城轨车辆牵引与电制动

牵引和电制动第一节系统基本组成和工作原理一牵引/制动系统组成广州地铁一号线车辆牵引和电制动系统由德国ADTRANZ公司提供，是国内首家采用交流传动和动力分散型控制技术的地铁车辆项目。整个系统由受电弓、高速断路器HSCB、VVVF牵引逆变器、DCU/UNAS（牵引控制单元）、牵引电机，制动电阻等组成，如图1所示。1DCU对VVVF逆变器的线路电容器充/放电控制2DCU/UNAS对VVVF逆变器及电机转矩控制图1牵引系统组成示意图列车受电弓从接触网受流，通过高速断路器后，将1500VDC送入VVVF牵引逆变器。VVVF牵引逆变器采用PWM脉宽调制模式，将1500VDC直流电逆变成频率、电压可调的三相交流电，平行供给车辆四台交流鼠笼式异步牵引电机，对电机进行调速，实现列车的牵引、制动功能，其半导体变流元件采用4500V/3000A的GTO，最大斩波频率为450HZ。VVV输出电压的频率调节范围为0112HZ，幅值调节范围为01147VAC。二牵引系统基本参数牵引逆变器VVVF线电压UN10001800VDC输入线电流IN480A最大线电流（牵引）INDMAX692A最大线电流（制动）INBMAX1171A输出电流IA720A最大输出电流IAMAX1080A最大保护电流IMAX2900A输出电压UN01050V输出频率FA0112HZGTO最大开关频率FP450HZ制动斩波模块斩波频率FB250HZ模块冷却方式强迫风冷线路滤波模块逆变器模块DCUUNASHSCB受电弓12VVVF牵引逆变器列车输入/输出控制信号牵引电机制动电阻模块冷却片风速VL8M/S牵引电机（1TB20100GA02）连续定额小时定额输出功率PM190210KW额定电压UN10501050V额定电流IN132（1800MIN1）144（1800MIN1）A额定转矩MN10081114NM最大转速NMAX35103510RPM三基本工作原理整个控制系统由输入值设定、速度测量、电机控制、脉冲发生器、能量反馈各环节构成。DCU通过列车线接受来自控制系统的牵引/制动力绝对值（以百分比的形式），与此同时还接受司机发出牵引或制动指令，来决定是施加牵引或制动力。在给定值进行实际电机控制前，必须经过以下条件的处理1输入值设定载荷校验DCU根据相应动车的载荷状况来调整实际牵引/制动力，这是由于采用了动力分散型控制，为了保持车钩之间的相对运动最小，并且使整车达到相同的动态特性。冲击限制不同的给定值大小的改变速率必须符合冲击限制的规定，但在防滑/防空转功能激活的时候则不受此限制。速度限制（牵引时）广州地铁一号线规定了3个速度限制，速度控制的优先级高于电机控制。正常速度80KM/H倒车速度10KM/H慢行速度3KM/H线电流限制（牵引时）在牵引工况时，线电流控制的优先级高于电机控制，出于功耗的考虑，该限制值为不超过每节动车720A。欠压保护（制动时）在制动时，网压一直受到检测，当网压降到1500V以下时，制动力矩随速度和网压相应的减少，这时不足的制动力由气制动补充。空转/滑行保护空转/滑行保护通过比较拖车动车之间的速度差异来实现，通过适当减少力矩设定值，该保护能确保输出最大所要求的牵引/制动力，当拖车速度检测失败时，该保护还可以通过仿真计算拖车速度来保证正常功能。2速度检测每个牵引电机带一个速度传感器，输出两个通道，每个通道相差为90的方波（电机每转为256个脉冲），通过判断相差可以确定旋转的方向。每个牵引控制单元连接3个速度传感器。在正常情况下，该数值直接送入DCU进行牵引控制，在进行速度测量的时候，如果出现各速度值不相等的情况（例如，空转/滑行时），甚至在极端情况下，只有一个电机的速度信息对于牵引控制来说都是足够的。当DCU监控逻辑系统发现有一个速度传感器故障时，马上封锁该速度信号，以免对牵引控制造成严重的影响。除了电机速度，在DCU中同样检测拖车的速度。在拖车一个轴上装有一个编码速度传感器，同电机速度传感器不同，该传感器是单通道的（每周110个脉冲）。在DCU中有两块电路板A305，A306“中断处理与速度测量板”专门用来处理速度信号，速度值通过计算脉冲数，然后与参考时钟周期计算得到。3电机控制采用空间矢量控制，电机的磁通大小和方向（空间矢量）通过逆变器输出线电压和相电流，电机速度等参数近似得到。绕组中的电流和电机电压作为空间矢量与磁通量有关，该解耦过程使得可以单独控制磁通和力矩（磁场定向控制）。控制结构图如下控制系统的输入力矩设定值（1），该力矩设定值是经过控制系统的其他参数的校核（如负载，线电流，速度，冲击限制，防滑/防空转保护）才输入控制系统。磁场设定值可以通过电机的参数（1A）计算得到，该值在整个正常速度范围内有效。电机力矩电流的产生决定于励磁磁场和转子磁场的交互作用，如果是异步电机，励磁磁场和转子磁场均由定子电流产生，定子电流通过坐标变换为两部分一部分（励磁电流）产生磁场，另一部分（负载电流）与励磁磁场积分再与励磁磁场一起形成力矩，为了清楚的表现各电流的关系，定义了一个旋转坐标系统（I,M），该坐标系统与磁场矢量同步，该变换的优点在于励磁电流部分和负载电流部分可以单独的进行控制（与并励直流电机原理相同）。为了获得理想的励磁磁场矢量，使用了磁场观测器（3），通过电机相电流，电机线电压和速度（2），磁场观测器在静止的坐标系统（A,B）计算磁场（）的绝对值和磁场矢量的角度位置（FLUX），该旋转坐标系统可以通过该磁场矢量可以定义，通过坐标变换，将静止的电流矢量转变为旋转系统，在磁场坐标中产生电流部分（XIL,WIL）。除了产生实际力矩（XMD），磁场观测器可以在当前电机的参数的基础上通过以下步骤计算系统的状态实际和设定力矩的差值反馈给一个PI控制器（4），该控制器提供一个操作变量，该变量加上固定的预控制初始值（4A），通过当前磁场值（），可以计算负载电流设定值（WIL）。实际磁场和设定值的差异也反馈给一个PI控制器（6），该控制器产生一个操作变量（WIM）,该变量加上固定的预控制初始值（6A）计算出励磁电流的的设定值（WIM），预控制初始值与操作变量一起形成了系统高性能的动态响应。电流的设定值输入电机的定子模型（7），获得定子电压（UM,UL）的矢量的两个分量，电流控制器（8）从属于矢量预控制，负载和励磁电流的设定值/实际值的差异单独的通过P控制器传递，该控制器构成定子电压的动态部分。通过该方式产生的定子电压再通过坐标变换，从磁场导向的坐标系统转换回定子导向的坐标系统（9），在这个过程中产生电压矢量和它的角度位置（USTATOR），电压矢量的绝对值与电网电压的电流有一个偏移（相控因数角度），为了确保逆变器的控制角度，将该偏移量传送到角度变换器（11）。在旋转模型（10）中，滑差频率通过负载电流（WIL）和实际磁场计算得到，定子频率（1）可以通过滑差频率和实际速度相加得到，该频率也是通过脉冲模式发生器（11）传递。脉冲模式发生器从频率和相控因数计算合适的脉冲模式，同样，该发生器还决定电压矢量（用于下一个采样步骤）的角度位置（PULSEPATTERN）并将该值送入控制系统。磁场矢量的角度（FLUX）加上磁场坐标系统电压矢量的角度位置（USTATOR）必须与电压矢量（PULSEPATTERN）的电流角度位置相对应，在这些角度位置产生的任何差异将作为一个动态控制校正值传到脉冲发生器（12）中，该发生器在定子电压曲线中产生一个相应的相位跳变。当在更高的速度时，电机达到控制的限制点AMAX在方波操作的时候，AMAX100,在其他脉冲模式时限制点还要低。，电机过渡到弱磁模式（14），在该模式下，脉冲的控制优先于逆变器设定力矩的输入控制，通过实际的相控因数与控制模式限制值比较，再通过PI控制器的计算（13），该控制器产生一个变量（WIM），加到固定的预控制初始值中（6A）。4脉冲模式发生器脉冲模式发生器根据电机控制的三个输入变量相控因数、定子频率、和校正角实时计算牵引逆变器中的GTO触发脉冲。逆变器每相GTO按照以下的原则触发在一个GTO导通期间，另一个关断。脉冲模式发生器于是为每相提供了一个叫做潜在调整指令的指令，用于保护当逆变器应该关断而没有关断的时候，该指令迅速导通该相两个GTO来保护逆变器。由于系统散热的原因，逆变器的工作频率（GTO的开关频率）被限制在450HZ，调制脉冲数在定子频率在30HZ内保持不变，该模式叫异步模式，同步脉冲模式为在每半波周期内有不同的方波数（线电压）。9分频，7分频，5分频，3分频，方波。在3分频转为方波的时候为了防止波形幅度变化剧烈有一个过渡过程，由3M转为3S，3M指的是在半个波的周期内输出电压（方波）导通宽度小于60度，3S指的是在半个波的周期内输出中间电压（方波）导通宽度大于90度，该变换的目的主要是为了减少逆变器输出电压的谐波干扰。当定子的频率低于30HZ时，逆变器工作在异步模式下，在1330HZ的工作范围内调制波频率为450HZ，低于13HZ时根据特性曲线载波频率为200HZ，该过程主要是确保在启动时有足够小的电机电压。以下是根据控制和定子频率的脉冲模式表触发脉冲从脉冲发生器到逆变器保护单元（UNAS），通过逆变器设定的保护和禁止功能过滤，以光脉冲信号的形式控制逆变器。为了同步电机控制与逆变器开关周期，脉冲模式发生器在下一个电机控制周期前输出一个同步脉冲，5能量反馈在电机的能量反馈中,能量反馈到电网中,如果在电制动的情况下,能量不能被电网完全吸收,多余的能量必须转换为热能消耗在制动电阻上，否则电网电压将抬高到不能承受的水平。制动斩波器的存在确保大部分的能量能反馈回电网，同时又保护了电网上的其他设备。由于采用动车组的编组型式，必须确保一节动车不能吸收另一节动车的制动能量，（例如由于电压传感器误差的原因），这时在制动的时候必须监测线电流的方向。如果电流流向列车，线电压传感器的误差通过一个比例积分器来调节。在制动时，电网电压一直被检测，如果网压降到1500V以下，制动力矩随速度和网压相应受限制，不足的电制动由气制动补充，如果网压降到回馈制动的保护值1000V时，电制动切除，列车制动完全由气制动承担。第二节牵引控制单元DCU及逆变器保护监控单元UNAS1牵引控制单元结构广州地铁一号线车辆牵引系统采用德国ADTRANZ公司开发的GEATRAC交流传动系统，主要由VVVF牵引逆变器、牵引控制单元DCU/UNAS及制动电阻组成。牵引控制单元DCU和逆变器保护单元UNAS设计成一上下两层的机箱，共装有25块电子板。各电子板为标准的19”3U印刷电路板，使用多层板技术，电子板上的元件采用表面封装（SMD）或插装（DIL）。DCU的A314和A315板、UNAS的A329和A330板的前面板上通过HARTING接插件（48针）与外部电路联接。2牵引控制单元DCU的基本功能为VVVF提供脉宽调制信号PWM，采用空间磁场矢量控制的转矩控制模式，为牵引电机提供矢量控制。DCU为双微机工作方式，其CPU采用16位中央处理器80C166，工作频率20MHZ。主控制微机（A304板）负责车辆控制和牵引/制动控制，处理所有的数字/模拟信号，产生相应的控制信号；另一个微机（A303板）接收主控制微机传送来的控制信号，计算产生VVVF逆变器的脉冲模式，经UNAS保护程序控制GTO的通/断状态。整个DCU系统的局部总线采用ADTRANZ设计的专用GERTRAC总线，连接主控制单元（A304板）、速度信号处理和中断控制模块（A305、A306板）、PDA数据存储模块（A307板）。（1）牵引系统的控制与调整；（2）脉冲模式的产生与优化；（3）VVVF与牵引电机的控制与保护；（4）对列车状态的监测与保护；HSCB高速断路器、K1和K3和K4接触器及车门的状态、气制动缓解、牵引/制动、列车向前/向后及慢行等。（5）再生制动与电阻制动的控制与调节；（6）电制动与气制动的自动转换及列车保压制动的实现；（7）防滑/防空转保护及载荷调整；（8）逆变器线路滤波电容器的充放电控制；（9）列车速度的获取与处理及自动计算停车距离；（10）列车牵引控制系统的故障诊断与存储；（11）为其它控制系统提供列车状态信号；（12）提供串行接口与PTU连接，进行监测与控制；（13）提供“黑匣子”功能；0470S，记录U、I、V、列车状态、走行距离。（14）提供“看门狗”功能。3DCU的基本工作原理DCU主要负责牵引/制动控制、脉冲模式产生、逆变器保护、速度测量、牵引/制动指令参考值处理、转矩控制、电压电流控制等。DCU从列车线和外部控制系统（ATO）接收司机指令及RVC（牵引/制动参考值转换器）的指令参考值，接收本车的3个电机速度信号、拖车的一个转轴速度信号、各个模拟信号测量值，根据参考值和实际检测值进行计算，脉冲模式发生器A303板产生脉冲模式指令信号（PMA、PMB、PMC、PMBS），送入逆变器保护单元UNAS处理后再向VVVF的逆变模块和制动斩波模块发出；为了故障和状态显示的需要，DCU的3个等级的故障信号和3个列车模拟信号值（速度、网压、牵引力）输出到中央故障存储单元CFSU；为了满足列车制动的需求，向电子制动单元ECU输出3个电制动信号（电制动力矩、电制动正常、滑行保护作用）；UNAS向DCU提供牵引电机控制所需的所有测量值（如电机电流、电容电压等），及UNAS的保护动作信息；VVVF内的线路滤波电容由DCU直接控制充放电；通过一个V24接口，可用PTU读取过程数据存储器PDA和“黑匣子”KWR中的数据。DCU的软件主要分为车辆控制软件、牵引/制动控制软件和故障诊断软件等。牵引/制动控制软件主要分为几个模块线路电容器充放电控制模块、牵引/制动指令参考值处理模块、转矩矢量控制模块、电阻制动控制模块等。（1）线路电容器充放电控制模块控制充电接触器K3、放电接触器K4和线路接触器K1的动作及电容器的充放电。该模块在软件和硬件中均设有联锁，保证K3和K4不会同时闭合，以避免主电路短路。（2）牵引/制动指令参考值处理模块DCU接收输入的牵引/制动指令、方向指令、限速指令及指令参考值等，在牵引/或制动工况下对参考值进行转矩特性调整，使转矩参考值与车辆的牵引/制动转矩特性相适应，并经过冲击极限、最大速度限制、最大线电流、防滑/防空转粘着保护计算等，形成最终的牵引/制动转矩参考值，传送到转矩矢量控制模块。（3）转矩矢量控制模块转矩控制采用矢量控制模式，基本思想是将交流电机等效为直流电机，按直流电机的控制理论来实现对交流电机的控制，以获得与直流电机一样的良好动态特性。应用坐标变换方法，根据电机的相电流、线电压和转速，通过磁场观测器，计算出电机转子的实际磁场矢量、实际转矩等。通过矢量变换，实现对异步交流电机转速和磁场的完全解藕，控制电机的转子磁场。转矩矢量控制模块是DCU控制软件中核心部分。（4）电阻制动控制模块列车制动时，一般优先进行再生制动。该模块检测电容电压XUD，一旦超过设定值（1800V），由再生制动转入电阻制动，并计算制动斩波器的开通占空比，输出斩波器通断指令信号。故障诊断软件对DCU/UNAS、VVVF及各种外围设备的故障进行诊断，将故障数据记录在处理数据存储单元PDA中。4UNAS的基本功能逆变器保护单元UNAS负责VVVF牵引逆变器的保护，与DCU一起组成车辆的牵引/制动控制系统。UNAS处理DCU的脉冲模式发生器A303板产生的脉冲模式指令信号和控制微机A304板发出的使能信号，转化成各个GTO的通断指令；通过控制GTO的通断，在VVVF工作的过程中进行保护（软保护），防止电过载和热过载，及实现相模块中GTO的联锁逻辑保护；UNAS与GTO之间的开关指令和通断状态反馈信号的传输采用光纤以防止电磁干扰，在有GTO通断故障时，实施与电源的隔离；向DCU发出线路接触器K1分断指令；UNAS的诊断微处理器存储保护动作信息，可用PTU经RS232串行接口读取存储的数据；另外，UNAS通过4根故障信号线可向DCU发送16个故障信息代码，存入过程数据存储器PDA中。在UNAS的中央处理诊断板（A325）面板上提供了与PTU通讯的串行接口，可对VVVF和UNAS进行监测。（1）对VVVF逆变器进行监测与保护；电压电流保护、温度保护，分为3级。（2）为GTO进行脉冲分配；（3）电压电流的获取值处理；将LEM传感器输出的020MA电流值转换成1010V电压信号送入DCU。（4）对VVVF进行初始化开钥匙后，UNAS启动板向GTO发出“关断导通关断导通”指令（800MS），否则发出“严重故障”信号。（5）监测GTO开/关状态；（6）VVVF及UNAS本身的故障诊断及存储；5DCU的PCB插件板功能描述61DCU的PCB板（1）A303中央控制板、脉冲模式发生板（2）A304中央处理板、控制/调整/监测板（3）A305、A306速度信号处理和中断控制板（4）A307PDA数据存储板（5）A308测量值调整板（6）A309温度测量及U/I转换板（7）A310PWM指令参考值处理板（8）A311、A312输入信号调整板（9）A313输出信号调整板（10）A314、A315输入/输出接口板DCU工作方框图62A301、A302、A321、A322电源板621A301板24V/50WA321板24V/50W24V电源供给LEM电压电流传感器、压力开关。当无24V电源时，DCU本身能工作。622A302板15V/60W，供给速度传感器、光纤插头转换器。623A322板5V/80W，供给DCU的CPU板。63A303（CE1）中央控制板、脉冲模式发生板A304（CE1）中央处理板、控制/调整/监测板631A303脉冲模式发生板主要组成80C166控制微机、6个脉宽调制通道、10个10位A/D（模拟/数字）变换器（05V）、8个8位D/A（数字/模拟）变换器（010V）、GEATRACM总线接口、一个10MB/S的快速串行通讯LINK适配模块、串行接口、用于模拟信号调整的5V和10V参考电压电源、32KSMDRAM、8KDIPEEPROM、128KLCCEPROM存储器、LCAPROGRAMMABLELOGICCOMPONENT可编程逻辑单元。6个脉宽调制通道中的4个用作脉宽发生器，通过TRANSPUTERLINK接口与A304板通讯D/A和A/D变换器未使用。LCA集成逻辑块产生中断处理、GEATRACM控制信号、等待状态。面板上有个9针孔串行接口插座；6个LED显示灯，其中一个为看门狗，闪动频率16S。632A304中央处理板组成与303板相同。A/D（模拟/数字）变换器测量经过其它PCB板预处理的模拟信号，包括XUN、XUD、XIN、XLAST、WEOEVE、XISA、XISB；D/A（数字/模拟）变换器将数字化的过程模拟信号转换成模拟信号以供测量；通过TRANSPUTERLINK接口与A303板通讯；串行接口可用于诊断目的。面板上的9针孔串行接口插座，可用于诊断目的；6个LED显示灯，其中一个为看门狗，闪动频率16S。633A303板与A304板的工作通讯DCU启动时，A303板和A304板内的2个CE1微机开始初始化和同步化，对系统进行自检。启动正常完成后，A307板的LED显示器将显示“CHECKOK”。在每一次时钟脉冲（50MS）结束时，A304板向A303板发送信息逆变器相控因数GEATRAC总线速度速度信号信号指令值模拟测量值数字信号数字信号输入模拟信号110V列车线110V列车线输出A303A304A305A306A307A310A313A311A312A308A309电机定子频率角度调整脉冲发生器使能A303板根据收到的信息，计算得出所需要的脉冲模式，向A304板反馈信息现时采样间隔长度当前的电压向量角度变化下个采样点的电压向量角度位置当前脉冲模式的数字代码。由于两个微机之间的通信速率很高，它们之间的通信通过一专门设计的通信模块进行，传输速率达到10MB/S，实现对VVVF的实时控制。经A310板输入的牵引/制动指令参考值需经过以下的限制与调整（每50MS调整一次）（1）载荷调整车辆的载荷由ECU通过装在空气弹簧内的压力传感器获取，并转送到DCU，各个动车的DCU只接受本车ECU的载荷信号。当V0KM/H，DCU接收到牵引指令时，将载荷信号值存入作为牵引/制动的校正值。如果未收到ECU的载荷信号，DCU牵引时用AW2的载荷值代替，制动时用AW3的载荷值代替。（2）冲击极限075M/S3空转/滑行保护时，或列车紧急制动时，冲击极限的限制不起作用。（3）（牵引）速度限制3KM/H慢行限速，将最大力矩定为本身力矩的75；10KM/H限速；80KM/H限速，切除牵引，进行惰行。3种速度限制中，退行10KM/H和慢行3KM/H2种限速指令来自列车线，80KM/H限速指令由DCU发出。（4）（牵引）线电流限制每节动车720A。（5）（制动）电网电压不足制动期间，如电网电压在1500V以下，根据速度和网压的不同具体值，电制动力矩可能不能满足制动要求，需由气制动补充；如网压降到1000V以下，电制动完全由气制动代替。（6）空转/滑行保护空转牵引力大于粘着力，发生空转的轮对转速大于列车速度。滑行制动力大于粘着力，发生滑行的轮对转速小于列车速度。列车的实际速度由A车轮轴上速度传感器提供，与动车上的电机速度信号分别比较，判断轮对是否发生空转/滑行。即使在无A车轮轴的速度信号时，DCU仍可采用对3个电机速度信号的计算值，作为列车的实际速度。由于一号线车辆是一节动车的一台VVVF逆变器并联向4台牵引电机供电，当DCU监测到任一轮对出现电制动滑行时，会向VVVF发出降低电制动力的指令，使本车的4个轮对的制动力矩同时下降，待滑行消除后再恢复。电制动严重滑行时，如果粘着力1A，时间超过1S，U4向DCU发出IDIFF1信息，DCU只是作为一个事件（EVENT）存入PDA。当差动电流50A，时间超过20MS，U4向DCU发出IDIFF2信息，必要时将由继电器U4而不是DCU直接触发反应行动，。（2）A312板BF牵引指令/BB制动指令/BSB快速制动指令来自司机/BNB紧急制动指令控制器BF1方向1指令（前行）BF2方向2指令（后退）QNSK1闭合信号QVSK3闭合信号来自VVVFQESK4断开信号QSSHSCB闭合反馈信号MBG列车所有气制动缓解信号（不包括停车制动）FNS线路接触器K1“使能”信号只有FNS为“1”时，线路接触器K1才能闭合，FNS1的条件A无紧急制动；B车门关好；C方向指令BF1或BF2为“1”。MBG信号发出的条件是6节车的全部气制动缓解，串联的每节车上一个的2K54继电器全部闭合。A车B车C车C车B车A车110V旁路开关MBGB车C车C车B车DCUDCUDCUDCU快速制动可以缓解，此时司机控制器的主手柄应先回到牵引位或惰行位。如果主手柄只是回到常用制动位，则仍维持空气制动，直到停车。610A313输出信号调整板通过微型继电器，将DCU的5V数字信号隔离转换成110V或24V，输出到列车其它设备，共12个通道，通过面板上的LED指示灯显示通道状态。5V110V微型继电器每个通道的输出微继电器都可由面板上的测试插孔控制，而实际的输入信号此时不发生作用。在PCB板无输入信号时，在测试插孔施加5V电压，可触发微继电器动作。在有输入信号时，测试插孔施加0V电压，微继电器不动作。ENSK1闭合指令EVSK3闭合指令VVVFAESK4断开指令BHL保压制动缓解指令/MSEB电制动故障信号ECUMGS空转/滑行信号MEB电制动好信号CFSUMV0速度0信号（05KM/H）MF1DCU严重故障信号MF2DCU中等故障信号CFSUMF3DCU轻微故障信号线路电容器充放电DCU发出AES指令的条件ADCU无故障BFNS1C高速断路器闭合（QSS1）。根据前面所列的FNS1条件，列车在激活后启动时，为了安全起见，只有在车门关好，高速断路器闭合，打司机控制器方向手柄后，K4接触器才能得电常闭触头断开，线路电容器开始充电。充电过程K4AESTQESTT195，继电器的常闭触头断开，/MTNT“0”“1”，向UNAS发出故障信息。24V0V/MTND/MTWA、/MTWB、/MTWC以A相模块为例每个相模块中有4个温度继电器（保护开关）串联，如有任何一个继电器的常闭触头断开，/MTWA“0”“1”，向UNAS发出故障信息。B2/MTWAT1B315VT2B1A101温度监控板B40VB2、B3GTOV1、V2管母排温度继电器，95时继电器常闭触头断开B1、B4二极管V3、V4散热端温度继电器，85时继电器常闭触头断开B2、B3直接安装在模块内高电压母排上，分别用隔离变压器T1、T2隔离降压后，变成低压信号输入UNAS。/MTBS/MTBS信号表示制动斩波模块或者制动电阻过热，在两个部件中共有5个继电器（保护开关）串联，如有任何一个继电器的常闭触头断开，/MTBS从“0”“1”，向UNAS发出故障信息。15VB5B6B2/MTBSB1A101温度监控板B40VB2斩波模块GTO母排温度继电器B1、B4斩波模块二极管V3、V4散热端温度继电器B5制动电阻强冷风道风压继电器B6红外线温度继电器，监测制动电阻片温度测量值模拟信号XUN、XUD、XIN、XISA、XISB、XISC、XIBS、XUAB、XUBC、XDIWA、XDIWB、XDIWCA、B、C相电流上升率XDIBS斩波制动电流上升率（DI/DT）相电流上升率测量如果某相电路出现短路时，相电流将急剧上升。UNAS通过测量电流上升率，来检测是否有短路故障发生。75A324联锁逻辑控制板751基本组成4个LCAPROGRAMMABLELOGICCOMPONENT即可编程逻辑单元D16、D19、D22、D25，分别负责VVVF逆变器A、B、C相和斩波器的监测保护；一个LCAD13，合成4个LCA的功能，负责整个逆变器的监测保护；6个6个寄存器（REGISTERS）；GEATRACM总线接口，负责扫描当前的保护动作数据；752主要功能DCU送入UNAS的指令信号（除了/MVK5以外）进入A324板，主要执行2个功能。一是监测逆变器VVVF的状态，必要时封锁GTO触发脉冲指令，或发出高速断路器跳断指令，对VVVF进行保护。A324板通过GEATRACM总线接收到A326板寄存器中的信息，如有异常其LCA可编程逻辑单元按照预设程序产生保护动作。A324板接收的状态信息和保护动作信息存放在6个寄存器（REGISTERS）内，A325板的CE1微机通过GEATRACM总线访问，进行诊断后存入它的永久存储器（HEADER）并向DCU报告。二是负责GTO的脉冲分配及开关状态监测、桥臂联锁逻辑控制。将DCU发出的脉冲模式指令信号附加上最小间隔时间限制后，转化成给GTO的开关指令信号。在A324X229光电转换插头，电指令信号转化成光脉冲信号，通过光纤传送到GTO的驱动模块。GTO的开关反馈信号传回UNAS。DCUUNAS15V脉冲指令电信号光信号电信号光信号GTO门极驱动模块。以A相的LCA为例，D16的主要功能是将A相的脉冲模式PMA加上最小时间限制后，转化成GTO的控制指令BWAV；对GTO的通断频率进行监测和限制；为了避免单相内部短路，对同相的2个GTO相互联锁；监测还包括在允许的时间延迟后GTO对应于开关指令的通断状态。A、B、C相GTO的通断时间限制最小开通时间TEIN443S单相桥臂联锁时间TVER603S最小关断时间TAUS1203S斩波器GTO的通断时间限制IAXDIWA最小通流时间TEIN1203S最小关断时间TAUS1203SLCAD13根据外部输入的信号，合成4个LCA的功能，执行对整个逆变器的监测保护，产生外围设备的保护动作触发指令。753从DCU输入信号（经A323板）FWR逆变器使能信号FBS制动斩波器使能信号PMA、PMB、PMC逆变器A、B、C相的GTO脉冲模式（5V）PMBS制动斩波器的GTO脉冲模式754向VVVF发出指令BWAV1、BWAV2A相V1、V2管开关指令BWBV1、BWBV2B相V1、V2管开关指令BWCV1、BWCV2C相V1、V2管开关指令BBS斩波器GTO开关指令以A相为例PMA关关关BWAV1开开关关BWAV2开开开755从VVVF输入信号/MLWAV1、/MLWAV2A相V1、V2管开关反馈信号/MLWBV1、/MLWBV2B相V1、V2管开关反馈信号/MLWCV1、/MLWCV2C相V1、V2管开关反馈信号/MLBS斩波器GTO开关反馈信号保护开关动作信号/MSLUM、/MPCD、/MTND、/MTWA、/MTWB、/MTWC、/MTBS756向DCU输出信号（经A323板）MUB逆变器准备好信号MBSB制动斩波器准备好信号MSEW逆变器保护激活信号MSEBS制动斩波器保护激活信号/BHSAHSCB断开信息/BNSA线路接触器K1断开指令MDZ逆变器贯通保护信息MUK1、MUK2、MUK3、MUK4UNAS故障信息代码MUB逆变器准备好信号MUB信号表示在VVVF的有效工作范围内，UNAS未发现重大关键故障，DCU可进行牵引工作，DCU发出的指令被转换成GTO的触发指令。如果UNAS检测到逆变器VVVF处于严重的故障状态，需要立即分断，在故障状态期间MUB信号转为“0”至少50MS。MBSB制动斩波器准备好信号DCU开机启动后，UNAS检查制动斩波器的状态。如果斩波器准备好，UNAS向DCU发送MBSB1信息。MSEW逆变器保护激活信号如果UNAS因某个严重故障而对VVVF逆变器采取保护行动，向DCU发送MSEW1信息。MSEBS制动斩波器保护激活信号当电容电压XUD2100V，UNAS开通制动斩波器降低电压，同时向DCU发送MSEBS1信息。/BHSAHSCB断开信息高速断路器在线电流XIN超过1200A时跳断，/BHSA信号传送到DCU作为一个储存信息。/BNSA线路接触器K1断开指令当高速断路器分断，线路接触器K1也将分断，/BNSA信号通知DCU分断K1。MDZ逆变器贯通保护指令一般情况下，同相的V1、V2管不允许同时导通，但当XUD2300V时，UNAS发出BDZ贯通保护指令，使4个相模块的全部GTO导通，降低电容电压。同时贯通指令信息传送至DCU。MUK1、MUK2、MUK3、MUK4故障信息代码UNAS向DCU传送状态信息有2种方式。一种是以直接的信号线输出状态信号，计有MUB、MBSB、MSEW、MSEBS4个；另一种是以MUK代码组合的方式，通过4根信号线把UNAS的故障信息传送到DCU。NOMUK4MUK3MUK2MUK1故障名称故障定义151111无无故障141110/MLSPB5V或15V逻辑电源故障131101/MGSPBGTO门极驱动电源故障121100/MWSPB24V传感器电源故障111011MSKFPCB插件板丢失101010MFSS三相电流不平衡091001MSF逆变器或制动电阻内保护继电器动作等081000MUDG2电容电压2300V070111BDZ逆变器贯通保护060110MIS2逆变器相电流2900A050101MMKWGTO相电路短路040100MTW相模块过热保护030011MSVWGTO通断故障020010MFGGTO通断频率过高010001MFW短时内故障多次重复000000MHIFGTO初始化故障MSFMPCDMSWMTNDMSLUMMIS2MISA2MISB2MISC2MMKWMMKWAMMKWBMMKWCMTWMTWAMTWBMTWCMSVWMSVWAV1MSVWAV2MSVWBV1MSVWBV2MSVWCV1MSVWCV2MFGMFG1WAMFG2WAMFG1WBMFG2WBMFG1WCMFG2WCMFWMFW1MFW2以MSF为例，等式后面的4项数字信号全部为“0”时，MSF0；只要任何一项等于“1”，即有MSF1。757UNAS生成的信号UNAS接收DCU的指令和信息信号，为GTO进行脉冲分配，同时接收VVVF传来的各种信息，包括各GTO的通断反馈信息、电压电流LEM传感器测量值、电流上升率测量值、各种保护开关动作信号等。UNAS按内部程序处理，生成新的信号，根据故障情况进行保护动作，封锁VVVF逆变器的逆变模块或斩波模块。A324联锁逻辑控制板生成的信号一部分反馈到DCU（见756）；A325诊断板诊断生成UNAS故障信号，以MUK故障信息代码的方式输出到DCU，还有一些故障信息只存储在A325板的RAM存储器中，见UNAS信号表。76A325微处理单元、UNAS诊断板761组成与作用A325板的CE1微机以事件中断的方式将A324板6个和A326板5个寄存器（REGISTERS）中的内容通过GEATRACM总线存入RAM存储器，备用电池支持的永久存储器（HEADER），对由A324板送入的VVVF故障信号和保护动作指令进行故障“诊断”和存储。存储的数据可用PTU经RS232串行接口读取下载。另外，通过4根信号线，将16个故障代码传送到DCU。面板上有2个4位LED显示器、2个选码开关和2个功能键。762PCB板功能UNAS的当前状态取决于相关的数字信号。这些数字信号即状态字节，暂时存放在A326测量值调整板和A324联锁逻辑控制板的8单元寄存器内（每个寄存器包含8个存储单元，可分配存放8个数字信号的信号值）。状态字节的任何改变会产生一个中断。在收到中断信号后，CE1微机逐个读取这些8单元寄存器内的UNAS状态字节，存入RAM存储器，并重置（RESET）寄存器。另外，CE1微机对状态字节进行诊断处理后，产生相应的事件代码，存入永久存储器（HEADER）。由于状态字节信号可能以12MS的间隔快速出现，为了能在前一个信号处理存储完成之前进行下一个信号的处理，使用RAM存储器作为缓存区，可同时存100个信号。如果RAM的存储区间被存满，CE1给出一个/MCE1B信息。/MVK5列车速度5KM/H信号当列车到达终点站换端时，DCU/UNAS失电，会产生电源故障信息（MLSPB门控电源准备好、MGSPB逻辑电源准备好、MWSPB传感器电源准备好），此时UNAS的诊断忽略这些信息，以免存储器被过多的“辅助电源电压过低”信息装满，这些故障信息只有在速度大于5KM/H时才开始存储。77A328启动监测板检测5V和15V电源；在DCU启动后，发出800MS的GTO初始化命令，检测GTO的驱动板、光纤导线等是否正常。开机后首先检测15V电源，接着检测5V电源，再进行GTO的初始化。如出现GTO初始化故障，可能是以下原因造成AGTO故障；B驱动板故障；C指令信号传输故障（光纤导线、光电转换接头等）；D15V电源故障；EA328板本身故障。78A329、A330接口板除了通过光纤传输的脉冲指令信号和GTO通断反馈信息外，所有UNAS与外围设备的输入/输出信号都经过2个PCB面板上的48针HARTING接插件与外部联通，仅做连接过渡作用。79UNAS监测的信号及保护动作791相电流XISA、XISB、XISCA327面板上测试孔的测量换算值M400A/V第一级保护门槛值MISA1MISB1MISC12700A675V当XISA（XISB、XISC）2700A，UNAS将封锁VVVF的A（B、C）相触发脉冲。第二级保护门槛值MISA2MISB2MISC32900A725V当XISA（XISB、XISC）2900A，UNAS将封锁VVVF所有三相的触发脉冲50MS，或直到MISA2（MISB2、MISC3）信息消失。第三级保护门槛值MISA3MISB3MISC33100A775V当XISA（XISB、XISC）3100A，UNAS将触发VVVF所有相（包括斩波器）的GTO1S（贯通保护），断开K1线路接触器1S，然后封锁VVVF逆变器9S。792电流上升率DIWA、DIWB、DIWC、DIBSA327面板上测试孔的测量换算值M1500A/V保护门槛值MMKWAMMKWBMMKWCMMKBS5000A333VUNAS分别检测三相电流上升率DI/DT，当DIWA（DIWB、DIWC、DIBS）5000A/S，UNAS判断VVVF内有短路，将触发所有相（包括斩波器）的GTO（贯通保护），至少封锁逆变器10S。793制动斩波电流XISBSA327面板上测试孔的测量换算值M400A/V电阻制动时，制动电流XIBS应在4001500A范围内。第一级保护门槛值MIBS1400A1V如果XIBS1500A，UNAS封锁制动斩波器10S，或直到MIBS2信息消失。794电容电压XUDA327面板上测试孔的测量换算值M250V/V第一级保护门槛值MUDK990V396V当XUD2100V，UNAS将开通制动斩波器，将XUD降到2300V，UNAS将封锁VVVF逆变器的触发脉冲10S，或直到MUDG2信息消失；线路接触器分断1S。795逆变器三相输出电流之和（İAİBİC0）如逆变器三相输出电流和400A（MFSS信号），UNAS将封锁VVVF逆变器的触发脉冲至少10S，或直到MFSS信息消失。796相电压XUAB、XUBCA327面板上测试孔的测量换算值M250V/V797线电流XINA327面板上测试孔的测量换算值M400A/V如线电流超过1200A或电流上升率过大，高速断路器自动跳断。DCU接收到/BHSA1的信息后，发出指令分断线路接触器K1，并给线路电容器放电。798线电压XUNA327面板上测试孔的测量换算值M250V/V799GTO通断反应时间的限制以A相V1管为例BWAV1指令发出后，应在T6044S）。（4）斩波器GTO通断时间限制斩波模块只有一个GTO，不需要桥臂联锁，只有最小开通时间和最小关断时间的限制。最小通流时间TEIN1203S最小关断时间TAUS1203S（5）最大开关频率由于GTO元件特性的原因，其开关频率不能超过一定值，因此UNAS对GTO的开关频率监测并进行保护。以A相V1管为例如果在450MS内GTO的开关指令/BWAV1的上升沿超过256次，该指令信号将被取消“使能”1S，然后恢复“使能”，同时UNAS给出故障信息MFG1WA。如果在5MS内GTO的开关指令/BWAV1的上升沿超过6次，该指令信号将被取消“使能”5MS，然后恢复“使能”，同时UNAS给出故障信息MFG2WA。（6）贯通保护反应时间进行贯通保护时，从BDZ指令发出到各相GTO接到触发指令/BWAV1和/BWAV2的时间应95，散热片处85），使温度继电器动作时（/MTWA或/MTWB或/MTWC信号），UNAS将封锁GTO的触发脉冲至少10S，或直到故障信号消失。7913线路电抗器温度线路电抗器的2个绕组内分开装有2个串联的温度继电器，当电抗器内温度150，使温度继电器动作时（/MTND信号），UNAS将封锁VVVF逆变器至少10S，或直到故障信号消失。7914线路电容器压力当电容器内压力过高，使压力继电器动作时（/MPCD信号），UNAS将封锁VVVF逆变器至少10S，或直到故障信号消失。7915逆变器风扇压力当逆变器的冷却风扇的风压过低，使风压继电器动作时（/MSLUM信号），UNAS将封锁VVVF逆变器至少10S，或直到故障信号消失。7916制动斩波模块温度和制动电阻温度当斩波模块内或制动电阻的温度过高，使温度继电器动作，或者制动电阻的强冷风道内的风压过低，使风压继电器动作时（/MTBS信号），UNAS向DCU输出信号MSEBS（斩波器保护），由DCU取消电制动，并发出电制动故障信息（/MSEB）第三节与其它系统接口牵引制动系统与其他系统的接口主要表现在DCU/UNAS与其他系统的接口，如表1所示表1DCU、UNAS信号流向示意AES放电接触器K4断开指令110VEVS充电接触器K3闭合指令110VBF牵引指令110VENS线路接触器K1闭合指令110V/BB常用制动指令110VQES放电接触器K4闭合反馈信号110V/BSB快速制动指令110VQVS充电接触器K3闭合反馈信号110V/BNB紧急制动指令110VQNS线路接触器K1闭合反馈信号110VBFR1前进方向指令110VIDIFF1逆变器输入差动电流1A信号110VBFR2退行方向指令110VIDIFF2逆变器输入差动电流50A信号110VFNSK1使能信息110V24V/0V、15V/0VBV1010KM/H限速指令110VBWAV1A相V1管FWR逆变单元使能信号5VBSLF3KM/H慢行指令110VBWAV2A相V2管FBS斩波单元使能信号5VMBG全部气制动缓解信息110VBWBV1B相V1管PMAA相脉冲模式信号5V/EHB保压制动缓解指令110VBWBV2B相V2管PMBB相脉冲模式信号5VMV0速度0信号110VBWCV1C相V1管PMCC相脉冲模式信号5VBWCV2C相V2管PMBS斩波器脉冲模式信号5VWVOEVE指令参考值BBS斩波器/MVK5速度5KM/H信息5VMLWAV1A相V1管MUB逆变器准备好信号5VMLWAV2A相V2管MBSB斩波器准备好信号5VMLWBV1B相V1管MSEW逆变器保护信息5VTSYNC时间同步信号110VMLWBV2B相V2管MSEBS斩波器保护信息5VMF1DCU轻微故障110VMLWCV1C相V1管/BHSAHSCB断开指令5VMF2DCU中等故障110VMLWCV2C相V2管/BNSAK1断开指令5VMF3DCU严重故障110VMLBS斩波器MDZ逆变器贯通保护信息5VMEB电制动好信息110VXUN020MA/XUN1010VXUN网压420MAXUD020MA/XUD1010VXVISTC车速度420MAXIN020MA/XIN1010VXZUG420MAXUAB020MA/XUAB1010V实际牵引/制动力矩XUBC020MA/XUBC1010VXISA020MA/XISA1010VXISB020MA/XISB1010VXVISTB车速度420MAXISC020MA/XISC1010VXIBS020MAMUK1故障信息位15VXDIWAA相电流上升率MUK2故障信息位25VXDIWBB相电流上升率MUK3故障信息位35VXMD420MAXDIWCC相电流上升率MUK4故障信息位45V实际电制动力矩XDIBS斩波电流上升率MGSPB门控电源准备好15V/MSEB电制动故障信息110V/MSW连接器故障110VMGS空转/滑行信息110V/MSLUM逆变器风扇风压过低24VXLAST载荷信号420MA/MPCD线路电容器压力过大24V/MTND线路电抗器过热24VNLAA车速度信号/MTWAA相模块过热24VQSSHSCB闭合反馈信息110V/MTWBB相模块过热24VA车1轴速度信号/MTWCC相模块过热24