城市轨道交通车辆电气控制 课件5-4辅助供电系统控制器及其他功能

城市轨道交通车辆辅助供电系统控制任务四辅助供电系统控制器及其他功能目录辅助供电系统控制器12辅助供电系统的冷却3辅助供电系统应急功能4辅助供电系统故障工作工况

第一部分辅助供电系统控制器01

辅助供电系统由以下控制：SIBCOS-M2500型主控制器SIBCOS-M2000型模块控制器二进制输入和输出的SIBCOS-M9000CAN节点主控制单元SIBCOS-M2500通过多功能车辆总线（MVB）向车辆控制单元发送信息，也可以通过以太网向车辆控制单元发送信息，在这种情况下，需装有接口转换器RS232-RJ45。控制单元之间的连接如图所示。1、二进制输入/输出K1、SIBCOS-M25002、CAN总线A9-K2、SIBCOS-M20003、服务接口K3、SIBCOS-M90004、MVBK4、接口转换器5、以太网T3、DC/DC模块

T5、DC/AC模块

T6、蓄电池充电机（1）SIBCOS-M2500主控制器控制器SIBCOS-M2500是主控制与模块控制的组合，负责全面系统控制以及与更高等级控制的通讯。它可监控辅助逆变器的输入、输出和内部电压、电流，以及主部件的温度，如检测到任何故障，将关闭辅助逆变器。该控制器有16个IGBT控制通道和14个IGBT反馈输入以及8个数字输入和4个数字输出。SIBCOS-M2500控制器配有两个40MHz微处理器，每个处理器都有自己的电源、总线、存储器、模拟输入和CAN总线接口。一个微处理器执行辅助逆变器所有监控和诊断功能，包括传感器信号的评估、电压和电流控制、顺序控制和标准监控功能。该处理器也控制产生IGBT起始脉冲的可编程逻辑电路。第二个微处理器用于特殊的独立检查功能，例如：干扰电路监控。也可用于冗余处理安全相关控制信号。SIBCOS-M2500主控制器的附加接口为：①MVB接口：负责与车辆控制单元的通信，该接口符合TCN标准。②CAN接口：负责与其他CAN节点的通信。③RS232接口：可与笔记本电脑连接，该接口用于调试、启动、诊断和程序下载。（2）SIBCOS-M2000模块控制器SIBCOS-M2000控制器控制DC/AC模块和蓄电池充电机模块。该控制器有11个IGBT控制通道和10个IGBT反馈输入。控制器上包含有一个20MHz微处理器、512KBEPROM（可擦编程只读存储器）和64KBSRAM（静态随机存储器）。SIBCOS-M2000模块控制器的附加接口为：①CAN接口：用于将SIBCOS-M2000模块控制器连接至主控制器或其他从控制单元。②RS232接口：可与笔记本电脑连接，该接口用于启动和诊断等

SIBCOS-M2500和SIBCOS-M2000控制器（3）SIBCOS-M9000CAN节点SIBCOS-M9000含有1个20MHz微处理器、8个二进制输出和12个二进制输入。它属于一个二进制输入输出的控制子系统，一些二进制输入输出控制信号可以通过列车硬线和SIBCOS-M9000CAN节点传输到主控制器。SIBCOS-M9000通过CAN总线与主控制器进行通信。

第二部分辅助供电系统的冷却02

辅助逆变器为强制风冷，一个辅助逆变箱中的两个辅助逆变单元H1/H2各有其自身的冷却系统。系统的设计使主风机尽量保持低速，使噪音最小化，并保证优化通风。列车启动后主风机打开，它由辅助供电系统自身输出的三相AC380V电源供电，主风机的转速由主控制器SIBCOS-M2500控制，主控制器监控辅助逆变器的温度并逐步调整主风机转速。空气从辅助逆变箱侧面的双进气格栅被吸入，在机箱内通过整流器、变压器、滤波器扼流圈等设备的散热片后到达出气格栅，并向下吹出实现风冷散热。辅助逆变箱进气格栅和出气格栅辅助逆变箱主风机

除了主风机之外，在DC/DC模块与充电机模块之间，设置一个内部风机进行内部空气循环，如图所示，内部风机由DC110V电控制开启或关闭。辅助逆变箱内部风机位置

第三部分辅助供电系统应急功能031.蓄电池应急启动模块正常情况下，列车蓄电池可为列车提供DC110V电压，列车可通过转动司机室继电器柜内的列车激活旋钮正常被激活。若蓄电池电压过低，列车激活旋钮无法正常激活列车时，可操作充电机紧急启动按钮，通过DBS（蓄电池应急启动）模块为列车提供激活所需的电源。在一个辅助逆变箱的两个单元中，一般在H1单元配置蓄电池应急启动模块，H2单元不配置。启动该装置后，直接将DC1500V电压转变为DC110V电为直流母线供电，从而给辅助逆变器内部控制电路供电并启动蓄电池充电机。在启动时，小功率电路部分先建立起内部控制和驱动电路供电，当这部分电源建立后，大功率电路部分将1500V直流电直接转换为110V直流输出。蓄电池应急启动电路原理如图所示。正常工况下，由列车DC110V电源通过5、6接点为负载供电，当蓄电池欠电压时，启动DBS模块，此时系统工作在应急启动工况下，将DC1500V电直接转化为DC110V电，启动通电程序，充电机开始工作并为蓄电池充电。蓄电池应急启动的具体操作为：（1）蓄电池电压＜84V，主风缸压力＞4bar时：此时升弓压力足够，通过操作车厢升弓柜内的两位三通阀U09，可将压力空气送入受电弓升弓气囊进行升弓。然后按下司机室内充电机应急启动按钮，激活充电机给蓄电池充电直至96V激活列车最低电压，再转动列车激活旋钮完成列车激活。（2）蓄电池电压＜84V，主风缸压力＜4bar时：此时升弓气压不足，需将升弓柜内的两位三通阀U09打到规定位置，通过脚踏泵人工踩气升弓。然后按下司机室内充电机应急启动按钮，激活充电机给蓄电池充电直至96V激活列车最低电压，再转动列车激活旋钮完成列车激活。2.蓄电池应急供电因故障或者列车失去外部高压供电（如接触网断电）时，列车将自动切换至紧急运行模式，该模式下，蓄电池将为列车进行应急供电，应急供电需满足以下功能：蓄电池的电量必须保证车辆紧急通风运行，在地下线路不低于45分钟，地面与高架线路不低于30分钟；紧急照明（紧急照明约等于三分之一的正常照明）客室内外所有指示灯头灯和尾灯司机室照明所有车门开启和关闭一次所有安全相关的控制系统列车通信和广播旅客信息和视频监控系统（不包括LCD显示器）3.蓄电池应急牵引在缺少外部高压供电的情况下，利用蓄电池实现紧急牵引列车，已经成为城市轨道交通车辆新技术的热门研究方向。该技术的目的主要是为了提升列车失电情况下的应急能力，其在以下两种情况下安全保障方面意义重大：一是区间供电故障的应对；二是采用接触轨供电列车的库内检修。以天津地铁进行的蓄电池应急牵引技术研究为例，蓄电池应急牵引功能按单线双向原则，在AW0-AW3载荷工况下，列车具备通过蓄电池牵引运行至下一站或退回至上一站的能力，同时满足车辆段内的日常调车作业。每列车设置2组牵引蓄电池、2台充电机、2台转换开关箱和2个牵引蓄电池开关，与M车的牵引逆变器（带蓄电池牵引功能）和牵引电机共同组成蓄电池牵引系统。利用锂电池作为牵引逆变器的输入电源，2台M车的牵引逆变器在低电压模式下分别驱动4台并联的牵引电机共同工作。其牵引系统配置如图所示。天津地铁研究的蓄电池应急牵引系统配置

第四部分辅助供电系统故障工作工况041.辅助逆变器故障工作工况在正常工作条件下，辅助逆变器无故障，某轨道交通1号线一期车辆的辅逆总容量及相关交流负载见下表。此情况下，列车运行时空气压缩机只考虑一台，工作率取0.5，客室空调取制冷时的功率来计算容量，此时辅助供电系统提供的功率为负载功率的156%，有较大富裕容量。辅逆无故障负载Tc车Mp车M车M车Mp车Tc车数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)空调压缩机47.847.847.847.847.847.8空调冷凝风机41.141.141.141.141.141.1空调通风机41.241.241.241.241.241.2司机室通风机组10.265

10.265牵引风机

12.912.912.912.9

制动电阻风机

11.511.511.511.5

空气压缩机

0.59.850.59.85

外接负载插座12

12小计42.66544.849.72549.72544.842.665辅逆容量(kVA)220

220辅逆总容量(kVA)440AC总负载功率(kVA)274.38剩余负载容量(kVA)165.62辅助逆变器无故障工况下交流负载分配表辅助供电系统采用并网供电方式的城市轨道交通车辆，当一个辅助逆变器发生故障的时候，通过切断其相应的输出接触器，出现故障的一路将会与三相母线隔离，其他三路的交流输出不受影响，将保证整列车正常运行，辅助系统的设计考虑了尽量减少对乘客服务的影响，如图所示。辅助供电的冗余设计通过计算，当一个辅助逆变器故障时，列车仍有剩余负载容量55.62kVA，列车无需切除任何交流负载，如表所示。一个辅助逆变器故障工况下交流负载分配表一个辅逆故障负载Tc车Mp车M车M车Mp车Tc车数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)空调压缩机47.847.847.847.847.847.8空调冷凝风机41.141.141.141.141.141.1空调通风机41.241.241.241.241.241.2司机室通风机组10.265

10.265牵引风机

12.912.912.912.9

制动电阻风机

11.511.511.511.5

空气压缩机

0.59.850.59.85

外接负载插座12

12小计42.66544.849.72549.72544.842.665辅逆容量(kVA)110

220辅逆总容量(kVA)330AC总负载功率(kVA)274.38剩余负载容量(kVA)55.62当两个辅助逆变器故障时，通过切除故障逆变器的输出接触器，出现故障的辅助逆变器将与三相母线隔离，其他两个辅助逆变器输出不受影响。但此时辅逆总容量只有220kVA，无法满足列车所有交流负载运行，车辆控制单元的负载管理单元将切除全列车一半的空调压缩机，保留全部通风，其他交流负载不受任何影响。此时的交流负载情况见表。两个辅助逆变器故障工况下交流负载分配表两个辅逆故障负载Tc车Mp车M车M车Mp车Tc车数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)数量容量(kVA)空调压缩机27.827.827.827.827.827.8空调冷凝风机41.141.141.141.141.141.1空调通风机41.241.241.241.241.241.2司机室通风机组10.265

10.265牵引风机

12.912.912.912.9

制动电阻风机

11.511.511.511.5

空气压缩机

0.59.850.59.85

外接负载插座12

12小计27.06529.234.134.129.227.065辅逆容量(kVA)0

220辅逆总容量(kVA)220AC总负载功率