城市軌道交通車輛輔助控制系統(tǒng)

城市軌道交通輔助系統(tǒng)的發(fā)展課題導入Subjecttoimport城市軌道交通車輛上除牽引電機所需的電能由牽引逆變器提供外，其他設備用電均通過什么提供？輔助供電系統(tǒng)AUXILIARYPOWERSUPPLYSYSTEM輔助逆變器Auxiliaryinverter輔助電源系統(tǒng)工作的安全性、可靠性對車輛正常運營具有重要影響。輔助逆變器是輔助供電系統(tǒng)的核心它將接觸網(wǎng)DC750V或1500V電壓轉化為AC380V和DC110V電壓。通過列車管穿線傳輸給車輛的各個用電設備，保證列車上各設備的正常運作。發(fā)展developmentGTO晶閘管IGBT模塊從最初的快速晶閘管到再到供電方式Thepowersupplymode集中供電分散供電輔助系統(tǒng)供電模式依據(jù)輔助系統(tǒng)的功率分配方式將整車輔助系統(tǒng)功率集中在1~2臺輔助變流器上的稱為集中供電模式將整車輔助系統(tǒng)功率分散到多臺輔助逆變器上的稱為分散供電模式。12集中供電Centralizedpowersupply以兩編組的地鐵列車為例，每編組3節(jié)車，如果采用集中供電模式，每編組所有的功率集中到一臺輔助逆變器上(240kVA)，一列車只需2臺輔助逆變器，例如廣州地鐵2、3、4和5號線的輔助系統(tǒng)圖1顯示分散供電Individualpower以地鐵列車為例，集中供電模式整車只需2臺240kVA輔助逆變器，而分散供電模式將240kVA（千伏安）的功率平均分到3臺（或2臺）逆變器上，每臺逆變器功率80kVA（或120kVA）圖2顯示優(yōu)缺點Theadvantagesanddisadvantages分散供電模式，成本更高，布置、維修各方面都不如集中供電模式簡便。采用集中供電模式可以每年每列車節(jié)約用電約22.5萬kWh（千瓦時）。分散供電模式一方面能有效提高整車輔助系統(tǒng)的冗余度。另一方面通過多臺裝置的靈活配置有利于提高列車的軸重均衡度。輔助控制系統(tǒng)的組成供電的負載及組成Loadandcompositionofpowersupply空調(diào)客室照明設備通風冷卻……蓄電池充電電器電子裝置列車輔助供電系統(tǒng)主要為除牽引系統(tǒng)以外的所有用電系統(tǒng)供電，其供電的主要負載有供電的負載及組成Loadandcompositionofpowersupply整個輔助電路由輔助逆變器、蓄電池及相應的部件組成輔助逆變器箱Auxiliaryinverterbox每個輔助逆變器箱中集成有兩套輔助逆變器和兩套DC/DC蓄電池充電機””工作原理workingprincipleAPS輔助逆變器箱BatteryCharger蓄電池充電機AuxillaryInverter輔助逆變器TractionInverter牽引逆變器列車輔助系統(tǒng)高壓配電原理圖列車輔助系統(tǒng)高壓配電原理圖Pantograph受電弓WorkShopSupply庫用電源F1、F2熔斷器D防逆流二極管供電方式Thepowersupplymode四臺APS采用并聯(lián)供電方式通過三相母線為交流負載供電圖2顯示通過斷開其輸出接觸器與供電網(wǎng)絡隔離。當APS故障時正常情況下APS承擔整列車交流負載供電，列車控制系統(tǒng)會傳輸一個脈沖信號觸發(fā)交流負載順序啟動。則通過切除部分交流負載（空調(diào)），以避免APS超負荷運行。當APS故障導致容量不足以滿足整列車交流負載供電需求時當APS故障時，通過斷開其輸出接觸器與供電網(wǎng)絡隔離。正常情況下APS承擔整列車交流負載供電，列車控制系統(tǒng)會傳輸一個脈沖信號觸發(fā)交流負載順序啟動。當APS故障導致容量不足以滿足整列車交流負載供電需求時，則通過切除部分交流負載（空調(diào)），以避免APS超負荷運行。氣壓縮機，客室空調(diào)（含壓縮機、冷凝風機、通風機），司機室空調(diào)通風設備，主逆風機，輔逆風機，外接方便插座（每節(jié)車上的一臺380V/220V變壓器為單相AC220V負載供電，容量2.3kv·A。此變壓器安裝在每節(jié)車的低壓箱中負載load列車激活回路01列車激活監(jiān)控環(huán)路02正常負載除了永久負載外的其他負載緊急負載當列車APS故障或失去DC1500V電源時，須提供的基本功能所涉及的負載，其由蓄電池供電。永久負載包括以下負載02圖3顯示輔助系統(tǒng)控制Auxiliarysystemcontrol蓄電池啟動（110V）列車正常激活也叫蓄電池啟動，當司機室的列車激活旋鈕開關（72-S101）打到“合”位時，蓄電池就向全車供電輔助系統(tǒng)控制Auxiliarysystemcontrol蓄電池充電器和輔助逆變器的啟動，當列車已升弓并有DC1500V電壓，蓄電池充電機自檢完成后，檢測到有1500V電壓就自動啟動工作，提供DC110V電壓。列車已升弓并有DC1500V電壓，VCU與輔助逆變器的控制單元的通信正常和輔助逆變器無故障信息時，VCU向輔助逆變器發(fā)出工作指令，輔助逆變器自動啟動，提供三相交流電壓。02圖3顯示蓄電池組成及原理技術參數(shù)Technicalparameters鄭州地鐵一號線電客車采用的是鎳-鎘堿性蓄電池，技術參數(shù)蓄電池容量160Ah（安時）每組電池數(shù)量80節(jié)單體標稱電壓1.2V單體終止電壓1.05V蓄電池組欠壓值84V最大充電電流50A組成composition正極板(組)負板板(組)12隔膜3由活性物質(zhì)氫氧化亞鎳和骨架組成由活性物質(zhì)氫氧化鎘和骨架組成正與負極板之間通過多孔電子絕緣隔極柵或隔膜間隔開，允許電解液中的離子通過，防止正與負極板間電子短路組成composition電解液4外殼5常用電解液是含少量LiOH（氫氧化鋰）的KOH（氫氧化鉀）水溶液上述四部分裝在蓄電池殼體內(nèi)，蓄電池殼體是由工程塑料整體注塑而成，上述四部分集成在蓄電池殼體內(nèi)密度可以根據(jù)使用環(huán)境溫度進行選擇原理theory正極活性物質(zhì)Ni(OH)2；（氫氧化鎳）負極活性物質(zhì)蓄電池原理PRINCIPLEOFBATTERYCd(OH)2；（氫氧化鎘）正負極之間是電解液；充放電反應如公示所示2Ni(OH)2+Cd(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O充電模式Chargingmode蓄電池作為列車DC110V供電系統(tǒng)的備用電源，充電模式為（溫度補償曲線顯示）充電模式Chargingmode1升壓充電首先，使用50A電流為電池充電，直到達到U1之后，充電持續(xù)保持在U1恒定當溫度＞40℃時，充電電壓將減至U2其中，U1=1.52×80=121.6V，為20℃時的升壓充電默認值U2=1.42×80=113.6V，為20℃時的浮充電默認值充電模式Chargingmode3轉為升壓充電當充電電流增加至9.6A以上時，則轉換為升壓充電。4當溫度＞60℃時，停止充電2浮充電如果充電電流減小到6A以下，則電壓從U1恒定轉為U2恒定，充電電流進一步減小并保持持續(xù)充電。溫度信號采集Temperaturesignalacquisition如果溫度傳感器失效或接線損壞，則充電機需連續(xù)工作，這種情況下，必須將充電電壓控制在110V。蓄電池溫度信號采集溫度信號采集Temperaturesignalacquisition為了最大限度提高蓄電池的壽命，減少維護周期，實行溫度補償充電，電池內(nèi)電解液的溫度通過安裝在蓄電池跨接板上的熱敏電阻進行采集，溫度傳感器采集的模擬信號被送入蓄電池充電機控制模塊中，然后控制充電機對蓄電池進行溫度補償充電。蓄電池溫度信號采集蓄電池充電機和蓄電池供電目錄CONTENTS01充電機和蓄電池Chargersandbatteries02充電機供電Powersupplybycharger01充電機和蓄電池Chargersandbatteries充電機和蓄電池Chargersandbatteries0102充電機和蓄電池Chargersandbatteries整個輔助電路由輔助逆變器、蓄電池及相應的部件組成，每個TC車布置一個輔助逆變器箱每個輔助逆變器箱中集成有兩套輔助逆變器和兩套蓄電池充電機蓄電池箱由80個蓄電池單體組成，采用燒結式鎘鎳堿性學電池輔助逆變器箱位置輔助逆變器蓄電池充電機充電機和蓄電池Chargersandbatteries蓄電池箱由80個蓄電池單體組成，采用燒結式鎘鎳堿性學電池每節(jié)TC車底架安裝有兩個蓄電池箱——蓄電池箱1及蓄電池箱2，蓄電池箱1帶有溫度傳感器及外掛熔斷器箱，箱子采用懸掛安裝模式蓄電池蓄電池箱安裝位置02充電機供電Pleaseenteryourtitle充電機供電Pleaseenteryourtitle充電機供電Pleaseenteryourtitle電路圖充電機供電Pleaseenteryourtitle列車激活并升弓后，充電機沿著紅色的線為蓄電池充電沿著藍色的線為永久負載供電，同時欠壓檢測繼電器（=32-K05）的11-14觸點閉合，KM繼電器（=32-K03）得電，KM繼電器（=32-K03）的1-2、3-4、5-6觸點閉合，KM電池輸出（=32-K02）繼電器得電，KM電池輸出（=32-K02）繼電器的1-2、3-4、5-6觸點閉合充電機供電Pleaseenteryourtitle充電機沿紫色的線為Tc車的電池負載和110V電池負載供電充電機供電Pleaseenteryourtitle蓄電池供電時，電流沿著紅色的線到達低壓箱，沿著藍線為永久負載供電，同時欠壓檢測繼電器（=32-K05）得電，欠壓檢測繼電器（=32-K05）的11-14觸點閉合（讓對應開關閉合），KM控制繼電器（=32-K03）得電（對應繼電器閃爍），KM控制繼電器（=32-K03）的1-2、3-4、5-6觸點閉合（讓對應開關閉合），KM電池輸出（=32-K02）繼電器得電（對應繼電器閃爍），KM電池輸出（=32-K02）繼電器的1-2、3-4、5-6觸點閉合（讓對應開關閉合）蓄電池供電電路充電機供電Pleaseenteryourtitle此時蓄電池沿紫色的線為Tc車的電池負載和110V電池負載供電，當蓄電池電壓低于84V時，欠壓檢測繼電器（=32-K05）失電，欠壓檢測繼電器（=32-K05）的11-14觸點斷開，KM控制繼電器（=32-K03）失電，KM控制繼電器（=32-K03）的1-2、3-4、5-6觸點斷開，KM電池輸出（=32-K02）繼電器失電，KM電池輸出（=32-K02）繼電器的1-2、3-4、5-6觸點斷開充電機供電Pleaseenteryourtitle蓄電池不再為電池負載供電，僅為永久負載供電，此時受電弓升起需用腳踏泵升弓此時列車激活電路列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem什么是激活列車？什么是激活列車？激活列車這項操作是通過將列車總控開關打到“合”的位置，接通蓄電池給整列車供電。通過觀察電路圖，我們可以發(fā)現(xiàn)列車總控開關即是圖中的72-s101，根據(jù)列車激活列車線所引出的位置，可以確定需要得電的列車線為列車激活回路2。由此確定本次電路圖分析為通過將72-s101打到“合”位，最終讓列車激活回路2全列貫通。列車激活旋鈕（=72-S101）是一個自復位旋鈕開關，自復位旋鈕開關就是可以自動復位的旋鈕開關，即不管打到分位還是合位，只要松開，就可以自動恢復到0位。當激活旋鈕（=72-S101）打到分位，激活旋鈕（=72-S101）的1-2觸點不變，3-4觸點閉合。當激活旋鈕（=72-S101）打到合位，激活旋鈕（=72-S101）的1-2觸點閉合，3-4觸點不變。列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem在執(zhí)行操作命令時，我們將插入司機鑰匙的一端稱為“激活端”激活端非激活端只有激活端的司機室發(fā)出的操作指令是有效的，而非激活端司機室的操作指令是無效的。另一端則為“非激活端”當我們把激活旋鈕（=72-S101）旋至合位時，永久負載通過二極管（=72-V01），列車激活旋鈕（=72-S101）的1-2觸點，列車激活A1（=72-K102）的常閉觸點71-72，使得列車激活1（=72-K101），列車激活2（=72-K109），列車激活3（=72-K209）同時得電，相應觸點動作，因為這三個繼電器在激活的瞬間優(yōu)先得電，所以我們稱之為先得電部分a列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem因為列車激活1（=72-K101），列車激活2（=72-K109），列車激活3（=72-K209）得電，相應觸點動作，電將沿著列車激活1（=72-K101）的23-24觸點，列車激活旋鈕（=72-S101）的3-4觸點，車鉤監(jiān)視旁路的5-6觸點，到達非激活端。列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem并通過非激活端的車鉤監(jiān)視旁路的5-6觸點，列車激活旋鈕（=72-S101）的3-4觸點，列車激活1（=72-K101）的61-62觸點，到達激活端，使得非激活端和激活端的列車激活A1（=72-K102）和列車完整性（=72-K105）得電，相應觸點動作，因為這些繼電器是列車激活1（=72-K101）得電動作后才得電的，我們稱之為后得電部分列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem當松開旋鈕開關，激活端因列車激活1（=72-K101）的13-14觸點和列車激活A1（=72-K102）的23-24觸點的自鎖而持續(xù)得電，非激活端因列車激活A1（=72-K102）的71-72觸點斷開而不能再次激活，從而避免了兩端同時激活的情況。列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem客室照明控制電路列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem司機室燈1開關打至“閱讀燈”位，司機室閱讀燈點亮打至“0”位，閱讀燈和司機室燈均熄滅打至“頂棚燈”位，司機室燈被點亮閱讀燈0司機室列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem頭燈2司機室頭燈控制旋鈕分為遠光近光遠光近光列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem電笛按鈕3“電笛”按鈕控制電笛的響、停列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem刮雨器4雨刮器控制旋鈕分為“洗車”位“間歇”位“停止”位“低速”位“高速”位列車輔助電源系統(tǒng)組成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem客室照明旋鈕5客室照明旋鈕（=52-S01）是一個三擋自復位旋鈕開關。有“分”“0”“合”三個位置打至“合”位，客室照明LED燈點亮客室燈亮標志燈點亮，開關自復位至“0”位打至“分”位，客室照明LED燈滅，開關自復位至“0”位，客室燈亮標志燈熄滅。開0關客室照明控制電路客室照明控制電路客室照明控制電路客室照明控制電路當客室照明處于打開位時13-14觸點閉合33-34觸點閉合23-24觸點斷開客室照明控制電路客室照明控制電路當客室照明處于“0”位時13-14觸點斷開33-34觸點斷開23-24觸點斷開客室照明控制電路客室照明控制電路當客室照明處于關閉位時13-14觸點斷開33-34觸點斷開23-24觸點閉合客室照明控制電路客室照明控制電路原理分析：司機室占有后，司機室占有繼電器（=22-K151）得電33-34觸點斷開司機室占有繼電器（=22-K151）的23-24觸點和83-84觸點閉合客室照明控制電路客室照明控制電路此時打開客室照明，客室照明（=52-S01）的13-14觸點閉合、33-34觸點閉合，23-24觸點斷開客室左側照明（=52-K101、=52-K201、=52-K301）繼電器得電客室右側照明（=52-K103、=52-K203、=52-K303）繼電器得電占有端與非占有端Tc客室左側照明（=52-K101）繼電器的13-14觸點閉合，占有端與非占有端Tc客室右側照明（=52-K103）繼電器的13-14觸點閉合實現(xiàn)自鎖，此時非占有端與占有端客室左右側照明繼電器沿綠線持續(xù)得電關閉客室照明時，客室照明旋到關位，13-14觸點斷開、33-34觸點斷開，23-24觸點閉合照明關（=52-K02）繼電器沿棕線得電并到達非占有端，使非占有端照明關（=52-K02）繼電器得電此時非占有端與占有端照明關（=52-K02）繼電器的常閉聯(lián)鎖觸點31-32和21-22斷開非占有端與占有端客室左右側照明繼電器失電，客室照明關閉外部照明電路外部照明系統(tǒng)組成Externallightingsystemcomposition外部照明系統(tǒng)由頭燈、尾燈和運行燈（分紅色、白色）組成，其中，頭燈包括遠光燈、近光燈。其中，頭燈為氙氣燈光源，尾燈和運行燈為LED陣列。頭燈headlamp當司機室占有，且方向手柄在“向前”位時，以下燈具點亮；（1）在列車“前”端的頭燈和白色運行燈；（2）在列車“尾”端的尾燈和紅色運行燈。當司機室占有，且方向手柄在“向后”位時，以下燈具點亮：（1）“前”和“尾”兩端的頭燈和白色運行燈；（2）“前”和“尾”兩端的尾燈和紅色運行燈。頭燈的遠近光通過位于主控面板上的兩位自鎖旋鈕進行切換。頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights我們知道電客車方向手柄放在不同的位置，頭燈、尾燈、運行燈的工作狀態(tài)不同，那么電路上是怎么設計的呢？頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights在電客車激活后方向手柄處于0位的情況下，電客車占有端尾燈沿紅線得電，此時占有端的尾燈亮。當列車方向手柄處于向前時，占有端的方向向前繼電器（=22-K111）得電頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights方向向前繼電器（=22-K111）的常開觸點13-14和23-24閉合，常閉觸點61-62斷開，白色運行燈、遠光繼電器（=51-K101）得電遠光繼電器（=51-K101）的1-2觸點閉合占有端的頭燈亮（默認是遠光燈）白色運行燈亮頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights當列車方向手柄處于向后位時占有端的方向向后繼電器（=22-K112）得電向后繼電器（=22-K112）的常開觸點13-14和23-24閉合占有端的白色運行燈與遠光繼電器（=51-K102）沿藍線得電遠光繼電器（=51-K102）的1-2觸點閉合頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights當列車方向手柄處于向后位時頭燈（默認是遠光燈）沿綠色得電尾燈沿紅線得電紅色運行燈沿棕色線得電此時占有端的頭燈亮（默認是遠光燈）、白色運行燈亮、紅色運行燈亮、尾燈亮。頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights當列車方向手柄處于0位的情況下，電客車非占有端的尾燈沿紅線得電，此時非占有端的尾燈亮頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights當列車方向手柄處于向前時非占有端的方向向后繼電器（=22-K112）得電方向向后繼電器（=22-K112）的常開觸點13-14和23-24閉合紅色運行燈、尾燈得電此時非占有端紅色運行燈亮、尾燈亮。頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights當列車方向手柄處于向后位時非占有端的方向向前繼電器（=22-K111）得電向前繼電器（=22-K111）的常開觸點13-14和23-24閉合常閉觸點61-62斷開非占有端的白色運行燈與遠光繼電器（=51-K101）沿紫線得電頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights當列車方向手柄處于向后位時遠光繼電器（=51-K101）的1-2觸點閉合頭燈（默認是遠光燈）沿綠色得電尾燈沿紅線得電此時非占有端的頭燈亮（默認是遠光燈）、白色運行燈亮、紅色運行燈亮、尾燈亮。紅色運行燈沿藍線得電頭燈、尾燈以及運行燈的電路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights綜合以上