牵引系统控制原理及控制电路课件

项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统《城市轨道交通车辆驾驶控制系统》三、城市轨道交通车辆牵引系统工作原理及控制电路项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统《城市轨道交通车辆驾驶控城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）1、城轨车辆牵引系统工作原理图1主电路系统城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（1）分别在MP1车和MP2车Ⅱ端安装一架受电弓，用于从电网将电引入列车。（2）在受电弓旁边安装一台避雷器，主要用于防止雷击过电压和操作过电压，以保护主电路系统。（3）由受电弓引入再到高压隔离开关（在高压箱内），隔离开关的作用：一个是用于车间电源转换，另一个则是高速断路器前的隔离接地。（4）隔离开关有3个位置，分别是：受电弓位、接地位和车间电源位。使用该隔离开关可以满足以下安全功能：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（1）分城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）出于短路保护和电磁兼容考虑，受电弓到高压箱之间的DC1500V电缆安装在不锈钢管内。熔断器面板（在高压箱内）由两个200A的熔断器组成。两个200A的熔断器分别为TC车的两个辅助逆变器提供保护。二极管面板(在高压箱内)由二极管、电阻、电容组成。电阻和电容来组成保护电路，保护二极管，而二极管用来防止在车间电源供电时，电源不能引入到主电路。分别在MP1和MP2车的车底安装一台高压箱，每台高压箱中安放了两台高速断路器，其中一台给MP1或MP2车牵引逆变器供电，另一台给M1或M2车牵引逆变器供电。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）出于短路城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图2牵引工况城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图2牵城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图3再生制动工况城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图3再城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）2、城轨车辆牵引控制电路2.1、牵引主电路主电路系统是列车牵引动力和电制动力得以实现的有效载体，同时列车各系统的电源也均来自主电路系统。主电路系统通过安装在B车车顶的受电弓将接触网的DC1500V引入B车底架下部的PH箱中，在PH箱中受高速断路器控制后，经牵引逆变器逆变送入牵引电机，并最终通过接地电刷经由车体、转向架形成电流回路。牵引主回路可以分为一下几个功能组：功率输入电路、电压源直流回路、过压保护斩波电路、逆变器电路、逆变器控制单元（ICU）。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）牵引主电路的元器件有：高速断路器(HSCB)、线路接触器(K100)、充电接触器(K102)、充电电阻(R120~R122)、电抗器(L100)、电容器(C10、C110)、放电电阻(R10)、过压斩波模块、过压保护电阻(RB)、逆变器、牵引电机、牵引控制单元(TCU)、逆变控制单元(ICU)、电压传感器(A95)、电流传感器(U10、U12、U14、U16)城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）牵引主电城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图四牵引主电路原理图城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图四城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）

①功率输入电路功率输入电路的主要功能是将牵引逆变器与接触网的直流输入电源接通/切断。电源输入电路包括线路接触器K1、预充电接触器K2、预充电电阻器R1、线路电抗器L、线路电压传感器U1和线路电流传感器I1。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）②电压源直流电路电压源直流中间回路的主要功能是为感应电动机提供无功功率，并稳定直流中间回路电压。电压源直流中间回路包括电容器C、放电电阻R2和直流回路电压传感器U2。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）②电压源城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）③

过压保护斩波电路过压保护斩波器电路的任务是：吸收接触网产生的浪涌电压；从接触网断开后快速释放直流回路电容的电能。过压保护电路包括过压保护模块TB和过压保护电阻R3。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）③过城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）④

逆变器电路逆变器电路的作用是将直流中间回路电压转换为变压变频（VVVF）的3相交流输出，给感应式牵引电动机供电（牵引工况），并且在制动时将列车的动能转换为可吸收的直流功率（制动工况）。包括六个IGBT模块，其反并联的续流二极管包含在IGBT模块中。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）④逆城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）⑤

逆变器控制单元（ICU）ICU负责控制和保护牵引逆变器。逆变器控制单元将对直流回路电压，电机相电流，逆变器电压和电流进行检测，并对IGBT产生触发脉冲。由ICU通过光纤直接驱动门极，实现最短的开关时间和延迟时间逆变器控制单元将开通/关断线路接触器和预充电接触器。出于保护目的，控制单元将检测并评估逆变器功率模块内的温度。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）⑤逆城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）2.2、控制电路（1）牵引控制电路：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）NRM模式下牵引指令发出的条件：司机室激活--有方向指令--警惕按钮被按下--牵引手柄推到牵引位--所有停放制动缓解--无库用电源供电--所有门关闭--紧急制动缓解。紧急牵引：要实现紧急牵引功能以下信号都必须连接到牵引箱的TCU上：紧急驾驶、方向1、方向2、牵引命令、制动命令、紧急制动安全回路。牵引力为默认的最大牵引力的70%为设定值，该值可以在设计阶段更改。紧急牵引时同样要满足上述条件时才能发出牵引指令。紧急牵引时，只有当TCU接受到一次制动命令后才能进入紧急牵引模式。例如：当司控器处于牵引位置时紧急牵引模式开关被激活，但此时TCU并不会立即执行紧急牵引功能，首先司控器必须被置于制动位置。TCU在紧急牵引模式下将具有基本的滑行保护功能。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）NRM模城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（2）高速断路器的控制电路：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（2）高城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）在过电流、牵引逆变器故障或线路中短路等严重扰动情况下，高速断路器（HSCB）会将牵引设备与架空线安全地断开。每节动车中的牵引逆变器均通过高速断路器连接至架空线。只要线电压存在（在司机显示屏上提示），且闸刀开关已被切换至"PANTO"（受电弓）档位，即可使用司机台上的"HSCB合"（高速断路器接通）激活按钮来接通高速断路器。高速断路器控制信号传送至VCU。高速断路器的接通仅在被VCU允许时方可实现。一旦所有高速断路器均被接通，绿色的"HSCB合"（高速断路器接通激活按钮将会点亮。反之，按下红色的"HSCB分"激活按钮，将使所有高速断路器脱扣，而当所有高速断路器均已断开时，该按钮将点亮。此外，高速断路器脱扣可能由VCU、ICU乃至过电流或短路引起。紧急牵引状态下，HSCB启动按钮和其指示灯不亮，由TCU控制HSCB闭合。HSCB与TCU相连并由TCU控制（数字输出），牵引箱里的经济电阻和旁路该电阻的接触器都由TCU控制。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）在过电流城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（3）受电弓控制电路：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（3）受城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）附表：表1城市轨道交通车辆控制系统电路图电路类型标号表2城市轨道交通车辆电路设备及元器件常用符号含义A——主控制器B——传感器F——自动空气开关H——指示灯K——接触、继电器R——电阻S——按钮转换开关V——二极管Y——车钩电气接线盒P——压力继电器城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）附表：表ThankYou!ThankYou!项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统《城市轨道交通车辆驾驶控制系统》三、城市轨道交通车辆牵引系统工作原理及控制电路项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统《城市轨道交通车辆驾驶控城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）1、城轨车辆牵引系统工作原理图1主电路系统城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（1）分别在MP1车和MP2车Ⅱ端安装一架受电弓，用于从电网将电引入列车。（2）在受电弓旁边安装一台避雷器，主要用于防止雷击过电压和操作过电压，以保护主电路系统。（3）由受电弓引入再到高压隔离开关（在高压箱内），隔离开关的作用：一个是用于车间电源转换，另一个则是高速断路器前的隔离接地。（4）隔离开关有3个位置，分别是：受电弓位、接地位和车间电源位。使用该隔离开关可以满足以下安全功能：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（1）分城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）出于短路保护和电磁兼容考虑，受电弓到高压箱之间的DC1500V电缆安装在不锈钢管内。熔断器面板（在高压箱内）由两个200A的熔断器组成。两个200A的熔断器分别为TC车的两个辅助逆变器提供保护。二极管面板(在高压箱内)由二极管、电阻、电容组成。电阻和电容来组成保护电路，保护二极管，而二极管用来防止在车间电源供电时，电源不能引入到主电路。分别在MP1和MP2车的车底安装一台高压箱，每台高压箱中安放了两台高速断路器，其中一台给MP1或MP2车牵引逆变器供电，另一台给M1或M2车牵引逆变器供电。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）出于短路城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图2牵引工况城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图2牵城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图3再生制动工况城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图3再城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）2、城轨车辆牵引控制电路2.1、牵引主电路主电路系统是列车牵引动力和电制动力得以实现的有效载体，同时列车各系统的电源也均来自主电路系统。主电路系统通过安装在B车车顶的受电弓将接触网的DC1500V引入B车底架下部的PH箱中，在PH箱中受高速断路器控制后，经牵引逆变器逆变送入牵引电机，并最终通过接地电刷经由车体、转向架形成电流回路。牵引主回路可以分为一下几个功能组：功率输入电路、电压源直流回路、过压保护斩波电路、逆变器电路、逆变器控制单元（ICU）。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）牵引主电路的元器件有：高速断路器(HSCB)、线路接触器(K100)、充电接触器(K102)、充电电阻(R120~R122)、电抗器(L100)、电容器(C10、C110)、放电电阻(R10)、过压斩波模块、过压保护电阻(RB)、逆变器、牵引电机、牵引控制单元(TCU)、逆变控制单元(ICU)、电压传感器(A95)、电流传感器(U10、U12、U14、U16)城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）牵引主电城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图四牵引主电路原理图城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）图四城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）

①功率输入电路功率输入电路的主要功能是将牵引逆变器与接触网的直流输入电源接通/切断。电源输入电路包括线路接触器K1、预充电接触器K2、预充电电阻器R1、线路电抗器L、线路电压传感器U1和线路电流传感器I1。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）②电压源直流电路电压源直流中间回路的主要功能是为感应电动机提供无功功率，并稳定直流中间回路电压。电压源直流中间回路包括电容器C、放电电阻R2和直流回路电压传感器U2。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）②电压源城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）③

过压保护斩波电路过压保护斩波器电路的任务是：吸收接触网产生的浪涌电压；从接触网断开后快速释放直流回路电容的电能。过压保护电路包括过压保护模块TB和过压保护电阻R3。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）③过城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）④

逆变器电路逆变器电路的作用是将直流中间回路电压转换为变压变频（VVVF）的3相交流输出，给感应式牵引电动机供电（牵引工况），并且在制动时将列车的动能转换为可吸收的直流功率（制动工况）。包括六个IGBT模块，其反并联的续流二极管包含在IGBT模块中。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）④逆城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）⑤

逆变器控制单元（ICU）ICU负责控制和保护牵引逆变器。逆变器控制单元将对直流回路电压，电机相电流，逆变器电压和电流进行检测，并对IGBT产生触发脉冲。由ICU通过光纤直接驱动门极，实现最短的开关时间和延迟时间逆变器控制单元将开通/关断线路接触器和预充电接触器。出于保护目的，控制单元将检测并评估逆变器功率模块内的温度。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）⑤逆城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）2.2、控制电路（1）牵引控制电路：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）NRM模式下牵引指令发出的条件：司机室激活--有方向指令--警惕按钮被按下--牵引手柄推到牵引位--所有停放制动缓解--无库用电源供电--所有门关闭--紧急制动缓解。紧急牵引：要实现紧急牵引功能以下信号都必须连接到牵引箱的TCU上：紧急驾驶、方向1、方向2、牵引命令、制动命令、紧急制动安全回路。牵引力为默认的最大牵引力的70%为设定值，该值可以在设计阶段更改。紧急牵引时同样要满足上述条件时才能发出牵引指令。紧急牵引时，只有当TCU接受到一次制动命令后才能进入紧急牵引模式。例如：当司控器处于牵引位置时紧急牵引模式开关被激活，但此时TCU并不会立即执行紧急牵引功能，首先司控器必须被置于制动位置。TCU在紧急牵引模式下将具有基本的滑行保护功能。城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）NRM模城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（2）高速断路器的控制电路：城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）（2）高城轨车辆控制（项目一：城市轨道交通车辆牵引控制系统）在过电流、牵引逆变