精编列车电气系统基本课程课件.ppt

1、发 布 人：发布日期：1列车电气系统基本课程谷忠凯2010年 月 日第 2 页工程概况 沈阳市地铁一号线一期及延伸线工程，自十三号街至黎明文化宫，线路全长27.909km，正线全部为地下线。全线设22座车站，车辆段设在地面。最小站间距为0.809km，为中街站和小什字街站区间。最大站间距为1.900km，为洪湖北街站至重工街站区间。第 3 页 编组方式：+TC-MP-M-T-MP-TC+供电电压：DC1500V 变化范围：DC1000V1800V 最高运行速度：80km/h 列车旅行速度：35km/h 平均加速度：0.83m/s2（040km/h）0.5m/s2（080km/h）平均减速度：1

2、.0m/s2（最大常用制动）1.2m/s2（紧急制动和快速制动）车辆基本电气参数第 4 页列车在故障状态下的运行能力6辆编组列车在超员状态下，当损失1/3动力时，列车仍然可以在30的坡道上起动，并以正常运行方式完成一次单程运行。6辆编组列车在空车状态下，当损失1/3动力时，列车仍然可以在30的坡道上起动，并返回车辆基地。第 5 页电气牵引及制动送、配电列车控制监控、故障诊断及维护乘客信息服务通过车载信号设备，实现ATC功能系统主要功能系统主要功能第 6 页司机室控制系统列车牵引系统电-空混合制动控制辅助电源系统列车网络与监控系统列车门控系统空调控制系统列车广播与乘客信息显示系统车载信号系统火灾

3、报警系统照明系统车辆电气系统包括车辆电气系统包括第 7 页左侧屏左侧屏烟火报警显示器再开闭按钮关左门按钮开左门按钮一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 8 页右侧屏右侧屏网压表蓄电池电压表遮阳帘按钮司机室灯按钮仪表灯按钮升弓按钮升弓泵按钮电热玻璃按钮阅读灯按钮降弓按钮解钩按钮一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 9 页司控钥匙方向选择手柄司控器HB复位按钮洗车模式按钮ATO模式选择开关自动折返按钮ATP发车按钮IATP释放按钮一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 10 页蓄电池断按钮蓄电池投入按钮SIV启动按钮空压机启动按钮空压机强迫泵风按钮视频控制单元广播控制盒高加速按钮紧急制动按钮水

4、泵按钮门模式选择开关左右门选择开关前照灯选择开关关左门按钮再开闭按钮关右门按钮电笛按钮开左门按钮开右门按钮一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 11 页ATP切除蜂鸣器警惕按钮蜂鸣器ATO状态指示灯门允许指示灯门关闭指示灯紧急环路旁路指示灯开门短接指示灯一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 12 页包括：司机室风速选择开关停放制动施加按钮停放制动缓解按钮保持制动缓解按钮一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 13 页包括：客室电热选择开关司机室电热选择开关雨刷选择开关一、司机室控制系统一、司机室控制系统第 14 页一、司机室控制系统一、司机室控制系统包括：警惕按钮旁路开关门旁路开关停放制动

5、旁路开关制动不缓解旁路开关紧急制动环路短接开关VVVF隔离开关紧急运行自动降弓隔离废排风机回送模式强迫制动缓解按钮试灯按钮第 15 页采用大功率IPM器件，1C4M控制方式,每个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；PWM脉宽调制 VVVF逆变器；额定容量：760KVA 输出电压：3相 AC1000V；冷却方式：自通风冷却；32位高速微机控制；二、列车牵引系统二、列车牵引系统第 16 页1、大功率电力电子器件（IPM）IPM为内置门极驱动控制电路和IGBT的保护电路的电力电子器件。其内部保护电路包括：欠压保护、短路保护、过热保护、过流保护。第 17 页2、VVVFVV

6、VF，是Variable Voltage and Variable Frequency的缩写，意为：可变电压、可变频率，也就是变频调速系统。VVVF控制的逆变器连接电机，通过同时改变频率和电压，达到磁通恒定和控制电机转速（和频率成正比）的目的，所以多应用在变频器中，属于工业自动化领域。第 18 页二、列车牵引系统牵引系统的组成：受电弓高速断路器HBVVVF牵引逆变器牵引控制单元DCU牵引电机司控器制动电阻第 19 页1、受电弓用途：从接触网获得1500V直流电，并通过牵引逆变器和辅助逆变器将其转化为三相交流电，来满足列车牵引和车上其他设备的用电需求。每辆Mp车上配置1套受电弓装置，受电弓安装在

7、二位端车顶，受电弓带有自动降弓系统。第 20 页1、受电弓受电弓组成：1、底座2、下臂3、下导杆4、上臂5、上导杆6、弓头7、张紧弹簧8、气压升弓装置9、导电桥线机构10、阻尼器11、托12、最低点位置指示器13、高位阻挡第 21 页2、高速断路器（HB）作用：将电网与车辆高压 设备分开，利用HB过电流 (如短路)后的快速响应特 性来保护直流侧设备。特点：绝缘等级高、分断 能力强、结构简单便于维 护、使用寿命长。第 22 页3、VVVF逆变器组成：差动电流传感器、输入电流传感器、滤波电抗器、直流电压传感器、制动斩波模块、充电电阻、制动电阻、放电电阻、滤波电容器、IPM 模块、相电流传感器、旁路

8、电容。作用：牵引时，通过控制内部的IGBT模块的通断来产生三相交流电,供牵引电机使用；制动时，将感应电机产生的交流电整流成直流电反馈给电网或制动电阻。第 23 页4、牵引控制单元DCUDCU的主要功能异步电动机控制牵引控制单元DCU将机车控制级给定值和控制指令转换成VVVF逆变器用的控制信号，对VVVF逆变器和牵引电机进行控制，包括调节、保护、逆变器脉冲模式的产生等。对VVVF逆变器和牵引电机进行保护控制电制动（ED-BRAKE）进行调整、保护和逆变器脉冲模式的产生，实现在再生制动和电阻制动之间的平滑过渡。防空转/防滑保护控制列车加减速冲击限制保护通信网路功能故障诊断功能第 24 页5、牵引电

9、机类型和冷却：自通风铜条鼠笼式三相感应电机；额定功率：190kW；转 矩：766N.m;电机电压：1100V;电机电流：130A；额定频率：80Hz；额定转速：2370r/min;转差率：1.4%；极数：4极效率：93%功率因数：84%。第 25 页6、司控器司机控制器是用来操纵地铁车辆运行的主控制器，是利用控制电路的低压电器间接控制主电路的电气设备。司控器面板上的手柄分为：主手柄、方向手柄。主手柄有：牵引位、0位（惰行位）、常用制动位、快速制动位；方向手柄有：向前位、中间位（0）、向后位。第 26 页钥匙 方向手柄 主手柄是机械连锁关系 当钥匙位于“关”位置时，方向手柄和主手柄不能从“0”位

10、置或“空挡”位置移开。当钥匙位于“开”位置时，方向手柄可以从“0”位置移动至其它位置。当方向手柄位于“向前”或“向后”位置时主手柄可以从“空挡”位置移动至任何位置。当主手柄位于除“0”以外的其它位置时，方向手柄不能移动。当方向手柄位于除“0”以外的其它位置时，钥匙不能离开“开”位置或拔出。6、司控器第 27 页7、制动电阻为牵引系统在电制动时消耗过高再生电压的耗能设备，保证线网及列车的安全。因为在电制动的情况下,当能量不能被电网完全吸收时,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。因此制动电阻的存在确保了电网上的其它设备的安全。额定电阻值（20）2.955%

11、采用自然风冷的冷却方式第 28 页列车设ATO自动驾驶、手动驾驶、洗车、紧急牵引四种牵引模式。前三者采用列车网络控制，后者通过列车线控制。列车头尾控制采用继电器控制，由司控器钥匙开关来激活头尾继电器控制电路，采用列车线控制。列车牵引系统第 29 页列车牵引系统牵引指令的获得：ATO模式下总的牵引力大小指令（数字信号）由ATO系统发出，通过列车网络传送到相应车上的VVVF和EP2002。手动驾驶模式下，按司控器的模拟信号指令送入网络，转变成数字信号，通过列车网络传送到相应车上的VVVF和EP2002。紧急运行模式下，相应车上的VVVF和EP2002接受到列车线上传来的紧急运行指令，按事先确定的牵

12、引/制动力方案执行。第 30 页电空混合制动控制电空混合制动控制EP2002数字式电-空制动装置一动一拖为一基本单元单元内控制采用CAN总线，通过RS485与列车总线通讯；电空混合制动，电制动优先；EP2002安装在车下转向架附近,为架控制动系统，即每辆车设有两个EP2002型制动控制单元，每个EP2002型制动控制单元控制一个转向架；每辆车上的制动设备由网关阀和智能阀组成，每组M-T车单元内的两个网关阀和两个智能阀组成一个分布式的制动控制网络。列车制动采用电空混合制动，再生制动优先，再生负荷不足时，补充电阻制动。可通过安装在Tc或T上的测试接头实现快速和局部的制动故障诊断。第 31 页停放制

13、动采取弹簧施加制动和充气缓解的方式。在车侧可以对停放制动进行手动缓解。停放制动具有使列车在AW3载荷情况下停止在35 坡道上静止不动，AW0载荷情况下停止在40 坡道上静止的能力。基础制动采用单元踏面制动形式，每辆车配备8套基础制动装置，其中4套带有停放制动功能。AW0:无乘客（空载）；AW1：座客载荷，乘客240人；AW2：定员载荷（6人/m2），乘客1440人；AW3：超员载荷（8人/m2），乘客1820人.电空混合制动控制电空混合制动控制第 32 页EP2002的网关阀第 33 页EP2002的智能阀第 34 页电空混合制动控制电空混合制动控制每列车的Tc车上设置一台交流空压机，工作电压

14、AC380V 空压机的均衡控制由拖车上的网关阀通过制动系统自身CAN总线与动车的GW（网关）阀通讯，再通过GW阀与列车网络进行信息传输，根据网络系统提供的单双日来轮流工作。空压机启动指令通过列车网络传递给列车空调系统做启动 连锁。设置强迫泵风功能第 35 页空气压缩机第 36 页辅助电源系统辅助电源系统辅助逆变器SIV(static inverter），2套/列，安装在Tc车上。辅助逆变器有软启动功能。容量：180kVA；冷却：自然风冷却；输出：三相四线制 AC380V（AC220V），50Hz DC110V，20kW（含DC24V 2kW）DC110V/DC24V变换器，2套/列；DC110

15、V镍-镉碱性蓄电池组，2组/列，容量140Ah；应急通风逆变器，CVCF输出；电源：DC110V 容量：3.5kVA 额定输出：380V,50Hz 频率调节范围：2550Hz第 37 页CVCF是英文词组Constant Voltage and Constant Frequency的缩写，意为“恒电压、恒频率”。CVCF控制的逆变器为恒压恒频电源，配合蓄电池可以构成不间断电源(Uninterruptible Power SupplyUPS)或应急电源(Emergency Power SupplyEPS)，防止突然断电。辅助电源系统辅助电源系统第 38 页SIV系统第 39 页辅助电源系统辅助电

16、源系统扩展供电功能通过列车网络实现。SIV输出正常信号通过硬线提供给网络接口TMS单元，T 车网络接口TMS单元对2个Tc车的SIV的输出正常信号进行 监控，当其中一个SIV输出正常信号异常，系统3s后发出 扩展供电指令，扩展供电接触器动作，同时网络系统将 该指令发送至各车TMS单元，再由各车TMS单元通过网络 提供 给各车空调控制柜进行减载控制，完成供电的扩展。第 40 页扩展供电箱第 41 页蓄电池箱Tc车上设有蓄电池箱，作为辅助逆变器的启动电源，又是牵引制动控制电路、辅助控制电路、开关门电路及直流照明、ATP/ATO、通信、广播、视频设备等DC110V、DC24V负载的备用电源。在车辆运

17、行时，蓄电池处于充电状态。当车辆在运营中出现无高压或2套辅助电源逆变器都因故障停止运行时，由蓄电池组给空调系统供电，作为应急通风的电源，同时蓄电池还保证所有控制用电，DC110V、DC24V紧急负载供电45分钟蓄电池箱由蓄电池箱和蓄电池控制箱两部分组成。蓄电池箱内设一组DC110V蓄电池，采用76只荷贝克公司FNC 232MR 140A中倍率纤维碱性镍镉蓄电池，其中1只带温度传感器。辅助电源系统辅助电源系统第 42 页蓄电池箱第 43 页列车常用的几种网络ARCNET网络：三菱、东芝和东洋等日本公司。TCN网络：德国SIEMENS、加拿大BOMBARDIER。Lonworks网络：美国GE。W

18、orldFIP网络：法国ALSTOM。网络及监控系统网络及监控系统第 44 页列车总线和车辆总线列车总线和车辆总线控制单元1节点节点车辆总线列车总线控制单元2控制单元n控制单元n控制单元1控制单元1控制单元2控制单元n车辆总线车辆总线节点网络及监控系统网络及监控系统第 45 页1、A R C N E T是一种基于令牌传递协议的现场总线,它具有快速性、确定性、可扩展性和支持长距离传输等特点。由于采用令牌传递协议,各节点通过令牌来取得对网络的访问权,不存在竞争,因此ARCNET网即使在网络负载重,流量很大的情况下也不会造成网络阻塞。2、绞线式列车总线（WTB）WTB(Wire Train Bus)

19、是一种串行数据通信总线，适用于机车车辆经常连挂和解连的列车总线。3、多功能车辆总线(MVB):MVB(Multifunction Vehicle Bus)是一种用于连接同一辆车或不同车辆中可编程设备及简单传感器/执行机构的车辆总线。4、中继器（repeater）中继器是物理层总线段间的连接设备，它的主要功能是通过对数据信号的重新发送或转发，来扩大网络传输距离。5、CAN(Control Arear Network)总线具有结构相对简单、实时性好、自带多种检错措施,出错率低等优点,适合于机车制动机系统的重联系统的通信。网络及监控系统网络及监控系统第 46 页网络及监控系统网络及监控系统网络系统：

20、网络系统：采用ARCNET列车总线，设2根列车总线，互为冗余；总线间及总线与设备间采用RS485通讯；控制传送系统由安装在Tc车车下的中央管理单元CCU和设置在各车上的LU单元构成；CCU负责所有通道上的数据交换、处理，并向控制系统发出命令，完成系统诊断；第 47 页网络及监控系统网络及监控系统 除紧急牵引模式外列车牵引通过列车网络系统控制；制动系统除紧急制动环路外通过列车网络系统控制或自身CAN 总线控制；列车广播系统、空调系统通过列车网络及监控系统控制和监视；列车监控系统监视列车辅助电源系统工作状态；列车监控系统监视列车门系统工作状态；列车网络及监控系统通过RS485与信号系统通讯；第 4

21、8 页列车门控制系统列车门控制系统 电控电动内藏门，数量：8套/辆；开、关门由激活司机室统一控制；开/关门信号均为DC110V正脉冲信号。开/关门动作前门控器内蜂鸣器提示。门控器有自动防夹功能，对未关闭好的车门设再开闭功能。开门按钮采用双按钮，以保证指令准确可靠。电控电动装置采用微处理器控制的电动机驱动装置，并具有自诊断功能和故障记录功能，有与TMS通讯的RS485接口。第 49 页列车门控制系统列车门控制系统 开关门操作 ATO模式下开/关门操作分为人工开启/人工关闭、自动开启/自动关 闭、自动开启/人工关闭三种方式供司机选择。手动模式下只设人工开启/人工关闭方式。门允许信号：ATO模式或A

22、TP保护手动驾驶模式下门允许信号由信号系统提供。列车ATP切除、手动驾驶模式下门允许信号由制动系统提供。以上两种模式失效时，可通过门短接按钮（带铅封和声光报警）给出门允许信号。左/右门选信号：ATO模式或ATP保护手动驾驶模式下门选信号由信号系统提供。列车ATP切除、手动驾驶模式下门选信号由司机操作左右门选择开关。第 50 页列车门控制系统列车门控制系统 每辆车的每侧车门中设4个内部紧急解锁装置，用于紧急情况下的开门操作，紧急解锁接点由列车监控系统通过硬线监视。每个门机构上设试验用服务按钮开关，可进行开/关门操作，开门条件为列车处于静止状态，仅供服务维修人员使用。若列车某一车门发生故障而不能正

23、常开闭时，为保证车辆牵引回路构成，每个门机构上设置了门故障隔离开关，将门控器上关门连锁行程开关短接，保证列车门关好连锁回路构成，使得车辆能够正常运行。第 51 页门紧急解锁装置第 52 页空调控制系统空调控制系统空调系统每车设2台空调机组，共用一台PLC控制器，控制 器采用微机控制，每台机组包括2台压缩机，2组电热器 机组可实现集中及单车控制，具有通风、制冷、制热、紧急通风、故障减载功能。空调系统采用网络控制方式，由司机室监控显示器触摸屏 给出运行指令，该指令只有头车有效，通过列车监控总 线传递到各车的网络接口单元TMS单元，再由TMS单元通 过RS485通讯传递给各车空调控制器。第 53 页

24、空调控制柜及空调主机空调控制柜及空调主机第 54 页空调控制系统空调控制系统监控显示器上显示各车温度，各机组内压缩机、冷凝风机、通风机的工作状态，机组故障及减载运行时各机组压缩机的工作状态。减载指令通过列车监控总线传递到各车网络接口TMS单 元，为保证设备安全，从TMS单元到空调控制器通过硬 线传递；为保证设备安全，紧急通风指令通过列车线传递 到各车空调控制器。当列车网络故障时，各机组保持原来的工作状态。当列车空压机启动时通过列车网络将该信息传递给空调系 统实现连锁控制。单车调试通过空调控制器触摸屏进行。第 55 页空调控制系统空调控制系统应急通风逆变器容量为3.5KVA，输入DC110V，额

25、定输出：AC380V，50Hz，频率调节范围25-50Hz，应急逆变器负载 为空调系统通风机和客室废排风机。司机室设司机室通风机，由专用的转换开关进行速度选 择，电源为AC220V；客室废排风机分别设独立的开关由司 机操作，采用交流接触器控制。交/直流回路均设微型断路 器进行保护。第 56 页空调控制系统空调控制系统司机室前窗采用电热玻璃（AC380V），司机室采暖采用带风机的电加热器（AC220V），客室采暖采用电加热器（AC220V），分别设独立的开关由司机操作。采暖控制采用交流接触器控制；控制档位设全暖和半暖两个档位。第 57 页乘客信息显示系统乘客信息显示系统广播系统：列车广播系统 乘

26、客紧急报警系统；乘客信息显示系统：乘客信息显示系统 视频播放系统 客室监视系统第 58 页17LCD（乘客信息显示器）第 59 页 客室紧急对讲第 60 页广播系统构成：音频控制器、司机控制板 紧急报警装置、扬声器等 系统功能：司机室对讲；司机乘客对讲；司机广播；半自动广播；全自动广播；乘客信息显示系统包括：终点站LED显示器 车内运营信息LED显示器 客室侧门上方动态地图到站显示装置乘客信息显示系统乘客信息显示系统第 61 页在列车运行过程中，已经经过的站相应的将显示为绿色，未到达的站相对应的将显示为红色，即将到达的站呈黄色，并不断闪烁。当列车即将进站时，动态地图上的本侧开门指示灯显示为绿色

27、并不断闪烁，指示该侧车门待列车进站后将被开启。门区动态地图门区动态地图第 62 页客室客室LEDLED效果图效果图第 63 页 按系统功能模块，ATC接口电路分如下几大部分：ATO系统输出电路（包括安全输出和非安全输出）ATO系统输入电路（包括安全输入和非安全输入）ATO列车线电路（两端CC机架的通讯）ATO设备接口电路（CC机柜与ATO各个设备的接口）车载信号系统车载信号系统第 64 页 系统设备构成：车载控制器、司机室显示器 移动通讯系统、查询器、查询器天线、接近天线、测速电机。列车运营模式：ATO模式 ATP模式 受限人工模式 备用模式 OFF模式 非限人工模式 正常模式。车载信号系统车载信号系统第 65 页照明系统客室照明包括客室顶灯及贯通道灯客室照明包括客室顶灯及贯通道灯:客室顶灯平行纵向布置于车辆顶部两侧形成两条灯带,每组灯带都采用双灯管，并采用双透光区。其光源大部分为40W荧光灯（只有在Tc车二位端端头两侧有20W荧光灯）；其中，在门区的每侧都有一个故障照明灯，故障照明光源为双灯管中的一只。故障照明电源为DC110V，其余电源皆为AC220V。除镇流器和逆变器外，故障照明灯和正常照明灯在结构上具有互换性。贯通道灯为0W的LED射灯，电源为DC110V。第 66 页