城轨车辆牵引传动系统的组成和原理-交流主电路的案例分析

2.“两动一拖（2M1T）”单元主电路原理图2-44两动一拖(2M1T)单元车主电路结构框图图2-45PA箱逆变器主电路（三）交流主传动案例分析图2-431C4M单元车交流主传动系统原理电路图列车从受电弓

P受流后，经过主熔断器F同时给两节车上的逆变器供电。（三）交流主传动案例分析图2-431C4M单元车交流主传动系统原理电路图列车从受电弓

P受流后，经过主熔断器F同时给两节车上的逆变器供电。1.工作原理：牵引时，电能传递路径为：电网直流1500V通过受电弓P、主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK及逆变器给牵引电机供电。在再生制动时以相反的路径使电网吸收电机反馈的能量。各环节电路及作用为：

（1）充电限流环节

（2）VVVF逆变器

（3）“软撬杠”保护环节

（4）“硬撬杠”保护环节

（5）其他保护环节

由接触器CCK与电阻CCZ构成。在受电弓升起、高速断路器闭合后，为防止过大的充电电流冲击使滤波电容器受损，首先闭合CCK，待电容电压达到一定值后，闭合线路接触器LIK，将限流电阻CCZ短接。

即T7、D8构成的斩波器。斩波器的主要功能是用于电阻制动，用它来调节制动电流的大小。另一个功能是作过电压保护之用。Rc是固定并联在滤波电容器LFC上的放电电阻。主电路断电后LFC两端电压在5min内降到50V以下。由此可以确定放电的时间常数及放电电阻值。IES是隔离／接地开关，在需要主电路接地时将它转换到接地位置。CBR为差动电流传感器，用以检测直流电路流人与流出的电流差，以检测接地等故障。SA为浪涌吸收器（避雷器），保护因雷击或因变电所的开关动作引起过电压对主电路器件的损害由T1、D1～T6、D6构成。其作用是在牵引工况将直流电能变换为电压和频率可调的交流电能供给牵引电机。TZ是晶闸管，FCZ是过电压保护电阻。当直流环节发生过电压，经斩波器放电后仍不能消除，则晶闸管TZ导通，直流电路通过FCZ放电。因为晶闸管只能触发导通，而不能用门极触发方式关断，因此TZ触发后必须立即断开高速断路器HSCB，否则会造成直流电路持续放电。（3）基本工作原理

DCU通过列车线接受来自控制系统的牵引／制动力绝对值（以百分比的形式），与此同时还接受司机发出牵引或制动指令。当给定值给出后，经过以下条件的处理对牵引电机实施控制。

①

输入值设定：载荷校验、冲击限制、速度限制（牵引时）、线电流限制(牵引时)、欠压保护(制动时)、空转／滑行保护。

②

速度检测

③

电机控制

④

脉冲模式发生器

⑤

能量反馈

①

输入值设定：载荷校验冲击限制

速度限制（牵引时）线电流限制(牵引时)欠压保护(制动时)空转／滑行保护DCU根据相应动车的载荷状况来调整实际牵引／制动力。这是由于采用了动力分散型控制，为了保持车钩之间的相对运动最小，并且使整车达到相同的动态特性。给定值大小的变化速率必须符合冲击限制的规定，但在防滑／防空转功能激活的时候则不受此限制。

广州地铁一号线车辆规定了3个速度限制，速度控制的优先级高于电机控制。正常速度：80km／h

倒车速度：10km／h

慢行速度：3km／h在牵引工况时，线电流控制的优先级高于电机控制，出于功耗的考虑，该限制值为不超过每节动车720A。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作相应的减少，这时不足的制动力由气制动补充。空转／滑行保护通过比较拖车、动车之间的速度差异，以适当减少力矩设定值来实现。②

速度检测

每个牵引电机带一个速度传感器，输出两个通道，每个通道相差为90°的方波(电机每转为256个脉冲)，通过判断相差确定转向。每个牵引控制单元连接3个速度传感器。

在DCU中同样检测拖车的速度。在拖车的一个轴上装有一个编码速度传感器，该传感器是单通道(每周111个脉冲)。

在DCU中有两块电路板A305与A306（即中断处理与速度测量板），专门用来处理速度信号，速度值通过计算脉冲数，与参考时钟周期计算得到。③

电机控制：采用空间矢量控制图2-47磁场定向控制结构图④

脉冲模式发生器

脉冲模式发生器根据电机控制的三个输入变量：相控因数、定子频率和校正角，实时计算牵引逆变器中的GTO触发脉冲。图2-48脉冲模式区域分布图⑤

能量反馈

在电机的能量反馈中，能量反馈到电网中，如果在电制动的情况下，能量不能被电网完全吸收，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。

制动斩波器的存在确保大部分的能量能反馈回电网，同时又保护了电网上的其他设备。（4）牵引控制单元DCU及逆变器保护监控单元UNAS①

牵引控制单元结构

②

牵引控制单元基本功能

③DCU基本工作原理

④UNAS基本功能

⑤DCU的PCB板功能描述牵引控制单元DCU和逆变器保护单元UNAS设计成一上下两层的机箱，共装有25块电子板。各电子板为标准的印刷电路板，使用多层板技术，电子板上的元件采用表面封装（SMD）或插装（DIL）。

DCU的A314和A315板、UNAS的A329和A330板的前面板上通过Hartm8接插件（48针）与外部电路联接。a．牵引系统的控制与调整；b．脉冲模式的产生与优化；c．VVVF与牵引电机的控制与保护；d．对列车状态的监测与保护e．再生制动与电阻制动的控制与调节f．电制动与气制动的自动转换及列车保压制动的实现；g．防滑／防空转保护及载荷调整；h．逆变器线路滤波电容器的充放电控制i．列车速度的获取与处理及自动计算

停车距离；j．列车牵引控制系统的故障诊断与存储k．为其它控制系统提供列车状态信号l．提供串行接口与PTU连接，

进行监测与控制；m．提供“黑匣子”功能n．提供“看门狗”功能。

DCU从列车线和外部控制系统(ATO)接收司机指令及RVC（牵引／制动参考值转换器）的指令参考值，接收本车的3个电机速度信号、拖车的一个转轴速度信号、各个模拟信号测量值，根据参考值和实际检测值进行计算，……负责VWF牵引逆变器的保护，与DCU一起组成车辆的牵引／制动控制系统。A303是中央控制板的[l1]

脉冲模式发生板；A304是中央处理板的控制／调整／监测板305，A306是速度信号处理和中断控制[l2]

板；A307是PDA数据存储板；A308是测量值调整板；A309是温度测量及U／I转换板；A310是PWM指令参考值处理板；A311，A312是输入信号调整板；A313是输出信号调整板；A314，A315是输入／输出接口板。图4-49DCU工作方框图DCU各功能模块之间的关系，各个功能模块的输入输出信号3．广州地铁一号线车辆主牵引系统案例分析（1）牵引／制动系统组成图2-46牵引系统组成示意图（2）牵引系统基本参数线电压UN=1000～1800VDC输入线电流IN

=480A最大线电流(牵引)INDMAX

=692A最大线电流(制动)INBMAX=1171A最大输出/输出电流IAMAX

=1080A/IA=720A最大保护电流IMAX

=2900A输出电压UN=0～1050V输出频率ƒA=0～112HZGTO最大开关频率ƒP=450Hz制动斩波模块斩波频率ƒB=250Hz模块冷却方式强迫风冷模块冷却片风速VL=8m／S表2-2牵引逆变器VVVF技术参数表2-3