城轨车辆构造与维修-车底设备及系统布置

车底电气系统设备布置2

城轨车辆及分类城轨列车体现了先进的计算机控制技术，是集机械和电气于一体的典型机电设备，按照其设备的性质分类有：机械设备、电气及控制设备。车辆设备系统作用和分类按照车辆设备系统的用途分，车辆设备系统包括车用设备系统和客用设备系统两大类。车用设备系统主要有：电气设备系统（包括主电路、辅助电路、控制电路设备）、气动设备系统（风源设备、制动机等）、微机控制设备系统（如微机控制单元及总线、传感器），它们用于满足列车运行要求。客用设备系统主要有：客室照明设备系统、信息广播设备系统、空气调节设备系统等等，它们用于为旅客提供方便和服务，保证乘客良好的乘车环境。3

车辆设备系统布置车辆设备作用和分类按照设备的用途，车辆设备包括车用设备和服务于乘客设备系统两大类。车用设备主要有：牵引动力设备（如受电弓、逆变器、牵引电机）、制动设备及风源设备，计算机控制设备（如微机控制单元及总线、传感器）等等，它们用于满足列车运行要求。服务于乘客的设备主要有：旅客乘坐设备（如坐席、扶手、吊环等）之外，照明设备、信息广播设备（包括信息显示牌和列车广播）、空气调节设备等等，它们用于为旅客提供方便和服务，保证乘客良好的乘车环境。按照设备的布置位置，车辆设备分为：车顶设备、车内设备和车底设备。一般城轨车辆以动车组的形式出现，车内空间尽量用于容纳乘客，设备的布置应使客室环境安全、舒适，与乘客无直接关系的车辆运营所需设备尽可能悬挂于车底，以使车内空间最大化。4车底设备系统（一）电传动系统设备布置（1）牵引及电制动系统牵引及电制动系统是列车运行的动力系统，由高速断路器、牵引逆变器及其控制单元、牵引电动机、联轴节、齿轮箱、制动电阻组成，其作用是将从电网输人的电能经转化后控制牵引电机的运转，牵引电机输出的功率传给轮对，驱动列车运行，列车制动时将列车的动能转化成电能反馈回电网或送到制动电阻上变为热能散发出去。当采用架空接触网供电时，列车使用受电弓受电，受电弓装在车顶；当采用第三轨供电时，列车使用集电靴受电，集电靴装在车底侧面。牵引供电系统一般采用直流1500V和750V电压制。出于可靠性要求，列车受电弓的配置都不少于两个。集电靴则因要在第三轨的轨道两侧布置，因此都是在车底两侧配置，数量较多。列车的高压电路设计通常是1500V/750V电源从受电弓/集电靴进人列车后，分为两路。一路为牵引系统电路，经各个动车的高速断路器进人牵引逆变器VVVF(包括平波电抗器和电容充电电路），高速断路器的作用是对牵引电路的过电流保护和对地保护，一个高速断路器保护一个或两个VVVF,其闭合分断除由司机操作控制外，同时可在电流过大时自行分断，或由列车控制系统或牵引控制单元（DCU)控制分断。牵引逆变器输出的变频变压电压并联供给4台（车控）/2台（架控）牵引电机，驱动列车运行。另一路经熔断器和隔离二极管送人贯通整列车的1500V/750V高压线，给列车的三相交流380V电源和低压直流电源供电，辅助电路的负极电流经同样的路径返回牵引变电所。牵引工况：接触网→受电弓→高速断路器→牵引逆变器→联轴节→齿轮箱→轮对。电制动工况：再生制动的能量传送路径与牵引工况的正好相反；电阻制动则是电能从逆变器出来后进入制动电阻消耗掉。5（2）辅助电源系统辅助电源系统指三相交流380V电源、低压直流电源和蓄电池，其中低压直流电源通常有110V直流电和24V直流电，110V直流电应用最为广泛。380V交流电的负载有空气压缩机、空调系统、各类风机、220V插座等；直流110V电源的负载有：有触点控制电路、各系统的电子控制电路、照明电路、指示灯、车门驱动系统、广播系统、乘客信息显示系统、紧急通风电源等。集中式是一列车只用两个380V辅助逆变器，分别给两个半列车供电。在列车由两个单元车组成的情况下，三相380V电路一般不通过半自动车钩，即两个单元车的三相380V电路是独立的。分散式是每节车都配备一个380V辅助逆变器，但负载并不限于本车，可部分与相邻车的负载交叉供电。目前更先进的技术可做到将几个三相380V辅助逆变器的输出并联起来,给相关所有车的负载一起供电，这样做的好处是，当一个辅助逆变器发生故障无输出时，可利用正常逆变器的设计余量基本保证负载的需求。6（3）直流110V控制电源（也称蓄电池充电器）与蓄电池。直流110V电源分为独立设置和与380V逆变器结合设置。独立设置是单独将1500V/750V电压经逆变、变压、整流而得到直流110V,一般在380V辅助逆变器分散式布置中采用；结合设置是从380V辅助逆变器的逆变、变压后的中间电路取得部分输出，经整流得到直流110V，一般在380V辅助逆变器集中式布置中采用。为了保证故障状态下列车的运行能力，列车上110V电源是冗余设置的，并且一个充电器的容量能满足整列车的需求。蓄电池是列车的重要设备，为在运营时列车失去外来供电的情况下提供临时供电，是必不可少的安全保障，也是列车停放后重新激活的电源。列车一般设置两组蓄电池，总容量可满足45分钟内列车部分110V控制电路、各系统电子控制电路、指示灯、广播系统、乘客信息显示系统部分功能、客室紧急通风、紧急照明以及开关一次客室门的要求。7车体底架设备受电弓ＰＨ箱线路电感器制动电阻箱牵引电机接地装置受电弓ＰＨ箱线路电感器制动电阻箱牵引电机接地装置AA

B

BCC蓄电池蓄电池充电机蓄电池蓄电池充电机ＰＡ箱制动电阻箱牵引电机接地装置ＰＡ箱制动电阻箱牵引电机接地装置图6-7示

车体底架设备车底设备一般包括有供风设备、制动系统设备和电器设备，图7—6和图7—7为广州地铁一号线车辆底架设备的分布图，各组成的作用如下：

1.1线路滤波器1.2牵引逆变器VVVF2.DC/AC逆变器3.DC/DC转换器4.高速断路器5.车间电源6.牵引单元7.制动电阻8.辅助设备柜，B/C车9.蓄电池10.辅助设备柜,A柜11.空压机单元12.空气控制屏13.主风缸14.空气干燥器15.制动风缸17.空气弹簧供风缸18.电缆槽19.电缆分布槽20.电机连线21.动车转向架22.拖车转向架33.A车电气柜34.A车电子柜35.门控风缸36.空压机起动电阻37.ATC天线38.通信天线39.接地装置40.车钩盒8图7-6广州地铁一号线拖车底架设备分布图图7-7广州地铁一号线动车底架设备分布图9电气系统设备一、高压设备地铁1500V的供电电源是通过受电弓从架空电网上得到的。电流从受电弓终端流到位于动车底架下部的逆变器箱（PH箱-牵引-高压）。PH箱的高压部分（参见图7-8打开状态的高压部分，无顶板俯视）包括大部分用于高压分配的元件。主要的元件有：隔离和接地开关、两个高速断路器（线路断路器）、车间电源插座、车间电源接触器、高压保险、解耦二极管、测量和控制设备。一般动车的牵引逆变器从高速断路器处获得供电。辅助逆变器（输出3N/AC380V）和蓄电池充电器（输出DC110V）也由PH箱供电，并带有保险保护，而其电流回路是通过接地刷闭合。1.车间电源2.隔离和接地开关3.高速断路器二、线路滤波器线路滤波器是由电容和电感组成的一种能量储放装置，可以在斩波器导通和关断时吸收和释放能量，使电机电流平滑，并减少车辆在牵引和电制动时对接触网电压的影响。10

电气系统设备三、牵引逆变器接触网直流供电——车辆交流传动时必须采用牵引逆变器，如广州地铁一号线车辆的牵引逆变器是电压源连接逆变器，通过3000A/4500V斩波器GTO与逆变器相连接，驱动四个并联的三相交流牵引电机，它还能执行电阻制动和再生制动。运行工况：VVVF将接触网得到的直流电源转换为三相变频变压电源，驱动牵引电机。制动工况：VVVF将电机产生的三相交流电转换为直流电，反馈回接触网，此为再生制动。由于网压过高，未被吸收的电能由制动电阻转换为热能散逸，这就是电阻制动。四、制动电阻在电阻制动时，制动电阻将未能再生部份的电能吸收过去，转换为热能散逸到大气中。五、牵引单元牵引单元包括牵引电机、联轴节和齿轮箱等。三相牵引电机的转矩通过联轴节和齿轮箱驱动轮对。11电气系统设备1．DC/AC逆变器广州地铁二号线6辆编组的列车设计了PH箱和PA箱牵引逆变器。每个逆变器箱里安装一个牵引逆变器和一个高压设备（PH箱）或辅助逆变器（PA箱）。牵引逆变器驱动四个三相牵引电机，这些电机分别驱动两个转向架的四个轴。车辆通过车顶的受电弓由架空电网供电。2．蓄电池箱充电器蓄电池充电器用作供应车载直流电，广州地铁二号线车辆蓄电池充电器安装位置如图7—11所示。它由架空网供电，从输入到输出有一个直流电的隔离。在端子上，有一个额定直流126V的电压供应低压负载端子+BN和为蓄电池充电端子+B。蓄电池充电遵循CVCC（恒压/恒流）曲线。3．蓄电池箱每列车单元必须配有一定数量蓄电池箱，由于车辆配重的要求，通常置于拖车车底架上。12蓄电池充电器安装位置图7-11广州地铁二号线车辆设备分布图13七、DC/DC变换器静态辅助电源变换器（完全静态结构）输出直流110V电压，驱动所有110V直流负载。如照明、牵引控制单元等，包括对蓄电池充电，为其提供冗余量。八、空气制动系统包括空压机单元、空气控制屏、空气干燥器、储风缸（主风缸、制动供风缸、空气弹簧缸、门控风缸等）和装在转向架上的基础制动单元。九、列车自动控制装置（ATC）ATC系统包括微机自动驾驶（ATO）、自动监控（ATS）和自动保护（ATP）。ATO将执行除“启动”外的列车自动运行（自动调速、自动停车、定点停车）。ATP将执行列车安全速度和列车安全间隔的功能，当潜在的不安全条件产生时，ATP将施加紧急制动。ATP车辆接口设备将包括：速度计、天线、司机室显示器、控制器、电源适配器和ATO/ATO车载控制设备。ATS将执行自动转换道岔、排列进路。十、列车故障自诊断系统列车采用微机故障自诊断系统，用便携式数据采集器采集各种有关数据。另外在轴箱上还装有速度传感器、接地装置；在列车前端装有ATC传感器安装架；还有轮缘润滑装置等。

车底电气系统设备柜14车底气路系统设备布置16气制动及供风系统气制动系统的控制形式。空气制动系统的控制形式一般有车控和架控。车控就是一节车中的一个制动控制单元并行控制本车的2个转向架（4个轮对），架控则是一个制动控制单元控制一个转向架（2个轮对）。架控对列车制动性能和可靠性都更有利，只是制造成本更高。但无论车控或者架控，防滑保护都能实现轴控，即一个轮对发生气制动滑行时，放气减小制动力，直到滑行消除。 .供风系统。供风系统包括空气压缩机组（由压缩机、干燥器、油过滤器组成）、各类空气阀件、空气管路和储风缸。供风系统的负载除了气制动系统，还有二系空气弹簧、受电弓、汽笛等。20世纪生产的城轨车辆，其客室车门和前窗刮雨器还普遍使用压缩空气驱动。出于列车运行安全的需要，一列车配置两组空气压缩机组，且一组的工作能力可满足整列车的气制动供气需求。列车主风管贯通整列车。同样是出于列车运行安全的需要，对列车储风缸的容量也有具体要求，通常是在空气压缩机组都因故障而不工作的情况下，存储的压缩空气可满足满载（AW2)的列车在线路上以全气制动运行一个往返的需求。气制动系统的组成。一辆车的空气制动系统从技术上分成3个基本组成部分：电子制动控制单元、空气制动控制模块和基础制动单元。17

气制动及供风系统图7-16列车示意图图7-16列车示意图供风和制动系统设备在整车的配置如下（参见图7-16）：A–供风设备配备在MCCB–制动控制模块配备在TCA；MCB,CC–闸瓦制动单元配备在TCA；MCB,CG–防滑设备配备在TCA；MCB,CK–箱体通风设备配备在MCB,CL–空气悬挂设备配备在TCA