城市轨道交通车辆及操作单元7 电力牵引系统
城市轨道交通供电系统详解.
城市轨道交通供电系统详解第一章电力牵引供电系统综述一、电力牵引的制式对牵引列车的电动车辆或电力机车特性的基本要求:1、起动加速性能要求起动加速力大而且平稳, 即恒定的大的起动力矩, 便于列车快速平稳起动。
2、动力设备容量利用对列车的主要动力设备——牵引电动机的基本性能要求为, 列车轻载时, 运行速度可以高一些, 而列车重载时运行速度可以低一些。
这样无论列车重载或轻载都可以达到牵引电动机容量的充分利用, 因为列车的牵引力与运行速度的乘积为其功率容量,这时近于常数。
3、调速性能列车运输,特别是旅客运输,要求有不同的运行速度,即调速。
在调速过程中既要达到变速, 还要尽可能经济, 不要有太大的能量损耗, 同时还希望容易实现调速。
低频单相交流制是交流供电方式, 交流电可以通过变压器升降压, 因此可以升高供电系统的电压, 到了列车以后再经车上的变压器将电压降低到适合牵引电动机应用的电压等级。
由于早期整流技术的关系, 这种制式采用的牵引电动机在原理上与直流串激电动机相似的单相交流整流子电动机。
这种电动机存在着整流换向问题,其困难程度随电源频率的升高而增大,因此采用了“低频”单相交流制,它的供电频率和电压有 25 HZ、 6.5~11 kV和 1632HZ 、 12~15 kV等类型。
由于用了低频电源使供电系统复杂化, 需由专用低频电厂供电, 或由变频电站将国家统一工频电源转变成低频电源再送出, 因此没有得到广泛应用, 只在少量国家的工矿或干线上应用。
“工频单相交流制” 。
这种制式既保留了交流制可以升高供电电压的长处, 又仍旧采用直流串激电动机作为牵引电动机的优点, 在电力机车上装设降压变压器和大功率整流设备, 它们将高压电源降压, 再整流成适合直流牵引电动机应用的低压直流电, 电动机的调压调速可以通过改变降压变压器的抽头或可控制整流装置电压来达到。
工频单相交流制是当前世界各国干线电气化铁路应用较普遍的牵引供电制式。
城市轨道交通车辆的基本组成
城市轨道交通车辆的基本组成城市轨道交通车辆主要由车体、转向架、车门系统、车体连接装置、制动系统、电力牵引系统、空调和通风系统、辅助电源系统、列车通信系统、列车控制系统与监控系统组成。
1、车体。
车体即容纳乘客的部分，也是安装与连接其他设备和部件的基础。
现代城市轨道交通车辆车体采用整体承载结构，由大断面铝型材或不锈钢制成，其组成部分有底架、侧墙（车窗、车门）、端墙、车顶等。
2、转向架。
转向架又叫走行部，是能相对车体回转的一种走行装置，它安装于车体和轨道之间，用于支撑车体，同时用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶并承受与传递来自车体及线路的各种荷载，缓和其动力作用，是保证车辆运行品质的关键部件。
转向架一般由构架、一系悬挂装置、二系悬挂装置、轮对轴箱装置、基础制动（闸瓦制动或盘形制动）装置等组成。
动力转向架还装有牵引电动机和传动装置。
3、车门系统。
车门系统包括客室车门、司机室侧门、客室与司机室通道门、司机室前端疏散门。
客室车门关系到列车运营和乘客的安全，目前客室车门主要有内藏门、外挂门、塞拉门三种结构形式。
客室车门在列车运行中必须可靠锁闭，并具有防挤压保护功能，以防在关门时夹伤乘客；在设计上要通过监测装置将车门状态与列车牵引指令电路联锁。
同时，为了应对故障或突发的紧急情况，每个车门都配置了可现场操作的故障隔离装置和紧急开门装置。
4、车体连接装置。
车体连接装置主要包括车钩缓冲装置和贯通道装置（风挡装置）。
车钩缓冲装置由车钩和缓冲器两部分组成，安装于车体底架的两端，用于车辆间的连接与分解，其作用包括：使多节车辆编组成一列车，传递车辆间的牵引力、制动力和其他纵向冲击力，缓和及衰减车辆间的冲击力。
贯通道装置（风挡装置）位于两节车厢的连接处，是两车的通道连接部分，具有良好的防风、防雨、防尘、隔声、隔热功能，能使乘客安全地穿行于车厢之间。
5、制动系统。
制动系统的主要作用是产生制动力，保证运行中的列车按需要减速或在规定的距离内安全停车及防止停放的车辆溜走，确保行车安全。
城市轨道交通供电与牵引系统教学ppt
供电与牵引系统需要建立信息共享和实时监测机制，以便及时发现 和解决系统故障，确保列车安全可靠地运行。
应急演练与预案制定
供电与牵引系统需要进行应急演练和预案制定，以提高应对突发事 件的能力，确保城市轨道交通的安全运营。
04
城市轨道交通供电与牵引 系统的维护与保养
日常维护与保养
01
智能化与自动化技术的应用
智能化调度系统
通过建立智能化调度系统，实现对城市轨道交通供电与牵 引系统的实时监测和智能调度，提高系统的运行效率和安 全性。
自动化监控与维护系统
建立自动化监控和维护系统，实现对城市轨道交通供电与 牵引系统的远程监控和维护，减少人工干预和故障发生率。
自动化检修与维护
采用自动化检修和维护技术，提高城市轨道交通供电与牵 引系统的维护效率和准确性，降低维护成本。
防寒防潮处理
在冬季或潮湿环境下，采取相应的防寒防潮措施， 保证设备正常运行，防止因环境因素引起的故障。
3
更新改造
根据设备的使用情况和性能要求，对供电与牵引 系统进行更新改造，提高设备的性能和稳定性。
05
城市轨道交通供电与牵引 系统的安全与可靠性
安全防护措施
设备安全防护
01
确保牵引供电设备、高压电缆、变电所等关键设施的安全防护
电压与电流控制
供电系统需要根据牵引系统的需 求，提供适当的电压和电流，以 满足列车牵引和辅助用电的需求。
故障情况下的应对
措施
供电系统在故障情况下需要采取 相应的应急措施，如切换到备用 电源或进行紧急供电，以确保列 车安全停运。
牵引系统对供电系统的需求
大容量、高可靠性
牵引系统需要供电系统提供大容量、高可靠 性的电能，以满足列车高峰时段和突发大客 流时的用电需求。
城市轨道交通车辆牵引与供电系统概述
转子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从
而实现机电能量转换的主要部件
转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者
之间有一个空气隙
拓展
直流电动机工作原理：
友情提示：本知识点涉及高 中物理知识个，感兴趣的同 学可以上网搜索更加详细的 直流电动机系统知识
直流电动机的调速方式
直流牵引电动机的调速有两种基本形式：变阻控制 和斩波调压控制
城市轨道交通车辆牵引传动系统的 构成
接触网（第三轨） 受流器 变流装置 牵引电机 齿轮传动箱 轮对 列车运行
牵引传动装置
介绍
城市轨道交通车辆牵引与供电系统是城市轨道交 通系统的重要组成部分，其电力牵引系统是以城市 电网的电力为动力源，将电能转为机械能，牵引列 车运行的一种城市轨道交通牵引动力形式。城市轨 道交通车辆供电系统是由电力系统经高压输电网、 主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压等环节， 向城市轨道交通列车输送电力的全部供电系统。
牵引电动机分为旋转电动机和线性电动机两大类。 旋转电动机有直流电动机和交流电动机。线性电动 机即直线牵引电动机，是异步感应电动机的简称
直流电动机
直流电动机由定子转子两部分构成。
极掌
极心
N ···
励磁绕组
···SΒιβλιοθήκη S机座转子
N
直流电动机的磁极和磁路
直流电动机各部分的作用
定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作
包括下部支杆5、下部导杆6、上部支杆7和上 部导杆8；
采用高强度冷拔无缝管制作。
• 高度止挡2：
安装在下部导杆侧下方的基础框架上； 用以限制受电弓的最大升弓高度。
• 弓头：
是弓与网相接触的部分； 由集流头9、接触带10、转轴、端角11和弹簧 盒组成。
演讲城市轨道交通车辆牵引与供电系统课件
开关柜
电缆
电缆是城市轨道交通供电系统中的重 要传输介质，要求具备耐压、耐流、 低阻等特点，以保证电力传输的质量 和稳定性。
开关柜是供电系统中的配电设备，用 于控制和保护供电线路的正常运行， 包括断路器、隔离开关等设备。
04
城市轨道交通车辆牵引与供 电系统的维护与检修
Байду номын сангаас
日常维护
01
02
03
日常检查
对牵引与供电系统进行日 常巡检，检查设备外观、 紧固件和连接状态，确保 设备正常运行。
电源接入方式
2
根据城市电网的实际情况，供电电源可以采用单电源或双电
源接入方式，以提高供电的可靠性和稳定性。
电源容量
根据城市轨道交通的负荷需求，供电电源应具备足够的容量 ，以满足列车运行和车站、控制中心等设施的电力需求。
供电网络
供电制式
城市轨道交通供电系统采用的供电制式包括第三轨供电、架空接触网供电和轨道接触网供电等， 不同制式具有各自的优缺点和适用范围。
演讲城市轨道交通车辆牵引与供电系统
课件
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目录
• 城市轨道交通车辆牵引与供电系 统概述
• 城市轨道交通车辆牵引系统 • 城市轨道交通供电系统 • 城市轨道交通车辆牵引与供电系
统的维护与检修 • 城市轨道交通车辆牵引与供电系
统的未来发展
01
城市轨道交通车辆牵引与供 电系统概述
系统定义与功能
系统工作原理
工作原理
当列车需要启动时，受电弓与接触网接触，直流电流通过接触网传输至牵引电动 机，牵引电动机旋转产生动力，推动列车前进。同时，列车内部设备所需的电力 由牵引供电设备提供。
特点
城市轨道交通牵引供电系统
电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT
关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道
MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极
注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使
输出变压器
❖ 输出变压器将交流滤波器输出的三相电源变 换为AC380V或AC220V，提供给车辆交流负 载，同时作为和输出回路的隔离之用；同时 还将输出的AC 380V电源通过变压器再变换 为AC 85V和AC 20V，提供给整流装置，整 流装置通过三相整流模块，输出DC 110V和 DC 24V提供给车辆的直流负载。
GTO
❖ 可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶 闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自 行关断。
❖
❖ 普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能 维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维 持电流IH，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电 路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波 形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了 普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使 用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使 用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。 目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶 闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显 示出强大的生命力。
电力供电系统
❖ 一次电力系统：发电厂、传输线路、区域变电所 ❖ 轨道交通牵引供电系统：牵引供电和动力照明供电系统
城市轨道交通车辆 第07章 辅助供电系统
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五、中压负载的保护
为避免由于中压用电单元故障造成配电线路 故障，可通过硬件（如：自动开关, 可手动恢复
的热继电器）和软件（车辆逻辑会防止造成故障
的接触器闭合）实现保护功能。
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六、辅助变流器（辅助供电系统的主要设备之一）
编组中的1、2、4、7和8车中配有一台辅助 变流器及相应的控制器，与相应的牵引变流器 （CONVTRAZAUX）位于同一机箱中，可直接从 牵引中间级滤波器获得电源。
Consumers
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直流110V电源负载
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充电器的输入和输出
动车组有五个充电器对应五组蓄电池，分 别设置在MC1, MC2, M1, M2 and M3上 。
充电器参数：
充电器输入3相交流400V, 50 Hz
充电器输出电压 直流 100V
输出功率 22 kW。
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蓄电池和蓄电池箱
• 蓄电池为镉镍电池
• 电池的容量: 200 Ah
• 动车组共有五个蓄电池箱，分别设在Mc1, Mc2, M1,
M2 and M3 车上。蓄电池箱中有82块电池，组成两
个相互独立的部分，每个部分有41块。 同时在Tp1, Tp2 and Tb 车上设有用于连接辅 助系统和电池系统的接线箱。
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CRH5型动车组辅助供电系统介绍
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1、充电机的主要功能及特点
对蓄电池进行恒压限流充电。 保证提供24VDC负载电压。 所有充电机是并联的。
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2、充电机的特性
• • • • • • • 半导体功率器件: 额定输入电压: 电池额定电压: 电池充满的电压 (维持) 最大电流: 最大29Vcc产生功率: 输出电压最大脉动: IGBT 400 VAC 24 V DC 29 V DC 570 A 15kW 3.5Vp
城市轨道交通供电与牵引系统
城市轨道交通供电与牵引系统简介城市轨道交通供电与牵引系统是城市轨道交通运营的核心部分，为城市轨道交通车辆提供稳定可靠的电力供应，并通过牵引系统将电力转化为动力，驱动车辆运行。
本文将对城市轨道交通供电与牵引系统的关键组成部分进行详细介绍。
供电系统城市轨道交通的供电系统主要由供电设备、接触网和供电馈线组成。
供电设备供电设备是城市轨道交通供电系统的核心部分，它主要包括变电站、配电装置和电力传输线路等。
变电站负责将输入的电能进行变压、变流等处理，输出适合城市轨道交通使用的高电压电能。
配电装置用于将变电站输出的电能分配到不同的供电馈线上。
电力传输线路则将电能从变电站输送到供电馈线。
接触网接触网是城市轨道交通供电系统的另一个重要组成部分，它负责将电能从供电设备传输到行车区域。
接触网通常采用悬挂在轨道上方的导线或导轨，通过接触网与车辆上的供电装置接触，将电能传输给车辆。
供电馈线供电馈线是连接接触网和供电设备的部分，它通过分布在轨道两侧或中央的电缆将电能传输给接触网。
供电馈线主要负责将变电站输出的高电压电能传输到接触网，以供行车区域的车辆使用。
城市轨道交通的牵引系统是将电能转化为动力，驱动车辆运行的关键部分，它主要包括牵引变流器、牵引电机和传动装置等。
牵引变流器牵引变流器是将供电系统提供的直流电转化为交流电，并根据车辆的运行需求控制输出功率和频率的设备。
牵引变流器通常由多个晶闸管或功率模块组成，通过调整晶闸管的导通和封锁，实现对电流和电压的控制，从而实现对车辆的驱动力和制动力的控制。
牵引电机牵引电机是城市轨道交通车辆中的动力装置，它根据牵引变流器输出的交流电能，将电能转化为机械能，驱动车辆运行。
常用的牵引电机包括直流电机和交流电机，其中交流电机又包括异步电机和同步电机等。
传动装置是将牵引电机输出的动力传递给车轮的部分，它主要通过减速器和传动轴等组件实现。
传动装置的设计对车辆的运行稳定性、效率和能耗等方面有着重要影响。
城市轨道交通车辆维护与检修教学课件第七章牵引系统维护与检修
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7）集电头。集电头是受电弓与接触网接触的部分，主要由滑板条、转轴、弓角、 弹簧盒组成。由轻金属制成的弓角可以防止在接触网分叉处接触导线进入滑板条底 下，避免刮弓。滑板条是由电石磨碳制成的接触部件及由轻金属制成的支撑物组成。 弹簧盒中装有螺旋压缩弹簧，可为集电头在垂直方向提供一定的自由度。
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1．集电靴的组成 上接触式集电靴一般由集电靴主体（包括一整套动力系统弹簧、轴承、金属底座、 金属臂架、紧固件、连接熔断器与受流器的两根电缆）、受流臂、滑块、熔断器、 绝缘框架等组成，如下图所示。
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2．集电靴的维护 对集电靴进行维护时，应依次确认以下内容： （1）外观清洁，无异物，无裂纹。集电靴及附近部位无电击痕迹。 （2）集电靴安装状态良好，转动灵活。以走行轨上平面为基准，到达主轴中心 高度为201.5±2mm，到达碳滑靴磨耗线高度为mm。 （3）碳滑靴的厚度及接触压力符合要求，无偏磨。碳滑靴磨耗距磨耗线2mm以 内时应更换。以走行轨上平面为基准，到达碳滑靴下平面高度为140mm时，压力值 为96～160N。 （4）编织铜导线端头无损坏，安装状态良好。
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1．受电弓的组成 QG-120（B-XAL2）型受电弓为单臂气动受电弓，主要由底架、气囊、下臂杆、 上臂杆、液压阻尼器、拉杆、平衡杆、气源控制箱、导流线、弓头（滑板条、横托 架）等部件组成，如下图所示。
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2．受电弓的维护 受电弓安装在车顶，并且安装区域是开放式的，工作环境相当恶劣。因此，在日 常检修作业中，受电弓是需要重点检查的部件之一。 （1）目测螺栓连接部位的漆封标识、校核力矩，确认连接良好。 （2）目测各转动部位的润滑情况。 （3）目测受电弓各个部位不同规格的导流线是否有断股，如有则更换。 （4）检查弓头滑板条是否有偏磨情况，如有则需调整，如下图所示。 （5）当滑板条磨损到小于26.5 mm时，应及时更换滑板条。
城市轨道交通车辆-第章-电力牵引传动系统课件 (一)
城市轨道交通车辆-第章-电力牵引传动系统课件 (一)城市轨道交通车辆是现代城市交通中非常重要的一部分，而他们的电力牵引传动系统就是其运行的核心和动力。
本文将详细介绍城市轨道交通车辆的电力牵引传动系统。
一、电力牵引传动系统的组成电力牵引传动系统由三个组成部分构成：牵引变流器、牵引电机和制动电阻。
1.牵引变流器：牵引变流器是电力牵引的核心和决定因素，它可以将直流电转化为交流电。
牵引变流器能够控制电机的转速和力矩，以达到牵引车辆的目的。
2.牵引电机：城市轨道交通车辆的牵引电机是三相异步电动机或同步电动机。
牵引电机可以将电能转化为机械能，从而提供动力以驱动轨道车辆。
3.制动电阻：制动电阻是在车辆紧急制动时提供制动力的电阻元件。
当电机接通制动电阻电路时，电机旋转速度要逐渐降低，从而达到制动效果。
二、电力牵引传动系统的分类根据使用条件和使用要求的不同，电力牵引传动系统可以分为直流电力牵引传动系统和交流电力牵引传动系统两种类型。
1.直流电力牵引传动系统：直流电力牵引传动系统具有简单、可靠、成熟的技术，对牵引电机的故障诊断和控制较为方便。
同时，直流电力牵引传动系统还具有调速范围大，可靠性高的特点。
2.交流电力牵引传动系统：交流电力牵引传动系统采用AC电机，可以在不同速度下提供更高的牵引力和效率。
此外，交流电力牵引传动系统可以通过能量回馈来降低整车的能耗。
三、电力牵引传动系统的优缺点1.优点电力牵引传动系统具有牵引力大、加速度快、稳定性高和运行平稳等特点。
同时，电力牵引传动系统能够提供更为舒适的乘坐环境，降低噪声和振动。
另外，电力牵引传动系统还能够节能环保，大大减少空气污染和噪声污染。
2.缺点电力牵引传动系统的成本较高，维护和保养也比较复杂。
同时，由于其本身的构造和性能，电力牵引传动系统的动力响应有些慢，无法满足部分应急情况下的需要。
总之，电力牵引传动系统是城市轨道交通车辆运行的核心，也是现代城市交通发展的重要标志之一。
中职教育-《城市轨道交通车辆电器》下篇课件：单元7 逆变装置(吴冰 主编 人民交通出版社).ppt
7.1 牵引逆变器
逆变电路是将直流电源变换成交流电源的一种电力变 换电路，集成所有逆变电路器件及相关设备的装置称为 逆变装置或逆变器。依据逆变器使用的电力系统的不同 可分为牵引逆变器（工作于牵引供电系统）和辅助逆变 器（工作于辅助供电系统）。
逆变器内部主要有两个核心电路组成，逆变环节和斩 波环节。逆变电路的作用是在牵引工况下工作于逆变状 态（相控角大于90°），将接触网或第三轨输送给车辆 的DC1500V或DC750V电源变换成VVVF的三相交流电源 供牵引电机使用，并进行牵引电机的调速。而在电制动 工况下，使相控角工作于0°～90°，使电路工作于整流 状态，将牵引电机作为发电机工作发出的三相交流电整 流成直流电回馈给电网或消耗在制动电阻上，在电阻制 动阶段，可通过调整斩波环节的开通时间来改变制动电 阻值的大小，从而实现在较宽的速度范围内获取较大制 动力矩的控制目的。
图7-29 先降压斩波再逆变的电路结构 (1)线路滤波器；(2)升／降压斩波器；(3)直流侧滤波器；
(4)逆变器； (5)交流滤波器； (6) 隔离变压器；(7)三相 AC380 V输出（带中性线），(8)降压变压器1，(9) 二极
管整流器1，(10)降压变压器2， (11) 二极管整流器2
三、辅助逆变器的工作原理和技术参数
② 在ur负半周，当ur<uc的各区间，给V2和V3导通信号，而给V1和V4关 断信号，输出负载电压uo＝－Ud。当ur>uc的各区间，给V1和V4导 通信号，而给V2与V3关断信号，输出负载电压uo＝Ud。
（3）三相桥式PWM变频电路的工作原理 三相桥式PWM逆变电路由U相调制波ymU（U相电压指令）、三
➢ IGBT的输出特性也称伏安特性，它描述的是以栅射电
城市轨道交通车辆--电力牵引传动系统 ppt课件
ppt课件
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牵引工况 电能
机械能
牵
受
引
电
网
弓
逆 变 器
牵引 电动机
电能
城轨车辆：
制动工况
机械能
电气牵引时，DC750V或DC1500V直流电压，然后经三
相逆变器变为交流三相电压，给牵引电机供电，实现电能到
机械能的转换。
电气制动时，牵引电机机械能转换为电能，经三相逆变
器变为直流电压反馈到电网，实现机械能到电能的转换，也
• 从主(降压)变电站及其以后的部分统称为“牵引供电系 统”。
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牵引变电所
• 牵引变电所的任务就是将电力系统提供的三相工频交流电 通过变压或变流转变为本线电动车辆可用的电源。
• 根据电流制的不同，牵引变电所又分为直流牵引变电所和 交流牵引变电所。
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• 城市轨道交通采用直流供电制式是因为城市轨道交通运输 的列车功率并不是很大，其供电半径（范围）也不大，因 此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损 失小（同样电压等级下）。
称为再生制动；或通过制动电阻，将机械能转化为热能。
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电能
牵
受
引
电
网
弓
牵引工况
牵引 变压器
变流器
整
逆
流
变
器
器
机械能
牵引 电动机
电能
制动工况
机械能
干线铁路车辆： 电气牵引时，25kV交流电经变压器降压后，经四象限变
流器变为直流电压，然后经三相逆变器变为交流三相电压， 给牵引电机供电，实现电能到机械能的转换。
➢ 根据牵引电机可分为：
城市轨道交通车辆电气牵引系统基础课件
1 城市轨道交通车辆电气牵引系统概述
车辆电气牵引系统按其功能及电压的不同，可分为牵引
高压电路（主电路）、辅助供电电路和控制电路3部分；
设计时，又可根据功能的不同细分为主电路、牵引/制动
电路、辅助电路、监控信息电路、照明电路、空调电路、
附属设备电路、车门控制电路和车钩电路等。
电气牵引系统是列车各系统中的关键部分，在该系统中，
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2 城市轨道交通车辆电气部件与设备
车辆采用 DC 750 V 受流器供电方式，每列车分为 2 个动力单元，每个单元由1个动车和1个拖车构成。 如
图1-2所示，对于每个单元，在中间的动车（M车）上
设置4个受流器，在Tc车上设置2个受流器，将电 网
提供的额定 DC 750 V 高压电源提供给车辆高压设备
7
2 城市轨道交通车辆电气部件与设备
8
2 城市轨道交通车辆电气部件与设备
如图1-4所示，BQS有“运行”“车间”“切除”三 个位置。当BQS处于“运行”位时，通过第三轨受流 器受流的 750 V 电源接入牵引主电路及辅助高压电路。 当 BQS 处于 “ 车间 ” 位时，车间电源输入的 750 V 电 源由BQS的“车间”位接入；“运行”位无高压输入， 牵引主电路被隔离，此时辅助电源由车间电源供电。 BQS带有低压辅助触点，该辅助触点将被引出作为联 锁信号。当BQS处于“切除”位时，牵引主电路及辅 助电源电路都被隔离。 高压牵引母线电路说明：BHB、BF作为单元内两个动 车之间牵引母线的短路或接地保护。牵引母线电路的 BLB、BHB、BF将车辆（Tc车、M车、M车、Tc车） 间的所有高压输入贯通连接，以保证牵引系统在过无 电区时，可通过大的无电区且没有动力损失。
牵引逆变器作为整个交流传动系统的重要组成部分， 其基本功能是把从直流电源中获得的直流电压变换成 频率和幅值都可调的三相交流电，并给牵引电动机供 电。根据中间储能元件的不同来分类，牵引逆变器可 分为电压型逆变器和电流型逆变器。
城市轨道交通牵引供电系统
城市轨道交通牵引供电系统简介城市轨道交通牵引供电系统是城市轨道交通运行的重要组成部分，负责向轨道交通车辆提供电力供应。
它不仅直接影响着轨道交通的运营效率和电力消耗情况，还与乘客的乘坐舒适度和安全性息息相关。
本文将介绍城市轨道交通牵引供电系统的基本原理、组成结构以及未来发展趋势。
基本原理城市轨道交通牵引供电系统的基本原理是将电源通过接触网供应给轨道交通车辆。
具体来说，电源会通过接触网上的触网集电装置传送给牵引系统。
牵引系统由主变压器、牵引变流器和牵引电动机组成，负责将电能转换为机械能，驱动轨道交通车辆运行。
组成结构城市轨道交通牵引供电系统由多个组成部分构成，包括接触网、辅助设备和车辆终端设备。
接触网接触网是城市轨道交通牵引供电系统的核心部分，通常安装在轨道上方。
它由导线、吊杆、挂装件等组成，用于提供电力给牵引系统。
接触网一般采用带电架空式供电，即以高架的方式悬挂在轨道上方，通过接触网上的触网集电装置与车辆终端设备连接。
辅助设备城市轨道交通牵引供电系统还包括一系列辅助设备，用于确保供电系统的正常运行。
辅助设备主要包括配电变压器、开关设备、保护和监控装置等。
配电变压器用于将高压电源转换为适合牵引系统使用的低压电源；开关设备用于控制电能的分配和传输；保护和监控装置则用于监测供电系统的运行状态，及时处理故障和异常情况。
车辆终端设备车辆终端设备是城市轨道交通车辆上的设备，用于接收来自接触网的电能，并将其转换为机械能，驱动车辆行驶。
未来发展趋势随着城市轨道交通的不断发展，牵引供电系统也在不断创新和改进。
以下是一些未来发展趋势：高效能源利用未来的城市轨道交通牵引供电系统将更加注重能源的高效利用。
通过采用先进的能量回收技术，如再生制动系统、能量储存装置等，将能源回收再利用，减少能源的浪费。
无线供电技术无线供电技术有望成为未来城市轨道交通牵引供电系统的重要发展方向。
通过利用无线传输技术，可以不再依赖接触网，实现轨道交通车辆的无线供电，提高供电系统的稳定性和可靠性。
城市轨道交通车辆牵引与供电系统概述
封闭式三相笼型异步电动机结构
定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。
A ----X 三相绕组 B ----Y
C---- Z
机座：铸钢或铸铁
鼠笼转子
转子
铁心：由外周有槽的 硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体； 或铸铝形成转子绕组。 (2) 绕线式转子 同定子绕组一样，也 分为三相，并且接成 星形。
气隙：定子和转子之间
必须有一个气隙
交流电动机的特点
交流电动机没有转向器，构造简单，运行可靠，效 率较高，维护很少，价格低廉；转子坚固，定子绕 组沿圆周均匀分布，电动机体积小，能够获得较大 的单位质量功率；其机械特性较硬，具有较好的防 空转性能，使黏着利用提高；且微电子技术的发展 使异步电动机的调压变频调速得以顺利实现。
效率高 由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量 损耗。
列车控制系统工作原理
城市轨道交通车辆的控制电路，是低电压小功率电 路，分为有接点的直流电路和无接点的电子电路。 有接点的直流电路由主控制器、继电器、电气控制 的低压部分、联锁接点组成；无接点的电子电路由 微机及各种电子单元组成，如列车牵引系统控制单 元、制动控制单元、空调控制单元等。
包括下部支杆5、下部导杆6、上部支杆7和上 部导杆8；
采用高强度冷拔无缝管制作。
• 高度止挡2：
安装在下部导杆侧下方的基础框架上； 用以限制受电弓的最大升弓高度。
• 弓头：
是弓与网相接触的部分； 由集流头9、接触带10、转轴、端角11和弹簧 盒组成。
• 升降弓装置12：
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单元7 电力牵引系统
城市轨道交通车辆及操作
2、交流变压变频电力牵引系统的工作原理
车辆通过受流器由第三轨（或接触网）供电。直流750V（或直流1500V）电压经高 压元件和线路滤波器是供给MCM(牵引逆变器模块)。MCM将直流电压转化为变频变 压的交流电压，用来驱动电动机。在制动模式，电力牵引系统将能量反过来转化，牵 引电机好似发电机，发出电能。电制动能量反馈到电网供给其它列车，或者如果不可 能，则将以热量消耗在制动电阻上。
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2 电力牵引系统的组成及其原理
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1、电力牵引系统的组成
电力牵引系统主要由牵引电机、受 流器、高压箱、MCM(牵引逆变器 模块)、过压保护电阻、电抗器和辅 助电源系统等组成。其中辅助电源 系统包括蓄电池、辅助逆变器模块 和紧急通风逆变器组成。
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(2) 在车辆电力传动系统中，牵引变流器(包括斩波器、逆变器等)广泛采用了GTO(门极可关 断晶闸管)及IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)模块或IPM(智能功率模块)作为主开关器件，特别 是IGBT或IPM模块对较高频率工作的电路也有较好的适应能力。 (3) 微电子技术在地铁车辆的牵引、制动、辅助控制、信息显示和存储、防滑与防空转控制 及行车安全等方面的到了广泛的应用。 (4) 车辆的制动，除了采用摩擦制动外，还采用了电气制动技术，如再生制动、电阻制动及 磁轨制动等，以提高运行过程中的节能效果与安全性。
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2、直流斩波车辆的传动与控制
BJ-6型车辆主电路及其控制与BJ-4型不同之处在于，前者不用变阻控制器LK来切换电阻， 而是采用了可控硅斩波器无级平滑地调节电阻，这样不但调节平稳，而且去掉了LK，在 主回路中减少了许多触头，从而减少了因此引起的故障次数及维修工作量。
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牵引工况分I、Ⅱ、Ⅲ三个工作位；制动工况下分I、Ⅱ、Ⅲ三个工作位。
牵引I位时 通过控制电器按合表的规定自动闭合或断开，使牵引电动机1D～4D串联在一起工作，
为限制启动电流过大，而将全部起制动的电阻串联在主回路中。 同时，为了降低启动转矩，使启动平稳而不发生冲动或引起空转而进行了最深的磁场
目前在发达国家中，交流传动系统的交流装置已普遍采用场效应管（IGBT）组 件，将电力电子器件与驱动电路、保护电路、检测电路等集成在一个芯片或模 块内的智能功率模块（IPM）也已经开始使用。辅助电路是为了保证车辆正常 运行和客室的舒适性，包括车辆上所需要的许多辅助设备（如压缩机、空调机 、控制设备等）及其供电设备（如直流变交流的静止逆变器等）和连线。
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图7-1 牵引传动装置
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现代地铁列车的电力传动系统具有的特点有：
(1) 电力传动技术由最初的变阻调速发展到斩波器调速，进一步发展，则在应用三相异 步牵引电动机的动车中采用了变频变压 (VVVF) 技术。目前，逆变器技术在地铁电动车 组上得到了广泛的应用。
削弱βmin为45％，在这一工作位，列车速度最高可达8～13 km/h，电流整定值为250A， 此工作位为启动或调车位，不能久留。
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牵引Ⅱ位 通过控制磁放大器、可控硅及电磁阀最终由变阻控制器LK通过切电阻来完成1～11 级 的 进 级 过 程 。 在 12 级 时 磁 场 削 弱 β1=65 ％ ， 在 13 级 磁 场 削 弱 β2=45 ％ ( 即 达 βmin)。此Ⅱ级内4台牵引电动机全串联，列车速度可达40～50 km/h，电流整定 值为350A左右。
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图7-2 北京某型号地铁列车M1车牵引系统结构图
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地铁的电力传动与控制方式可分为：直流调阻方式、直流斩波方式和交流变压变频(VVVF)方 式，如图7-3所示。
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图7-3 牵引电机及控制方式
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早期北京地铁有BJ—4型和BJ—6型两种典型车型，全部采用动轴，各由一台76 kW的直流牵引电动机驱动，每台牵引电动机额定电压为750V，额定电流230 A，在 每一节车组的4台牵引电动机中，同一转向架的两台牵引电动机串联成一个机组，在 牵引工况下，同一车辆的两个机组串联或并联。
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1 电力牵引系统概述
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电力牵引是一种以电能为动力的牵引 方式，地铁列车电力牵引系统通常由 受流器从第三轨（输电轨）或架空接 触网接受电能，通过车载的变流装置 给安装在转向架上的牵引电机供电， 将电能转换为机械能，通过齿轮传动 箱和轮对，驱动地铁列车运行，如图 7-1所示。
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16)DJ：接地继电器，用于主回路电阻制动工况下的接地保护。动作值0.2A，它动作后 KC跳开，切断主回路。 17)DC：直流电流互感器，用作主回路电流检测，它将检测的电流信号传送到磁放大器中， 然后去控制加速度继电器的输出从而控制可控硅S1与S2的触发导通或截止，使LK上的两 个电磁阀ⅠLK和ⅡLK线圈得电或失电，最后完成LK变阻控制器的进级过程。 18)Di：接地装置。 19)Ri：电压表倍率器，用以扩大电压表量程。
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12)Cll，12、C22，21及C31，32、C41，42：电动机串励主极绕组。 13)1～2FL及3～4FL：感应分流器。在磁场削弱时，与磁场削弱分路电阻一起接入，利用 电感具有阻碍电流变化的特性，使磁场削弱时分路电流变化不致过快，防止引起瞬时磁场 削弱系数过深的可能。 14)LK：变阻控制器，用以进行电阻的切换及与KC配合进行主回路的串并联转换。 15)R：起制动电阻，限制启动电流过大以及满足电机的调速要求，并限制制动电流过大 而设置。
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城市轨道交通车站设备 城市轨道交通车辆及操作
知识目标
1. 现代地铁列车的电力传动系统具有的特点 2. 电力牵引系统的组成 3. 交流变压变频电力牵引系统的工作原理 4. 牵引逆变箱的结构组成
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技能目标
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1. 能认识电力牵引系统主要部件，并能够指出各自所处的位置 2. 能认知不同的供电方式所采用的受流装置
单元7 电力辆上的控制电路是低压小功率电路，分为有接点的直流电路和无接点的电 子电路。前者是由主控制器、继电器、控制电路的低压部分及联锁接点组成 ：后者由微机及各种电子插板等组成，有列车牵引控制单元、制动控制单元 、空调控制单元、逆变器控制单元等。控制电路的作用是控制主电路及辅助 电路的各种电器的协调动作，通过司机操纵主控制器各手柄和操纵按钮，使 动车组按司机意图或由列车自动运行控制系统控制而运行。
BJ-4 型 (DKl6 型 ) 车 辆 的 主 回 路原理电路图如图7-4。
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图7-4 BJ-4型(DKl6型)车辆主回路原理电路图
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1)lD～4D：直流串励牵引电动机 2)QGD：受流器，借助第三轨将电源引入。 3)GK：主隔离开关，用于无载分断三轨电源。 4)R：下熔断器，用于主回路短路保护，动作值500～I200A。 5)DS：快速断路器，对主回路起过载及短路保护作用。 6)CDJ ： 差 动 继 电 器 ， 作 为 主 回 路 牵 引 工 况 下 的 接 地 保 护 电 器 ， 其 动 作 值 为 电 流 差 值 80A。
BJ—4型和BJ—6型地铁车辆的根本区别在于前者采用变阻控制器进行主回路中 电阻的切换，以实现调速，而后者利用可控硅斩波器调阻调速，实现无级平滑调节。
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上海地铁一号线车辆，每单元由A、B、C三节车辆组成，A车是拖车，B、C车为动 车。每一动轴由一台全悬挂的牵引电动机—CUS5668B型直流串励电动机驱动，额定功率 为207 kW，额定电流302 A，额定电压1500V，同一动车中4台牵引电动机接成两串两并 连接，故加在每台牵引电动机上的实际额定电压为750V，额定转速1470r/min，利用可 控硅斩波器调阻调速。在电阻制动工况下，最大制动电流为360A。
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牵引Ⅲ位 牵引电动机改为两串两并接法，并在两并联支路中逐级切电阻，最后进级是实行二级磁场 削弱，最深的磁场削弱系数为45％，列车速度可达65～80km/h，电流整定值为350A左右。
制动I位 通过牵引制动转换开关的闭合，电空接触器和变阻控制器的闭合。首先形成了两组牵引电 动机的交叉励磁，交差励磁的好处是能使这两个电阻制动主回路中的负载平衡。进一级， 全部电阻接入，电动机作发电机运行。
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制动Ⅱ位 这一制动位从二级开始自动进级，自中间后两边依次轮流切除起制动的电阻，以实现对制 动电流的恒流控制。制动Ⅱ位从2级开始进级到19级，制动Ⅱ位的制动电流整定值大于制动 I位，因此，制动力火，制动效果明显。
制动Ⅲ位 工作过程与制动Ⅱ位相似，进级过程也与制动Ⅱ位时一样，所不同的是制动电流整定值加 大，使制动过程加快，制动力更大，因此制动Ⅲ位又称快速制动位，列车很快会停下。
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目前，在我国地铁列车牵引系统中，按其传动与控制方式可分为直流变阻 牵引系统(如北京地铁1号线部分车辆)、直流斩波调阻牵引系统(如上海地铁 1号线部分车辆)、和交流传动牵引系统(如上海地铁2号线车辆和广州地铁1 号线车辆等)，其发展趋势与世界牵引技术发展主流基本一致。