城市轨道交通车辆辅助控制系统

城市轨道交通辅助系统的发展课题导入Subjecttoimport城市轨道交通车辆上除牵引电机所需的电能由牵引逆变器提供外，其他设备用电均通过什么提供？辅助供电系统AUXILIARYPOWERSUPPLYSYSTEM辅助逆变器Auxiliaryinverter辅助电源系统工作的安全性、可靠性对车辆正常运营具有重要影响。辅助逆变器是辅助供电系统的核心它将接触网DC750V或1500V电压转化为AC380V和DC110V电压。通过列车管穿线传输给车辆的各个用电设备，保证列车上各设备的正常运作。发展developmentGTO晶闸管IGBT模块从最初的快速晶闸管到再到供电方式Thepowersupplymode集中供电分散供电辅助系统供电模式依据辅助系统的功率分配方式将整车辅助系统功率集中在1~2台辅助变流器上的称为集中供电模式将整车辅助系统功率分散到多台辅助逆变器上的称为分散供电模式。12集中供电Centralizedpowersupply以两编组的地铁列车为例，每编组3节车，如果采用集中供电模式，每编组所有的功率集中到一台辅助逆变器上(240kVA)，一列车只需2台辅助逆变器，例如广州地铁2、3、4和5号线的辅助系统图1显示分散供电Individualpower以地铁列车为例，集中供电模式整车只需2台240kVA辅助逆变器，而分散供电模式将240kVA（千伏安）的功率平均分到3台（或2台）逆变器上，每台逆变器功率80kVA（或120kVA）图2显示优缺点Theadvantagesanddisadvantages分散供电模式，成本更高，布置、维修各方面都不如集中供电模式简便。采用集中供电模式可以每年每列车节约用电约22.5万kWh（千瓦时）。分散供电模式一方面能有效提高整车辅助系统的冗余度。另一方面通过多台装置的灵活配置有利于提高列车的轴重均衡度。辅助控制系统的组成供电的负载及组成Loadandcompositionofpowersupply空调客室照明设备通风冷却……蓄电池充电电器电子装置列车辅助供电系统主要为除牵引系统以外的所有用电系统供电，其供电的主要负载有供电的负载及组成Loadandcompositionofpowersupply整个辅助电路由辅助逆变器、蓄电池及相应的部件组成辅助逆变器箱Auxiliaryinverterbox每个辅助逆变器箱中集成有两套辅助逆变器和两套DC/DC蓄电池充电机””工作原理workingprincipleAPS辅助逆变器箱BatteryCharger蓄电池充电机AuxillaryInverter辅助逆变器TractionInverter牵引逆变器列车辅助系统高压配电原理图列车辅助系统高压配电原理图Pantograph受电弓WorkShopSupply库用电源F1、F2熔断器D防逆流二极管供电方式Thepowersupplymode四台APS采用并联供电方式通过三相母线为交流负载供电图2显示通过断开其输出接触器与供电网络隔离。当APS故障时正常情况下APS承担整列车交流负载供电，列车控制系统会传输一个脉冲信号触发交流负载顺序启动。则通过切除部分交流负载（空调），以避免APS超负荷运行。当APS故障导致容量不足以满足整列车交流负载供电需求时当APS故障时，通过断开其输出接触器与供电网络隔离。正常情况下APS承担整列车交流负载供电，列车控制系统会传输一个脉冲信号触发交流负载顺序启动。当APS故障导致容量不足以满足整列车交流负载供电需求时，则通过切除部分交流负载（空调），以避免APS超负荷运行。气压缩机，客室空调（含压缩机、冷凝风机、通风机），司机室空调通风设备，主逆风机，辅逆风机，外接方便插座（每节车上的一台380V/220V变压器为单相AC220V负载供电，容量2.3kv·A。此变压器安装在每节车的低压箱中负载load列车激活回路01列车激活监控环路02正常负载除了永久负载外的其他负载紧急负载当列车APS故障或失去DC1500V电源时，须提供的基本功能所涉及的负载，其由蓄电池供电。永久负载包括以下负载02图3显示辅助系统控制Auxiliarysystemcontrol蓄电池启动（110V）列车正常激活也叫蓄电池启动，当司机室的列车激活旋钮开关（72-S101）打到“合”位时，蓄电池就向全车供电辅助系统控制Auxiliarysystemcontrol蓄电池充电器和辅助逆变器的启动，当列车已升弓并有DC1500V电压，蓄电池充电机自检完成后，检测到有1500V电压就自动启动工作，提供DC110V电压。列车已升弓并有DC1500V电压，VCU与辅助逆变器的控制单元的通信正常和辅助逆变器无故障信息时，VCU向辅助逆变器发出工作指令，辅助逆变器自动启动，提供三相交流电压。02图3显示蓄电池组成及原理技术参数Technicalparameters郑州地铁一号线电客车采用的是镍-镉碱性蓄电池，技术参数蓄电池容量160Ah（安时）每组电池数量80节单体标称电压1.2V单体终止电压1.05V蓄电池组欠压值84V最大充电电流50A组成composition正极板(组)负板板(组)12隔膜3由活性物质氢氧化亚镍和骨架组成由活性物质氢氧化镉和骨架组成正与负极板之间通过多孔电子绝缘隔极栅或隔膜间隔开，允许电解液中的离子通过，防止正与负极板间电子短路组成composition电解液4外壳5常用电解液是含少量LiOH（氢氧化锂）的KOH（氢氧化钾）水溶液上述四部分装在蓄电池壳体内，蓄电池壳体是由工程塑料整体注塑而成，上述四部分集成在蓄电池壳体内密度可以根据使用环境温度进行选择原理theory正极活性物质Ni(OH)2；（氢氧化镍）负极活性物质蓄电池原理PRINCIPLEOFBATTERYCd(OH)2；（氢氧化镉）正负极之间是电解液；充放电反应如公示所示2Ni(OH)2+Cd(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O充电模式Chargingmode蓄电池作为列车DC110V供电系统的备用电源，充电模式为（温度补偿曲线显示）充电模式Chargingmode1升压充电首先，使用50A电流为电池充电，直到达到U1之后，充电持续保持在U1恒定当温度＞40℃时，充电电压将减至U2其中，U1=1.52×80=121.6V，为20℃时的升压充电默认值U2=1.42×80=113.6V，为20℃时的浮充电默认值充电模式Chargingmode3转为升压充电当充电电流增加至9.6A以上时，则转换为升压充电。4当温度＞60℃时，停止充电2浮充电如果充电电流减小到6A以下，则电压从U1恒定转为U2恒定，充电电流进一步减小并保持持续充电。温度信号采集Temperaturesignalacquisition如果温度传感器失效或接线损坏，则充电机需连续工作，这种情况下，必须将充电电压控制在110V。蓄电池温度信号采集温度信号采集Temperaturesignalacquisition为了最大限度提高蓄电池的寿命，减少维护周期，实行温度补偿充电，电池内电解液的温度通过安装在蓄电池跨接板上的热敏电阻进行采集，温度传感器采集的模拟信号被送入蓄电池充电机控制模块中，然后控制充电机对蓄电池进行温度补偿充电。蓄电池温度信号采集蓄电池充电机和蓄电池供电目录CONTENTS01充电机和蓄电池Chargersandbatteries02充电机供电Powersupplybycharger01充电机和蓄电池Chargersandbatteries充电机和蓄电池Chargersandbatteries0102充电机和蓄电池Chargersandbatteries整个辅助电路由辅助逆变器、蓄电池及相应的部件组成，每个TC车布置一个辅助逆变器箱每个辅助逆变器箱中集成有两套辅助逆变器和两套蓄电池充电机蓄电池箱由80个蓄电池单体组成，采用烧结式镉镍碱性学电池辅助逆变器箱位置辅助逆变器蓄电池充电机充电机和蓄电池Chargersandbatteries蓄电池箱由80个蓄电池单体组成，采用烧结式镉镍碱性学电池每节TC车底架安装有两个蓄电池箱——蓄电池箱1及蓄电池箱2，蓄电池箱1带有温度传感器及外挂熔断器箱，箱子采用悬挂安装模式蓄电池蓄电池箱安装位置02充电机供电Pleaseenteryourtitle充电机供电Pleaseenteryourtitle充电机供电Pleaseenteryourtitle电路图充电机供电Pleaseenteryourtitle列车激活并升弓后，充电机沿着红色的线为蓄电池充电沿着蓝色的线为永久负载供电，同时欠压检测继电器（=32-K05）的11-14触点闭合，KM继电器（=32-K03）得电，KM继电器（=32-K03）的1-2、3-4、5-6触点闭合，KM电池输出（=32-K02）继电器得电，KM电池输出（=32-K02）继电器的1-2、3-4、5-6触点闭合充电机供电Pleaseenteryourtitle充电机沿紫色的线为Tc车的电池负载和110V电池负载供电充电机供电Pleaseenteryourtitle蓄电池供电时，电流沿着红色的线到达低压箱，沿着蓝线为永久负载供电，同时欠压检测继电器（=32-K05）得电，欠压检测继电器（=32-K05）的11-14触点闭合（让对应开关闭合），KM控制继电器（=32-K03）得电（对应继电器闪烁），KM控制继电器（=32-K03）的1-2、3-4、5-6触点闭合（让对应开关闭合），KM电池输出（=32-K02）继电器得电（对应继电器闪烁），KM电池输出（=32-K02）继电器的1-2、3-4、5-6触点闭合（让对应开关闭合）蓄电池供电电路充电机供电Pleaseenteryourtitle此时蓄电池沿紫色的线为Tc车的电池负载和110V电池负载供电，当蓄电池电压低于84V时，欠压检测继电器（=32-K05）失电，欠压检测继电器（=32-K05）的11-14触点断开，KM控制继电器（=32-K03）失电，KM控制继电器（=32-K03）的1-2、3-4、5-6触点断开，KM电池输出（=32-K02）继电器失电，KM电池输出（=32-K02）继电器的1-2、3-4、5-6触点断开充电机供电Pleaseenteryourtitle蓄电池不再为电池负载供电，仅为永久负载供电，此时受电弓升起需用脚踏泵升弓此时列车激活电路列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem什么是激活列车？什么是激活列车？激活列车这项操作是通过将列车总控开关打到“合”的位置，接通蓄电池给整列车供电。通过观察电路图，我们可以发现列车总控开关即是图中的72-s101，根据列车激活列车线所引出的位置，可以确定需要得电的列车线为列车激活回路2。由此确定本次电路图分析为通过将72-s101打到“合”位，最终让列车激活回路2全列贯通。列车激活旋钮（=72-S101）是一个自复位旋钮开关，自复位旋钮开关就是可以自动复位的旋钮开关，即不管打到分位还是合位，只要松开，就可以自动恢复到0位。当激活旋钮（=72-S101）打到分位，激活旋钮（=72-S101）的1-2触点不变，3-4触点闭合。当激活旋钮（=72-S101）打到合位，激活旋钮（=72-S101）的1-2触点闭合，3-4触点不变。列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem在执行操作命令时，我们将插入司机钥匙的一端称为“激活端”激活端非激活端只有激活端的司机室发出的操作指令是有效的，而非激活端司机室的操作指令是无效的。另一端则为“非激活端”当我们把激活旋钮（=72-S101）旋至合位时，永久负载通过二极管（=72-V01），列车激活旋钮（=72-S101）的1-2触点，列车激活A1（=72-K102）的常闭触点71-72，使得列车激活1（=72-K101），列车激活2（=72-K109），列车激活3（=72-K209）同时得电，相应触点动作，因为这三个继电器在激活的瞬间优先得电，所以我们称之为先得电部分a列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem因为列车激活1（=72-K101），列车激活2（=72-K109），列车激活3（=72-K209）得电，相应触点动作，电将沿着列车激活1（=72-K101）的23-24触点，列车激活旋钮（=72-S101）的3-4触点，车钩监视旁路的5-6触点，到达非激活端。列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem并通过非激活端的车钩监视旁路的5-6触点，列车激活旋钮（=72-S101）的3-4触点，列车激活1（=72-K101）的61-62触点，到达激活端，使得非激活端和激活端的列车激活A1（=72-K102）和列车完整性（=72-K105）得电，相应触点动作，因为这些继电器是列车激活1（=72-K101）得电动作后才得电的，我们称之为后得电部分列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem当松开旋钮开关，激活端因列车激活1（=72-K101）的13-14触点和列车激活A1（=72-K102）的23-24触点的自锁而持续得电，非激活端因列车激活A1（=72-K102）的71-72触点断开而不能再次激活，从而避免了两端同时激活的情况。列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem客室照明控制电路列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem司机室灯1开关打至“阅读灯”位，司机室阅读灯点亮打至“0”位，阅读灯和司机室灯均熄灭打至“顶棚灯”位，司机室灯被点亮阅读灯0司机室列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem头灯2司机室头灯控制旋钮分为远光近光远光近光列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem电笛按钮3“电笛”按钮控制电笛的响、停列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem刮雨器4雨刮器控制旋钮分为“洗车”位“间歇”位“停止”位“低速”位“高速”位列车辅助电源系统组成Compositionoftrainauxiliarypowersupplysystem客室照明旋钮5客室照明旋钮（=52-S01）是一个三挡自复位旋钮开关。有“分”“0”“合”三个位置打至“合”位，客室照明LED灯点亮客室灯亮标志灯点亮，开关自复位至“0”位打至“分”位，客室照明LED灯灭，开关自复位至“0”位，客室灯亮标志灯熄灭。开0关客室照明控制电路客室照明控制电路客室照明控制电路客室照明控制电路当客室照明处于打开位时13-14触点闭合33-34触点闭合23-24触点断开客室照明控制电路客室照明控制电路当客室照明处于“0”位时13-14触点断开33-34触点断开23-24触点断开客室照明控制电路客室照明控制电路当客室照明处于关闭位时13-14触点断开33-34触点断开23-24触点闭合客室照明控制电路客室照明控制电路原理分析：司机室占有后，司机室占有继电器（=22-K151）得电33-34触点断开司机室占有继电器（=22-K151）的23-24触点和83-84触点闭合客室照明控制电路客室照明控制电路此时打开客室照明，客室照明（=52-S01）的13-14触点闭合、33-34触点闭合，23-24触点断开客室左侧照明（=52-K101、=52-K201、=52-K301）继电器得电客室右侧照明（=52-K103、=52-K203、=52-K303）继电器得电占有端与非占有端Tc客室左侧照明（=52-K101）继电器的13-14触点闭合，占有端与非占有端Tc客室右侧照明（=52-K103）继电器的13-14触点闭合实现自锁，此时非占有端与占有端客室左右侧照明继电器沿绿线持续得电关闭客室照明时，客室照明旋到关位，13-14触点断开、33-34触点断开，23-24触点闭合照明关（=52-K02）继电器沿棕线得电并到达非占有端，使非占有端照明关（=52-K02）继电器得电此时非占有端与占有端照明关（=52-K02）继电器的常闭联锁触点31-32和21-22断开非占有端与占有端客室左右侧照明继电器失电，客室照明关闭外部照明电路外部照明系统组成Externallightingsystemcomposition外部照明系统由头灯、尾灯和运行灯（分红色、白色）组成，其中，头灯包括远光灯、近光灯。其中，头灯为氙气灯光源，尾灯和运行灯为LED阵列。头灯headlamp当司机室占有，且方向手柄在“向前”位时，以下灯具点亮；（1）在列车“前”端的头灯和白色运行灯；（2）在列车“尾”端的尾灯和红色运行灯。当司机室占有，且方向手柄在“向后”位时，以下灯具点亮：（1）“前”和“尾”两端的头灯和白色运行灯；（2）“前”和“尾”两端的尾灯和红色运行灯。头灯的远近光通过位于主控面板上的两位自锁旋钮进行切换。头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights我们知道电客车方向手柄放在不同的位置，头灯、尾灯、运行灯的工作状态不同，那么电路上是怎么设计的呢？头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights在电客车激活后方向手柄处于0位的情况下，电客车占有端尾灯沿红线得电，此时占有端的尾灯亮。当列车方向手柄处于向前时，占有端的方向向前继电器（=22-K111）得电头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights方向向前继电器（=22-K111）的常开触点13-14和23-24闭合，常闭触点61-62断开，白色运行灯、远光继电器（=51-K101）得电远光继电器（=51-K101）的1-2触点闭合占有端的头灯亮（默认是远光灯）白色运行灯亮头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights当列车方向手柄处于向后位时占有端的方向向后继电器（=22-K112）得电向后继电器（=22-K112）的常开触点13-14和23-24闭合占有端的白色运行灯与远光继电器（=51-K102）沿蓝线得电远光继电器（=51-K102）的1-2触点闭合头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights当列车方向手柄处于向后位时头灯（默认是远光灯）沿绿色得电尾灯沿红线得电红色运行灯沿棕色线得电此时占有端的头灯亮（默认是远光灯）、白色运行灯亮、红色运行灯亮、尾灯亮。头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights当列车方向手柄处于0位的情况下，电客车非占有端的尾灯沿红线得电，此时非占有端的尾灯亮头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights当列车方向手柄处于向前时非占有端的方向向后继电器（=22-K112）得电方向向后继电器（=22-K112）的常开触点13-14和23-24闭合红色运行灯、尾灯得电此时非占有端红色运行灯亮、尾灯亮。头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights当列车方向手柄处于向后位时非占有端的方向向前继电器（=22-K111）得电向前继电器（=22-K111）的常开触点13-14和23-24闭合常闭触点61-62断开非占有端的白色运行灯与远光继电器（=51-K101）沿紫线得电头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights当列车方向手柄处于向后位时远光继电器（=51-K101）的1-2触点闭合头灯（默认是远光灯）沿绿色得电尾灯沿红线得电此时非占有端的头灯亮（默认是远光灯）、白色运行灯亮、红色运行灯亮、尾灯亮。红色运行灯沿蓝线得电头灯、尾灯以及运行灯的电路分析Circuitanalysisofheadlights,taillightsandrunninglights综合以上