城市轨道交通车辆电机电器（第二版）课件：车辆辅助供电系统电器认知

车辆辅助供电系统电器认知能力目标①能够进行受流装置的检查与保养；②能够进行蓄电池的检查与保养；③能够识别列车照明装置。知识目标①掌握辅助逆变器的结构、工作过程；②掌握蓄电池的结构、工作过程；③掌握列车照明装置的用途及安装位置。素质目标培养学生系统思考的能力；培养学生团队合作能力；培养学生的责任意识、安全意识、规范意识；自觉遵守操作规范和服务规范，体现出服务意识；培养学生的爱国主义情怀；培养学生的民族自豪感和自尊心。任务一认识辅助逆变器【任务导入】城市轨道交通车辆辅助供电系统中的中压AC380V/AC220V是通过辅助逆变器把电网的直流电转换为三相交流电后再经隔离变压器输出的，为车辆空调、通风机、空气压缩机、蓄电池充电器、照明等辅助设备及控制类负载供电，其稳定与否将直接影响列车牵引控制系统、空气压缩机、空调等重要设备能否正常工作。那么辅助逆变器由哪些部分组成？出现故障后如何处理呢？任务一认识受流装置【任务准备】1．设备

辅助逆变器实训台、多媒体教学设备；2．工具

扳手，棘轮13，红色线号笔、硬刷，压缩空气，橡胶密封条，粘结剂1521、润滑油，清洁剂等。学习活动辅助逆变器的配置一、辅助逆变器的配置辅助逆变器也称为静止逆变器（SIV），根据车辆设计方案及供电方式不同，辅助逆变器的数量及安装位置会有所不同，如广州地铁1号线车辆为分散供电，其设备配置框图如图8-1所示，每节车都配备一台辅助逆变器，其中两个单元的Tc车（A车）各配有一台带充电机的辅助逆变器，而其他车为不带充电机的辅助逆变器。图8-1广州地铁1号线辅助供电设备配置框图学习活动辅助逆变器的配置一、辅助逆变器的配置广州地铁2号线车辆为集中供电，每个单元的M车（C车）配有一台不带充电机的辅助逆变器，而Tc车（A车）配有独立的充电机，如图8-2所示。图8-2广州地铁2号线辅助供电设备配置框图学习活动辅助逆变器的配置一、辅助逆变器的配置上海地铁4号线车辆为集中供电，只在每个单元的Tc车（A车）配有一台带充电机的辅助逆变器，如图8-3所示。图8-2上海地铁4号线辅助供电设备配置框图学习活动辅助逆变器的配置二、辅助逆变器的作用和结构辅助逆变器是辅助供电系统的核心部件，通常采用IGBT功率元件并使用微处理器及PWM控制技术，其作用是把电网输入的高压直流电转变为恒压恒频的AC380V三相交流电，为列车交流辅助类负载供电，同时经变压器隔离后输出AC220V单相电源供客室正常照明等负载用电。如某车辆Tc车安装有带充电机（该充电机为DC/DC变换器，作用是把接触网提供的DC1500V直流电转换为DC110V直流电）的辅助逆变器，其工作结构如图8-4所示，其安装结构如图8-5所示。学习活动辅助逆变器的配置二、辅助逆变器的作用和结构图8-4辅助逆变器工作结构学习活动辅助逆变器的配置二、辅助逆变器的作用和结构图8-5辅助逆变器安装结构T1-脉宽调制逆变器；T2-主变压器；T3-蓄电池充电器（Tc）；T4-紧急起动装置；R1-线路电抗器；R2-预充电单元；R3，R4-预充电电阻器；M1-主风扇；M2-风扇；B10-温度传感器学习活动辅助逆变器的配置二、辅助逆变器的作用和结构有的城轨列车没有配备独立的DC/DC变换器，可将辅助逆变器输出的中压交流电进行整流滤波以获得DC110V控制电源。图8-6所示为某车辆辅助供电系统框图，整列车4台辅助电源设备采用并网供电方式，大大提高了辅助系统用电的可靠性，即使在一台辅助电源设备故障的情况下，剩余的三台设备完全可以满足辅助系统的用电需求，而不需要减载，当两台辅助供电设备故障时，可以通过减载的方式达到维持列车继续运行的目的。其充电机（25kW/台）采用对AC380V电源进行整流的方式实现，为了最大可能地实现充电机工作的可靠性，充电机的电源从AC380V电源母线上获得。学习活动辅助逆变器的配置二、辅助逆变器的作用和结构图8-6辅助供电系统框图学习活动辅助逆变器的配置三、辅助逆变器的工作过程以上海地铁车辆采用的西门子辅助逆变器为例，其工作原理框图如图8-7所示。1．辅助逆变器主电路工作原理辅助逆变器主电路主要由线路滤波器、斩波器、直流中间电压滤波器、直-交逆变器、隔离变压器五部分构成。主电路基本工作过程：DC1500V经线路滤波器后由GTO斩波器斩波调压至DC775V，再经过直流中间电压滤波器送入14.3型六脉冲GTO逆变器，其输出经隔离变压器后成为AC380V，同时隔离变压器二次侧一组抽头的交流电压经整流输出DC110V。学习活动辅助逆变器的配置三、辅助逆变器的工作过程图8-7辅助逆变器工作原理框图学习活动辅助逆变器的配置三、辅助逆变器的工作过程2．辅助逆变器控制过程辅助逆变器的控制过程如图8-8所示，它有四个功能包。（1）电源功能包（P-PAC）提供控制电源及斩波、逆变器的脉冲。（2）通信功能包（C-PAC）传输逆变器及列车上的各种信号，寄存过程参数实际值。（3）接口功能包（I-PAC）确定电参数所需值，监控逆变器电压、电流、温度、延时时间及工作过程。（4）快速保护和控制功能包（F-PAC）学习活动辅助逆变器的配置三、辅助逆变器的工作过程2．辅助逆变器控制过程控制逆变器工作过程，寄存过程参数中实际值的模拟量，逆变器快速保护。它包括实际值寄存、模拟监控、逆变器控制单元等模块。逆变器的快速保护功能过程为：模拟信号被控制在极限值内，如果超出极限值就封锁触发脉冲，中断逆变器工作，同时调整电压控制器工作状态，短路晶闸管触发工作，此时把逆变器中断原因输入I-PAC中，由I-PAC确定重新起动的可能性。学习活动辅助逆变器的配置三、辅助逆变器的工作过程2．辅助逆变器控制过程在辅助逆变器的输入电压处于允许范围内时，VCU发出起动命令，辅助逆变器的预充电保护单元闭合，开始对支撑电容充电。若预充电单元没有错误，线路接触器闭合，辅助逆变器运行在断开输出保护的情况下，进行自检，测试是否有AC380V输出滤波电路内部短路、内部接地等故障。如果自检没有错误，为了与列车三相交流母线同步，辅助逆变器又一次关断。如果列车三相交流母线上没有电压，输出接触器第一次接通，辅助逆变器接通，系统正常起动；如果在系统自检后列车三相交流母线已经存在电压，在断开输出接触器的情况下，辅助逆变器后端的输出滤波器进行测试，辅助逆变器开始执行与列车三相交流母线的相位、电压的同步，达到同步后输出接触器接通，此时辅助逆变器已经接管了整个列车母线的输出。任务二认识蓄电池【任务导入】城市轨道交通车辆蓄电池可为列车起动时的电气设备提供DC110V直流电源，直至列车控制电源正常工作。在列车运行过程中，若列车失去电源（如辅助逆变器不工作或降弓情况下），蓄电池组也可以为列车紧急负载供电45min。若在45min内蓄电池电压表检测到其电压低于84V,列车会自动休眠。那么蓄电池由哪些部分组成？其使用注意事项及日常维护保养内容有哪些？任务二认识蓄电池【任务准备】1．设备

车辆蓄电池、多媒体教学设备；2．工具

扭力扳手、画线笔、万用表、110V直流电源表、安全帽、绝缘手套、蒸馏水，橡胶密封条，压缩空气，刷子等。学习活动蓄电池的维护保养蓄电池是将化学能与电能相互转换的装置，把电能转换为化学能储存起来的过程称为充电，把化学能转换为电能向负载供电的过程称为放电，蓄电池的充电和放电过程是可逆的。城市轨道交通车辆蓄电池通常有酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。酸性蓄电池比较轻，其单节电池标称电压较高，为2~2.1V，但是它工作时释放出的硫酸气体是有害的；同酸性蓄电池相比，碱性（镍铬）蓄电池的主要缺点是单节电池的电压较低，略大于1V，但它能承受较大的电流，耐振动，耐冲击，对过充电和欠充电不太敏感，自放电极弱，使用寿命长，不释放有害气体，所以应用广泛。城市轨道交通列车主蓄电池一般是由80或84只镍镉可充电电池单体串联而成的电池组，满电压为DC110V。按其容量分有60Ah、120Ah、140Ah、160Ah等，选择哪种容量的蓄电池组由城轨列车在紧急状态（如接触网断电）时的直流负载决定。学习活动蓄电池的维护保养城市轨道交通列车有二组蓄电池和四组蓄电池配置两种情况，每个蓄电池组以浮充电模式与充电器相连接，蓄电池组装在蓄电池箱内，采用自然通风。如杭州地铁2号线车辆中，每列车共有两个蓄电池组，每组蓄电池由两个蓄电池箱串联而成，分别安装千两个Tc车下，每组蓄电池容量为140Ah，每组蓄电池由84个串联的蓄电池单体组成，单体蓄电池的标称电压为1.2V。下面以庞巴迪某车型6节编组地铁车辆蓄电池为例进行具体介绍，每辆A车中安装两个蓄电池箱，合成为一个蓄电池组，每个蓄电池组中有80个镍铬电池单体，型号为FNC232MR，电池单体额定电压为1.2V，放电率为5h时容量为140Ah。电池单体串联在16个不锈钢的隔栅中，用镀镍铜板在这些隔栅之间连接内部的电池单体，隔栅之间用无卤铜线连接。蓄电池箱安装在能拉进、拉出的滑道上，方便在车上进行蓄电池的维护修理。学习活动蓄电池的维护保养一、蓄电池的结构镍镉蓄电池单体正极以多孔烧结氧化银为电极基片，用化学方法沉淀氢氧化银作为电极活性物质。负极以金属镐为基片，用化学方法沉淀氢氧化镉作为电极。它们分别包在穿孔钢带中经加工而成为正极板组和负极板组，以绝缘隔膜隔离正、负极板，牢固地装在塑料外壳内组成蓄电池单体，如图8-19所示。（a）外观

（b）结构图8-19单节蓄电池的外观及结构l-液口栓盖；2-外接端子；3-跨接板；4-富液设计；5-电池商标；6-形式表示；7-烧结式极板新开发极板；8-二次补水装置学习活动蓄电池的维护保养一、蓄电池的结构每个蓄电池单体基本包括以下几个部分：（1）正、负极由活性物质和导电骨架组成。（2）隔膜用在正、负极板之间，防止正、负极之间短路。（3）电解液在电池内部，起到离子导电的作用，在蓄电池内部形成通路。（4）外壳极板、电解液和隔膜组装在外壳内。外壳要求有良好的机械强度，耐冲击、耐腐蚀、耐高低温等。（5）其他部件如螺栓、螺母、垫片、弹簧和导线等。学习活动蓄电池的维护保养一、蓄电池的结构镍镉蓄电池的电解液为KOH水溶液，电压1.2V，体积能量密度为130~200Wh/L，质量能量密度则为40~50Wh/kg。FNC232MR型蓄电池电解液中也包含55％浓度的氢氧化锂（23.1g/L）。蓄电池盖上留有注液口，平时装有顶端带出气孔的塑料气塞，注入电解液时可打开气塞。城市轨道交通车辆上，通常每个Tc车配置一组蓄电池，每组蓄电池配有2个蓄电池箱，其电气接口如图8-20所示。蓄电池箱内的主要设备包括：蓄电池、熔断器和温度传感器。熔断器用于对蓄电池电路进行过流保护；通过温度传感器检测蓄电池的温度，实现充电机对蓄电池充电电压的温度补偿功能。学习活动蓄电池的维护保养一、蓄电池的结构图8-20蓄电池箱电气接口示意图学习活动蓄电池的维护保养一、蓄电池的结构列车正常运行时，蓄电池处于浮充状态；当蓄电池充电机检测到蓄电池电流大于某电流时，将自动调节浮充模式到快充模式，20℃时，单体快充电压为1.59V/节，充电电流限制值为28A。随着充电的进行，充电电流将逐渐减小，当蓄电池充电机检测到蓄电池电流小于某电流时，将自动调节快充模式到浮充模式，20℃时，单体浮充电压为1.50V/节，充电电流限制值为28A。蓄电池在充放电循环过程中，电池温度不能超过限定值，当检测到蓄电池的温度大于75℃时，蓄电池充电机断开，当蓄电池的温度低于65℃后再接通。学习活动蓄电池的维护保养二、镍镉蓄电池的工作原理与充电方法1．工作原理镍镉蓄电池充电时，正极发生氧化反应，负极发生还原反应；放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。镍镉蓄电池化学总反应式为过充电时为镍镉极板的活性物质在充电后，正极板为氢基氧化镍，负极板为金属镉。而放电终止后，正极板转化为氢氧化亚镍，负极板转化为氢氧化镉。学习活动蓄电池的维护保养二、镍镉蓄电池的工作原理与充电方法2．充电方法（1）恒电流充电恒电流充电是指电池充电过程中，电流恒定不变。恒电流充电一般是用0.2C5A（C5A表示蓄电池容量，0.2C5A表示充电电流值为蓄电池容量大小的0.2倍）电流连续充电8h。（2）恒压限流充电恒压限流充电方法通常是在规定电压下，将充电电流限定在0.2C5A以下充电。（3）浮充电浮充电是指在列车使用情况下，保持恒压但不限制电流充电。学习活动蓄电池的维护保养三、蓄电池的主要技术参数1．电压（1）标称电压（额定电压）一般情况下，碱性蓄电池的标称电压是1.2V，酸性蓄电池的标称电压是2.0V。（2）充电电压给蓄电池充电时设定的电压。2．容量蓄电池的容量是指在一定的放电条件下可以从蓄电池中获得的电能，它是放电电流与放电时间乘积，其单位为Ah。蓄电池的安装额定容量考虑正常和降级条件下的使用。对于一个库存的6车单元，所有逆变器不工作，蓄电池应能维持一端电压给正常负载（司机控制器钥匙取出）所连接的设备供电60h。紧急情况下，能保证驱动紧急负载设备45min，并开、关门一次。学习活动蓄电池的维护保养三、蓄电池的主要技术参数3．放电电流放电电流是指蓄电池工作时所产生的电流，单位为A。蓄电池在工作中的电流强度常用“放电倍率”来表示，放电倍率是指蓄电池在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值，写作NC（N代表倍数，C代表蓄电池容量）。放电倍率对电池放电容量的影响很大，放电倍率越大，放电电流越大，电化学极化和浓差极化急剧增加，使电池放电电压急剧下降，电极活性物质来不及充分反应，电池容量会减少很多。蓄电池放电倍率主要有以下几种：低倍率（<0.5C）、中倍率[（0.5~3.5）C]、高倍率[（3.5~7）C]和超高倍率（>7C）。FNC232MR型蓄电池主要技术参数见表8-2。参数参数取值电池型号FNC232MR系统电压/VDC110蓄电池组电压/V96蓄电池单体数量/个80（16个托盘，5个单体／托盘）额定电压/V1.2（单体）额定容量/Ah140极的数量7正极、8负极，纤维结构设计葛电池单体尺寸/mm92×122×309终端（电极）不锈钢螺钉和垫圈，M8内螺纹螺栓蓄电池组总重/kg530连接力矩/N•m16电池盒的材质聚丙烯极性鉴别红色为正级，蓝色为负级通风活塞上部开口型补充水周期3个月表8-2

FNC232MR型蓄电池主要技术参数学习活动蓄电池的维护保养四、蓄电池的保护措施1．隔离保护低压箱内设有隔离开关，当蓄电池出现故障或要对与蓄电池相连的设备进行检修时，可以使蓄电池与负载和充电电源隔离。2．逆流保护在低压箱设置二极管防止逆流（从DC110V负载到蓄电池），当一个蓄电池充电机（即低压电源）发生故障时，与其相关的蓄电池不再被充电。3．过流保护在蓄电池正、负端设置熔断器、实现对蓄电池过流、短路保护，熔断器的辅助触点传输给SKS，并由TCMS检测熔断器的状态。学习活动蓄电池的维护保养四、蓄电池的保护措施4．欠压保护通过低压箱内的低压检测继电器检测所在单元蓄电池电压，通过TCMS传输远端蓄电池欠压信号，当检测到两组蓄电池电压都低千84V（各地铁车辆的低压阙值数据稍有不同）时，通过切断供电接触器切断蓄电池负载保护蓄电池，列车进入休眠状态。任务三认识列车照明装置【任务导入】列车照明系统是指城市轨道交通车辆完成正常运行全过程所必需的车辆照明系统，列车照明对车辆的正常运用有着十分重要的作用，列车照明包括哪些？其日常检修内容及要求有哪些呢？任务三认识列车照明装置【任务准备】1．设备

城轨车辆，多媒体设备；2．工具

个人工具箱，吸尘器，方孔钥匙、软布，电气清洁剂等。学习活动认识列车照明装置以上海地铁l号线列车车辆为例，该系统包括列车运行必需的外部照明系统、客室照明系统及列车操作过程中所必需的工作照明系统。它们应具备列车运行全过程及检修过程所需的所有照明功能。一、外部照明设备外部照明设备由头灯、尾灯、运行灯及侧墙信息灯等构成。这些外部照明设备是列车正常运行中至关重要的照明灯具，显示了列车的车次、目的地、前进、后退、停放、ATC运行方式、制动施加等重要信息，是列车安全、正点运行的保证。1．头灯（1）头灯的作用及一般要求头灯用于列车运行过程中前进方向的前进照明，以便于驾驶人员对前方路况及信息进行观察。头灯安装于列车前端的端墙下方左右两侧对称的位置。头灯应能提供“亮”和“暗”两种照明强度。学习活动认识列车照明装置一、外部照明设备1．头灯其中，在照明强度为“亮”的工况下，要求在距离列车215m处照度达到1.6lx（该照度的外界条件是视觉清晰的天气情况下，且无其他外界照明）。这是因为当列车在最高速度（80km/h）时，其紧急制动的正常制动距离为190×（1±5%）m。这样，215m的照度距离保证了司机在操作时，一旦发生异常情况，能有效采取紧急制动措施，确保列车运行安全，避免对列车或阻挡物（人、设备等）造成损坏。（2）头灯灯具头灯灯具由三部分组成：①TVO型电子镇流器：TVO型电子镇流器是头灯工作的电源部分。学习活动认识列车照明装置一、外部照明设备1．头灯它由列车110V直流电源供电，首先通过TVG型电子镇流器的逆变部分将直流逆变为交流，然后通过交流变压器变压，并通过整流、滤波，得到一个稳定的24V直流电源，作为头灯灯泡的电源。②灯具：由于头灯的特殊工作情况要求，头灯应具备下列特点：体积小，聚光能力强，具有防眩光作用。这就对灯具提出了特殊的要求。首先，反光板的设计应满足聚光要求。其次，玻璃外罩材料必须是防眩光材料（即偏正玻璃）且具有辅助聚光的作用。③灯泡：地铁列车头灯照明要求高，这就决定了功率相应较大，且具有“亮”和“暗”两组灯丝。同时，为了加强聚光能力，该灯泡的灯丝应配有球形反光镜。学习活动认识列车照明装置一、外部照明设备2．尾灯（1）尾灯的作用尾灯的作用是显示列车尾部所在位置。其形状、大小与头灯类似。其照度要求是在215m处能见到尾灯亮。尾灯以红色显示。（2）尾灯灯具和灯泡尾灯灯具的形状、大小及安装位置与头灯接近。其灯罩为红色，灯泡为25-60W的白炽灯。学习活动认识列车照明装置一、外部照明设备3．运行灯（1）运行灯的作用地铁列车的运行灯是用来显示列车运行状态的指示灯，其显示方式与头、尾灯相似。红色灯亮表示本车为列车尾端或本车反向行驶。白色灯亮表示本车为列车前进方向或为主控制室端。（2）运行灯灯具和灯泡运行灯由两组不同颜色的聚光灯组成，分别安装于列车前后端墙靠近车顶的左右两侧。一般两组灯具的颜色分别为红色和白色，且红色灯安装在外倒，白色灯安装与内侧。学习活动认识列车照明装置二、客室照明设备1．客室照明系统的电源配置为满足正常照明和应急照明两部分功能的要求，列车相应配以220V变流电源和110V直流电源。在正常情况下，列车客室照明电源由列车A车的辅助逆变器及低压电源装置提供（包括220V交流电源及110V直流电源）。而在紧急情况下（即A车逆变器无法正常工作），则由两节A车的主蓄电池提供列车客室所必需的应急照明。由于列车A车是由接触网提供l500V直流电压，经过辅助逆变器输出交流三相380V电压，并采用中线抽头的方式获得220V交流电压，这里就存在三相之间负载平衡的问题。列车在设计中考虑了这个问题，将客室照明负载平衡地分别连接到辅助逆变器的三相电源上，井使每一相所接照明负载间隔分布，从而使得当电源缺相时，客室照度仍能相对均匀。学习活动认识列车照明装置二、客室照明设备2．客室照明用镇流器照明用荧光灯管的工作电源一般是通过镇流器获得的，而通常使用的电感式镇流器对电网及车辆的控制、监控、辅助等设施会产生一定的干扰。又由于车载辅助电源的功率配置局限性，使电感式镇流器这一功率因数相对较低的部件对荧光灯管启动不稳定，故不适用于车载运行。所以，列车客室照明用镇流器均为电子式镇流器。学习活动认识列车照明装置三、工作照明设备列车配备了司机及维修人员在作业过程中所必需的工作照明系统，包括司机室照明、司机阅读灯设备柜照明及信息照明等。1．司机室照明该照明灯具位于司机室中央顶部，为双管荧光灯具。其电源系统为110v直流电源，镇流器为EVG110V/18W。该灯具在列车启动阶段、列车停车期间、车辆维修时使用。列车正常运行过程中，该灯具不开启，以免影响司机正常瞭望。2．司机阅读灯该照明灯具位于司机室驾驶台上，为低压24V/5W白炽灯。一般阅读灯用于列车运行过程中，司机对驾驶台面板的观察及在特殊情况下填写各类报表。学习活动认识列车照明装置三、工作照明设备3．设备柜照明该照明灯具位于车辆各设备柜内，为110V/25W磨砂白炽灯。其主要功能为方便司机和维修人员的操作与作业。4．信息照明该照明灯具位于司机室前上方