城軌車輛牽引及電制動(dòng)

1、.第八章 牽引和電制動(dòng) 第一節(jié) 系統(tǒng)基本組成和工作原理牽引/制動(dòng)系統(tǒng)組成XX地鐵一號(hào)線車輛牽引和電制動(dòng)系統(tǒng)由德國(guó)ADtranz公司提供,是國(guó)內(nèi)首家采用交流傳動(dòng)和動(dòng)力分散型控制技術(shù)的地鐵車輛項(xiàng)目。整個(gè)系統(tǒng)由受電弓、高速斷路器HSCB、VVVF牽引逆變器、DCU/UNAS牽引控制單元、牽引電機(jī),制動(dòng)電阻等組成,如圖1所示。VVVF牽引 VVVF牽引 逆變器受電弓受電弓.HSCB線路濾波模塊HSCB線路濾波模塊牽引電機(jī)逆變器模塊牽引電機(jī)逆變器模塊制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻1212列車輸入/ 輸出控制信號(hào)UNAS列車輸入/ 輸出控制信號(hào)UNASDCU1 DCU對(duì)VVVF逆變器的線路電容器充/ 放電控制2 DCU

2、/UNAS對(duì)VVVF逆變器及電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制圖1：牽引系統(tǒng)組成示意圖列車受電弓從接觸網(wǎng)受流,通過(guò)高速斷路器后,將1500VDC送入VVVF牽引逆變器。VVVF牽引逆變器采用PWM脈寬調(diào)制模式,將1500VDC直流電逆變成頻率、電壓可調(diào)的三相交流電,平行供給車輛四臺(tái)交流鼠籠式異步牽引電機(jī),對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,實(shí)現(xiàn)列車的牽引、制動(dòng)功能,其半導(dǎo)體變流元件采用4500V/3000A的GTO,最大斬波頻率為450 Hz。VVV輸出電壓的頻率調(diào)節(jié)范圍為0 112 Hz,幅值調(diào)節(jié)范圍為0 1147 VAC。牽引系統(tǒng)基本參數(shù)牽引逆變器VVVF：線電壓 UN = 1000 1800 VDC輸入線電流 I N = 480

3、 A最大線電流牽引 I NDMAX = 692 A最大線電流制動(dòng) I NBMAX = 1171 A輸出電流 I A = 720 A最大輸出電流 I AMAX = 1080 A最大保護(hù)電流 I MAX = 2900 A輸出電壓 UN = 0 1050 V輸出頻率 fA = 0 112 HzGTO最大開關(guān)頻率 fP = 450 Hz制動(dòng)斬波模塊斬波頻率 fB = 250 Hz模塊冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷模塊冷卻片風(fēng)速 VL = 8 m/s牽引電機(jī)1 TB 2010 0GA02：連續(xù)定額小時(shí)定額輸出功率PM 190 210 kW額定電壓 UN 1050 1050 V額定電流 I N 132 1800 min

4、-1 144 1800 min-1 A額定轉(zhuǎn)矩 MN 1008 1114 Nm最大轉(zhuǎn)速 nMAX 3510 3510 rpm基本工作原理整個(gè)控制系統(tǒng)由輸入值設(shè)定、速度測(cè)量、電機(jī)控制、脈沖發(fā)生器、能量反饋各環(huán)節(jié)構(gòu)成。DCU通過(guò)列車線接受來(lái)自控制系統(tǒng)的牽引/制動(dòng)力絕對(duì)值以百分比的形式,與此同時(shí)還接受司機(jī)發(fā)出牽引或制動(dòng)指令,來(lái)決定是施加牽引或制動(dòng)力。在給定值進(jìn)行實(shí)際電機(jī)控制前,必須經(jīng)過(guò)以下條件的處理:輸入值設(shè)定載荷校驗(yàn)DCU根據(jù)相應(yīng)動(dòng)車的載荷狀況來(lái)調(diào)整實(shí)際牽引/制動(dòng)力,這是由于采用了動(dòng)力分散型控制,為了保持車鉤之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)最小,并且使整車達(dá)到相同的動(dòng)態(tài)特性。沖擊限制不同的給定值大小的改變速率必須符

5、合沖擊限制的規(guī)定,但在防滑/防空轉(zhuǎn)功能激活的時(shí)候則不受此限制。速度限制牽引時(shí)XX地鐵一號(hào)線規(guī)定了3個(gè)速度限制,速度控制的優(yōu)先級(jí)高于電機(jī)控制。正常速度：80 km/h倒車速度：10 km/h慢行速度： 3 km/h線電流限制牽引時(shí)在牽引工況時(shí),線電流控制的優(yōu)先級(jí)高于電機(jī)控制,出于功耗的考慮,該限制值為不超過(guò)每節(jié)動(dòng)車720A。欠壓保護(hù)制動(dòng)時(shí)在制動(dòng)時(shí),網(wǎng)壓一直受到檢測(cè),當(dāng)網(wǎng)壓降到1500V以下時(shí),制動(dòng)力矩隨速度和網(wǎng)壓相應(yīng)的減少,這時(shí)不足的制動(dòng)力由氣制動(dòng)補(bǔ)充?？辙D(zhuǎn)/滑行保護(hù)空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)通過(guò)比較拖車動(dòng)車之間的速度差異來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)適當(dāng)減少力矩設(shè)定值,該保護(hù)能確保輸出最大所要求的牽引/制動(dòng)力,當(dāng)拖車速度檢

6、測(cè)失敗時(shí),該保護(hù)還可以通過(guò)仿真計(jì)算拖車速度來(lái)保證正常功能。速度檢測(cè)每個(gè)牽引電機(jī)帶一個(gè)速度傳感器,輸出兩個(gè)通道,每個(gè)通道相差為90的方波電機(jī)每轉(zhuǎn)為256個(gè)脈沖,通過(guò)判斷相差可以確定旋轉(zhuǎn)的方向。每個(gè)牽引控制單元連接3個(gè)速度傳感器。在正常情況下,該數(shù)值直接送入DCU進(jìn)行牽引控制,在進(jìn)行速度測(cè)量的時(shí)候,如果出現(xiàn)各速度值不相等的情況例如,空轉(zhuǎn)/滑行時(shí),甚至在極端情況下,只有一個(gè)電機(jī)的速度信息對(duì)于牽引控制來(lái)說(shuō)都是足夠的。當(dāng)DCU監(jiān)控邏輯系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)速度傳感器故障時(shí),馬上封鎖該速度信號(hào),以免對(duì)牽引控制造成嚴(yán)重的影響。除了電機(jī)速度,在DCU中同樣檢測(cè)拖車的速度。在拖車一個(gè)軸上裝有一個(gè)編碼速度傳感器,同電機(jī)速

7、度傳感器不同,該傳感器是單通道的每周110個(gè)脈沖。在DCU中有兩塊電路板A305,A306中斷處理與速度測(cè)量板專門用來(lái)處理速度信號(hào),速度值通過(guò)計(jì)算脈沖數(shù),然后與參考時(shí)鐘周期計(jì)算得到。電機(jī)控制采用空間矢量控制,電機(jī)的磁通大小和方向空間矢量通過(guò)逆變器輸出線電壓和相電流,電機(jī)速度等參數(shù)近似得到。繞組中的電流和電機(jī)電壓作為空間矢量與磁通量有關(guān),該解耦過(guò)程使得可以單獨(dú)控制磁通和力矩磁場(chǎng)定向控制?？刂平Y(jié)構(gòu)圖如下：控制系統(tǒng)的輸入力矩設(shè)定值1,該力矩設(shè)定值是經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)的其他參數(shù)的校核如負(fù)載,線電流,速度,沖擊限制,防滑/防空轉(zhuǎn)保護(hù)才輸入控制系統(tǒng)。磁場(chǎng)設(shè)定值可以通過(guò)電機(jī)的參數(shù)1a計(jì)算得到,該值在整個(gè)正常速度范

8、圍內(nèi)有效。電機(jī)力矩電流的產(chǎn)生決定于勵(lì)磁磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的交互作用,如果是異步電機(jī),勵(lì)磁磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)均由定子電流產(chǎn)生,定子電流通過(guò)坐標(biāo)變換為兩部分：一部分勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng),另一部分負(fù)載電流與勵(lì)磁磁場(chǎng)積分再與勵(lì)磁磁場(chǎng)一起形成力矩,為了清楚的表現(xiàn)各電流的關(guān)系,定義了一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)I,m,該坐標(biāo)系統(tǒng)與磁場(chǎng)矢量同步,該變換的優(yōu)點(diǎn)在于勵(lì)磁電流部分和負(fù)載電流部分可以單獨(dú)的進(jìn)行控制與并勵(lì)直流電機(jī)原理相同。為了獲得理想的勵(lì)磁磁場(chǎng)矢量,使用了磁場(chǎng)觀測(cè)器3,通過(guò)電機(jī)相電流,電機(jī)線電壓和速度2,磁場(chǎng)觀測(cè)器在靜止的坐標(biāo)系統(tǒng)a,b計(jì)算磁場(chǎng)的絕對(duì)值和磁場(chǎng)矢量的角度位置flux,該旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)可以通過(guò)該磁場(chǎng)矢量可以定義,通

9、過(guò)坐標(biāo)變換,將靜止的電流矢量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)系統(tǒng),在磁場(chǎng)坐標(biāo)中產(chǎn)生電流部分xil,wil。除了產(chǎn)生實(shí)際力矩xmd,磁場(chǎng)觀測(cè)器可以在當(dāng)前電機(jī)的參數(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)以下步驟計(jì)算系統(tǒng)的狀態(tài)：實(shí)際和設(shè)定力矩的差值反饋給一個(gè)PI控制器4,該控制器提供一個(gè)操作變量,該變量加上固定的預(yù)控制初始值4a,通過(guò)當(dāng)前磁場(chǎng)值,可以計(jì)算負(fù)載電流設(shè)定值wil。實(shí)際磁場(chǎng)和設(shè)定值的差異也反饋給一個(gè)PI控制器6,該控制器產(chǎn)生一個(gè)操作變量wim,該變量加上固定的預(yù)控制初始值6a計(jì)算出勵(lì)磁電流的的設(shè)定值wim,預(yù)控制初始值與操作變量一起形成了系統(tǒng)高性能的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。電流的設(shè)定值輸入電機(jī)的定子模型7,獲得定子電壓um,ul的矢量的兩個(gè)分量,電流

10、控制器8從屬于矢量預(yù)控制,負(fù)載和勵(lì)磁電流的設(shè)定值/實(shí)際值的差異單獨(dú)的通過(guò)P控制器傳遞,該控制器構(gòu)成定子電壓的動(dòng)態(tài)部分。通過(guò)該方式產(chǎn)生的定子電壓再通過(guò)坐標(biāo)變換,從磁場(chǎng)導(dǎo)向的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換回定子導(dǎo)向的坐標(biāo)系統(tǒng)9,在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生電壓矢量和它的角度位置ustator,電壓矢量的絕對(duì)值與電網(wǎng)電壓的電流有一個(gè)偏移相控因數(shù)角度,為了確保逆變器的控制角度,將該偏移量傳送到角度變換器11。在旋轉(zhuǎn)模型10中,滑差頻率通過(guò)負(fù)載電流wil和實(shí)際磁場(chǎng)計(jì)算得到,定子頻率1可以通過(guò)滑差頻率和實(shí)際速度相加得到,該頻率也是通過(guò)脈沖模式發(fā)生器11傳遞。脈沖模式發(fā)生器從頻率和相控因數(shù)計(jì)算合適的脈沖模式,同樣,該發(fā)生器還決定電壓矢量

11、用于下一個(gè)采樣步驟的角度位置pulse pattern并將該值送入控制系統(tǒng)。磁場(chǎng)矢量的角度f(wàn)lux加上磁場(chǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)電壓矢量的角度位置Ustator必須與電壓矢量pulse pattern的電流角度位置相對(duì)應(yīng),在這些角度位置產(chǎn)生的任何差異將作為一個(gè)動(dòng)態(tài)控制校正值傳到脈沖發(fā)生器12中,該發(fā)生器在定子電壓曲線中產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的相位跳變。當(dāng)在更高的速度時(shí),電機(jī)達(dá)到控制的限制點(diǎn)Amax,電機(jī)過(guò)渡到弱磁模式14,在該模式下,脈沖的控制優(yōu)先于逆變器設(shè)定力矩的輸入控制,通過(guò)實(shí)際的相控因數(shù)與控制模式限制值比較,再通過(guò)PI控制器的計(jì)算13,該控制器產(chǎn)生一個(gè)變量wim,加到固定的預(yù)控制初始值中6a。脈沖模式發(fā)生器脈沖

12、模式發(fā)生器根據(jù)電機(jī)控制的三個(gè)輸入變量：相控因數(shù)、定子頻率、和校正角實(shí)時(shí)計(jì)算牽引逆變器中的GTO觸發(fā)脈沖。逆變器每相GTO按照以下的原則觸發(fā)：在一個(gè)GTO導(dǎo)通期間,另一個(gè)關(guān)斷。脈沖模式發(fā)生器于是為每相提供了一個(gè)叫做潛在調(diào)整指令的指令,用于保護(hù)當(dāng)逆變器應(yīng)該關(guān)斷而沒有關(guān)斷的時(shí)候,該指令迅速導(dǎo)通該相兩個(gè)GTO來(lái)保護(hù)逆變器。由于系統(tǒng)散熱的原因,逆變器的工作頻率GTO的開關(guān)頻率被限制在450HZ,調(diào)制脈沖數(shù)在定子頻率在30HZ內(nèi)保持不變,該模式叫異步模式,同步脈沖模式為在每半波周期內(nèi)有不同的方波數(shù)線電壓。 9分頻,7分頻,5分頻,3分頻,方波。在3分頻轉(zhuǎn)為方波的時(shí)候?yàn)榱朔乐共ㄐ畏茸兓瘎×矣幸粋€(gè)過(guò)渡過(guò)程,

13、由3M轉(zhuǎn)為3S,3M指的是在半個(gè)波的周期內(nèi)輸出電壓方波導(dǎo)通寬度小于60度,3S指的是在半個(gè)波的周期內(nèi)輸出中間電壓方波導(dǎo)通寬度大于90度,該變換的目的主要是為了減少逆變器輸出電壓的諧波干擾。當(dāng)定子的頻率低于30HZ時(shí),逆變器工作在異步模式下,在13-30HZ的工作范圍內(nèi)調(diào)制波頻率為450HZ,低于13HZ時(shí)根據(jù)特性曲線載波頻率為200HZ,該過(guò)程主要是確保在啟動(dòng)時(shí)有足夠小的電機(jī)電壓。以下是根據(jù)控制和定子頻率的脈沖模式表：觸發(fā)脈沖從脈沖發(fā)生器到逆變器保護(hù)單元UNAS,通過(guò)逆變器設(shè)定的保護(hù)和禁止功能過(guò)濾,以光脈沖信號(hào)的形式控制逆變器。為了同步電機(jī)控制與逆變器開關(guān)周期,脈沖模式發(fā)生器在下一個(gè)電機(jī)控制周

14、期前輸出一個(gè)同步脈沖,能量反饋在電機(jī)的能量反饋中,能量反饋到電網(wǎng)中,如果在電制動(dòng)的情況下,能量不能被電網(wǎng)完全吸收,多余的能量必須轉(zhuǎn)換為熱能消耗在制動(dòng)電阻上,否則電網(wǎng)電壓將抬高到不能承受的水平。制動(dòng)斬波器的存在確保大部分的能量能反饋回電網(wǎng),同時(shí)又保護(hù)了電網(wǎng)上的其他設(shè)備。由于采用動(dòng)車組的編組型式,必須確保一節(jié)動(dòng)車不能吸收另一節(jié)動(dòng)車的制動(dòng)能量,例如由于電壓傳感器誤差的原因,這時(shí)在制動(dòng)的時(shí)候必須監(jiān)測(cè)線電流的方向。如果電流流向列車,線電壓傳感器的誤差通過(guò)一個(gè)比例積分器來(lái)調(diào)節(jié)。在制動(dòng)時(shí),電網(wǎng)電壓一直被檢測(cè),如果網(wǎng)壓降到1500V以下,制動(dòng)力矩隨速度和網(wǎng)壓相應(yīng)受限制,不足的電制動(dòng)由氣制動(dòng)補(bǔ)充,如果網(wǎng)壓降到回

15、饋制動(dòng)的保護(hù)值1000V時(shí),電制動(dòng)切除,列車制動(dòng)完全由氣制動(dòng)承擔(dān)。第二節(jié) 牽引控制單元DCU及逆變器保護(hù)監(jiān)控單元UNAS牽引控制單元結(jié)構(gòu)XX地鐵一號(hào)線車輛牽引系統(tǒng)采用德國(guó)ADtranz公司開發(fā)的GEATRAC交流傳動(dòng)系統(tǒng),主要由VVVF牽引逆變器、牽引控制單元DCU / UNAS及制動(dòng)電阻組成。牽引控制單元DCU和逆變器保護(hù)單元UNAS設(shè)計(jì)成一上下兩層的機(jī)箱,共裝有25塊電子板。各電子板為標(biāo)準(zhǔn)的193U印刷電路板,使用多層板技術(shù),電子板上的元件采用表面封裝SMD或插裝DIL。DCU的A314和A315板、UNAS的A329和A330板的前面板上通過(guò)Harting接插件48針與外部電路聯(lián)接。牽引

16、控制單元DCU的基本功能為VVVF提供脈寬調(diào)制信號(hào)PWM,采用空間磁場(chǎng)矢量控制的轉(zhuǎn)矩控制模式,為牽引電機(jī)提供矢量控制。DCU為雙微機(jī)工作方式,其CPU采用16位中央處理器80C166,工作頻率20MHz。主控制微機(jī)A304板負(fù)責(zé)車輛控制和牽引 / 制動(dòng)控制,處理所有的數(shù)字 / 模擬信號(hào),產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)；另一個(gè)微機(jī)A303板接收主控制微機(jī)傳送來(lái)的控制信號(hào),計(jì)算產(chǎn)生VVVF逆變器的脈沖模式,經(jīng)UNAS保護(hù)程序控制GTO的通 / 斷狀態(tài)。整個(gè)DCU系統(tǒng)的局部總線采用ADtranz設(shè)計(jì)的專用GERTRAC總線,連接主控制單元A304板、 速度信號(hào)處理和中斷控制模塊A305、A306板、 PDA數(shù)據(jù)

17、存儲(chǔ)模塊A307板。牽引系統(tǒng)的控制與調(diào)整；脈沖模式的產(chǎn)生與優(yōu)化；VVVF與牽引電機(jī)的控制與保護(hù)；對(duì)列車狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與保護(hù)；HSCB高速斷路器、K1和K3和K4接觸器及車門的狀態(tài)、氣制動(dòng)緩解、牽引/制動(dòng)、列車向前/向后及慢行等。再生制動(dòng)與電阻制動(dòng)的控制與調(diào)節(jié)；電制動(dòng)與氣制動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換及列車保壓制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)；防滑/防空轉(zhuǎn)保護(hù)及載荷調(diào)整；逆變器線路濾波電容器的充放電控制；列車速度的獲取與處理及自動(dòng)計(jì)算停車距離；列車牽引控制系統(tǒng)的故障診斷與存儲(chǔ)；為其它控制系統(tǒng)提供列車狀態(tài)信號(hào)；提供串行接口與PTU連接,進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制；提供黑匣子功能；0 470s,記錄U、I、V、列車狀態(tài)、走行距離。提供看門狗功能。DCU

18、的基本工作原理DCU主要負(fù)責(zé)牽引 / 制動(dòng)控制、脈沖模式產(chǎn)生、逆變器保護(hù)、速度測(cè)量、牽引 / 制動(dòng)指令參考值處理、轉(zhuǎn)矩控制、電壓電流控制等。DCU從列車線和外部控制系統(tǒng)ATO接收司機(jī)指令及RVC牽引 / 制動(dòng)參考值轉(zhuǎn)換器的指令參考值,接收本車的3個(gè)電機(jī)速度信號(hào)、拖車的一個(gè)轉(zhuǎn)軸速度信號(hào)、各個(gè)模擬信號(hào)測(cè)量值,根據(jù)參考值和實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行計(jì)算,脈沖模式發(fā)生器A303板產(chǎn)生脈沖模式指令信號(hào)PMA、PMB、PMC、PMBS,送入逆變器保護(hù)單元UNAS處理后再向VVVF的逆變模塊和制動(dòng)斬波模塊發(fā)出；為了故障和狀態(tài)顯示的需要,DCU的3個(gè)等級(jí)的故障信號(hào)和3個(gè)列車模擬信號(hào)值速度、網(wǎng)壓、牽引力輸出到中央故障存儲(chǔ)單

19、元CFSU；為了滿足列車制動(dòng)的需求,向電子制動(dòng)單元ECU輸出3個(gè)電制動(dòng)信號(hào)電制動(dòng)力矩、電制動(dòng)正常、滑行保護(hù)作用；UNAS向DCU提供牽引電機(jī)控制所需的所有測(cè)量值如電機(jī)電流、電容電壓等,及UNAS的保護(hù)動(dòng)作信息；VVVF內(nèi)的線路濾波電容由DCU直接控制充放電；通過(guò)一個(gè)V24接口,可用PTU讀取過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器PDA和黑匣子KWR中的數(shù)據(jù)。DCU的軟件主要分為車輛控制軟件、牽引 / 制動(dòng)控制軟件和故障診斷軟件等。牽引/ 制動(dòng)控制軟件主要分為幾個(gè)模塊：線路電容器充放電控制模塊、牽引/ 制動(dòng)指令參考值處理模塊、轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊、電阻制動(dòng)控制模塊等。線路電容器充放電控制模塊控制充電接觸器K3、放電接觸器K

20、4和線路接觸器K1的動(dòng)作及電容器的充放電。該模塊在軟件和硬件中均設(shè)有聯(lián)鎖,保證K3和K4不會(huì)同時(shí)閉合,以避免主電路短路。牽引/ 制動(dòng)指令參考值處理模塊DCU接收輸入的牽引/ 制動(dòng)指令、方向指令、限速指令及指令參考值等,在牽引/或制動(dòng)工況下對(duì)參考值進(jìn)行轉(zhuǎn)矩特性調(diào)整,使轉(zhuǎn)矩參考值與車輛的牽引/ 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性相適應(yīng),并經(jīng)過(guò)沖擊極限、最大速度限制、最大線電流、防滑/ 防空轉(zhuǎn)粘著保護(hù)計(jì)算等,形成最終的牽引/ 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩參考值,傳送到轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊。轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊轉(zhuǎn)矩控制采用矢量控制模式,基本思想是將交流電機(jī)等效為直流電機(jī),按直流電機(jī)的控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的控制,以獲得與直流電機(jī)一樣的良好動(dòng)態(tài)特性。

21、應(yīng)用坐標(biāo)變換方法,根據(jù)電機(jī)的相電流、線電壓和轉(zhuǎn)速,通過(guò)磁場(chǎng)觀測(cè)器,計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際磁場(chǎng)矢量、實(shí)際轉(zhuǎn)矩等。通過(guò)矢量變換,實(shí)現(xiàn)對(duì)異步交流電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁場(chǎng)的完全解藕,控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊是DCU控制軟件中核心部分。電阻制動(dòng)控制模塊列車制動(dòng)時(shí),一般優(yōu)先進(jìn)行再生制動(dòng)。該模塊檢測(cè)電容電壓XUD,一旦超過(guò)設(shè)定值1800 V,由再生制動(dòng)轉(zhuǎn)入電阻制動(dòng),并計(jì)算制動(dòng)斬波器的開通占空比,輸出斬波器通斷指令信號(hào)。故障診斷軟件對(duì)DCU/ UNAS、VVVF及各種外圍設(shè)備的故障進(jìn)行診斷,將故障數(shù)據(jù)記錄在處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元PDA中。UNAS的基本功能逆變器保護(hù)單元UNAS負(fù)責(zé)VVVF牽引逆變器的保護(hù),與DCU

22、一起組成車輛的牽引 / 制動(dòng)控制系統(tǒng)。UNAS處理DCU的脈沖模式發(fā)生器A303板產(chǎn)生的脈沖模式指令信號(hào)和控制微機(jī)A304板發(fā)出的使能信號(hào),轉(zhuǎn)化成各個(gè)GTO的通斷指令；通過(guò)控制GTO的通斷,在VVVF工作的過(guò)程中進(jìn)行保護(hù)軟保護(hù),防止電過(guò)載和熱過(guò)載,及實(shí)現(xiàn)相模塊中GTO的聯(lián)鎖邏輯保護(hù)；UNAS與GTO之間的開關(guān)指令和通斷狀態(tài)反饋信號(hào)的傳輸采用光纖以防止電磁干擾,在有GTO通斷故障時(shí),實(shí)施與電源的隔離；向DCU發(fā)出線路接觸器K1分?jǐn)嘀噶?；UNAS的診斷微處理器存儲(chǔ)保護(hù)動(dòng)作信息,可用PTU經(jīng)RS232串行接口讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；另外,UNAS通過(guò)4根故障信號(hào)線可向DCU發(fā)送16個(gè)故障信息代碼,存入過(guò)程數(shù)

23、據(jù)存儲(chǔ)器PDA中。在UNAS的中央處理診斷板A325面板上提供了與PTU通訊的串行接口,可對(duì)VVVF和UNAS進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)VVVF逆變器進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)；電壓電流保護(hù)、溫度保護(hù),分為3級(jí)。為GTO進(jìn)行脈沖分配；電壓電流的獲取值處理；將LEM傳感器輸出的0 20 mA電流值轉(zhuǎn)換成 -10 +10V電壓信號(hào)送入DCU。對(duì)VVVF進(jìn)行初始化開鑰匙后,UNAS啟動(dòng)板向GTO發(fā)出：關(guān)斷 導(dǎo)通 關(guān)斷 導(dǎo)通指令800ms,否則發(fā)出嚴(yán)重故障信號(hào)。監(jiān)測(cè)GTO開/關(guān)狀態(tài)；VVVF及UNAS本身的故障診斷及存儲(chǔ)；DCU的PCB插件板功能描述DCU的PCB板A303 中央控制板、脈沖模式發(fā)生板A304 中央處理板、控制

24、 / 調(diào)整 / 監(jiān)測(cè)板A305、A306 速度信號(hào)處理和中斷控制板A307 PDA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)板A308 測(cè)量值調(diào)整板A309 溫度測(cè)量及U/I轉(zhuǎn)換板A310 PWM指令參考值處理板A311、A312 輸入信號(hào)調(diào)整板A313 輸出信號(hào)調(diào)整板A314、A315 輸入 / 輸出接口板DCU工作方框圖 GEATRAC 總線 GEATRAC 總線 速度 速度 信號(hào) 信號(hào) 指令值 模擬測(cè)量值 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 輸入 模擬信號(hào) 110V列車線 110V列車線 輸出 A303A307A306A305A304A303A307A306A305A304A310A310A313A311A312A308A309A313

25、A311A312A308A309A301、A302、A321、A322電源板A301板： +24V / 50WA321板： 24V / 50W 24 V電源供給LEM電壓電流傳感器、壓力開關(guān)。當(dāng)無(wú) 24 V電源時(shí),DCU本身能工作。A302板： 15V / 60W,供給速度傳感器、光纖插頭轉(zhuǎn)換器。A322板： +5V / 80W,供給DCU的CPU板。A303CE1中央控制板、脈沖模式發(fā)生板A304CE1中央處理板、控制 / 調(diào)整 / 監(jiān)測(cè)板A303脈沖模式發(fā)生板主要組成： 80C166控制微機(jī)、6個(gè)脈寬調(diào)制通道、 10個(gè)10位A/D模擬 / 數(shù)字變換器0 +5V、 8個(gè)8位D/A數(shù)字 / 模

26、擬變換器0 +10V、 GEATRACM總線接口、 一個(gè)10Mb/s的快速串行通訊link適配模塊、 串行接口、 用于模擬信號(hào)調(diào)整的5V和10V參考電壓電源、 32k SMD RAM、8k DIP EEPROM、128k LCC EPROM存儲(chǔ)器、 LCA programmable logic component 可編程邏輯單元 。6個(gè)脈寬調(diào)制通道中的4個(gè)用作脈寬發(fā)生器,通過(guò)transputer link接口與A304板通訊D/A和A/D變換器未使用。LCA集成邏輯塊產(chǎn)生中斷處理、GEATRAC M控制信號(hào)、等待狀態(tài)。面板上有個(gè)9針孔串行接口插座；6個(gè)LED顯示燈,其中一個(gè)為看門狗,閃動(dòng)頻率1

27、.6 s。A304中央處理板組成： 與303板相同。A/D模擬 / 數(shù)字變換器測(cè)量經(jīng)過(guò)其它PCB板預(yù)處理的模擬信號(hào),包括XUN、XUD、XIN、XLAST、WEOEVE、XISA、XISB；D/A數(shù)字 / 模擬變換器將數(shù)字化的過(guò)程模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)以供測(cè)量；通過(guò)transputer link接口與A303板通訊；串行接口可用于診斷目的。面板上的9針孔串行接口插座,可用于診斷目的；6個(gè)LED顯示燈,其中一個(gè)為看門狗,閃動(dòng)頻率1.6 s。A303板與A304板的工作通訊DCU啟動(dòng)時(shí),A303板和A304板內(nèi)的2個(gè)CE1微機(jī)開始初始化和同步化,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢。啟動(dòng)正常完成后,A307板的LED顯

28、示器將顯示CHECK OK。在每一次時(shí)鐘脈沖50 ms結(jié)束時(shí),A304板向A303板發(fā)送信息：逆變器相控因數(shù)電機(jī)定子頻率角度調(diào)整脈沖發(fā)生器使能A303板根據(jù)收到的信息,計(jì)算得出所需要的脈沖模式,向A304板反饋信息：現(xiàn)時(shí)采樣間隔長(zhǎng)度當(dāng)前的電壓向量角度變化下個(gè)采樣點(diǎn)的電壓向量角度位置當(dāng)前脈沖模式的數(shù)字代碼。由于兩個(gè)微機(jī)之間的通信速率很高,它們之間的通信通過(guò)一專門設(shè)計(jì)的通信模塊進(jìn)行,傳輸速率達(dá)到10Mb/s,實(shí)現(xiàn)對(duì)VVVF的實(shí)時(shí)控制。A307A304A303A307A304A303經(jīng)A310板輸入的牽引/ 制動(dòng)指令參考值需經(jīng)過(guò)以下的限制與調(diào)整每50 ms調(diào)整一次：載荷調(diào)整車輛的載荷由ECU通過(guò)裝在

29、空氣彈簧內(nèi)的壓力傳感器獲取,并轉(zhuǎn)送到DCU,各個(gè)動(dòng)車的DCU只接受本車ECU的載荷信號(hào)。當(dāng)V = 0 km/h,DCU接收到牽引指令時(shí),將載荷信號(hào)值存入作為牽引/制動(dòng)的校正值。如果未收到ECU的載荷信號(hào),DCU牽引時(shí)用AW2的載荷值代替,制動(dòng)時(shí)用AW3的載荷值代替。沖擊極限 0.75m/s3空轉(zhuǎn) / 滑行保護(hù)時(shí),或列車緊急制動(dòng)時(shí),沖擊極限的限制不起作用。牽引速度限制3 km/h慢行限速,將最大力矩定為本身力矩的75%；10 km/h限速；80 km/h限速,切除牽引,進(jìn)行惰行。3種速度限制中,退行10 km/h和慢行3 km/h 2種限速指令來(lái)自列車線,80 km/h限速指令由DCU發(fā)出。牽引

30、線電流限制每節(jié)動(dòng)車720 A。制動(dòng)電網(wǎng)電壓不足制動(dòng)期間,如電網(wǎng)電壓在1500V以下,根據(jù)速度和網(wǎng)壓的不同具體值,電制動(dòng)力矩可能不能滿足制動(dòng)要求,需由氣制動(dòng)補(bǔ)充；如網(wǎng)壓降到1000V以下,電制動(dòng)完全由氣制動(dòng)代替?？辙D(zhuǎn) / 滑行保護(hù)空轉(zhuǎn)：牽引力大于粘著力,發(fā)生空轉(zhuǎn)的輪對(duì)轉(zhuǎn)速大于列車速度?；校褐苿?dòng)力大于粘著力,發(fā)生滑行的輪對(duì)轉(zhuǎn)速小于列車速度。列車的實(shí)際速度由A車輪軸上速度傳感器提供,與動(dòng)車上的電機(jī)速度信號(hào)分別比較,判斷輪對(duì)是否發(fā)生空轉(zhuǎn)/滑行。即使在無(wú)A車輪軸的速度信號(hào)時(shí),DCU仍可采用對(duì)3個(gè)電機(jī)速度信號(hào)的計(jì)算值,作為列車的實(shí)際速度。由于一號(hào)線車輛是一節(jié)動(dòng)車的一臺(tái)VVVF逆變器并聯(lián)向4臺(tái)牽引電機(jī)供電

31、,當(dāng)DCU監(jiān)測(cè)到任一輪對(duì)出現(xiàn)電制動(dòng)滑行時(shí),會(huì)向VVVF發(fā)出降低電制動(dòng)力的指令,使本車的4個(gè)輪對(duì)的制動(dòng)力矩同時(shí)下降,待滑行消除后再恢復(fù)。電制動(dòng)嚴(yán)重滑行時(shí),如果粘著力 50% 超過(guò)3s,DCU將切除電制動(dòng),由ECU補(bǔ)充氣制動(dòng)。A305和A306速度信號(hào)處理板組成： 可編程中斷控制器、 2個(gè)U/ f電壓模擬信號(hào)輸入端用于電壓測(cè)量、 2個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量器、 可編程測(cè)量參考脈沖,可達(dá)20 MHz、GEATRAC -M總線接口?？删幊讨袛嗫刂破鲗?0個(gè)中斷信號(hào)合成一個(gè)共用中斷,經(jīng)GEATRACM總線傳送到A304中央控制板；2個(gè)電壓輸入測(cè)量端的U / f轉(zhuǎn)換器和計(jì)數(shù)器串聯(lián),將VVVF的輸出線電壓XUAB、XUB

32、C轉(zhuǎn)換成正比于電壓值的頻率信號(hào),經(jīng)GEATRACM總線傳送到A304中央控制板；轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)可編程測(cè)量參考脈沖重復(fù)記數(shù),確定出轉(zhuǎn)速,而且還測(cè)出方向及旋轉(zhuǎn)角。處理完的速度信號(hào)也經(jīng)GEATRACM總線傳送到A304中央控制板。如果檢測(cè)出輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)兩相中一相有錯(cuò)誤,將轉(zhuǎn)換到單相測(cè)量。每次DCU啟動(dòng)后,第一次接到牽引指令列車運(yùn)行時(shí),如檢測(cè)到某個(gè)軸的速度傳感器故障,即將該速度信號(hào)切除,DCU再次啟動(dòng)后重新檢測(cè)。A305板： 處理第1、3軸電機(jī)速度傳感器信號(hào)N1、N3。A306板： 處理第4軸電機(jī)和拖車速度傳感器信號(hào)N4、NLA。A307 PDA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)板PCB板有2個(gè)存儲(chǔ)區(qū),分別有多個(gè)RAM、EPRO

33、M和EEPRROM存儲(chǔ)器,用于過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器PDA和黑匣子KWR的列車狀態(tài)和故障信息存儲(chǔ)。在列車停電后,由自帶的電池供電,保證數(shù)據(jù)能夠保存下來(lái)及讓時(shí)鐘繼續(xù)工作。A304板的CE1微機(jī)處理完的信息和列車狀態(tài)存入A307板。PCB板的元件還包括一個(gè)可編碼的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、2節(jié)3.6V / 1.9A鋰電池、帶寫保護(hù)的PAL地址解碼器、內(nèi)部電壓監(jiān)測(cè)模塊。面板上有一個(gè)V24接口、2個(gè)4位數(shù)的LED顯示器、2個(gè)10位數(shù)的選碼開關(guān)和2個(gè)功能鍵。操作選碼開關(guān)和功能鍵可進(jìn)行一些參數(shù)的設(shè)定如日期、時(shí)間等,查看牽引系統(tǒng)的故障信息代碼,實(shí)時(shí)觀察列車的狀態(tài)和變量值,讀取一些信號(hào)參數(shù)的記錄值,完成牽引系統(tǒng)的部分檢測(cè)試驗(yàn)。PCB

34、板內(nèi)裝一個(gè)寫保護(hù)邏輯元件硬保護(hù)。邏輯元件保護(hù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不被非規(guī)范寫入,數(shù)據(jù)只能以固定的模式存入存儲(chǔ)器中。寫保護(hù)邏輯必須在每寫入一個(gè)字節(jié)之前打開,因?yàn)镃C85總線系統(tǒng)每寫入一次后自動(dòng)重新啟動(dòng)寫保護(hù),這對(duì)PDA或者其它卡都是一樣的。A308測(cè)量值調(diào)整板組成： 10個(gè)差值放大器difference amplifier、 10個(gè)加數(shù)器。差值放大器的轉(zhuǎn)換比為3.9347.5 k:12.1k,加數(shù)器的作用是補(bǔ)充消去輸入信號(hào)的負(fù)值部分。一個(gè)加數(shù)器和一個(gè)放大器串聯(lián),加上濾波電容,組成一個(gè)轉(zhuǎn)換通道,共10個(gè)通道。將UNAS送入的-10 +10 V模擬信號(hào) XUN、XUD、XIN、XISA、XISB轉(zhuǎn)換成0 5

35、V的信號(hào)后,送入A304板,因其A / D模擬/ 數(shù)字變換器只能處理0 5 V的信號(hào)。所有放大器的輸出電壓值可從PCB面板上的測(cè)試插孔測(cè)得。另外在面板上還有5個(gè)10 k的測(cè)試插孔,可用于模仿輸入電壓信號(hào)。A309溫度測(cè)量及U / I轉(zhuǎn)換板組成：8個(gè)由Multiplexer控制開通關(guān)斷的輸入端,其中6個(gè)用于Pt100電阻計(jì)的溫度測(cè)量,2個(gè)電壓電流測(cè)量輸入端；4個(gè)U / I電流 / 電壓變換器接口傳送0 20 mA范圍的電流信號(hào)。電路板的Pt100電阻計(jì)一般測(cè)量牽引電機(jī)溫度,在一號(hào)線車輛未使用。電壓電流測(cè)量輸入端將測(cè)量值的幅值變換后,傳送到微機(jī)系統(tǒng)的A / D變換器。U / I轉(zhuǎn)換：將UNAS送入

36、的 -10 +10 V電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換成 4 20 mA電流信號(hào),輸出到CFSU或ECU。XUN電網(wǎng)電壓VIST列車速度 KLIP CFSUXZUG實(shí)際牽引/制動(dòng)力矩XMD電制動(dòng)力矩 本車及A車ECUXZUG信號(hào)數(shù)值：牽引 100 KN 0 KN 0 8 12 20 mA 100 KN制動(dòng)A310 PWM指令參考值處理板將400 Hz、60V、脈寬占空比7.5 44.1% 的VV脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成0 5V的電壓信號(hào),送入A304板。DCU監(jiān)測(cè)脈沖頻率應(yīng)為400 + 40 Hz,否則發(fā)出故障信號(hào)。在列車牽引期間,若VV信號(hào)發(fā)生故障,列車將轉(zhuǎn)為惰行；在列車制動(dòng)期間,若VV信號(hào)發(fā)生故障,DCU將制動(dòng)需求值

37、設(shè)定為100%。處理板包括的元件：一個(gè)電隔離VV信號(hào)變換器,將400 Hz / 60V信號(hào)轉(zhuǎn)換成400 Hz / 15V；一個(gè)F / V頻率/ 電壓變換器,將400 Hz 信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬值；一個(gè)功能發(fā)生器,在電機(jī)電流控制 即轉(zhuǎn)矩控制的車輛情況下,將線性輸入變量與電機(jī)電流 / 牽引力適配；一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)operating mode detection邏輯元件,檢測(cè)列車是否由幾個(gè)同樣的車輛單元組成；或在多單元列車組成的情況下,檢測(cè)是否需要對(duì)其它車輛的特性調(diào)整。將通過(guò)一個(gè)狀態(tài)發(fā)生器characteristic generator從外部確定車輛特性狀態(tài)；一個(gè)監(jiān)測(cè)400Hz信號(hào)的邏輯元件；一個(gè)差值放大

38、器,如需要時(shí)由運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)邏輯元件決定,與由狀態(tài)發(fā)生器輸入的信號(hào)一起,輸出最大選擇值。A311、A312輸入信號(hào)調(diào)整板每塊PCB組成：12個(gè)光藕電隔離轉(zhuǎn)換通道、12個(gè)LED指示燈、12個(gè)面板測(cè)試插孔。將輸入DCU的110V、60V、24V數(shù)字信號(hào)經(jīng)光藕隔離器U1U2轉(zhuǎn)換成5V,再送到中央控制板A304板。每塊板上有12個(gè)通道,可處理12個(gè)信號(hào),通過(guò)面板上的LED指示燈顯示通道狀態(tài)。對(duì)每個(gè)輸入信號(hào)而言,除了得到一個(gè)同相的直接輸出外,還可通過(guò)變換器得到一個(gè)反相的輸出,即輸入信號(hào)為1,直接輸出為1,反相輸出為0,面板上LED指示燈亮。110V5V在面板的測(cè)試插孔施加0 V或5 V電壓,可模仿輸入信號(hào)

39、控制輸出反相,而實(shí)際的輸入信號(hào)此時(shí)不發(fā)生作用。A311板： BSLF 3 km/h慢行指令 BV10 10 km/h限速指令 IDIFF1 差動(dòng)電流大于1 A信息 IDIFF2 差動(dòng)電流大于50 A信息 TSYNC 時(shí)間同步信號(hào)TSYNC：列車上有5個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng),為了列車上5個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)的時(shí)鐘一致,滿足故障記錄和分析的需要,CFSU向各微機(jī)系統(tǒng)發(fā)送TSYNC信號(hào)對(duì)時(shí)。每天11 59 57,發(fā)送3 s脈沖；每小時(shí)的5959,發(fā)送1 s脈沖。IDIFF1、IDIFF2：如1500VDC電源進(jìn)入和流出VVVF電流的相差過(guò)大,VVVF中的電流差動(dòng)繼電器U4發(fā)出IDIFF信息,可能是VVVF內(nèi)部局部

40、對(duì)地絕緣電阻值小,電流從該處對(duì)地泄漏。 K2 1500 V U4 IDIFF1 110 V IDIFF2 110 V當(dāng)差動(dòng)電流 1 A,時(shí)間超過(guò)1 s,U4向DCU發(fā)出IDIFF1信息,DCU只是作為一個(gè)事件event存入PDA。當(dāng)差動(dòng)電流 50 A,時(shí)間超過(guò)20ms,U4向DCU發(fā)出IDIFF2信息,必要時(shí)將由繼電器U4而不是DCU直接觸發(fā)反應(yīng)行動(dòng),。A312板： BF 牽引指令 /BB 制動(dòng)指令 /BSB 快速制動(dòng)指令 來(lái)自司機(jī) /BNB 緊急制動(dòng)指令 控制器 BF1 方向1指令前行 BF2 方向2指令后退 QNS K1閉合信號(hào) QVS K3閉合信號(hào) 來(lái)自VVVF QES K4斷開信號(hào) Q

41、SS HSCB閉合反饋信號(hào) MBG列車所有氣制動(dòng)緩解信號(hào)不包括停車制動(dòng) FNS 線路接觸器K1使能信號(hào)只有FNS為1時(shí),線路接觸器K1才能閉合,FNS = 1的條件：無(wú)緊急制動(dòng)；車門關(guān)好；方向指令BF1或BF2為1。MBG信號(hào)發(fā)出的條件是：6節(jié)車的全部氣制動(dòng)緩解,串聯(lián)的每節(jié)車上一個(gè)的2K54繼電器全部閉合。 A車 B車 C車 C車 B車 A車 110 V 旁路開關(guān) MBG B車 C車 C車 B車 DCU DCU DCU DCU快速制動(dòng)可以緩解,此時(shí)司機(jī)控制器的主手柄應(yīng)先回到牽引位或惰行位。如果主手柄只是回到常用制動(dòng)位,則仍維持空氣制動(dòng),直到停車。A313輸出信號(hào)調(diào)整板通過(guò)微型繼電器,將DCU的

42、5V 數(shù)字信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成110V或24V,輸出到列車其它設(shè)備,共12個(gè)通道,通過(guò)面板上的LED指示燈顯示通道狀態(tài)。 5V 110V 微型繼電器每個(gè)通道的輸出微繼電器都可由面板上的測(cè)試插孔控制,而實(shí)際的輸入信號(hào)此時(shí)不發(fā)生作用。在PCB板無(wú)輸入信號(hào)時(shí),在測(cè)試插孔施加5V電壓,可觸發(fā)微繼電器動(dòng)作。在有輸入信號(hào)時(shí),測(cè)試插孔施加0 V電壓,微繼電器不動(dòng)作。ENS K1閉合指令EVS K3閉合指令 VVVFAES K4斷開指令BHL 保壓制動(dòng)緩解指令/MSEB 電制動(dòng)故障信號(hào) ECUMGS 空轉(zhuǎn) / 滑行信號(hào)MEB 電制動(dòng)好信號(hào) CFSUMV 0 速度 0信號(hào) 0.5 km/hMF1 DCU嚴(yán)重故障信號(hào)M

43、F2 DCU中等故障信號(hào)CFSUMF3 DCU輕微故障信號(hào)線路電容器充放電DCU發(fā)出AES指令的條件：DCU無(wú)故障FNS = 1高速斷路器閉合QSS = 1。根據(jù)前面所列的FNS = 1條件,列車在激活后啟動(dòng)時(shí),為了安全起見,只有在車門關(guān)好,高速斷路器閉合,打司機(jī)控制器方向手柄后,K4接觸器才能得電常閉觸頭斷開,線路電容器開始充電。充電過(guò)程：K4AES t QES t t1 80msK3 EVS t t2 = 300ms QVS t t3 80msK1 ENS t t4 400 ms QNS t t5 80msDCU在發(fā)出AES指令后的80 ms內(nèi)應(yīng)能收到QES反饋信號(hào),否則說(shuō)明有放電接觸器K

44、4不能斷開的故障,自動(dòng)封鎖牽引。DCU在發(fā)出EVS指令后的80 ms內(nèi)應(yīng)能收到QVS反饋信號(hào),否則說(shuō)明有預(yù)充電接觸器K3不能閉合的故障。同樣地,DCU在發(fā)出ENS指令后的80ms內(nèi)應(yīng)能收到QNS反饋信號(hào),否則說(shuō)明有線路接觸器K1不能閉合的故障。DCU在發(fā)出EVS指令信號(hào)500 ms后,電容電壓XUD必須大于一定值,否則充電失敗。經(jīng)過(guò)大約10 s后,DCU重新發(fā)出EVS指令合上預(yù)充電接觸器,再次開始充電。如失敗將第3次充電。由于一定時(shí)間內(nèi)不能多次充放電,若對(duì)線路電容器充電連續(xù)3次失敗,DCU將封鎖VVVF逆變器,并發(fā)出線路電容器充電次數(shù)太多的故障信息。放電過(guò)程：與充電過(guò)程相反。從線路接觸器K1的

45、閉合條件可看出,方向指令BF1和BF2為0、車門打開、高速斷路器斷開QSS = 0等情況都會(huì)使K1斷開。另外,若線路電容電壓XUD降到750 V以下,或XUD降到1000 V以下超過(guò)1 s,或UNAS因過(guò)電壓而封鎖逆變器,K1也會(huì)斷開。高速斷路器HSCB跳斷時(shí),K1將延時(shí)分?jǐn)?。如在列車緊急制動(dòng)時(shí),HSCB由UNAS觸發(fā)立即分?jǐn)?K1由DCU觸發(fā)分?jǐn)?延時(shí)100 ms。K1處于斷開時(shí),K3也必須是斷開的,不允許牽引電流或制動(dòng)再生電流流過(guò)預(yù)充電電路,保護(hù)預(yù)充電電路元件。列車停站時(shí),車門打開,FNS = 0,線路電容器放電。由于列車運(yùn)營(yíng)時(shí)頻繁停站開關(guān)車門,為了減小放電接觸器K4的工作負(fù)荷,DCU先發(fā)

46、出指令,開通制動(dòng)斬波器,通過(guò)制動(dòng)電阻將電容電壓XUD降到600V,以確保列車在開門狀態(tài)下不能動(dòng)車。此時(shí)放電接觸器K4的主觸頭一直處于斷開狀態(tài),由于并聯(lián)在線路電容器上的100 K永久放電電阻的放電作用,線路電容器上的電壓開始慢慢地下降每秒約降3V。車門關(guān)后好,DCU發(fā)出EVS指令,K3接觸器閉合,在線路電容器剩余電壓的基礎(chǔ)上開始充電,而K4接觸器一直不動(dòng)作,與列車激活后首次充電不同。保壓制動(dòng)任何一個(gè)DCU發(fā)出BHL指令,整列車的保壓制動(dòng)緩解。DCUDCUDCUDCUDCUDCUDCUDCUBHL信號(hào)ECUECUECUECUECUECUECUECUECU列車啟動(dòng)時(shí),DCU在接收到牽引指令BF =

47、1后,開始建立啟動(dòng)力矩,同時(shí)給出保壓制動(dòng)緩解指令BHL即/EHB = 1,以防止列車退行。假如DCU檢測(cè)到列車退行,則取消此指令,施加保壓制動(dòng)BHL即/EHB = 0。如在5 s之內(nèi)未能建立啟動(dòng)力矩,或DCU未收到所有氣制動(dòng)緩解的信號(hào)MBG = 1,則啟動(dòng)失敗終止,DCU給出啟動(dòng)失敗信息,必須在取消牽引指令牽引手柄回零位后重新啟動(dòng)。列車制動(dòng)停車時(shí),DCU在列車速度 128 km/h可調(diào)時(shí)發(fā)出保壓制動(dòng)緩解指令,0.3s后電制動(dòng)力矩逐步下降,DCU的滑行保護(hù)功能由ECU取代,同時(shí)氣制動(dòng)力矩建立逐步上升,直到完全代替電制動(dòng)力矩滿足VV指令參考值的要求。如果在列車速度 12 km/h時(shí)開始制動(dòng),電制動(dòng)

48、 氣制動(dòng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程就從制動(dòng)施加時(shí)的速度開始。為了安全的目的,在列車速度 12 km/h時(shí),即使無(wú)牽引/制動(dòng)指令惰行,DCU仍發(fā)出保壓制動(dòng)施加指令BHL即 / EHB = 0,保證列車停車后有制動(dòng)。/MSEB 電制動(dòng)故障信號(hào)在列車制動(dòng)時(shí),如果電制動(dòng)力矩的實(shí)際值比需求值小得多,或DCU檢測(cè)到電制動(dòng)故障,DCU將向ECU發(fā)出 /MSEB = 0信息,由ECU補(bǔ)充制動(dòng)力。MEB 電制動(dòng)好信號(hào)在接收到UNAS輸送的MBSB制動(dòng)斬波器準(zhǔn)備好信號(hào)時(shí),無(wú)論列車處于制動(dòng)、牽引或者惰行,只要電制動(dòng)的狀態(tài)準(zhǔn)備好,DCU就會(huì)向SIBASKLIP輸出MEB信號(hào),用于CFSU的故障診斷。MGS 空轉(zhuǎn) / 滑行信號(hào)如果車輛

49、的防空轉(zhuǎn)/防滑功能發(fā)生作用的時(shí)間超過(guò)1s,牽引/制動(dòng)力矩下降超過(guò)30%,DCU將向ECU發(fā)出MGS信號(hào)。該信號(hào)還能對(duì)車輛輪對(duì)的粘著系數(shù)顯示起到使能作用。本車ECU420mA+24V0 本車ECU420mA+24V0 420mAA車ECUDCU所有DCU與外圍設(shè)備的輸入/輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)2個(gè)PCB面板上的48針Harting接插件與外部聯(lián)通,僅做連接過(guò)渡作用。A車ECUDCUA314板傳送110 V數(shù)字信號(hào),A315板傳送模擬信號(hào)、速度信號(hào)、+ 24 V電源和+ 15 V電源。為了避免DCU和ECU之間產(chǎn)生電干擾,在它們之間信號(hào)的傳輸采用隔離放大器進(jìn)行隔離。UNAS的PCB插件板功能描述UNAS接收

50、由DCU脈沖發(fā)生器輸出的逆變器三相脈沖模式信號(hào)PMA、PMB、PMC和制動(dòng)斬波器脈沖模式信號(hào)PMBS,監(jiān)測(cè)其頻率是否超過(guò)設(shè)定值。在正常情況下,UNAS將脈沖模式轉(zhuǎn)化成各個(gè)GTO觸發(fā)指令,監(jiān)測(cè)GTO的通斷狀態(tài)反饋信號(hào)和最小開通/ 關(guān)斷時(shí)間,控制各相橋臂2個(gè)GTO之間的聯(lián)鎖并在必要時(shí)進(jìn)行保護(hù)。另外,UNAS監(jiān)測(cè)VVVF逆變器和牽引電機(jī)的電壓、電流及電流上升率,如超過(guò)設(shè)定門檻值,則執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施。UNAS監(jiān)測(cè)VVVF的模塊、線路電容器和線路電抗器及制動(dòng)電阻中的溫控保護(hù)開關(guān)、風(fēng)壓力開關(guān)的動(dòng)作信號(hào),并執(zhí)行保護(hù)。UNAS中的故障診斷單元處理并記錄逆變器和UNAS本身發(fā)生的各個(gè)事件/ 故障,將信息通過(guò)編

51、碼的形式傳送到DCU,在DCU的故障存儲(chǔ)記錄板PDA中記錄,使DCU及時(shí)采取保護(hù)措施。UNAS的PCB板A323 接口板A324 聯(lián)鎖邏輯控制板A325 微處理單元、UNAS診斷板A326 測(cè)量值處理 / 調(diào)整板A327 測(cè)量值預(yù)處理板A328 啟動(dòng)監(jiān)測(cè)板A329、A330 接口板A323接口板UNAS與DCU的信號(hào)接口板。所有UNAS與DCU之間傳送的數(shù)字信號(hào)都經(jīng)過(guò)A323板,數(shù)字信號(hào)高電平值為5V。在面板上有全部14個(gè)信號(hào)的LED顯示燈。A327測(cè)量值預(yù)處理板組成： 16個(gè)模擬信號(hào)放大器通道,每個(gè)通道由放大器amplifier、可編程電位器programmable potentiomete

52、r、5 V電壓限制器limiter、RC濾波塊和負(fù)載電阻組成。預(yù)處理測(cè)量值模擬信號(hào)I / V轉(zhuǎn)換,0 20 mA 10 +10 V,分別送入A326板和輸出到DCU的308板。模擬信號(hào)來(lái)自VVVF：XUN、XUD、XIN、XISA、XISB、XISC、XIBS、XUAB、XUBC、XDIWA、XDIWB、XDIWC A、B、C相電流上升率XDIBS 斬波制動(dòng)電流上升率di/dtIA XDIWAIA XDIWA如果某相電路出現(xiàn)短路時(shí),相電流將急劇上升。UNAS通過(guò)測(cè)量電流上升率,來(lái)檢測(cè)是否有短路故障發(fā)生。A326測(cè)量值處理 / 調(diào)整板基本組成：不同的模擬量信號(hào)比較器comparator通道,輸入

53、電壓值范圍：10 +10V；12個(gè)數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換器converter,輸入電壓值為 + 15 V或 + 24 V；一個(gè)LCAprogrammable logic component即可編程邏輯單元；GEATRAC M總線接口；5個(gè)寄存器registers；作用功能：轉(zhuǎn)換器converter處理來(lái)自VVVF及制動(dòng)電阻輸入的數(shù)字信號(hào),24 V或15V電平信號(hào) 5V,送入寄存器；比較器comparator通道首先對(duì)經(jīng)A327板預(yù)處理過(guò)的測(cè)量值模擬信號(hào)再次進(jìn)行處理,10 +10V 0 5V,送入比較器。例：XUD LCA參考值 +990V 比較器比較器comparators將VVVF的電容電壓、相電流

54、、制動(dòng)斬波電流、電流上升率和三相電流之和的實(shí)際測(cè)量值與保護(hù)門檻參考值比較后給出信息,存入寄存器。同時(shí)面板的LED顯示燈有顯示。LCA可編程邏輯單元將比較器通道和轉(zhuǎn)換器按要求的邏輯關(guān)系聯(lián)結(jié)起來(lái)。數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器和模擬信號(hào)比較器的狀態(tài)存放在電路板的5個(gè)寄存器registers內(nèi),通過(guò)GEATRAC M總線訪問(wèn)。A324板收到信息后,將按預(yù)設(shè)程序發(fā)出保護(hù)動(dòng)作指令。數(shù)字信號(hào)：MGSPB GTO門控板電源準(zhǔn)備好/MSKF 電子板丟失信息MFSS 三相電流之和不等于0三相電流不平衡信號(hào)/MSLUM 逆變器風(fēng)扇風(fēng)壓過(guò)低風(fēng)壓繼電器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)/MPCD 線路電容器壓力過(guò)大壓力繼電器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)/MTND 線路電

55、抗器過(guò)熱溫度繼電器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)/MTWA、/MTWB、/MTWC A相、B相、C相模塊過(guò)熱溫度繼電器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)/MTBS 制動(dòng)斬波器或制動(dòng)電阻過(guò)熱溫度繼電器或冷卻風(fēng)壓繼電器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)MGSPB：GTO門極驅(qū)動(dòng)板電源狀態(tài)監(jiān)控信息。A101門極電源板 A101門極電源轉(zhuǎn)換板 15V門極驅(qū)動(dòng)板 48V、30KHz門極驅(qū)動(dòng)板 48V、30KHz110V 48V 110 V GTO MGSPB +15 V/MSKF：PCB板丟失的信息。在DCU和UNAS內(nèi)部,有一個(gè)電路線把各插件板聯(lián)在一起,如有一件沒接好,則有此信息給出。 15 V /MSKF/MTND：電抗器上下2個(gè)繞組內(nèi)各裝有一個(gè)溫度繼電器,如

56、其中一個(gè)繞組的溫度 95,繼電器的常閉觸頭斷開,/MTNT01,向UNAS發(fā)出故障信息。 + 24 V 0 V /MTND/MTWA、/MTWB、/MTWC ：以A相模塊為例每個(gè)相模塊中有4個(gè)溫度繼電器保護(hù)開關(guān)串聯(lián),如有任何一個(gè)繼電器的常閉觸頭斷開,/MTWA01,向UNAS發(fā)出故障信息。 B2 /MTWA T1 B3 + 15 V T2 B1 A101溫度監(jiān)控板 B4 0 VB2、B3 GTO V1、V2管母排溫度繼電器, 95時(shí)繼電器常閉觸頭斷開B1、B4 二極管V3、V4散熱端溫度繼電器, 85時(shí)繼電器常閉觸頭斷開B2、B3直接安裝在模塊內(nèi)高電壓母排上,分別用隔離變壓器T1、T2隔離降壓

57、后,變成低壓信號(hào)輸入U(xiǎn)NAS。/MTBS：/MTBS信號(hào)表示制動(dòng)斬波模塊或者制動(dòng)電阻過(guò)熱,在兩個(gè)部件中共有5個(gè)繼電器保護(hù)開關(guān)串聯(lián),如有任何一個(gè)繼電器的常閉觸頭斷開,/MTBS從01,向UNAS發(fā)出故障信息。 + 15 V B5 B6 B2 /MTBS B1A101溫度監(jiān)控板 B4 0 VB2 斬波模塊GTO 母排溫度繼電器B1、B4 斬波模塊二極管V3、V4散熱端溫度繼電器B5 制動(dòng)電阻強(qiáng)冷風(fēng)道風(fēng)壓繼電器B6 紅外線溫度繼電器,監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻片溫度測(cè)量值模擬信號(hào)：XUN、XUD、XIN、XISA、XISB、XISC、XIBS、XUAB、XUBC、XDIWA、XDIWB、XDIWC A、B、C相電

58、流上升率XDIBS 斬波制動(dòng)電流上升率di/dtIA XDIWAIA XDIWA如果某相電路出現(xiàn)短路時(shí),相電流將急劇上升。UNAS通過(guò)測(cè)量電流上升率,來(lái)檢測(cè)是否有短路故障發(fā)生。A324聯(lián)鎖邏輯控制板基本組成4個(gè)LCA programmable logic component 即可編程邏輯單元D16、D19、D22、D25,分別負(fù)責(zé)VVVF逆變器A、B、C相和斬波器的監(jiān)測(cè)保護(hù)；一個(gè)LCA D13,合成4個(gè)LCA的功能,負(fù)責(zé)整個(gè)逆變器的監(jiān)測(cè)保護(hù)；6個(gè)6個(gè)寄存器registers；GEATRAC M總線接口,負(fù)責(zé)掃描當(dāng)前的保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)；主要功能DCU送入U(xiǎn)NAS的指令信號(hào)除了 /MVK5以外進(jìn)入A3

59、24板,主要執(zhí)行2個(gè)功能。一是監(jiān)測(cè)逆變器VVVF的狀態(tài),必要時(shí)封鎖GTO觸發(fā)脈沖指令,或發(fā)出高速斷路器跳斷指令,對(duì)VVVF進(jìn)行保護(hù)。A324板通過(guò)GEATRAC M總線接收到A326板寄存器中的信息,如有異常其LCA可編程邏輯單元按照預(yù)設(shè)程序產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作。A324板接收的狀態(tài)信息和保護(hù)動(dòng)作信息存放在6個(gè)寄存器registers內(nèi),A325板的CE1微機(jī)通過(guò)GEATRAC M總線訪問(wèn),進(jìn)行診斷后存入它的永久存儲(chǔ)器header并向DCU報(bào)告。二是負(fù)責(zé)GTO的脈沖分配及開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、橋臂聯(lián)鎖邏輯控制。將DCU發(fā)出的脈沖模式指令信號(hào)附加上最小間隔時(shí)間限制后,轉(zhuǎn)化成給GTO的開關(guān)指令信號(hào)。在A324:X

60、229光電轉(zhuǎn)換插頭,電指令信號(hào)轉(zhuǎn)化成光脈沖信號(hào),通過(guò)光纖傳送到GTO的驅(qū)動(dòng)模塊。GTO的開關(guān)反饋信號(hào)傳回UNAS。DCU UNAS 15V脈沖指令電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)光信號(hào) GTO門極驅(qū)動(dòng)模塊。以A相的LCA為例,D16的主要功能是將A相的脈沖模式PMA加上最小時(shí)間限制后,轉(zhuǎn)化成GTO的控制指令BWAV；對(duì)GTO的通斷頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)和限制；為了避免單相內(nèi)部短路,對(duì)同相的2個(gè)GTO相互聯(lián)鎖；監(jiān)測(cè)還包括在允許的時(shí)間延遲后GTO對(duì)應(yīng)于開關(guān)指令的通斷狀態(tài)。A、B、C相GTO的通斷時(shí)間限制：最小開通時(shí)間tein = 44 3 s單相橋臂聯(lián)鎖時(shí)間tver = 60 3s最小關(guān)斷時(shí)間taus = 120 3 s