城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)基礎(chǔ)城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)包括車輛上的各種電氣設(shè)備及控制電路。城市軌道交通車輛將外部接觸網(wǎng)輸入的電能傳遞給動車車輪，是通過一整套與電能有關(guān)的能量變換、傳遞及控制裝置實現(xiàn)的。城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)由牽引動力系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。牽引動力系統(tǒng)屬于高壓電路，一般為1500V、750V、600V直流供電，通常由三相50Hz、380V/220V交流電路構(gòu)成；控制系統(tǒng)通常由電壓為110V、24V或其他電壓值的直流電路組成。城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)所需的電能，都是通過架空接觸網(wǎng)（第三軌）供給的。1城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)概述車輛電氣牽引系統(tǒng)按其功能及電壓的不同，可分為牽引高壓電路（主電路）、輔助供電電路和控制電路3部分；設(shè)計時，又可根據(jù)功能的不同細(xì)分為主電路、牽引/制動電路、輔助電路、監(jiān)控信息電路、照明電路、空調(diào)電路、附屬設(shè)備電路、車門控制電路和車鉤電路等。電氣牽引系統(tǒng)是列車各系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，在該系統(tǒng)中，通過繼電器、按鈕和旋鈕可以實現(xiàn)電路一定的邏輯功能，以滿足列車整體性牽引、制動控制的條件。電氣牽引系統(tǒng)按實現(xiàn)功能的不同，可分為激活列車控制電路、初始條件設(shè)置控制電路、牽引控制電路、制動控制電路、車門控制電路、通信控制、照明控制電路等幾部分。其中，激活列車控制電路是最為根本的控制電路，該部分電路啟動后，其他部分電路的功能才具備動作條件。其他部分電路則是具體功能性控制電路。1城市軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)概述1.牽引高壓電路為滿足城市軌道交通客運量的需要，城市軌道交通車輛通常采用3輛、4輛、5輛、6輛等幾種編組形式。北京某地鐵線路列車采用2動2拖4輛編組，如圖1-1（a）所示；長春地鐵1號線采用4動2拖6輛編組，如圖1-1（b）所示。其中，Tc車為帶有司機室的拖車，M車為帶有受流器的動車。在兩列Tc車上設(shè)置了可對列車進行牽引制動控制的司機操作臺。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備車輛采用DC750V受流器供電方式，每列車分為2個動力單元，每個單元由1個動車和1個拖車構(gòu)成。如圖1-2所示，對于每個單元，在中間的動車（M車）上設(shè)置4個受流器，在Tc車上設(shè)置2個受流器，將電網(wǎng)提供的額定DC750V高壓電源提供給車輛高壓設(shè)備；單元內(nèi)設(shè)高壓母線以保證每個單元內(nèi)的牽引設(shè)備和輔助設(shè)備都能通過受流器進行受電。此外，為了保證列車運行的可靠性，全列車設(shè)置輔助高壓母線，以保證當(dāng)一個受流器出現(xiàn)故障時，另一個受流器能保證所有輔助供電系統(tǒng)的高壓供電。列車高壓牽引動力系統(tǒng)由受流器、高壓電器箱（PH箱）、牽引逆變器、濾波電抗器、牽引電動機（tractionmotor）、制動電阻（brakingresistor）等部件構(gòu)成。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備如圖1-3所示，主隔離開關(guān)（MQS）、高速斷路器（highspeedcircuit-breaker，HSCB）集成在高壓電器箱中，母線接觸器（BLB）、母線高速斷路器（BHB）、主熔斷器（MF）集成在母線高速斷路器箱中，母線熔斷器（BF）、MF集成在母線熔斷器箱中，三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)（BQS）、輔助隔離開關(guān)（AQS）、輔助熔斷器（AF）、輔助母線熔斷器（BAF）、車間電源連接器（WXP）、網(wǎng)壓檢測電壓傳感器（SV）、網(wǎng)壓檢測電路熔斷器（VF）、隔離二極管（VD1）集成在輔助高壓電器箱中。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備如圖1-4所示，BQS有“運行”“車間”“切除”三個位置。當(dāng)BQS處于“運行”位時，通過第三軌受流器受流的750V電源接入牽引主電路及輔助高壓電路。當(dāng)BQS處于“車間”位時，車間電源輸入的750V電源由BQS的“車間”位接入；“運行”位無高壓輸入，牽引主電路被隔離，此時輔助電源由車間電源供電。BQS帶有低壓輔助觸點，該輔助觸點將被引出作為聯(lián)鎖信號。當(dāng)BQS處于“切除”位時，牽引主電路及輔助電源電路都被隔離。高壓牽引母線電路說明：BHB、BF作為單元內(nèi)兩個動車之間牽引母線的短路或接地保護。牽引母線電路的BLB、BHB、BF將車輛（Tc車、M車、M車、Tc車）間的所有高壓輸入貫通連接，以保證牽引系統(tǒng)在過無電區(qū)時，可通過大的無電區(qū)且沒有動力損失。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備HSCB為牽引系統(tǒng)的總開關(guān)。每個高壓電器箱內(nèi)都有1個HSCB，用于給車上的牽引設(shè)備提供過流和短路保護。HSCB的斷開方式有兩種：一種是通過牽引控制單元（drivecontrolunit，DCU）來控制的，另一種是由過流和短路故障而引發(fā)的脫扣分?jǐn)?。DC750V電源從受電弓經(jīng)前級高壓電路被送到高壓電器箱，再經(jīng)HSCB、充電接觸器KM12（KM22）、充電電阻R11（R21）、短接接觸器（KM11/KM21）傳輸?shù)诫娍蛊骱蜖恳孀兤?，如圖1-5所示。KM12、KM22為單極電磁型接觸器，其作用是向牽引逆變器中的支撐電容器充電。充電接觸器與R11/R21一起作用，避免電壓突變對支撐電容器造成損傷。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備牽引系統(tǒng)采用變壓變頻（variablevoltagevariablefrequency，VVVF）逆變器（牽引逆變器）和異步牽引電動機構(gòu)成的交流傳動系統(tǒng)。VVVF逆變器采用絕緣柵雙極晶體管（insulatedgatebipolartransistor，IGBT）功率器件，為實現(xiàn)熱管散熱器自然冷卻，采用高性能的交流傳動直接轉(zhuǎn)矩控制策略。交流傳動系統(tǒng)優(yōu)先使用電制動，具有反應(yīng)迅速、可靠的空轉(zhuǎn)/滑行保護等特性。牽引逆變器作為整個交流傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其基本功能是把從直流電源中獲得的直流電壓變換成頻率和幅值都可調(diào)的三相交流電，并給牽引電動機供電。根據(jù)中間儲能元件的不同來分類，牽引逆變器可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備2.輔助供電電路如圖1-6所示，圖中畫框的部分為北京燕房線輔助供電系統(tǒng)車載設(shè)備的配置，輔助電源將直流電壓（DC750V）逆變成三相交流電壓（AC380V），為空調(diào)、空氣壓縮機、照明及控制電路等提供穩(wěn)定的三相四線制的交流電壓，并將交流電壓（AC380V）通過蓄電池充電器變換成蓄電池與低壓直流負(fù)載使用的DC110V電壓，DC24V電壓由DC/DC模塊提供。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備在每個單元的Tc車上配置1個輔助高壓電器箱，箱內(nèi)設(shè)置1臺輔助電源箱（SIV），每臺SIV的輸出功率總?cè)萘繛?20kVA，其中輔助供電系統(tǒng)交流輸出容量為195kVA，直流輸出容量為25kW。SIV的交流輸出同時作為蓄電池充電器的輸入。當(dāng)直流負(fù)載低于25kW時，其余容量可用于AC380V負(fù)載。4節(jié)編組列車有2臺SIV，正常運行時，它們一起向4節(jié)編組列車的負(fù)載供電。如果某臺SIV故障，則這臺輔助電源箱的輸出會被封鎖，由另一臺輔助電源箱通過擴展供電電路為整列車的基本負(fù)載供電。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備對于DC110V、DC24V耗能設(shè)備的供電和110V蓄電池的充電，在2個單元上各安裝2個直流電源，直流電源DC110V的輸出功率為25kW（含DC24V負(fù)載）。輔助供電系統(tǒng)主電路設(shè)備分為輔助電源箱和擴展供電箱。DC750V電壓經(jīng)輔助高壓電器箱內(nèi)的三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)（BQS）、輔助熔斷器（AF）送入逆變電路。在逆變電路中，直流輸入高壓經(jīng)直流濾波電抗器（FL）、電容器、充放電電路（RC、KM2、RD）、直流濾波電抗器（FC），送至IGBT逆變器進行逆變后輸出脈寬調(diào)制（pulse-widthmodulation，PWM）交流電壓。送入輸出變壓器（TR1）進行電壓隔離、降壓，再經(jīng)過三相交流濾波器（ACC）濾波得到低諧波含量的三相準(zhǔn)正弦電壓，輸出三相380V、50Hz電壓，在任何一相輸出線與變壓器的中性點之間均可得到單相交流220V電壓。2城市軌道交通車輛電氣部件與設(shè)備DC110V蓄電池充電機電路采用三相全波整流加半橋式高頻DC/DC電路。從逆變器電路輸出的穩(wěn)定三相交流380V電壓經(jīng)過三相電抗器（L3）輸入DC110V充電機模塊。DC110V充電機電路的工作原理為：三相交流380V電壓經(jīng)過自動開關(guān)（QF11）/預(yù)充電電阻（Rd1、Rd2）輸入三相整流橋