演讲：城轨车辆牵引与供电系统

项目5：城市轨道交通车辆牵引与供电系统编辑制作：丁太生城市轨道交通车辆牵引传动系统的构成图5.1牵引传动装置车轴车轮牵引电机齿轮传动箱牵引传动装置接触网（第三轨）受流器变流装置牵引电机齿轮传动箱轮对列车运行城市轨道交通车辆牵引与供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，其电力牵引系统是以城市电网的电力为动力源，将电能转为机械能，牵引列车运行的一种城市轨道交通牵引动力形式。城市轨道交通车辆供电系统是由电力系统经高压输电网、主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压等环节，向城市轨道交通列车输送电力的全部供电系统。介绍电力牵引系统工作原理及能量传递过程车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆27.5KV单相接触网交流直流机械能电能城市轨道交通车辆电气传动及控制方式牵引电动机旋转电动机线性电动机直流电动机交流电动机变压变频控制凸轮变阻斩波调阻变阻控制斩波调压控制（一）受流器的形式1.受电弓形式直流1500V供电采用架空线接触网式，车辆采用受电弓受流2.集电靴形式集电靴是安装在车辆转向架上，为列车从刚性供电进行动态取流，满足列车电力需求的一套动态受流设备。受流设备1.受电弓结构受电弓•安装位置：车体几何中心点最近的车顶上部。•工作方式：当受电弓升起时，弓与网接触滑行，从接触网受取电流，通过车顶母线传送到车辆内部。•类型：气动弓和电动弓母线：用高导电率的铜、铝质材料制成，用以传输电能，具有汇集和分配电力能力的产品。受电弓的结构组成图1-6单臂受电弓的结构组成•基础框架1：通过绝缘子3固定安装在车顶；作为框架4、轴承、下部导杆等支承和安装。•框架4：包括下部支杆5、下部导杆6、上部支杆7和上部导杆8；采用高强度冷拔无缝管制作。•高度止挡2：安装在下部导杆侧下方的基础框架上；用以限制受电弓的最大升弓高度。•弓头：是弓与网相接触的部分；由集流头9、接触带10、转轴、端角11和弹簧盒组成。•升降弓装置12：由传动风缸、拉伸弹簧及气路电磁阀组成。集电靴集电靴部件的主要作用1.集电靴的设置要使机车在通过三轨电区时不发生瞬间断电现象，即两电气连通的集电靴间的最小距离要大于三轨断电区的长度。2.由于三轨在道岔和车站站台换边布置，因此要求车辆的两侧都要设置集电靴。集电靴的设置要求牵引电动机是城市轨道交通车辆得以实现牵引机点及电制动的动力机械。牵引电动机悬挂在车辆转向架或车轴上，并借助传动装置驱动车辆前进。牵引电动机分为旋转电动机和线性电动机两大类。旋转电动机有直流电动机和交流电动机。线性电动机即直线牵引电动机，是异步感应电动机的简称牵引电动机直流电动机直流电动机由定子转子两部分构成。极掌NS······NS极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路直流电动机各部分的作用定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作为电机的机械支撑转子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从而实现机电能量转换的主要部件转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者之间有一个空气隙直流电动机工作原理：拓展换向片AB＋—N友情提示：本知识点涉及高中物理知识个，感兴趣的同学可以上网搜索更加详细的直流电动机系统知识直流牵引电动机的调速有两种基本形式：变阻控制和斩波调压控制1.变阻控制：通过调节串入电动机回路以改变直流牵引电动机端电压来达到调速目的2.斩波调压控制：通过接在电网与牵引电动机之间斩波器的导通与关断来改变牵引电动机端电压，实现调速直流电动机的调速方式变阻控制调节电阻的方法又可分为两类，即采用有触点组合式凸轮开关调阻和无触点斩波调阻。图5.11有触点式开关调阻原理图有触点开关调阻图5.12斩波调阻原理图CH0R斩波调阻交流电动机1轴承2前端盖3转轴4接线盒5吊环6定子铁心7转子8定子绕组9机座10后端盖11风罩12风扇封闭式三相笼型异步电动机结构定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。三相绕组A----XB----YC----Z机座：铸钢或铸铁转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体；或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼转子气隙：定子和转子之间必须有一个气隙交流电动机没有转向器，构造简单，运行可靠，效率较高，维护很少，价格低廉；转子坚固，定子绕组沿圆周均匀分布，电动机体积小，能够获得较大的单位质量功率；其机械特性较硬，具有较好的防空转性能，使黏着利用提高；且微电子技术的发展使异步电动机的调压变频调速得以顺利实现。交流电动机的特点直线电动机的构成及工作原理图5.33轨道牵引设计方案之一图5.34轨道牵引设计方案之二5.35用于地铁动车的轨道牵引方案事件管理器（EV）SVPWM信号驱动电路牵引逆变器直线电动机MVBC01USB接口512KBRAM512KBFLASHTMS320F2812内核E²PROMI/O控制电路A/D电流检测故障检测控制电路直线电机的结构直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中电机内部的定子相当于现在直线步进电机的初级，而其转子则相当于其直线步进电机的次级，每当其初级进行通入电流之后，则就会在其直线电机的初次级之间的气隙当中产生行波式磁场，在行波式的磁场与次级永磁体的相互作用之下产生了电机驱动力，从而实现了其运动部件的直线运动能力。直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就形成了一台直线型的感应图步进电机。初级做得很长，延伸到运动所需要达到的理想位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动．通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。直线电机的特点高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。位精度高线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。速度快、加减速过程短行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。效率高由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。城市轨道交通车辆的控制电路，是低电压小功率电路，分为有接点的直流电路和无接点的电子电路。有接点的直流电路由主控制器、继电器、电气控制的低压部分、联锁接点组成；无接点的电子电路由微机及各种电子单元组成，如列车牵引系统控制单元、制动控制单元、空调控制单元等。列车控制系统工作原理控制系统的作用是控制牵引系统与辅助系统各个电器的动作，通过司机或检修人员控制车辆的运行。主电路、辅助电路、控制电路在电气设备方面互相隔离，分别装置在操纵台和各种设备箱、电器柜中，但又通过电磁或机械传动等方式，互相联系、互相配合动作，形成完整统一的车辆电气系统，以实现整个列车的正常运行。控制系统的组成及作用1.主电路控制2.辅助电路控制3.列车照明控制4.车钩监控5.空调控制系统6.列车门控系统7.列车运行自动控制系统•为主电路提供回流通路，使电流经轮对到达钢轨，构成完整的回路•防止电流通过轴承噪声轴承内润滑油层的电腐蚀；•提高轴承的使用寿命接地装置安装位置：安装于转向架轴端，分别在A车转向架的第2轴的右侧和第3轴左侧轴端各安装了一个，分别在B车和C车的转向架第1、3轴的左侧轴端各安装了一个，在第2、4轴的右侧轴端各安装了一个。接地装置主要由接触盘、碳刷架、弹簧支撑组成。控制电路电器驾驶控制器城轨车辆司机控制器为凸轮触点式控制器。驾驶控制器结构驾驶控制器的结构1.主控制手柄2.方式/方向手柄3.主控器钥匙4.警惕开关5.电位器6.转换开关组7.凸轮组位于主控手柄的上端的两个半圆头开关。正常工作时，司机必须用大拇指将两个半圆合拢，只有停车时才放开。人工驾驶时只有按下警惕开关，操作主控器手柄，列车才能启动。若松开警惕开关3秒钟（在弹簧作用下两个半圆头分开），列车立即进入紧急制动状态。主控制手柄主控手柄有零位、牵引、制动、快速制动四个位置。“0”位————机械零位。“牵引”位——向前推动手柄（远离司机），牵引给定值可无级输入，最前端位置为“100%牵引位”。“制动”位——向内拉动手柄（拉向司机），制动给定值可无级输入，在“100%制动位”有一阻滞，最里端位置为“紧急（快速）制动位”，快速制动带有限位凹槽。方式/方向手柄方式方向手柄用于选择驾驶方向，有向前、0、后退三个位置。运行方向必须在车辆运行前选择，并且到下一站前保持有效。“ATC”列车自动控制位：通过系统操作或手动控制向前运行。在制动位上通过操作主控器手柄，可摆脱“ATC”的指令进行制动。“0”位置：没有驾驶模式被激活。“后退”位置：人工倒车模式。方式/方向手柄与主控制手柄间存在机械连锁。只有当主控器手柄在“0”位，方式/方向手柄才进行向前或向后位置转换。只有当选择好方向，即方式/方向手柄在非零位，主控器手柄才可进行牵引或制动操作。一旦方式/方向手柄在非允许情况下改变了方向手柄的位置，则系统自动启动紧急制动。3.主控器钥匙主控器钥匙用于激活司机台，有两个位置：“0”位置：关闭位置，只能在此位置取出或插入钥匙。主控器钥匙零位时，主控器手柄和方式/方向手柄被锁死，不能操作且都处于零位。“1”位置：激活司机台。司机可进一步操作其它开关激活车辆。一旦主控器手柄和方式方向手柄处于非零位，则主控器钥匙被锁死不能回零位。只有当主控器手柄和方式/方向手柄双零位时，主控器钥匙开关才能从“1”位移回“0”位。驾驶控制器司机室司机台辅助电路电器主要包括：空气压缩机装置、照明和空调等。•城轨列车的每个单元，即A、B和C车车顶上都安装了两个相同的空调装置（A/C），该空调装置一般不能用来取暧。•空调装置把空气吸入到安装在车顶板上部的风道里，空气在风道里按整车长度均匀分配，并通过安装在车顶上的空气隔栅吹入客室。A车除了有客室通风系统，还安装了单独的司机室通风单元，司机室通风单元与风道系统相连，由人工控制。•新鲜空气通过四个横向的隔栅（新风入口）进入A/C单元，与从客室来的循环空气混合。循环空气通过空调单元端部的返回入风口进入空调。混合空气经处理后，经空气分配风道强迫进入客室。•空调装置•空调装置•空调装置•空调装置•空调装置客室空调送回风口分布图空调机组的主要部件及其分布见下图所示：10:46:28客室空调控制器客室空调控制柜作用：确保车内有一个舒适的环境温度和湿度，即使室外的温度和湿度很高，空调装置也能够给旅客提供充足的新鲜空气。空调压缩机空调蒸发风机冷凝风机蒸发器1.空调系统结构组成2个冷凝盘管、2个轴流风扇电机（即室外热交换机）作用：将室外风机吸入的新鲜空气经过盘管，实现内部制冷剂的冷凝；2个涡旋式压缩机：吸入低温的制冷剂将其压缩为高温高压的制冷剂后送出；2个干燥过滤器：用以吸收制冷剂中的水分，同时过滤制冷剂中的杂质，避免制冷系统出现脏堵；1套蒸发器包括：1个带有两个热力膨胀阀的蒸发器盘管、1套风扇及其驱动电机、1个压力开关、1个供风温度传感器、1个空气过滤器作用：将制冷剂与混合空气进行热交换。1个基于微处理器的温度控制器控制板：通过数字输入/输出和MVB总线与车辆信息系统连接，用来报告故障，启动命令，启动授权和自检测结果。10:46:282.空调系统的运行模式⑴通风（无制冷）⑵预制冷（只有循环空气）⑶制冷--一般新鲜空气模式⑷制冷--减少新鲜空气模式⑸紧急通风（只有新鲜空气）⑹试验模式通常的三种-----空调系统启动时，预制冷模式自动启动，一直保持到发出驾驶指令，在这