城市轨道交通车辆电器77L

第五章车辆牵引系统典型电器一

、概

述受流器是城市轨道交通车辆与固定供电装置之间的唯一电连接环节。受流器按其受流方式可分为以下5种形式：1.杆形受流器

2.弓形受流器3.侧面受流器

4.轨道式受流器5.受电弓受流器(d)

城轨交通车辆用受电弓(e)城轨交通车辆用受电弓(f)

铁路干线用高速受电弓(气缸驱动)

(气囊驱动)(气囊驱动)图5

.

1

常用受电弓结构(a)

单臂受电弓

(b)

菱形双臂受电弓

(c)

交叉形双臂受电弓

、受电弓(一)受电弓的分类(1)按结构形式分：单臂型和双臂型。(2)按驱动形式分：气动式和电动式，即依靠压缩空气驱动和依靠电动机驱动。(3)按压缩空气驱动方式分：气缸驱动和气囊驱动。升

弓时，对接触网无有害冲击；降

弓时，对受电弓底架无有害冲击。(二)对受电弓的基本要求(三)受电弓的结构与工作原理1.传动气缸驱动式受电弓主要由底架、框架部分、滑板机构、传动气缸等组成。底架通过4个支持绝缘子安装在车顶上。图5

.

2

单臂受电弓结构(上海)1

—

底架；2

—

下臂杆；3

—

推杆；4

—

升弓弹簧；5

—

上部框架；6

—

上部导向杆；7

—

滑板；8

—

传动气缸；

9—蓉弓固定钩；10—活动接头；11—支撑架；12—支持绝缘子(1)升弓过程：司机按下升弓按钮，升弓电磁阀得电，打开风源至传动气缸的通路。压缩空气经过空气管路进入传动气缸压缩

降弓弹簧，并推动活塞、活塞杆移动，在升弓弹簧的作用

下带动转轴、下臂杆做旋转运动。上部框架在推杆的作用

下向上抬起，使滑板与接触网导线接触，升弓完成。(2)降弓过程：司机按下降弓按钮，电磁阀失电，风源停止向传动气缸供风，压缩空气从传动气缸经节流阀排向大气。降弓弹

簧克服升弓弹簧的拉力而伸张，将活塞推动并带动活塞杆

移动。受电弓在自身重力作用下，使下臂杆转动，上部框

架落下，带动滑板离开接触网导线降至最低位置，降弓完

成。2.电动机驱动式受电弓其主要结构有上部撑杆、下部撑杆、导向杆、集电头、基架和升弓装置等。基架由矩形空心钢管焊接而成。固定在

基架上的部件包括：下部撑杆底轴承、上部撑杆和下部撑杆

缓冲装置、落弓时支撑集电头的支撑弹簧等。图5.8

电动机驱动式受电弓的结构1—上部撑杆；2—平行导向杆；3—液压往复式减震器；4—集电头；5—调节杆；6—电气控制箱；7—连接杆；8—连接头；9—手摇柄；10—落弓装置；11—锁钩；12—基架；13—下部撑杆；14—升弓装置3.气囊驱动式受电弓气囊驱动式受电弓的框架采用单臂轻型结构，其驱动机构采用双气囊驱动式。图5

.9

气囊式受电弓结构1—绝缘子组装；2—底架电流连接装置；3—底架组装；4—阻尼器组装；5—下臂杆组装；6—拉杆组装；7—肘接电流连接翅装；8—平衡杆组装；9—上框架组装；10—子头电流连接组装；11—弓头组装；12

—

气路(含

ADD自动降弓装置);13

—

降弓位置指示器；14

—

升弓装置组装；15

—

气阀箱(a)

结构图

(b)

受电弓弓头转轴的运动轨迹(四)受电弓静态和动态特性1.受电弓的接触压力受电弓在静止状态下或受电弓在缓慢移动时(惯性效应忽略不计),受电弓滑板在工作高度范围内对接触网导

线的压力称为受电弓的静态接触压力。该值的大小直接影

响受流质量。2.受电弓的动、静特性受电弓在静止状态下，或缓慢移动时，受电弓静态接触压力与受电弓工作高度的关系称为受电弓的静特性。受电弓的归化质量与受电弓提升高度的关系称为受电弓的动特性。1.部件清洗2.部件检修1

)

滑

板

3

)

轴

承

5)绝缘子2)框架部分4)电桥连接线6)传动气缸(五)受电弓的维修与调整调整步骤：将受电弓升至最大工作高度；在弓头横向杆上放测力计；慢慢地拉动测力计，使受电弓降弓，再升弓；读出这个过程的

接触压力，如果接触压力在(120

±10)

N

范围内，则不用调

节，否则必须转动调节螺钉调节接触压力到正确范围内。三

、集电靴(取流靴)(一)受流形式根据集电靴受流位置的不同，可分为上部受流、下部受流和侧部受流三种形式。国内应用较多的是上部受流和下部

受流方式。上部受流接触轨示意图图5.13绝缘支架上部绝缘支架中部绝缘支架下部钢铝复合接触轨图5

.

15

侧部受流接触轨示意图接触轨防护里支架防护罩下部受流接触轨示意图图5.14

e(二)集电靴的结构图5

.

18

集电靴结构1—绝缘腐座；2—手动回退工具指入位置；3—气动回退装置；4—拉簧压力系统；5—碳化板；6—集电靴止挡；

7—回退柄；8—臂轴；9—调整支架；10—气管；11—调整螺栓；12—调整丝程绝缘子固定螺栓汇流排固定压板T型铝汇流排受电弓中心线位置110型梯形截面铜接触线接触线固定夹板汇流排支撑绝缘子图5.21

跨座式单轨接触轨安装方式(三)跨座式单轨受流装置绝缘护套图5

.22

跨座式单轨动力转向架一

、车间电源的功能车间电源是列车的辅助受流设备。对于接触网供电的车辆，车间电源主要供列车在检修库内整车调试或部分设备需

进行有电检查时使用。对于接触轨供电的地铁车辆，入库进行检修，则使用装在车下的库用电源插座引入高压电，如图5.25所示。图5

.25

库用电源插座

、车间电源的构成车间电源系统由电源插座盖、电源插座、熔断器、接触器及隔离二极管组成，如图5.26所示。车间电源的电气元件

与其他高压电气元件集中在B

车PH

高压牵引箱内，由电源插

座提供DC1500V

电源。电源插座图5.26

车间电源手柄开关Q2主前端盖一

、概

述避雷器是一种用来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，限制过电压幅值的保护电器。避雷器并联在被保护电气设备与地之间，安装在B车车顶受电弓旁。避雷器的主要类型有火花间隙避雷器、阀型避雷器、管型避雷器和氧化锌避雷器等。

、火花间隙避雷器火花间隙避雷器通常由火花间隙和非线性电阻两部分组成。图5.27

火花间隙避雷器的结构原理1

—

被保护交压器；2

—

避查器；3

—

非线性电阻；4

—

火花

间隙；5

—

被限制的过电压波；6

—

未被限制的过电压波击穿电压的幅值与击穿时间的关系称为伏-秒特性。图5.28

避雷器的伏-秒特性1—避曾器的伏-秒特性；2—被保护电器的伏-秒特性(a)安装在车顶的避雷器

(b)

安装在车下的避雷器图5

.30

避雷器在车顶的位置1—受电弓；2—避曾器三、氧化锌避雷器(无间隙避雷器)氧化锌避雷器是一种阀型避雷器，其结构是将若干片氧化锌(ZnO)阀片压紧密封在避雷器瓷套内。这种避雷器的

阀片是以氧化锌为主要原料，掺以少量其他金属氧化物(如

氧化铋、氧化钴、氧化锰)添加剂，经高温烧结而成。1

—

贵弧口；2

—

氧化锌阀片；3

—

绝缘拉杆；

4

—

绝缘底座；5

—

压力释放装置；图5

.

31

氧化锌避雷器的结构氧化锌避雷器具有以下优点：(1)无间隙。(2)无续流。(3)通流能力大。(4)残压低，可使设备的绝缘水平降低。一

、电气连接装置(电气连接器)为了方便地实现车辆之间的电气连接，车钩上设置有电气连接器，可以手动或者自动连接，也可以用电缆直接连接两个车体端墙上的电气插座。图5

.32

电气连接装置1—箱体；2—悬吊装量；3—车钩；4—定位孔；5—定位销；6—密封条；

7—触点(固定触点和弹性触点);8—箱在(a)

结构

(b)

跨接电缆连接金

、接地装置接地装置的主要作用是为主电路提供回流通路，使电流经轮对到达钢轨，构成1500V或750V完整的电路，同时防

止电流通过轴承造成电腐蚀，延长轴承的使用寿命。接地装置安装在轮对的轴端上，依靠碳刷与接地棒的转动摩擦受电。图5.33

在轴端的接地装置图5.34

接地装置的分解图端盖碳握一

、概

述1.作

用高速断路器在城市轨道交通车辆上主要作为车辆电气系统的总开关和总保护，

可以实现电源的接通与切断控制，是

一种能对电路进行控制(分断、闭合)和保护的高压电器。2.高速断路器的主要特性(1)对地有很高的绝缘等级。(2)有较高的分断能力。(3)有较短的响应时间。(4)不受气候条件影响。

(5)使用寿命长。(6)易于维护。3.安装位置高速断路器一般安装在动车逆变器箱内，每个牵引逆变器都分别设有一个高速断路器，牵引逆变器通过从高速断路

器处获得供电。二、电磁式高速断路器固定主触头221.基本结构图5.35

电磁式高速断路器的结构示意图2.工作原理1)合闸动作图5.36

合闸动作原理示意图2)正常分断动作图5.37

正常分断动作原理示意图电磁线图1轴63)过流分断动作图5.38

过流分断动作原理示意图三

、UR6-31/32

型高速断路器1.作

用UR6-31/32

型高速断路器的作用是：正常情况下，根据需要接通和断开接触网和电动车辆主电路之间的高压电路；

在发生故障(如主电路短路、过载、电机烧损等)时，快速

切断主电路，防止事故扩大，保护车辆和人身安全。2.基本结构UR6-32E型高

速断路器的基

本结构包括：基架、主触头、

脱扣装置、闭

合装置、灭弧

罩和辅助触头。(a)

外观图5

.39

UR6-32E

型高速断路器的外观及基本结构1

—

灭弧显；2

—

叉；3

—

杆；4

—

缸；5

—

闭合线图(E型);6

—

芯组成；7

—

前板；8

—

后板；9

—

双触点开关；10

—

控制杆；11

—

销；12

—

叉；13

—

枢轴承；14

—

动触点；15

—

益；16

—

层压磁板；17

—

断路箱；18

—

绝缘框架；19

—

下部连换；20

—

动磁铁；21

—

弹簧；22

—

控制杆；23

—

上部连换(b)

基本结构2322212019181716图5.40

高速断路器主体结构分解图1

—

固定绝缘架；2

—

主电路(21

—

下连换铜排；22

—

动触头；23

—

上连换铜排；24

—

带引弧角的静触头；

25

—

引孤角);3

—

过电流脱扣装置；4

—

灭弧置；5

—

驱动装量；6

—

辅助触头组件3.工作原理按下高速断路器“合”按钮，闭合装置的线圈得电，带动连杆推动动触头与静触头接触。电流从上接线排通过闭合

动、静触头流向动触头臂至下接线排，使接触网与车辆主电

路电气设备连通。分闸有手动和自动两种方式：当高速断路器闭合后，脱扣装置监控系统电流的大小。发生短路时，若电流值达到其跳闸整定值，该装置动作，通

过转换机构带动动触头移动，与静触头分开，使高速断路器

处于“分”状态。高速断路器分断之后再合闸，必须间隔2s

以上。图

5

.

4

1

高速断路器分段特性曲线I—预期特续短路电流；I—I;的峰值；—设定的最大脱扣电流值；—切断电流；

dt/dt—初始电流上升率；

T一回路时间常数；Ue—额定运行电压；

Um

一最大电弧电压；tp—总分断时间；t1—机械响应时间4.UR6-32E

型高速断路器的

特性四、

TSE1250-B-1

型高速断路器(高速开关)1.基本结构其主要结构部件包括：基架、短路快速跳闸装置(KS)、过载跳闸装置(S)、合闸装置和灭弧栅。图5.42

TSE1250-B-1

型高速开关外形(1)触头系统：动、静触头采用双极串联形式。(2)传动机构：用来操纵主触头分合。(3)灭弧机构。(4)自由脱扣机构：位于传动机构与主触头之间，用来保证当电路发生短路时，传动机构能起作用，并可靠地开

断电路。(5)最大电流释入器：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。(6)最小电压释入器：通过电磁机构作用，衔铁直接作用在锁钩上，使锁钩释放，主触头在开断弹簧作用下开断电

路。(7)辅助开关：用于联锁、指示、控制作用。2.工作原理高速开关的通断由按钮控制。一旦电流值超过过载跳闸装置7的整定值时，该装置动作，通过拉杆8、释放锁件9、转换机构10等机械装置的动作

,将动触头与静触头分断。~12

~136图5

.43

TSE1250-B-1

型高速开关结构原理1—上换线端；2—静触头；3—动触头；4—勤触头臂；5—弹性连接板；6—下换线端；7—过载跳间(S)淡登；8—拉杆；9—释放锁件；10—转换机构；11—转换轴；12—短路快速跳闻(KS)衔铣；13—擅击螺钉；14—转换杆；15—滚轴；16—短路快速跳開拉杆；17、18—灭弧板在出现短路故障的情况下，过载跳闸系统动作太慢，此时短路快速跳闸衔铁12动作，通过撞击螺钉13直接撞击动触

头臂4,由转换杆14和滚轴15之间的专用压紧装置迫使动、静触头快速分断。触头分断时将形成电弧。电弧由电磁系统吸入灭弧栅内进行分割、冷却。一、牵引逆变器的作用其主要功能是把来自接触网的1500V直流电变换为三相交流电，

为动车转向架上的牵引交流电机提供交流电。其频

率和电压值是可调的。电制动时，它将牵引交流电机发出的交流电进行整流，反馈到接触网供本车其他负载使用，或供其他车的耗电设备如辅助设备、空调、照明等使用。

、牵引逆变器的基本结构牵引逆变器的最主要部件是大功率半导体开关器件。目前在城市轨道交通车辆牵引逆变器中普遍采用的是复合型电力电子器件IGBT。图5

.44

主回路电气配置图X—

受电弓，F1—避面器；Q—

高速断路器，K100—

线路接触器；K110—预充电接触器，R1—预充电电阻；L100—线路电感；T1—制动GTO;T2—保护晶用管；V1、V2—二板管；C—线路滤波电容；M₁~M₄—

三相交流前电机三、列车牵引回路电气配置四、逆变电路感应电机M3~图5.45

逆变电路等效图五、

牵引逆变器模块1.相模块A10、A20、A302.制动控制模块A403.保护模块A504.牵引控制单元A1005.门极电源单元A130

6.电阻单元A2007.直流中间电路电容C100、C2008.设备风扇E1009.Pt100

电阻F20010.线路接触器K10011.预充电接触器K11012.线路电感L10013.预充电电阻R100、R11014.接地电阻R14015.终端电阻R15016.电机电压互感器T100、T11017.线路电流互感器U10018.接地电路电流互感器U11019.电机电流互感器U120～U14020.线路电压互感器U15021.中间电路电压互感器U160一

、制动电阻器的结构制动电阻器主要由主单元和通风风扇两部分组成。1.主单元(条状电阻箱)条状电阻箱包括制动电阻外壳(内部安装有条状制动电阻)、制动电阻框架、压力监控器、温度监控器、

制动电阻安装框架、接线盒。1—制动电阻外充；2—制动电阻安装相架；3—接统柱；4—接线金；5—温废监控器；6—通风风扇；

7

—

制动电阻带(条);8

—

制动电阻连接铜排制动电阻器图5.472.通风风扇通风风扇包括电机、外壳、风叶。

、制动电阻器的原理及要求列车制动时，电机工作在发电机状态，产生了制动电流。这个电流通过条状电阻，使电阻条发热，把电能转化成热能消

耗掉。三、制动电阻通风风扇制动电阻通风风扇的作用是降低制动电阻箱内的温度，使制动电阻在制动电阻风扇强迫通风方式下正常工作。在每

节动车上各有1个制动电阻箱及制动电阻风扇。制动电阻风

扇的工作电源为三相交流380V。1.作用熔断器是一种过载或短路电流导致熔体发热熔断的保护电器。低压熔断器一般是插入式纤维管、瓷管等；高压熔断器一般有充石英砂瓷管式等。一、概

述(

a)

外形

(b)图形符号图5.48

熔断器的外形和图形符号图5.49

插入式熔断器结构1

—

动触头；2

—

熔丝；3

—

瓷盖；4

—

静触头；5

—

盗应2.分

类(1)插入式熔断器(2)螺旋式熔断器：其额定容量比插入式熔断器要大(3)无填料封闭管式熔断器：用作线路过载及系统的短路保护。(4)有填料封闭管式熔断器：在熔断器的绝缘管内装有石英砂作填料，用来冷却和熄灭电弧图5.50

充石英砂瓷管熔断器的外形及结构1—熔断器指示器；2—石英砂泳料；3—指示器熔丝；4—触刀；5—底座；6—熔体；7—熔管(a)

外

形(b)结

构(5)快速熔断器：它是以银片冲制的V形深槽的变截面熔体(6)自复式熔断器：它是一种新型熔断器，以金属钠作为熔体，其熔点低、易气化。