城軌車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和原理-交流主電路的案例分析

2.“兩動(dòng)一拖（2M1T）”單元主電路原理圖2-44兩動(dòng)一拖(2M1T)單元車主電路結(jié)構(gòu)框圖圖2-45PA箱逆變器主電路（三）交流主傳動(dòng)案例分析圖2-431C4M單元車交流主傳動(dòng)系統(tǒng)原理電路圖列車從受電弓

P受流后，經(jīng)過主熔斷器F同時(shí)給兩節(jié)車上的逆變器供電。（三）交流主傳動(dòng)案例分析圖2-431C4M單元車交流主傳動(dòng)系統(tǒng)原理電路圖列車從受電弓

P受流后，經(jīng)過主熔斷器F同時(shí)給兩節(jié)車上的逆變器供電。1.工作原理：牽引時(shí)，電能傳遞路徑為：電網(wǎng)直流1500V通過受電弓P、主熔斷器F、隔離開關(guān)IES、高速斷路器HSCB、線路接觸器LIK及逆變器給牽引電機(jī)供電。在再生制動(dòng)時(shí)以相反的路徑使電網(wǎng)吸收電機(jī)反饋的能量。各環(huán)節(jié)電路及作用為：

（1）充電限流環(huán)節(jié)

（2）VVVF逆變器

（3）“軟撬杠”保護(hù)環(huán)節(jié)

（4）“硬撬杠”保護(hù)環(huán)節(jié)

（5）其他保護(hù)環(huán)節(jié)

由接觸器CCK與電阻CCZ構(gòu)成。在受電弓升起、高速斷路器閉合后，為防止過大的充電電流沖擊使濾波電容器受損，首先閉合CCK，待電容電壓達(dá)到一定值后，閉合線路接觸器LIK，將限流電阻CCZ短接。

即T7、D8構(gòu)成的斬波器。斬波器的主要功能是用于電阻制動(dòng)，用它來調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的大小。另一個(gè)功能是作過電壓保護(hù)之用。Rc是固定并聯(lián)在濾波電容器LFC上的放電電阻。主電路斷電后LFC兩端電壓在5min內(nèi)降到50V以下。由此可以確定放電的時(shí)間常數(shù)及放電電阻值。IES是隔離／接地開關(guān)，在需要主電路接地時(shí)將它轉(zhuǎn)換到接地位置。CBR為差動(dòng)電流傳感器，用以檢測直流電路流人與流出的電流差，以檢測接地等故障。SA為浪涌吸收器（避雷器），保護(hù)因雷擊或因變電所的開關(guān)動(dòng)作引起過電壓對主電路器件的損害由T1、D1～T6、D6構(gòu)成。其作用是在牽引工況將直流電能變換為電壓和頻率可調(diào)的交流電能供給牽引電機(jī)。TZ是晶閘管，F(xiàn)CZ是過電壓保護(hù)電阻。當(dāng)直流環(huán)節(jié)發(fā)生過電壓，經(jīng)斬波器放電后仍不能消除，則晶閘管TZ導(dǎo)通，直流電路通過FCZ放電。因?yàn)榫чl管只能觸發(fā)導(dǎo)通，而不能用門極觸發(fā)方式關(guān)斷，因此TZ觸發(fā)后必須立即斷開高速斷路器HSCB，否則會(huì)造成直流電路持續(xù)放電。（3）基本工作原理

DCU通過列車線接受來自控制系統(tǒng)的牽引／制動(dòng)力絕對值（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。當(dāng)給定值給出后，經(jīng)過以下條件的處理對牽引電機(jī)實(shí)施控制。

①

輸入值設(shè)定：載荷校驗(yàn)、沖擊限制、速度限制（牽引時(shí)）、線電流限制(牽引時(shí))、欠壓保護(hù)(制動(dòng)時(shí))、空轉(zhuǎn)／滑行保護(hù)。

②

速度檢測

③

電機(jī)控制

④

脈沖模式發(fā)生器

⑤

能量反饋

①

輸入值設(shè)定：載荷校驗(yàn)沖擊限制

速度限制（牽引時(shí)）線電流限制(牽引時(shí))欠壓保護(hù)(制動(dòng)時(shí))空轉(zhuǎn)／滑行保護(hù)DCU根據(jù)相應(yīng)動(dòng)車的載荷狀況來調(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運(yùn)動(dòng)最小，并且使整車達(dá)到相同的動(dòng)態(tài)特性。給定值大小的變化速率必須符合沖擊限制的規(guī)定，但在防滑／防空轉(zhuǎn)功能激活的時(shí)候則不受此限制。

廣州地鐵一號(hào)線車輛規(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：80km／h

倒車速度：10km／h

慢行速度：3km／h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，該限制值為不超過每節(jié)動(dòng)車720A。在制動(dòng)時(shí)，網(wǎng)壓一直受到檢測，當(dāng)網(wǎng)壓降到1500V以下時(shí)，制動(dòng)力矩隨速度和網(wǎng)壓作相應(yīng)的減少，這時(shí)不足的制動(dòng)力由氣制動(dòng)補(bǔ)充。空轉(zhuǎn)／滑行保護(hù)通過比較拖車、動(dòng)車之間的速度差異，以適當(dāng)減少力矩設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)。②

速度檢測

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)，通過判斷相差確定轉(zhuǎn)向。每個(gè)牽引控制單元連接3個(gè)速度傳感器。

在DCU中同樣檢測拖車的速度。在拖車的一個(gè)軸上裝有一個(gè)編碼速度傳感器，該傳感器是單通道(每周111個(gè)脈沖)。

在DCU中有兩塊電路板A305與A306（即中斷處理與速度測量板），專門用來處理速度信號(hào)，速度值通過計(jì)算脈沖數(shù)，與參考時(shí)鐘周期計(jì)算得到。③

電機(jī)控制：采用空間矢量控制圖2-47磁場定向控制結(jié)構(gòu)圖④

脈沖模式發(fā)生器

脈沖模式發(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。圖2-48脈沖模式區(qū)域分布圖⑤

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。（4）牽引控制單元DCU及逆變器保護(hù)監(jiān)控單元UNAS①

牽引控制單元結(jié)構(gòu)

②

牽引控制單元基本功能

③DCU基本工作原理

④UNAS基本功能

⑤DCU的PCB板功能描述牽引控制單元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Hartm8接插件（48針）與外部電路聯(lián)接。a．牽引系統(tǒng)的控制與調(diào)整；b．脈沖模式的產(chǎn)生與優(yōu)化；c．VVVF與牽引電機(jī)的控制與保護(hù)；d．對列車狀態(tài)的監(jiān)測與保護(hù)e．再生制動(dòng)與電阻制動(dòng)的控制與調(diào)節(jié)f．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)；g．防滑／防空轉(zhuǎn)保護(hù)及載荷調(diào)整；h．逆變器線路濾波電容器的充放電控制i．列車速度的獲取與處理及自動(dòng)計(jì)算

停車距離；j．列車牽引控制系統(tǒng)的故障診斷與存儲(chǔ)k．為其它控制系統(tǒng)提供列車狀態(tài)信號(hào)l．提供串行接口與PTU連接，

進(jìn)行監(jiān)測與控制；m．提供“黑匣子”功能n．提供“看門狗”功能。

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)測量值，根據(jù)參考值和實(shí)際檢測值進(jìn)行計(jì)算，……負(fù)責(zé)VWF牽引逆變器的保護(hù)，與DCU一起組成車輛的牽引／制動(dòng)控制系統(tǒng)。A303是中央控制板的[l1]

脈沖模式發(fā)生板；A304是中央處理板的控制／調(diào)整／監(jiān)測板305，A306是速度信號(hào)處理和中斷控制[l2]

板；A307是PDA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)板；A308是測量值調(diào)整板；A309是溫度測量及U／I轉(zhuǎn)換板；A310是PWM指令參考值處理板；A311，A312是輸入信號(hào)調(diào)整板；A313是輸出信號(hào)調(diào)整板；A314，A315是輸入／輸出接口板。圖4-49DCU工作方框圖DCU各功能模塊之間的關(guān)系，各個(gè)功能模塊的輸入輸出信號(hào)3．廣州地鐵一號(hào)線車輛主牽引系統(tǒng)案例分析（1）牽引／制動(dòng)系統(tǒng)組成圖2-46牽引系統(tǒng)組成示意圖（2）牽引系統(tǒng)基本參數(shù)線電壓UN=1000～1800VDC輸入線電流IN

=480A最大線電流(牽引)INDMAX

=692A最大線電流(制動(dòng))INBMAX=1171A最大輸出/輸出電流IAMAX

=1080A/IA=720A最大保護(hù)電流IMAX

=2900A輸出電壓UN=0～1050V輸出頻率?A=0～112HZGTO最大開關(guān)頻率?P=450Hz制動(dòng)斬波模塊斬波頻率?B=250Hz模塊冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷模塊冷卻片風(fēng)速VL=8m／S表2-2牽引逆變器VVVF技術(shù)參數(shù)表2-3