地铁资料地铁列车牵引系统

1、地铁资料地铁列车牵引系统地铁资料地铁列车牵引系统第1页2022/9/42目 录列车牵引理论简述列车牵引系统设备组成列车牵引控制一号线车辆牵引系统介绍地铁资料地铁列车牵引系统第2页2022/9/43第一个别列车牵引理论简述地铁资料地铁列车牵引系统第3页2022/9/44列车受力分析地铁车辆在运动过程中会受到各种外力作用，影响它运行结果。咱们把全部作用在车辆上外力协力用G表示，依据动力学原理:当G 0时， 车辆加速运行；当G =0时， 车辆静止或匀速运行；当G0时， 车辆减速运行。作用在车辆上很多外力按其性质可分为三类：牵引力 FK 使列车运动并能够控制外力；车辆阻力 W 在运行中产生与列车运行方

2、向相反不可控制力；制动力 B 与列车运行方向相反并使列车减速或停顿可控制外力。这三个力作用于列车，并影响列车运行。在普通情况下不是同时存在。在牵引工况，牵引力、阻力同时存在；在惰行工况，仅阻力存在；在制开工况，制动力、阻力同时存在。 地铁资料地铁列车牵引系统第4页2022/9/45牵引力形成 牵引电机转矩经过输出轴，传动装置（联轴节，齿轮箱）最终使车辆动轮取得扭矩M。假设咱们把车辆吊起来离开钢轨，则扭矩作为内力矩，只能使车轮发生旋转运动，而不能使车辆发生平衡运动。但当车辆置于钢轨上使车轮和钢轨成为有压力接触时，就产生车轮作用于钢轨能够控制力F，而F所引发钢轨反作用于车轮反作用力FK就是使列车发

3、生平移运动外力（如图所表示）。这种由钢轨沿列车运行方向加于动轮轮周上切向外力FK就是列车轮周牵引力，简称列车牵引力。地铁资料地铁列车牵引系统第5页2022/9/46黏着与黏着定律 由上面图能够看出，车轮因为受到正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止,这种现象称为“黏着”。黏着状态下静摩擦力FK也叫“黏着力”。 黏着类似于静力学里静摩擦。当动轮驱动转矩产生切向力F增大时，黏着力FK也随之增大，保持与F相等，试验证实，黏着力最大值于动轮正压力成正比，其百分比常数被称为黏着系数。 当F增大超出粘着力极限值时，轮轨间粘着被破坏，动轮因无足够水平支承力，就不能在钢轨上滚动，而开始在钢轨上滑动，造成动轮空转

4、，这时，钢轨对车轮反作用力FK（牵引力）也因由静摩擦力变为动摩擦力而急剧下降。伴随轮轨间相对滑动速度增加，动磨擦系数越来越小，粘着力下降更为严重。结果动轮以轴为中心加速空转，车轮空转易造成传动装置和走行部损坏，并使轨与轮接触面擦伤。所以在运行中必须尽可能防止。 总而言之，列车牵引力最大值在任何时候都不得超出车辆各动轮与钢轨间粘着力最大值总和。这一原理称为粘着定律 地铁资料地铁列车牵引系统第6页2022/9/47影响牵引力两个原因一是牵引装置传给轮正确转矩。它和牵引电 机速度特征和扭转特征所决定牵引特征相关；二是动轮与钢轨相互作用，主要是轮轨间 粘着系数以及动轮荷重相关。当牵引电机选定后，轮轨间

5、粘着就变成产生牵引力决定条件，牵引力不能大于轮轨粘着力，不然动轮就会产生空转，列车不能前进并造成轮对踏面和钢轨面擦伤恶果。 地铁资料地铁列车牵引系统第7页2022/9/48阻力阻力是车辆运行中必定存在一个外力与列车运动方向相反，依据阻力引发原因可把阻力分为基础阻力和附加阻力。基础阻力：列车在运行中总是存在，列车在平直道上运行时普通只有基础阻力。附加阻力：发生在特定情况下，上坡、曲线、起动。列车阻力随所处环境不一样而改变，也与车辆结构设计，保养质量相关。影响阻力原因极为复杂，改变也很大，极难进行理论推算。地铁资料地铁列车牵引系统第8页2022/9/49基础阻力 产生基础阻力主要原因有：滚动轴承及

6、车辆各摩擦处之间摩擦；车轮与钢轨间滚动滚动摩擦和滑动摩擦；冲击和振动引发阻力；空气阻力。基础阻力诸原因对列车阻力影响程度与运行速度相关。低速时，轴承、轮轨等摩擦影响大，空气阻力影响小；高速时，空气阻力占主导地位，而摩擦影响就不大。对于地铁车辆而言，车辆主要在隧道中运行，因为车辆与隧道横截面之比很小，在车辆与隧道间隙中存在着强烈气流摩擦和车辆前后空气压力差，使空气阻力成为车辆主要运行阻力。列车运行速度越高，基础阻力越大。地铁在A车前端下部设计扰流板目标就是为了降低运行时空气阻力。高速列车把外形设计成流线形也是为了降低高速时很大气流阻力。因为影响阻力原因极为复杂，改变很大，所以普通采取理论和试验相

7、结合，求出经验公式，在车辆单位重量下车辆基础阻力公式为： W = a + bv + cv2(N/KN) 阻力与速度是二次函数关系，式中a、b、c为试验数据地铁资料地铁列车牵引系统第9页2022/9/410附加阻力坡道阻力: 列车进入坡道后，由列车重力产生沿坡道斜面分力称为坡道阻力。曲线阻力：曲线阻力是列车经过曲线时增加阻力，引发曲线阻力原因有：缘与外轨头内侧摩擦；柱轴承轴端摩擦；轮对于钢轨横向及纵向滑动；心销及中心销座因转向架回转而发生摩擦。曲线阻力与许多原因相关，如：曲线半径、运行速度、外轨超高、车重、轴距、踏面磨耗程度等。经验公式：起动阻力： 起动阻力对地铁车辆而言起动性能好，影响不大。对

8、内燃机车是一主要阻力。 地铁资料地铁列车牵引系统第10页2022/9/411制动力制动力形成：制动是车辆运行主要性能，制动性能好坏在很大程度上限制了车辆载重和列车运行速度。地铁车辆主要采取电制动，不过因为电制动制动力和车辆运行速度之间关系是速度越低制动力越小，所以停车和紧急制动时还要采取空气制动系统。空气制动又称摩擦制动。列车运行时，增大制动力可缩短制动距离，提升行车安全性，不过，并不是制动力越大，制动效果越好。制动力也和实现牵引力一样，必须恪守粘着定律。当制动力大于轮轨间粘着力时，就像牵引力一样，也会发生轮轨间滑行，此时，车轮被闸瓦抱死，车轮在钢轨上滑行。列车一旦滑行，首先是制动力下降，其次

9、会发生轮对踏面及轨面擦伤。对此司机在驾驶列车，尤其是天气不良，轮轨粘着状态不好时，要尤其加以注意。为了确保正常制动，制动力必须不超出粘着力地铁资料地铁列车牵引系统第11页2022/9/412第二个别列车牵引系统设备组成地铁资料地铁列车牵引系统第12页2022/9/413牵引系统设备组成受电弓高速断路器HSCBVVVF牵引逆变器牵引控制单元DCU牵引电机制动电阻司控器地铁资料地铁列车牵引系统第13页2022/9/414受电弓组成：底座下臂下导杆上臂上导杆弓头张紧弹簧气压升弓装置导电桥线机构阻尼器托最低点位置指示器高位阻挡用途： 从接触网取得1500V直流电，将其转化为三相交流电，来满足列车牵引和

10、车上其它设备用电需求。 地铁资料地铁列车牵引系统第14页2022/9/415高速断路器HSCB低压控制高压开关设备。 其作用就是将电网与车辆高压设备分开，利用HSCB过电流(如短路)后快速响应特征来保护直流侧设备。地铁资料地铁列车牵引系统第15页2022/9/416VVVF逆变器组成： 电源电流传感器 滤波电抗器 直流电压传感器 过电压释放晶闸管 过电压放电电阻 放电电阻, 滤波电容器 IGBT 模块 相电流传感器作用： 牵引时，经过控制内部IGBT模块通断来产生三相交流电源供牵引电机使用； 制动时，将感应电机产生交流电整流成直流电反馈给电网或制动电阻。 地铁资料地铁列车牵引系统第16页202

11、2/9/417牵引控制单元DCUDCU主要功效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逆变器用控制信号，对VVVF逆变器和牵引电机进行控制，包含调整、保护、逆变器脉冲模式产生等。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产生，实现在再生制动和电阻制动之间平滑过渡。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效故障诊疗功效等地铁资料地铁列车牵引系统第17页2022/9/418牵引电机基础参数类型和冷却： 自通风铜条鼠笼式三相感应电机额定方式： 连续制额定功率： 190kW转 矩： 766 Nm电机电压：

12、 1100V电机电流： 130A额定频率： 80Hz 额定转速： 2370r/min转差率： 1.4%-转差率极数： 4极效率： 93%功率因数： 84%最大功率： 牵引时：277kW,DC1350V 车速40km/h, 电流 210A制动时： 455kW,DC1650V 车速80km/h, 电流 215A绝缘等级： 200级（IEC60349-2）齿轮传动比： 7.71(131/17)轮径： 840mm（新） 805（半磨耗，计算用） 770（全磨耗）最高转速： 4780r/min 最高试验转速： 5740r/min 转向： U-V-W正常相序时按照顺时针方向旋转（从牵引端看）预计重量： 6

13、25Kg地铁资料地铁列车牵引系统第18页2022/9/419制动电阻为牵引系统在电制动时消耗过高再生电压耗能设备，确保线网及列车安全。因为在电制动情况下,当能量不能被电网完全吸收时,多出能量必须转换为热能消耗在制动电阻上，不然电网电压将抬高到不能承受水平。所以制动电阻存在确保了电网上其它设备安全。额定电阻值（20） 2.955%采取自然风冷冷却方式地铁资料地铁列车牵引系统第19页2022/9/420司控器司机控制器是用来操纵地铁车辆运行主令控制器，是利用控制电路低压电器间接控制主电路电气设备。司机控制器面板上有控制手柄、换向手柄两种可操作机构。控制手柄有：牵引区、0位、制动区、快速制动位；换向

14、手柄有：“向后”、“0”、“向前”三个档位。司机控制器控制手柄0位、牵引最大位、制动最大位、快速制动位有定位；在这些档位之间为无级调整；经过转动同轴驱动电位器用来调整输入到电子柜电压指令，从而到达调整机车牵引力和电阻制动目标；换向手柄在每个档位均定位，换向手柄稳定在对应档位中。控制手柄、换向手柄和机械锁之间相互机械联锁。在使用时，先打开机械锁，再由换向手柄选定机车行车方向和工况，再操作控制手柄来控制机车速度。在行车过程中，如需要改变机车工况时，必须将控制手柄放回“0”位后，才可进行换向手柄操作。如司机需要进行异端操作时，必须将本端司控器控制手柄置“0”位，且换向手柄置“0”位，锁闭机械锁，拔出

15、钥匙，方可进行异端操作。 地铁资料地铁列车牵引系统第20页2022/9/421第三个别列车牵引控制地铁资料地铁列车牵引系统第21页2022/9/422整列车牵引指令控制车辆牵引指令中有对车辆各种状态监控，一旦这些原因有一点不满足要求，牵引指令线就会断开，列车将无法牵引，以此来进行保护。这其中除了信号系统相关保护外，还有车门状态监控、主风缸压力大小监控、停车制动状态监控、紧急制动状态监控，以下列图所表示：DCR为车门全关闭继电器，当车门全部关好后，DCR得电，其串在牵引回路中常开触点闭合，一旦车门中有一个未能关闭，继电器失电，触点断开，牵引指令就法发送出去。MRPR2为主风缸压力继电器，是由列车

16、管理系统TMS控制，当主风缸压力高于6bar时得电，其辅助触点闭合，一旦主风缸压力低于6bar，继电器失电，触点断开，牵引封锁。PKBR为停放制动继电器，列车在牵引前必须按停放制动缓解按钮缓解停放制动才能让继电器得电来牵引，若停放制动不缓解，继电器不得电，将牵引封锁。EBR为紧急制动继电器，若列车处于紧急制动状态，继电器失电，列车将无法牵引。DCRDLCOSPKBRPKBRCOSMRPR2MPR2COS110vEBR VVVFDCU地铁资料地铁列车牵引系统第22页2022/9/423牵引主电路原理高速断路器(HB)，线路接触器 (LB)，充电电阻 (CHRe)， 充电接触器 (LCH)，制动斩

17、波模块 (BCH1, 2), 制动电阻 (BRe1, 2)输入电流传感器 (DCCTS)，差动电流传感器（DCCT1），滤波电抗器（FL），直流电压传感器 (DCPT1、2)，放电电阻 (DCHR) 滤波电容器 (FC)，牵引电机 (IM14)，U 相电流传感器(CTU)，V 相电流传感器(CTV)，IGBT模块 (IGUIGZ) 地铁资料地铁列车牵引系统第23页2022/9/424主电路功效与说明功效主电路经过HB、线路接触器连至接触网，从电网取得电能。逆变器将1500V直流电压转换为三相交流电压，从而驱动三相感应电机。逆变器由IPM 模块组成。该逆变器能够实现变压变频控制，它能够控制感应电

18、机转速，也就使得列车速度能在一个很宽范围内调整。它还能够实现牵引/再生制动和向前/向后操作，不需切换主电路，而是经过对滑差频率及输出相序控制来实现，也就是说只需控制门极信号。电容滤波器用以吸收地铁接触网电压中纹波。制动电阻用于消耗再生制动网压过高时，不能反馈到网上能量。说明整个主电路含有驱动4台感应电机能力。采取大容量 IPM模块，逆变器每个桥臂由一个 1S1P连接到功率单元组成。为了降低IPM和滤波电容器之间杂散电感，把滤波电容器安装尽可能靠近IPM，并采取了叠片式低感母排。采取了大容量电容滤波器 (FC)以吸收接触网电压中纹波。当检测到主电路中有过电压时，BCH动作，使滤波电容经过电阻放电

19、，从而实现过压保护。检测电压DCPT2连在电容滤波器上。充电时，主电路能量经过充电电阻传递过来。地铁资料地铁列车牵引系统第24页2022/9/425牵引系统基础控制原理一 整个牵引控制系统由输入值设定、速度测量、电机控制、脉冲发生器、能量反馈各步骤组成。DCU经过列车线接收来自控制系统牵引/制动力绝对值（以百分比形式），与此同时还接收司机发出牵引或制动指令，来决定是施加牵引或制动力。在给定值进行实际电机控制前，必须经过以下条件处理:一、输入值设定载荷校验DCU依据对应动车载荷情况来调整实际牵引/制动力，这是因为采取了动力分散型控制，为了保持车钩之间相对运动最小，而且使整车到达相同动态特征。冲击

20、限制 不一样给定值大小改变速率必须符合冲击限制要求，但在防滑/防空转功效激活时候则不受此限制。速度限制（牵引时） 一号线要求了3个速度限制，速度控制优先级高于电机控制。 正常速度：80 km/h 倒车速度：10 km/h 慢行速度： 3 km/h地铁资料地铁列车牵引系统第25页2022/9/426牵引系统基础控制原理二线电流限制（牵引时） 在牵引工况时，线电流控制优先级高于电机控制，出于功耗考虑，会设置一个限制值。欠压保护（制动时） 在制动时，网压一直受到检测，当网压降到1500V以下时，制动力矩随速度和网压对应降低，这时不足制动力由气制动补充。空转/滑行保护 空转/滑行保护经过比较拖车动车之

21、间速度差异来实现，经过适当降低力矩设定值，该保护能确保输出最大所要求牵引/制动力，当拖车速度检测失败时，该保护还能够经过仿真计算拖车速度来确保正常功效地铁资料地铁列车牵引系统第26页2022/9/427牵引系统基础控制原理三二、速度检测每个牵引电机带一个速度传感器，每个牵引控制单元连接3个速度传感器。在正常情况下，该数值直接送入DCU进行牵引控制，在进行速度测量时候，假如出现各速度值不相等情况（比如，空转/滑行时），甚至在极端情况下，只有一个电机速度信息对于牵引控制来说都是足够。当DCU监控逻辑系统发觉有一个速度传感器故障时，马上封锁该速度信号，以免对牵引控制造成严重影响。除了电机速度，在DC

22、U中一样检测拖车速度。在拖车一个轴上装有一个编码速度传感器。三、脉冲模式发生器 脉冲模式发生器依据电机控制三个输入变量：相控因数、定子频率、和校正角实时计算牵引逆变器中IGBT触发脉冲。地铁资料地铁列车牵引系统第27页2022/9/428牵引系统基础控制原理四四、能量反馈在电机能量反馈中,能量反馈到电网中,假如在电制动情况下,能量不能被电网完全吸收,多出能量必须转换为热能消耗在制动电阻上，不然电网电压将抬高到不能承受水平。制动斩波器存在确保大个别能量能反馈回电网，同时又保护了电网上其它设备。在制动时，电网电压一直被检测，假如网压降到1500V以下，制动力矩随速度和网压对应受限制，不足电制动由气

23、制动补充，假如网压降到回馈制动保护值1000V时，电制动切除，列车制动完全由气制动负担。地铁资料地铁列车牵引系统第28页2022/9/429电机控制原理 VVVF逆变器由六个IGBT开关 SU SZ组成，同一时间总是开通三个开关输出三相交流电。交流电频率、电压是经过开关导通时间来控制。采取空间矢量控制电机磁通大小和方向（空间矢量）经过逆变器输出线电压和相电流，电机速度等参数近似得到。绕组中电流和电机电压作为空间矢量与磁通量相关，地铁资料地铁列车牵引系统第29页2022/9/430列车运行控制模式图地铁资料地铁列车牵引系统第30页2022/9/431第四个别一号线列车牵引系统介绍地铁资料地铁列车牵引系统第31页2022/9/432一号线车辆牵引系统概况沈阳地铁一号线牵引系统由日本三菱企业提供：采取3动3拖方案 采取受电弓受流方式 采取1C4M供电方式，即每辆动车配置一台VVVF逆变器向同一辆动车上四台牵引电动机供电交流传动方式, 。设一台高速断路器。牵引电机采取矢量控制，在AW0AW3范围内能自动调整牵引力和电制动力大小。列车运行控制分为手动控制和自动控制 。基础功效 （1）牵引工况 向异步牵引电动机提供频率和电压连续可调三相电源； （2）再生制开工况 当异步电动机变成异步发电机时，将异步发电机电能反馈给电网； （3）电阻制开工况 当异步电动机变