《城轨车辆控制系统》课件-项目3：主电路与供电系统

城轨车辆控制系统1.城市轨道交通车辆主电路电器

城市轨道交通车辆电气控制系统部件是用来对城市轨道交通车辆以及其他的牵引设备进行切换、检测、控制、保护和调节的电器及装置，也可称为牵引电器。2026/1/141城市轨道交通车辆主电路电器

主电路电器主要包括受电弓、高速断路器、制动电阻器等等。

牵引电器一般分为主电路电器、控制电路电器和辅助电路电器三部分。受电弓HSCB主熔断器制动电阻2026/1/1411.底座2.下臂3.下导杆4.上臂5.上导杆6.弓头7.张紧弹簧8.气压升弓装置9.导电桥线机构10.阻尼器11.托12.最低点位置指示器13.高位阻挡

受电弓（气动弹簧弓）城市轨道交通车辆主电路电器

当受电弓升起时，弓与网接触滑行，从接触网受流取电，通过车顶云母线传到车辆内部，供车辆设备使用。

组成作用2026/1/141城市轨道交通车辆主电路电器

受流器（下部受流）

受流器（上部受流）2026/1/141作用

低压控制高压的开关设备。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)后的快速响应特性来保护直流侧设备。

在正常运行时，HSCB用于接通、关断电源回路和保护牵引设备。它的限流特性和高速切断能力能防止由于短路或过载而引起的毁坏。高速断路器城市轨道交通车辆主电路电器2026/1/141

制动电阻

制动电阻箱悬挂于车辆底架下方。

电阻制动时，制动电阻吸收惯性转动产生的电动机发电能量，将电能转换成热能散逸到大气中去。城市轨道交通车辆主电路电器

除了上面介绍的主电路电器设备之外，还有哪些呢？2026/1/141城市轨道交通车辆主电路电器接触器浪涌吸收器接地电阻用于频繁的接通和切断主电路保护车辆免受雷击过电压为主回路提供回流通路2.受电弓控制2026/1/141受电弓控制受电弓控制分为气路控制和电路控制。受电弓电路控制：由列车电源线30420提供电源(DC110V)，由受电弓和高速断路器控制保护空气开关2F30进行过流保护操作：升弓开关2S01执行“升弓”指令，操降弓控制开关2S02执行“降弓”指令受电弓和高速断路器控制保护空气开关升弓开关降弓开关升弓起动继电器受电弓保持继电器电源列车线自动空气开关紧急制动继电器降弓继电器2026/1/141受电弓控制（1）升弓控制——2K33控制开通升弓气路，当风压≥3bar时

自动升弓。控制逻辑为:30420·2F33·2K10·2K32·2K33·

2Y01·30400——2K31控制各自单元车辆受电弓保持继电器

2K33得电吸合。具体电路为：30420·2F33·2K10·2K32·(2K31+2K33)·3K08·2K33·30400按下升弓开关2S01，升弓启动继电器2K31得电。

控制逻辑为：30420·2F30·2K04·2S02·2S01·2F31·2K31·

30400（2）降弓控制按下降弓控制开关2S02，升弓启动继电器2K31失电，降弓继电器2K32得电，控制电路逻辑为:30420·2S02·2F32·2K32·

30400——2K32控制2K33和2Y01失电，受电弓（2K6）落弓受电弓控制紧急情况下的降弓操作：单只受电弓，操作设在A车司机控制面板的紧急制动开关。逻辑为：开关被激活，2K10继电器失电，直接分断2K33和2Y01。“有电无气”情况下的升弓：当升弓气压小于3bar时，先按下升弓按钮，使电磁阀2Y01得电开通受电弓气路，然后脚踩位于A车8号座位下的脚踏泵，人工供风升弓。（2）降弓控制（续）受电弓控制受电弓的状态可以从按钮灯上判断：

当升弓按钮绿灯亮时，表示所有受电弓都已升起；

当降弓按钮红灯亮时，表示所有受电弓都已降下；当升弓按钮绿灯和降弓按钮红灯都不亮时，表示两个受电弓处于不同的状态（如升单弓）。（2）受电弓状态检测3.高速断路器控制2026/1/141高速断路器控制高速断路器“合”按钮开关高速断路器“合”启动继电器高速断路器起动“合”列车线高速断路器“分”启动继电器

高速断路器(HSCB)lQ02的起动控制由列车电源线30420供电(DC110V)，由受电弓和高速断路器控制自动空气开关2F30进行过流保护，控制电路如图：2026/1/14高速断路器控制（1）合闸控制高速断路器“合”按钮开关2S04置“合”位高速断路器“合”启动继电器2K34得电吸合，控制逻辑为：21100·2K04·2S03·2S04·2F34·2K34·30400——2K34使高速断路器启动“合”列车线21212被激活，并通过车钩连接器传递到另一单元，激活相应的高速断路器“合”启动继电器。高速断路器控制自动空气开关启动限制时间继电器高速断路器线圈驱动继电器限流电阻高速断路器“分”启动继电器（1）合闸控制（续）高速断路器控制（1）合闸控制（续）高速断路器的控制分为两个阶段：2）高速断路器保持阶段：

随着断路器联锁装置到相应位置，其辅助触头A3-A4和B3-B4闭合。由于时间继电器2K36的延时时间是1秒，之后常开触头断开

此时，高速断路器线圈继续由限流电阻2R01电路供电。

电路逻辑为：30420·2V10·2R01·1Q02(A3-A4)·

1Q02·30400。2026/1/14高速断路器控制（2）分闸控制——2K35使高速断路器启动“分”列车线被激活，并通过车钩传递到另一单元激活相应的高速断路器“分”启动继电器。——2K35使高速断路器线圈失电，高速断路器主触头断开。高速断路器“分”按钮开关2S03置“分”位，人为分断；先分断高速断路器“合”启动继电器2K34回路，然后高速断路器“分”启动继电器2K35得电，控制逻辑为：21100·2K04·2S03·2F35·21204·2K35·30400X2026/1/14高速断路器控制（3）断路器状态显示高速断路器的状态可以从按钮灯上判断。当主断合按钮绿灯亮时，表示所有高速断路器已处于闭合状态；当主断分按钮红灯亮时，表示所有高速断路器已处于断开状态。若主断合按钮绿灯和主断分按钮红灯都不亮，则表示所有高速断路器不处于同一状态（比如有1-3个发生跳闸）。4.认识城轨车辆辅助供电系统认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/141

辅助供电系统是城市轨道交通车辆的一个重要组成部分，安装于拖车构架上。主要为除牵引系统以外的所有用电设备供电：通风机、空调设备、空气压缩机、电加热器、电动刮雨器等。空调机组通风机空压机组认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/14

供电方案的发展：早期：旋转式电动机-发电机组的供电方案；静止式变流机组方案。旋转式电动机-发电机组的供电方案辅助供电方案的发展：静止式变流机组方案。2认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/143

辅助逆变系统一般由受电电路、电容器充放电电路、三相逆变器、交直流滤波电路、变压器及相关控制电路等部分构成。辅助逆变系统通常需要满足如下基本要求:1.输出电压为三相四线制，电压和频率满足要求；2.宽输入电压变化范围内，能够输出额定容量；3.输出电压为正弦波形或准正弦波形；4.较强的负载突变能力；5.一定的冗余度。认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/144辅助供电网络包括：辅助逆变器、蓄电池、低压总线、所有控制器、断路器、继电器、接触器等。断路器接触器PA箱

（内含辅助变流器模块）认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/145

1.辅助逆变器（DC/AC）接触网受电弓列车总线每节车厢

辅助逆变器辅助逆变器将接触网1500V直流电降压逆变为AC380V,3相，50Hz，有电隔离的交流中压认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/146

2.中压总线(AC380V)和低压总线(DC110V)列车内负载是由两组交流电源供电的，当一组交流电源发生故障时，重要的负载会自动切换至另一组电源供电，保证继续工作。主蓄电池作为低压电源一部分为列车提供紧急电源，主蓄电池的作用是列车启动时，主蓄电池为列车启动时的电气设备提供直流电源，直至列车辅助逆变器正常工作。低压用电设备由辅助逆变器提供电能，而列车上的所有蓄电池通过二极管与负载反向隔离。认识城轨车辆辅助供电系统2026/1/147

3.DC网络的电源DC网络的电源是由带充电设备的蓄电池充电器通过二极管来提供的。DC蓄电池充电器提供额定DC110V电源，直接提供至直流负载。外部照明司机室设备5.辅助逆变电路形式辅助逆变电路形式2026/1/141

电动列车辅助逆变器系统主要由每节车厢的逆变器并联组成，并向空调通风、照明、蓄电池充电、设备冷却风机、低压电源提供电源。

辅助逆变器负载辅助逆变电路形式2026/1/142辅助逆变器组成及原理：以庞巴迪公司生产车辆配有的辅助变流器为例，其辅助变流器安装在C车的PA电气设备箱中，其辅助变流器的原理如图所示。辅助逆变电路形式2026/1/143辅助逆变电路结构城市轨道交通车辆中常见辅助逆变器结构有不同的形式。结构形式一：1-线路滤波器2-升／降压斩波器3-滤波器4-逆变器5-交流滤波器

6-隔离变压器7-二极管整流桥8-带中点的AC380V电源9-输出滤波器辅助逆变电路形式2026/1/144结构形式二：1-线路滤波器2-降压斩波器3-滤波器

4-逆变器5-交流滤波器

6-隔离变压器

7-带中点的AC380V电源

8、10-降压变压器

11、12-二极管整流滤波辅助逆变电路形式2026/1/145结构形式三：1-线路滤波器2-逆变器

3-交流滤波器4-隔离变压器

5-带中点的AC380V电源

6-二极管整流桥

7-输出滤波电路辅助逆变电路形式2026/1/146结构形式四：1-线路滤波器2-逆变器

3-交流滤波器4-隔离变压器

5-带中点的AC380V电源

6-降压变压器

7-二极管整流桥

8-输出滤波电路辅助逆变电路形式2026/1/147结构形式五：1-线路滤波器2-逆变器

3-交流滤波器4-隔离变压器

5-带中点的AC380V电源

6-降压变压器

7-二极管整流桥

8-输出滤波电路辅助逆变电路形式2026/1/148结构形式六：1-线路滤波器2-逆变器

3-隔离变压器

4-带中点的AC380V电源

辅助逆变电路形式2026/1/149结构形式七：1-线路滤波器2-逆变器

3-变压器

4-AC380V三相绕组

5-AC220V单相绕组6-DC110V三相绕组

辅助逆变电路形式2026/1/1410辅助供电系统的电路形式的选择：（1）变流器系统的选择。变流器系统有两种形式，一种是直接逆变，另一种是先斩波（升/降压斩波或降压斩波）后逆变。（2）逆变器的选择。逆变器有单台逆变器（上述形式一、二、三、四）和两台逆变器串联（上述形式五、六、七）两种形式。（3）低压电源的选择。低压电源包括DC/DC变流器和蓄电池。DC/DC变流器在列车运行时作为DC110V的电源，同时给蓄电池充电。6.辅助供电系统供电电路应用辅助供电系统供电电路应用2026/1/141逆变器的电路构造形式城市轨道车辆辅助逆变器双逆变器型串联型并联型单逆变器型先升/降压后逆变型直接逆变型辅助供电系统供电电路应用2026/1/142逆变器的电路对比分析双逆变器型的优点：

①开关频率低，损耗小，效率高；②输出电压为12阶梯波，谐波成分低，滤波器要求低双逆变器型的缺点：①电路复杂，元器件多；②两台逆变器串联，动态均压要求高，故障率高；③一次绕组输人电压的谐波含量高；④变压器结构复杂辅助供电系统供电电路应用2026/1/143逆变器的电路对比分析单逆变器型的优点：

①电路简单，使用器件少，可靠性高；②PWM调制，输出电压的谐波含量小；③输人变压器电压的谐波含量低；④变压器结构简单，不需特殊设计。单逆变器型的缺点：①开关频率较高，开关损耗较大，逆变器效率较