项目一 城轨车辆电气控制系统构成ppt课件

.,城市轨道交通车辆电气控制,机械工业出版社同名教材配套电子课件,收集；丁太生,2020/4/26,.,教材编写基本思路,2020/4/26,.,城轨电动列车驾驶员职业所需知识、技能、要求,1.识图知识：电动列车车辆设备布置图、电动列车车辆综合线路图、电动列车辅助系统原理图、电动列车气路系统原理图2.电机知识3.电动列车车辆知识:车辆驾驶操作知识、车辆制动系统知识、车辆转向架知识、车辆电力电子器件知识、车辆电气机械控制知识、车辆故障判断及应急处理知识4.法律规章知识:司机手册、电动列车驾驶员规范化作业标准、相关电动列车检查、运行、调试、故障处理与安全生产等规程规范。,.,项目一城市轨道交通车辆电气控制系统构成,.,任务一城市轨道交通车辆电气控制系统基础描述,任务二城市轨道交通车辆控制系统部件功能,任务一城市轨道交通车辆控制系统部件功能,2020/4/26,.,学习目标：,1掌握城市轨道交通车辆电气控制原理；2掌握牵引与电制动的控制原理；3会进行城市轨道车辆受力和列车运行工况；4掌握牵引力和制动力的形成；5了解空转和滑行的形成，会进行车辆空转和滑行的保护处理；6掌握牵引动力装置的结构和工作原理；7了解城轨车辆电器结构原理。,.,实践练习：课上与课下结合、书面与实践结合、基础与综合结合（课业）操作练习：1）在实训室完成对城轨交通车辆电气控制系统的认识和对其作用了解。2）通过模拟操作受电弓，了解受电弓的升弓和降弓气路工作过程。根据受电弓图片，标出受电弓各部件的名称，说明其作用。3）根据自己对牵引的了解，画出城轨车辆牵引系统能量转换过程图。书面练习：1）说明城市轨道交通车辆控制的原理。2）简介城市轨道交通车辆电气控制系统组成。3）以A型车为例，列表说明城市轨道交通地铁车辆电气设备布置。,2020/4/26,.,项目描述（1）：,城市轨道交通车辆最根本的任务：运输完成运输任务的关键：车辆的运行速度及其控制控制系统作用：根据运营系统给出的命令对各功能子系统进行调控。控制系统类型:牵引控制、制动控制控制系统控制方法：数学模型化、传统的PID调节、人工智能原理的各种控制方法,2020/4/26,.,人机界面作用：驾驶员可随时了解整个列车的运行状态和各主要单元部件的工作状态，必要时人工干预。人机界面组成：系统操作软件、微机控制系统、总线控制电气控制系统功能：实现列车自动驾驶系统ATO、列车自动控制系统ATC、列车自动保护系统ATP、列车自动监控系统ATS、列车通信控制TCC等全自动控制电气控制系统组成：主牵引传动系统、辅助电源系统、牵引/制动控制系统、车门控制系统,项目描述（2）：,2020/4/26,.,图1-1城市轨道交通车辆控制原理图,2020/4/26,.,任务一城市轨道交通车辆电气控制系统基础描述,一、城市轨道交通车辆电气控制系统概述,学习任务,2020/4/26,.,图1-2司机驾驶地铁车辆,.,2020/4/26,.,二、城市轨道交通车辆总体控制,电力牵引传动控制系统：定义：在轨道交通运输中，采用电动机传动来满足车辆牵引的电气部分。控制对象：牵引电机作用：对电动机的速度和牵引力进行调节分类：直流传动控制系统、交流传动控制系统工作原理：图1-3地铁单元车辆的总体控制,2020/4/26,.,图1-3地铁单元车辆的总体控制,2020/4/26,.,三、城市轨道交通车辆电器部件与设备,图1-4庞巴迪公司与长客生产的地铁车辆的主要设备配置,拖车(TC),动车（M）,动车(M),2020/4/26,.,车底电器的悬挂,2020/4/26,.,任务二城市轨道交通车辆控制系统主要部件功能,城市轨道交通车辆控制系统部件一般称为牵引电器。定义：对城市轨道交通车辆以及其它的牵引设备进行切换、检测、控制、保护和调节的电器及装置。构成：主电路电器、控制电路电器、辅助电路电器特点：外型呈平整的箱状，且宽度小，安装时尽可能成列布置；结构方面要便于更换触头、弹簧和其它被磨损零件。操作次数频繁，零件的机械与电气强度方面，要求有较大的安全系数，同时必须保证有最大的可靠性。,.,2020/4/26,.,牵引电器结构特点：,螺钉连接应有弹簧垫圈和紧锁螺帽，接触器等运动的重心落在支撑点上；计算绕组、选择绝缘材料、润滑油要考虑温度变化；用电镀涂压的办法来防止零件表面的锈蚀；选择漏电间隙和绝缘距离时，应从可能最坏的表面工作情况出发，保证牵引电器之间的绝缘可靠。,2020/4/26,.,（一）受电弓,1.城轨交通车辆的供电与受流地铁和轻轨速度不高，常采用直流供电。电压制式：发展趋向是IEC标准中600伏、750伏、1500伏中国国家标准地铁直流供电系统的规定是:直流750伏（波动范围500900伏）和直流1500伏（波动范围10001800伏）。供电形式：接触网供电、接触轨供电受流形式：接触网受流、第三轨受流,一、主电路电器,主要包括：受电弓、高速断路器、主接触器和牵引变流装置等。,.,牵引网,由馈电线、接触网、轨道回路及回流线组成的供电网络称为牵引网,从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线,用以供牵引电流返回牵引变电所的导线,列车行走时，利用走行轨作为牵引电流回流的电路,为便于检修和缩小事故范围，将接触网分成若干段称为电分段,经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网,主变电站,牵引变电站,馈电线,接触网,钢轨,回流线,电分段,接触网,馈电线,主变电站,回流线,.,.,侧摩式接触轨（第三轨）,.,动车转向架侧面都有受流器，直接搭在三轨上边，中间扁六边形，就是与三轨接触的铜滑块。,2020/4/26,.,2.受电弓的结构组成,受电弓:城市轨道交通车辆的受流装置根据驱动动力分为:气动弓和电动弓,1-基础框架2-高度止挡3-绝缘子4-框架5-下部支杆6-下部导杆7-上部支杆8-上部导杆9-集流头10-接触带11-端角12-升高和降低装置13-电流传送装置14-吊钩闭锁器,图1-5单臂受电弓结构组成,2020/4/26,.,3受电弓工作原理,受电弓靠滑动接触受流，是移动设备与固定供电装置之间的连接环节。受电弓受流性能的基本要求是：集流头与接触网接触可靠，磨耗小；升降弓时对车顶设备不产生有害冲击；运行中受电弓动作轻巧，动态稳定性能好。受电弓的提升依靠升弓弹簧完成；降弓是通过传动风缸内部的降弓弹簧来实现；压缩空气在传动风缸的充气及排气决定了受电弓的升与降。（1）升弓过程：在列车及司机台激活的情况下，按下副司机台受电弓升弓按钮，相应的升弓电路工作，升弓电磁阀得电动作，打开风源至传动风缸的通路，传动风缸充气，将内部的降弓弹簧压缩，在升弓弹簧的作用下克服自身重力升起。,2020/4/26,.,图1-6升弓风路示意图,风路系统,2020/4/26,.,（2）降弓过程,a)快速降弓风路b)缓慢降弓风路图1-7降弓风路示意图,2020/4/26,.,（3）紧急操作,当车辆有压缩空气，但气压不足(低于3bar)时，受电弓也可以手动升弓。,使用B车车厢设备柜中的脚踏泵，同时手动或电动控制电磁阀开通风路，人工踩压脚踏泵打风，至风压足以升起受电弓为止。,2020/4/26,.,受电弓主要技术参数有电气数据、机械参数及几何尺寸参数。适用场合：某公司A型车受电弓，网压DCl500V，4M2T编组。,4受电弓主要技术参数,2020/4/26,.,（二）高速断路器（HSCB）,作用：在车辆发生故障时执行保护指令，切断动力电源。1HSCB的主要性能指标及特点主要性能指标有两个：机械响应时间、分断能力（1）断路器的机械响应时间（Tm）：指从通过断路器的电流达到动作值，到主触头打开的时间。电流增长率越大，机械响应时间越长。,图1-8高速断路器机械响应时间与电流增长速率关系,2020/4/26,.,（2）分断能力,在相同的短路稳态电流情况下：电流增长率didt越大，则开断电流d越大，限制时间TL越短，总开关时间Ttot越短，I2d积分越大。,图1-9高速断路器开断过程电流、电压波形,2020/4/26,.,2.HSCB的主要特点:,2020/4/26,.,3HSCB结构,上海地铁1号线用AEG公司产TSEl250-B-I型高速开关，安装于B车上。主要包括：基架、短路快速跳闸装置（KS）、过载跳闸装置（S型）、合闸装置、灭弧栅。,图1-10高速开关结构外形,2020/4/26,.,高速开关主要构件有：,（1）触头系统（2）灭弧机构（3）传动机构（4）自由脱扣机构（5）最大电流释入器（6）最小电压释入器（7）辅助开关,-采用串封闭式导弧角。,-动、静触头（上海地铁车辆高速开关是双极串联形式），触头的接触形式采用线接触接触面大、磨损较小、制造方便，触头制成单独成零件，便于更换。,-用来操纵主触头闭合。传动形式：手动传动电磁机构传动,-位于传动机构与主触头之间，用来保证当电路发生短路时，传动机构还起作用，高速开关能够可靠地开断电路。,-即过载时通过拉杆作用于自由脱扣机构而开断；短路时直接撞击锁钩开断电路。,-用于联锁、指示、控制作用。,2020/4/26,.,4.HSCB的工作原理,图1-11TSEl250-B-I型高速开关结构原理,1-上接线端2-静触头3-动触头4-动触头臂5-弹性连接板6-下界限端7-过载跳闸（S）装置8-拉杆9-释放锁件10-转换机构11-转换轴12-短路快速跳闸（KS）衔铁13-撞击螺钉14-转换杆15-滚轴17-短路快速跳闸拉杆18、19-灭弧板,2020/4/26,.,5.高速断路器参数举例表,2020/4/26,.,（三）主接触器,作用：用来频繁地接通和切断主电路的自动切换电器。特点：能进行远距离自动控制，操作频率较高，通断电流较大。分类：按通断电路电流种类：直流接触器、交流接触器按主触头数目：单极接触器、多极接触器按主触头数目：电空接触器，电磁接触器,.,2020/4/26,.,1.电磁接触器结构组成,电磁机构：包括铁芯、带驱动杆的螺旋线圈、盖板。主触头：用来通断电路，触头为球面镀银。灭弧装置：包括吹弧线圈、带电离栅的灭弧罩辅助触头支架固定装置电离栅：将进入的电弧分割成一系列短弧，然后使电弧加速冷却，吹弧线圈确保快速和有效的灭弧。直流接触器设计为模块结构，外壳材料阻燃、无毒、无环境污染。,2020/4/26,.,2.电磁接触器工作原理,a、接通过程：电磁圈未通电时，衔铁在反力弹簧作用下保持在释放位置。当电磁线圈得电后，铁芯在电磁力作用下带动驱动杆克服反力弹簧运动。动触头在驱动杆带动下，触头上部与静触头点接触，随着驱动杆继续运动，触头上压力不断增加，动触头在静触头上边滚动边滑动，进行研磨，一直到电磁力与反力弹簧力平衡止，接触点移到触头下部，完成触头闭合，主接触器进入工作状态。同时辅助触头依靠驱动凹轮，同步打开或闭合。,2020/4/26,.,断开的过程则相反，失电后，电磁力小时，反力弹簧起作用，主触头分断，同时辅助触头的状态也跟着变化。主触头闭合的研磨过程，将其表面的氧化物或脏物擦掉，减小接触电阻。出头断开的反力可使触头分断时所产生的电弧不致损坏正常接触点。反力主要由弹簧力产生，通常是园柱螺旋弹簧。圆柱螺旋弹簧分为：拉伸弹簧、压缩弹簧,b、断开过程,2020/4/26,.,3.BMS.15.06型直流电磁接触器技术参数,2020/4/26,.,（四）线路滤波器,线路滤波器：包括线路滤波电抗器和线路滤波电容器；位于主电路牵引变流器中。1线路滤波器的作用：（1）滤平输入电压。（2）抑制电网侧发生的过电压减少其对逆变器的影响。例如：变电所的操作过电压、雷击过电压等。（3）抑制逆变器因换流引起的尖峰过电压。（4）抑制电网侧传输到逆变器直流环节的谐波电流，抑制逆变器产生的谐波电流对电网的影响。（5）限制变流器的故障电流。,2020/4/26,.,2线路滤波电抗器：,作用：保证电感在任何电流值时均恒定。要求：采用空心线圈结构。电抗器的电感量须与线路电容器的电容量相匹配。谐振频率与信号系统的调制频率有一定的差值。网压DCl500V的城轨车辆，逆变器容量在1000kVA以上的系统，电感量一般为58mH。,2020/4/26,.,3线路滤波电容器,从功能上，由于它用于逆变系统的直流环节（DCLink），因此称作“支撑电容器”。从性质上，由于要求它能承受很大的谐波电流，因此称作“直流脉冲电容器”。,国外某公司支撑电容器系列产品主要参数举例表：,2020/4/26,.,（五）制动电阻器,车底制动电阻箱,作用:电阻制动时，制动电阻吸收未被消耗掉的电机发电能量，转换为热能散逸到大气中去。,2020/4/26,.,制动电阻器,要求:良好的热容量、耐振动、防腐蚀，在高温下不生成氧化层，特别要注意在正常使用周期内不断裂。,图1-12制动电阻器结构1-底面板2-电阻排3-绝缘板4-铜棒5-热量显示盒6-风道,2020/4/26,.,1制动电阻器的主要技术指标,（1）电阻值：20时的阻值与热态时的阻值。（2）电阻材料：材质及温度系数。（3）功率：等效持续功率与短时最大功率。（4）最高工作温度：一般600左右（5）冷却：多数采用强迫风冷，少数采用自然风冷(列车走行风)（6）保护：过热、过流、失风(若用强迫风冷)保护、IP等级（电阻箱外观保护等级）,2020/4/26,.,2制动电阻器主要技术参数举例某公司A型车，网压DCl500V，4M2T编组。,2020/4/26,.,（六）平波电抗器,平波电抗器是一个带铁心的大电感。,2020/4/26,.,（六）平波电抗器,工作原理：利用电感元件隔交通直的性质和电路的楞次定律，在牵引电机支路串联平波电抗器后，当整流器输出的脉动电流流过时，平波电抗器产生自感电势（）阻止电流的变化。作用：减小、敷平电流脉动。选择：在一定的整流电压下，先规定好整流电流的脉动系数，然后计算出不同负载下对应的电感值，再选用合适的平波电抗器。,平波电抗器是一个带铁心的大电感。,2020/4/26,.,电感Ld与整流电流Id的关系Ldf（Id）应为一双曲函数（如图1-20所示曲线1）；,平波电抗器特性曲线：,试验表明具有铁芯的电抗器可使IdLd的乘积近似常数，这样便使电流脉动系数近似不变（其特性曲线如1-20中曲线2）。,2020/4/26,.,（七）接地装置,1.功能：为主电路提供回流通路，使电流经轮对到达钢轨，构成1500V完整的电路。同时防止电流通过轴承造成电腐蚀，提高轴承的使用寿命。2.安装：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。,2020/4/26,.,3接地装置的外形与结构,接地装置主要由接触盘、碳刷架、弹簧支撑组成。,图1-13接地装置内部结构,.,二、控制电路电器,驾驶控制器装置牵引控制系统电器列车自动控制系统电器等,主要包括,下面分别介绍：驾驶控制器、速度传感器、继电器、浪涌吸收器,2020/4/26,.,（一）驾驶控制器,城轨车辆司机控制器为凸轮触点式控制器。,司机控制器及其相关位置,2020/4/26,.,图1-14司机控制器结构,驾驶控制器结构,2020/4/26,.,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,-在主控手柄底部连接一电位器，当主控手柄由零位移向牵引或制动位时，输出0-20mA电流的司机指令，给控制电路。,2020/4/26,.,1.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。,2020/4/26,.,2.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。,2020/4/26,.,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。,2020/4/26,.,（二）速度传感器,速度传感器安装于车辆轮轴上，它提供控制系统信号的选取，转换和传输。装于城市轨道交通车辆上的速度传感器要求性能可靠、精度要高、抗干扰性强。,图1-15车辆速度传感器布置,速度传感器,防滑速度传感器,接地装置,防空转防滑速度传感器,接地装置,2020/4/26,.,1速度传感器的结构与工作原理,作用：用于城市轨道交通列车的速度检测。结构：脉冲发生器、磁轮、密封件、外盖。工作原理：是磁电式传感器，利用电磁感应原理，不需要外加电源，可将输入机械位移转换成线圈中的感应电势输出。,图1-16转速传感器原理图,当齿轮随车轴旋转时，齿轮与软磁铁轭之间的气隙随之变化，从而导致气隙磁阻和穿过气隙的主磁通的变化，在线圈中感应出电动势。设每转一圈传感器发出110个脉冲，其频率为：f=Nn/60Hz,式中：n-转速（rmin）N-齿数（110）,2020/4/26,.,2技术参数,2020/4/26,.,（三）继电器,定义:是一种根据外界输入信号（电量或非电量）的变化，接通或断开小电流电路，以实现自动控制和保护功能的电器。作用：主要用来反映各种控制信号，其触点通常接在控制电路中，不直接控制主电路。特点：主要用来反映各种控制信号，其触点通常接在控制电路中，不直接控制主电路。,图1-17电气设备柜中的继电器,2020/4/26,.,继电器构成：测量机构、执行机构继电器分类：按照工作原理分为:电磁继电器、感应继电器、热继电器等按输入信号性质分:电流继电器、电压继电器、压力继电器等按输入信号性质分:有触电、无触点式,2020/4/26,.,1结构原理：,电磁式继电器的电磁机构就是测量机构，当输入量达到其动作参数时，就将转变为衔铁的吸合动作。它的触点是执行结构，当输入量达到动作参数时，它由原来的开断状态转变成闭合状态，并接通被其控制的电路，从而得到一个输出电压。继电器的输入量与输出量的关系称为继电器的输出一输入特性。设输入量X，输出量为Y，当输入量X由零增加到动作参数X动作时，衔铁被吸合，使触点闭合，接通被控电路，在输出端有电压输出，即输出量Y由零跃变到最大值Ymax。衔铁吸合后，如果将输入量X减小到释放X释放，使反作用力大于电磁吸力，衔铁释放，触头开断，被控电路也断开，输出量由量大值Ymax下降到零。当输入量X由X释放继续减小时，输出量Y维持为零值。通常X动作远大于X释放。继电器输入量的释放参数与动作数之比称为返回系数K，即K为X释放X动作的比值。,2020/4/26,.,2技术参数继电器的主要特征参数有:额定电压、吸合电压、释放电压，吸合时间、释放时间，线圈消耗功率，触点接触电阻、绝缘电阻，触点负荷和寿命等。,3继电器举例上海地铁一号线车辆主要使用SH系列继电器。其命名为：,.,作用：浪涌吸收器用于防止来自城市轨道交通车辆外部的过电压（如雷击等）对车辆电气设备的破坏。,其外壳用硅橡胶材料或其它抗紫外线、不分解的绝缘材料制成。,（四）浪涌吸收器（避雷器）,图1-18浪涌吸收器,2020/4/26,.,1结构原理,浪涌吸收器安装于B车车顶的受电弓侧。它包括一个火花间隙和一个非线性电阻，装配于一个陶瓷壳内。正常电压下火花间隙处于不通状态，出现大气过电压时击穿放电。将过电压限制在一定水平，保护设备。当过电压终止后，迅速恢复至正常状态。击穿电压的幅值同击穿时机的关系曲线称为伏秒特性。要可靠保护用电设备，避雷器的伏秒特性应低于被保护绝缘的伏秒特性，即同一过电压下避雷器应先击穿。,2020/4/26,.,2浪涌吸收器主要技术参数（1）额定冲击释放电流、冲击电流、持续释放电流、短路电流；（2）阀座电压、冲击释放电压、直流放电电压；（3）爬电距离、放电距离；（4）特性曲线。,3浪涌吸收器主要技术参数举例（使用车型：A型车，网压DCl500V）,.,三、辅助电路电器,主要包括：空气压缩机装置、照明和空