(yù)先選擇車輛的運(yùn)行方向，如果駕駛員需要設(shè)置列車方向，應(yīng)在激活的駕駛臺將駕駛員控制器方向手柄推向前（F）位或者向后（R）位，其控制電路如圖4-23所示。第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法4.4.2受電弓控制受電弓控制分為氣路控制和電路控制。受電弓電路控制如圖4-24所示，由列車電源線（DC110V）正端30420提供電源，由受電弓和高速斷路器控制保護(hù)空氣開關(guān)2F30進(jìn)行過電流保護(hù)。1.升弓控制

當(dāng)按下升弓開關(guān)2S01，電源經(jīng)由自動空氣開關(guān)2F31，使升弓啟動繼電器2K31得電，控制電路邏輯為：30420?2F30?2K04??2S01?2F31?2K31?304002.降弓控制按下降弓控制開關(guān)2S02，其常閉聯(lián)鎖（21-22）分?jǐn)啵瓎永^電器2K31失電，同時2S02的常開聯(lián)鎖（13-14）閉合，使降弓繼電器2K32得電，控制電路邏輯為：30420?2S02?2F32?2K33?30400第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法3.受電弓狀態(tài)檢測受電弓的狀態(tài)可以從按鈕燈上判斷。當(dāng)升弓按鈕綠燈亮?xí)r，表示所有受電弓都已升起；當(dāng)降弓按鈕紅燈亮?xí)r，表示所有受電弓都已降下；當(dāng)升弓按鈕綠燈和降弓按鈕紅燈都不亮?xí)r，表示兩個受電弓處于不同的狀態(tài)（如升單弓）。4.4.3高速斷路器控制高速斷路器lQ02的啟動控制由列車電源線（DC110V）正端30420供電，由受電弓和高速斷路器控制自動空氣開關(guān)2F30進(jìn)行過電流保護(hù)，其控制電路如圖4-25所示。1.合閘控制用高速斷路器“合”按鈕開關(guān)2S04來吸合高速斷路器（HSCB）1Q02，當(dāng)該開關(guān)置“合”位，通過2S04的常開聯(lián)鎖（13-14）施加于列車導(dǎo)線21203，使高速斷路器“合”啟動繼電器2K34得電吸合，控制電路邏輯為：21100?2K04??2S04?2F34?2K34?30400第4章電動列車常用電氣控制系統(tǒng)及其控制方法2.分閘控制當(dāng)要分?jǐn)喔咚贁嗦菲鲿r，可以用高速斷路器“分”按鈕開關(guān)2S03來人為分?jǐn)喔咚贁嗦菲鳎℉SCB）1Q02。見圖4-25所示，當(dāng)該開關(guān)在“分”位置，通過2S03聯(lián)鎖（21-22）先斷開高速斷路器“合”啟動繼電器2K34回路，然后通過2S03的（13-14）常開聯(lián)鎖接通列車導(dǎo)線21204，使高速斷路器“分”