城市轨道交通车辆电气控制项目二 城轨车辆主传动系统【拓展任务】
《城市轨道交通车辆电气控制》教学大纲
《城市轨道交通车辆电气控制》教学大纲一、课程简介课程名称：城市轨道交通车辆电气控制课程性质：必修适用专业：城市轨道交通控制考核方式：考试建议学时：36 （可根据实际需要进行调整）二、课程的性质本课程是城市轨道交通控制、城市轨道交通运营管理、城市轨道交通车辆等涉及城市轨道交通信号系统相关专业必修的一门专业课程。
本课程的任务主要是学习城市轨道交通车辆电气控制的相关知识，并培养一立的电气应急故障处理能力，使学生在学习过程中能够主动获取知识并积极思考，逐步构建自己的知识体系。
三、课程的任务通过本课程的学习，使学生掌握必备的城市轨道交通车辆电气控制的相关知识，为今后走上工作岗位奠定基础。
四、课程学时分配模块1城市轨道交通车辆电气牵引系统构成1•教学目录1.1城市轨逍交通车辆电气牵引系统基础1.1.1城市轨道交通车辆电气牵引系统概述1.1.2城市轨道交通车辆电气部件与设备1.2旋钮、按钮及开关1.2.1转换开关1.2.2旋钮开关1.2.3按钮开关1.2.4空气开关1.2.5行程开关1.3继电器13.1普通继电器1.3.2接触器13.3时间继电器1.4端子排和接线端子1.4.1端子排1.4.2接线端子1.5车辆电气元件的识图1.5.1图号1.5.2元件号1.5.3子元件号1.5.4交叉引用标识1.5.5线号技能实训技能实训1认识、测试常见低压电器技能实训2连接电动机自锁、互锁电路2•学习目标（1）掌握城市轨道交通车俩电气牵引系统的组成。
（2）认识车辆常用低压电器。
（3）能够连接低压电气电路，并对电路进行故障分析。
3.学习重点（1）车辆常用低压电器。
（2）自锁、互锁电路。
（3）车辆电路的识图。
模块2城市轨道交通车辆牵引动力系统1•教学目录2.1主电路设备配巻及其作用2.1.1主电路系统2.1.2主电路电气原理2.2DC 1 500 V供电主电路电气设备配置2.2.1隔离开关2.2.2高速断路器2.2.3制动电阻箱2.2.4接地装巻2.2.5避雷器2.2.6牵引电动机2.2.7高压电器箱2.3牵引逆变器2.3.1逆变原理2.3.2牵引逆变器的构成及功能2.3.3牵引逆变器的控制方法2.3.4牵引逆变器的保护措施与机理2.3.5牵引逆变器的维护和修理2.3.6 TGN53F型牵引逆变器技能实训技能实训1相序表、万用表的使用技能实训2牵引逆变器的日常维护2.学习目标（1）认识车辆牵引系统设备的配置及作用。
任务3城轨车辆直流牵引传动系统
（磁）轭部
电枢
电枢铁心 电枢绕组
转 子
换向器 换向片
（整流子） 云母片
轴
铸钢或热轧软钢板叠制
硅钢片叠成 漆包线或绝缘扁铜线 含少量银的铜合金 云母层压板，绝缘 碳素钢
提供磁路 产生电磁转矩，实现机电能量转换 提供电流、整流、换向 传递转矩
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
直流串励牵引电机工作原理
情况一：两台特性有差异的牵引电机装在同一动车上并联运行，轮径完全相同。
图2-11 特性有差异的牵引电动机负载 （a）串励电动机特性曲线 （b）他励电动机特性曲线
结论： 串励电动机负载分配不均匀的程度远比他励电动机小。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
情况二： 两台电动机特性完全相同，而它们各自的动轮直径不同
（2-2）
式中：M — 牵引电动机转矩，N； ME — 电动机电磁转矩，N； ΔM — 电动机空载损耗引起的制动转矩，N； 一般为电机额定转矩的1％～3％。 CM — 牵引电动机常数。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
图2-6 直流电动机转矩特性
图2-7直流电动机机械特性
根据电动机的转矩特性与速率特性，可以得到电动机的机械特性。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
2．直流牵引电机的特性分析
(1)速率特性 直流电机的速率特性表示式
n U I a引电动机的端电压，V； Ia —牵引电动机的负载电流即电枢电流，A；
∑R — 牵引电动机电枢回路中的电阻， ；
Φ— 牵引电动机的主极磁通，Wb； Ce — 牵引电动机电动势常数。
项目二 城市轨道交通车辆牵引传动系统
牵引特性电气稳定性分析
牵引电动机稳态电压平 衡方程ƒ ‘（Ia）曲线斜率为正 值时，就具有电气稳定性。
城市轨道交通列车牵引传动系统
城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车牵引传动系统城市轨道交通列车的牵引⼒是由城市轨道交通列车的牵引系统产⽣的，因此要掌握城市轨道交通列车牵引⼒的知识，就必须先掌握列车牵引传动系统的基础知识。
⽬前城市轨道交通列车的牵引传动系统基本都是电⼒牵引传动系统，其基本的⼯作过程是：电能经过列车牵引供电系统传输和相应的转换，提供给列车的牵引电动机，电能转换成机械能，从⽽驱动列车运⾏。
城市轨道交通列车牵引供电的电源是城市电⽹，城市电⽹提供的电能经过牵引变电所的降压、整流变成DC 1 500 V（或DC 750 V），再通过馈电线传递给接触⽹，然后通过受流装置，由钢轨和回流线流回牵引变电所形成回流。
城市轨道交通列车牵引传动系统的基本特点是牵引功率⼤、传动效率⾼、能源利⽤率⾼、绿⾊环保、产⽣的污染很少、容易实现⾃动化控制。
城市轨道交通列车的牵引电动机为列车提供动⼒，牵引电动机按⼯作原理可分为直流电动机、交流异步电动机、交流同步牵引电动机三种。
由于交流电动机与直流电动机相⽐不需要换向器，结构简单，可靠性⾼，维护量少，重量⼩，并能获得较⼤的单位重量功率，具有良好的牵引性能，同时三相交流牵引电动机的调频、调压特性如果设计合理，可以实现⼤范围的平滑调速，还具有防空转的性能，使黏着利⽤率提⾼；三相交流牵引电动机对瞬时过电压和过电流很不敏感，在启动时能在更长的时间内产⽣较⼤的起动⼒矩。
因此，交流异步电动机有取代直流电动机的趋势。
⼀、牵引传动系统的⼯况城市轨道交通列车的牵引传动系统有两个⼯况：牵引⼯况和制动⼯况。
1、在牵引⼯况下，列车牵引传动系统为列车提供牵引动⼒，将供电接触⽹上的电能转换为列车在轨道上运⾏的机械能。
2、制动⼯况可以分为再⽣制动⼯况和电阻制动⼯况。
再⽣制动就是将列车的机械能转换成电能反馈到接触⽹再供给其他列车或车站设备使⽤，这种⽅式能最⼤限度地降低电能的损耗。
列车制动过程中牵引传动系统反馈的电能超过了接触⽹上的限值（达到DC 1 800 V）时，列车电制动产⽣的电能将会消耗在制动电阻上，通过制动电阻发热⽽消耗到⼤⽓中去，这种通过制动电阻消耗电能的电制动⼯况称为电阻制动⼯况。
城市轨道交通车辆电气控制系统构成ppt课件
动车转向架侧面都有受流器，直接搭在三轨上边，中 间扁六边形，就是与三轨接触的铜滑块。
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任务二 城市轨道交通车辆电气控制系统主要部件功能
一、主电路电器
（一）受电弓
2. 受电弓的结构组成
• 安装位置： 车体几何中心点最近的车顶上部。
• 工作方式：
当受电弓升起时，弓与网接触滑行，
从接触网受取电流，通过车顶母线传送 到车辆内部。
网压DCl500V，4M2T编组。
最小/大工作高度/mm 最大升起高度/mm
碳滑板长度/mm
弓头宽度/mm
升/降弓时间/s
绝缘性能
机械寿命 受电弓总重（绝缘子除外）/kg
DCl500 DCl000～1800
DCl050
DCl600
DC460 120±10 100~140 不大于10 不大于15
≤90 额定550，最小/300，最大800
① 熟悉城市轨道交通车辆电气控制原理； ② 掌握城市轨道交通车辆电气控制系统的组成； ③ 会进行城市轨道车辆受力分析和列车运行工况分析； ④ 会分析牵引力和制动力的形成； ⑤ 了解空转和滑行的形成，会进行车辆空转和滑行的保护处理； ⑥ 掌握牵引动力装置的结构和工作原理； ⑦ 掌握城市轨道交通车辆主要电器的结构原理。
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任务二 城市轨道交通车辆电气控制系统主要部件功能
• 定义：牵引电器 • 特点：工作环境和条件恶劣
电器外形箱状
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任务二 城市轨道交通车辆电气控制系统主要部件功能 一、主电路电器
受电弓
高速断路器
主接触器
线路滤波器
制动电阻器
平波电抗器
浪涌吸收器
接地装置 29
任务二 城市轨道交通车辆电气控制系统主要部件功能
城市轨道交通车辆电气控制项目一 城轨车辆电气控制系统构成[拓展任务]
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项目描述（2）：
人机界面作用：驾驶员可随时了解整个列车的运行状态和各 主要单元部件的工作状态，必要时人工干预。
人机界面组成：系统操作软件、微机控制系统、总线控制 电气控制系统功能：实现列车自动驾驶系统ATO、
列车自动控制系统 ATC、 列车自动保护系统ATP、 列车自动监控系统 ATS、 列车通信控制TCC等全自动控制 电气控制系统组成：主牵引传动系统、辅助电源系统、 牵引/制动控制系统、车门控制系统
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（1）基本阻力
产生基本阻力的主要因素有：
① 滚动轴承及车辆各摩擦处之间的摩擦 ② 车轮与钢轨间的滚动的滚动摩擦和滑动摩擦 ③ 冲击和振动引起的阻力 ④ 空气阻力
公式： W =a+bv+cv2 (N/kN)
广州地铁： W = 27+0.0042V2（N/t） 天津轻轨：
拓展任务
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二、城轨车辆运行受力分析
拓展任务
城轨列车运行中若只考虑列车 沿轨道前进方向的作用力，直接影 响其运行的力有三种即：
机车牵引力、列车运行阻力、 列车制动力。
列 车
牵引：作用在列车上的力有机车牵引力F和列车运行阻力W，
运
其合力为F-W，列车启动加速。
行 的
惰行：作用在列车上的力只有列车运行阻力W，其合力为-W，
书面练习：
1）说明城市轨道交通车辆控制的原理。 2）简介城市轨道交通车辆电气控制系统组成。 3）以A型车为例，列表说明城市轨道交通地铁车辆电气设备布置。
项目描述（1）：
城市轨道交通车辆最根本的任务：运输 完成运输任务的关键：车辆的运行速度及其控制 控制系统作用：根据运营系统给出的命令
项目一城市轨道交通车辆电气控制系统 复习题
1.城市轨道交通最根本的任务运输
2.城市轨道交通车辆电气控制系统包括主牵引传动系统、辅助供电系统、牵引/制动控制系统、车门控制系统。
3.轨道交通车辆电气控制系统中牵引电器分为主电路电器、控制电路电器、辅助电路电器。
4.受电弓与接触网之间标准静接触压力为（120±10）N，升弓时间≤8s，降弓时间≤6s。
5.制动电阻作用电阻制动时，制动电阻吸收惯性转动产生的电动机发电能量，将电能转换为热能散逸到大气中去。
6.浪涌电压吸收器作用：用于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。
7.接地装置的功能：为主电路提供回流通路，使电流经轮对到达钢轨。
8.主控制器主要包括：主控制手柄、方式/方向手柄、主控器钥匙、警惕开关。
空调系统的运行模式一般包括：通风（无制冷）、预制冷（只有循环空气）、制冷（一般新鲜空气模式）、制冷（减少新鲜空气模式）、紧急通风（只有新鲜空气）、试验模式等。
9.黏着定义：由于正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止的现象在轨道牵引制动理论中称为黏着。
10．蠕滑率的表示公式：_____________。
11.影响黏着系数的主要因素：1.动轮踏面与钢轨表面状态2.线路质量3.车辆运行速度和状态4.动车有关部件的状态。
12.改善黏着的方法和提高黏着系数的措施：1.修正轮轨表面接触条件2.设法改善轨道车辆的悬架系统3.提高黏着系数的措施如撒砂。
13运行阻力包括：基本阻力、附加阻力，附加阻力包括坡道阻力、曲线阻力、起动阻力。
城市轨道交通车辆电力牵引及供电系统
（2）矢量控制 矢量控制又称磁场定向控制（ＦＯＣ），在2０世纪７０ 年代由 西门子工程师Ｆ．Ｂｌａｓｃｈｋｅ 首先提出。矢量控制实现的基 本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原 理对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步 电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为磁场 的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加 以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量， 故称这种控制方式为矢量控制方式。矢量控制策略存在一些固有缺点， 如转子磁链难以准确观测，对电机参数比较敏感，实际工程应用时矢 量控制必须具备异步电动机参数自动辨识功。
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（４）其他控制技术 “受流器＋异步电机”的模式已成为现代轨道交通牵引的主 流模式。但是，此牵引系统产生的谐波及无功分量会增加电网的电 流容量，同时造成资源的浪费。为了满足绿色节能的可持续发展理 念，须采用高性能的网侧控制技术及高效的主电路形。
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1）四象限脉冲整流技术 四象限脉冲控制策略是基于瞬态电流的控制算法，通过精确 的网压锁相检测，实现电网电压与电网电流同相位、低谐波电流、 高稳定的直流电压的目标，采用功率因数闭环根据控制技术，可 在-０％的额定负载时，使网侧功率因数仍保持在９８％以上，同 时有效地控制电网电流中的谐波分量。 牵引变流器的输入端与电网密切相连的整流器，它一方面将 电能从电网输送到变流器和负载，另一方面将负载和变流器运转 产生的谐波、无功分量反馈给电网。为了提高电能品质，只有在 牵引传动系统采用四象限脉冲整流技术，以达到对电网侧的高功 率因数控制的目的。该技术已成功批量应用于和谐号大功率电力 机车
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（３）直接转矩控制 直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种高性 能异步电动机变频调速技术。这种“直接自控型”的思想以转矩为 中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链 自控制。直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、 磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，其实质 是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电 磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直 接在点击定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转 矩的直接跟踪实现ＰＷＭ 脉宽调制和系统的高动态性能。直接转矩 控制可充分利用逆变器的开关频率，从而特别适用于大功率牵引传 动领域。目前，该技术已大量应用于干线电力机车（“和谐”型７ 2００ ｋＷ 交流电力机车）、城市轨道交通领域（上海地铁一号线、 深圳五号线、北京房山线、沈阳二号线等）。
城市轨道交通车辆电气控制项目四 城轨车辆辅助供电系统【拓展任务】
拓展任务1
快速保护 和控制功
能包
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
电源功能包
提供控制电源及斩波、逆 变器的脉冲
接口功能包
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
通信功能包
传输逆变器及列车上 的各种信号，寄存过
程参数实际值
——以上海地铁车辆西门子静止逆变器为例分析 4．静止逆变器的故障及测试方法
——以上海地铁车辆西门子静止逆变器为例分析
拓展任务1
逆变器的故障分析实例——111故障
当逆变器出现此故障，说明连接电路电流超过最大值，由辅助 逆变器主电路电流互感器测得。 原因：一是三相逆变环节驱动板损坏或GTO损坏，当逆变环节驱动
板损坏会导致无法关断脉冲或关断脉冲达不到指标要求值， 使某一GTO元件导通后无法可靠关断，造成连接电路短路； 二是负载系统有短路现象，在这种情况下排除故障较复杂， 特别是发生在A车逆变器上，需6节车辆逐节检查。 区分：只需要将三相负载切除，即可判断是那一种镉碱性蓄电池
检修作业：查看蓄电池电解液的液面，如果液面有所下降，则需 要及时地进行补液，或采取相应的维护措施。
故障原因及后果：蓄电池在充电过程中要大量发热，电解液有所 蒸发，甚至发生电解液缺乏。如果蓄电池缺液 严重，会造成蓄电池报废，甚至发生爆炸，造 成严重的后果。
拓展任务小结
城轨车辆辅逆变系统故障在日常临修中较常见，高温季节较为突出。
1. 因空调故障引起的辅助逆变器故障
对于因空调故障引起的辅助逆变器的故障，一般来说此时辅助逆变 器的故障记录多为输出三相不平衡等内容。 判断方法：将空调切除，如果辅助逆变器故障消失，那么该故障很 有可 能是空调机组故障引起的。 常见的空调故障有：空调通风机故障、空调冷凝风机故障、压缩机 电机故障、空调机组与车体联接接插件接触不良。此外，辅助设备柜中与 空调控制相关的接触器、空气开关接线松动、触点接触不良或损坏等在临 修的过程中需要特别地予以注意。
城市轨道交通车辆电气控制功能及原理浅析
城市轨道交通车辆电气控制功能及原理浅析摘要：轨道交通车辆作为城市轨道交通的重要组成部分，承担着载客的重要角色，车辆的电气控制具有控制复杂、安全系数高等特点,对轨道交通运营的安全有着重要的影响。
本文结合城市轨道交通车辆电气控制的特点，针对车辆电气控制的功能及原理进行了分析。
关键词：城市轨道交通车辆电气控制1 引言城市轨道交通车辆电气控制系统包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。
按其作用和功能可分为主电路控制系统、辅助电路控制系统、电气牵引控制系统等组成。
本文结合城市轨道交通车辆的特点，针对车辆电气控制功能及原理进行了分析。
2 主电路控制系统主电路由牵引电机及与其相关的电气设备和连接导线组成，其作用是将电网的电能转变为车辆运行所需的牵引力，当在电气制动时将车辆的动能转换为电制动力。
它是车辆上的高电压、大电流、大功率动力回路。
高压电器箱是车辆电气牵引系统主电路的前级构成部分，包含三位置隔离开关、高速断路器、库用电源插座、直流接触器、快速熔断器、反向隔断整流管等器件组成。
三位置隔离开关是用于车辆牵引电路、辅助电路、库用电源电路中高压主电路的接通与接地、隔离。
高速断路器用于主电路的故障保护；熔断器用于主电路的短路保护。
DC1500V电源从受受流器经过三位置开关、高速断路器送到高压电器箱，然后经差分电流传感器、充电接触器、充电电阻、线路接触器，送到后面的线路电抗器和牵引逆变器。
主要功能有：（1）给逆变器充电：列车运行时，控制高速断路器闭合，接受到方向指令后，充电接触器闭合，DC1500V电源经充电电阻给牵引逆变器内直流支撑电容器充电，充电完成后线路接触器闭合，然后牵引逆变器启动工作。
（2）续流、接地功能：当车辆处于牵引工况时，直流供电能量经高压箱进入牵引逆变器；当车辆处于再生制动工况时，负载能量经高压箱反馈回电网，或者由制动电阻消耗掉。
（3）差分电流检测功能：当差分电流传感器检测系统1500V正线与1500V 负线差值大于1A时，差分电流传感器会发出报警信号给DCU，当差分电流传感器检测系统1500V正线与1500V负线差值大于50A时，差分电流传感器会发出报警信号给DCU。
项目一城市轨道交通车辆电气控制系统构成
项目一城市轨道交通车辆电气控制系统构成城市轨道交通车辆电气控制系统是指用于控制城市轨道交通车辆行驶、制动、监测等各项功能的电气装置和控制系统。
在城市轨道交通系统中，电气控制系统是整个系统运行的核心，它负责保证列车的安全、稳定、高效运行。
城市轨道交通车辆电气控制系统主要由以下几个方面组成：第二，制动系统控制。
制动系统是保证车辆行驶安全的重要系统，它通过控制车轮制动器的施加力度来实现列车的制动操作。
制动系统控制包括紧急制动、惰性制动、再生制动等不同模式的切换和控制。
电气控制系统可以实时监测列车的运行状态，根据列车的速度、位置等信息，控制制动系统的工作，保证列车在安全距离内停车。
第三，辅助系统控制。
城市轨道交通车辆的辅助系统包括供电系统、空调系统、照明系统、通信系统等。
这些系统的控制与车辆的动力、制动系统控制紧密相关。
电气控制系统可以监测和控制这些辅助系统的工作状态，根据需要进行调整，以确保车辆的正常运行和乘客的舒适。
第四，监控系统。
监控系统用于实时监测车辆的各项参数和状态，包括速度、加速度、制动力、温度、压力等。
通过电气控制系统，可以实现对车辆状态的实时监测和数据采集，提供给驾驶员和运营中心进行分析和决策，确保车辆的正常工作。
第五，故障检测与诊断系统。
故障检测与诊断系统主要用于监测和诊断车辆的电气设备和控制器的故障。
一旦发生故障，系统会自动报警，并提供故障信息和建议维修措施。
通过电气控制系统，可以及时发现和处理车辆故障，减少故障的发生和对列车正常运营的影响。
综上所述，城市轨道交通车辆电气控制系统是城市轨道交通系统中至关重要的组成部分。
它通过控制动力系统、制动系统、辅助系统等实现对列车运行的精确控制，并通过监控与诊断系统对车辆进行实时监测和故障诊断，保证列车的安全、稳定、高效运行。
随着城市轨道交通的不断发展，电气控制系统的功能和性能将得到进一步的提升，以满足人们日益增长的出行需求。
城市轨道交通车辆构造与检修 项目二 城市轨道交通车辆车门系统调试与维护
二 车门结构
任务一 车门系统的使用与操作
（3）携门架组件 携门架通过滚珠直线轴承在长导柱上滑动。它将力从机构传送到门扇也把力从
门扇传送到机构。门扇通过螺钉与携使用与操作
（4）运动导向 上部导轨装在门头机构上，通过携门架上的滚轮与上导轨的配合实现门扇上部
的运动导向。 下导轨安装在门扇上，与安装在车体结构上的滚轮摆臂装置配合，实现门扇下
部的运动导向。如图2-11所示。
二 车门结构
（5）紧急解锁装置 为了能够在紧急情况下打开客室车门，在客
室内每辆车内每侧两个车门的右侧内墙上装有一 个内部紧急解锁装置，如图2-12所示。每辆车每 侧外部有一个车门紧急解锁装置，如图2-13所示。
任务二
客室车门的安装和调整
1.安 全 注 意 事 项 、 所 需 工 具 、 物 料 及 作 业 前 准 备 2.客 室 车 门 的 安 装 3.客室车门的调节
一 安全注意事项、所需工具、物料及作业前准备
任务二 客室车门的安装和调整
（1）安全注意事项 ①在车门的整个安装调试过程中，必须切断电源，只有在最终检查完毕后才可接通 电源。不要在门运动时，进行零件的调试，防止被挤压。 ②工作环境必须清洁安全。 ③为避免车体变形，建议在整个的安装过程中将车体放在标准的水平轨道上，或将 车体水平放置在支架上，制动处于“ON”位置。 ④打开门罩板时谨防磕伤:注意车门与平台之间的间隙，谨防踏空受伤。 ⑤调试结束后，主要部件上的所有紧固件(机构、压轮、下滚轮摆臂、内外紧急操作 装置等)都必须用额定力矩旋紧，并打上螺纹锁固胶，用标记油漆进行标记(用于识别螺 纹紧固性)。
三 车门系统功能
项目一 城市轨道交通车辆电气控制系统构成[3页]
![项目一 城市轨道交通车辆电气控制系统构成[3页]](https://img.taocdn.com/s3/m/a0f65e9e64ce0508763231126edb6f1aff0071e9.png)
项目一城市轨道交通车辆电气控制系统构成一、单选择题1.电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给城市轨道交通车辆，而又从车辆经钢轨、回流线流至。
（）A.牵引装置B.大地C.电制动装置D.牵引变电所答案：D2.在发动机或电动机输出功率一定的情况下，牵引力与速度的关系是。
（）A.速度越高，所需牵引力就越小B.速度越高，所需的牵引力就越大C.速度和牵引力将成正比变化D.无论速度如何变化，所需牵引力的大小是恒定的答案：A3.牵引力粘着力，发生空转的轮对转速大于列车速度。
（）A.大于B.小于C.附带D.伴随答案：A4.当列车牵引力大于粘着力时，列车发生。
（）A.加速B.惰行C.空转D.滑行答案：C5.一列6节编组的车安装有受电弓的车分别是和车。
（）A．Tc1，Mp2 B．Mp1，Mp2 C．Tc2，Mp2 D．Tc1，Mp1答案：B6.在城市轨道交通牵引供电系统中，直流供电一般采用第三轨。
（）A.1500VB.1000VC.750VD.500V答案：C7. 是属于粘着制动形式。
（）A.闸瓦制动B.电阻制动C.再生制动D.磁轨制动答案：A8.与列车受电弓直接接触的是。
（）A.承力索B.馈线C.接触线D.接地线答案：C9.ATO表示。
（）A.列车自动驾驶；B.列车自动超速防护；C.自动闭塞；D.移动闭塞答案：A10.列车主电路中的线路滤波器的作用是。
（）A.将高压直流中的交流杂质滤除，提高直流品质B.将低压直流中的交流杂质滤除，提高直流品质C.将高压交流中的直流杂质滤除，提高交流品质D.将低压交流中的直流杂质滤除，提高交流品质答案：A11.高速断路器（高速开关）用来接通和分断轨道车辆的电路。
（）A.低压B.中压C.高压D.中低压答案：C12.浪涌吸收器是与被保护物的一种设备，当出现危机被保护物体绝缘的过电压时就放电，从而限制被保护物体。
（）A．并联B．串联C．先并联后串联D．先串联后并联答案：A13．避雷器是与被保护物的一种设备，当出现危机被保护物体绝缘的过电压时就放电，从而限制被保护物体。
城市轨道交通车辆电气控制项目二 城轨车辆主传动系统【拓展任务】
于导通和截止的开关工作状态。
2．GTR的特性与主要参数
（1）GTR的基本特性： ① 静态特性
截止区：Ib≤0，Ube≤0，Ubc＜0
放大区：Ib＞0，Ube＞0，
Ubc＜0， Ic =βIb
饱和区：
Ube＞0，Ubc＞0
图2-71 GTR共发射极接法的输出特性
GTR上所施加的电压超过规定值时，就会发生
击穿。 集电极最大耗散功率是在最高
BUcbo：发射极开路时，集电极和基极间的反
向击穿工电作压 温度下允许的耗散功率。它
BU是ceoG：TR基容极通量开常路的时规重，定要集共电标极志发和。射发晶射极极体电之管间流功的 击穿B电U耗和c压e放r的工。：大实大作际系小电电主流数路要的中下，由乘降G集积T到R电来的规极决发定射工定极值作，和的电它基极压将之 间常接有1电/2阻～R，1这/3时时用B，Uc所er表对示应集电的极电和流发射
1．斩波器的调压原理
平均负载电压E0可用下式表示：
E0
E
ton ton toff
E ton t
E（2-25）
式中 ： ton为导通时间，
toff 为关断时间，
T(=ton +toff )为斩波周期 ，
α (＝ ton ) 为斩波器的导通比 T
图2-86 斩波器的调压原理
导通比控制
定义：只要调节α ，即可调节负载的平均电压。
（2）IGBT的动态特性
图2-85 IGBT的开关过程
3．IGBT的擎住效应（自锁效应）
定义 ：器件导通后其栅极不再具有控制能力。
形成原因：由于NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，
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②动态特性：
描述GTR开关过程的瞬态性能，又称开关特性。
图2-72 开关过程中ib和ic的波形
GTR在导通和关断状 态下损耗都很小。
在关断和导通的转换 过程中，电流和电压都较 大，随意开关过程中损耗 也较大。
当开关频率较高时， 开关损耗是总损耗的主要 部分。
（2）GTR的极限参数
①最高工作电压 ②集电极最大允许电流IcM ③集电极最大耗散功率PcM ④最高工作结温TJM
电力牵引控制
定义：在轨道交通车辆中，用电动机驱动实现车辆牵引的传动控制方式（电传 动系统）。
作用：它是以牵引电机作为控制对象，通过控制系统对电动机的速度和牵引力 进行调节，满足车辆牵引和制动特性的要求。
类型：直流传动系统：采用直流（脉流）牵引电动机。 交流传动系统：采用交流（同步、异步）牵引电动机。
项目导入：
项目内容：
主要介绍城轨交通车辆各种牵引传动系统组成及控制原理。全 面介绍了主传动设备——直流牵引电动机、三相异步牵引电机和直 线牵引电机的结构、工作原理及其特性。简要介绍了单轨牵引传动 系统的组成特点及应用案例。
详细分析了主传动系统牵引、制动、保护电路。
知识拓展：
介绍城轨交通车辆使用的主要电力电子器件的类型、工作原理 及应用场合，分析城轨车辆整流、斩波和逆变电路的工作原理。
在使GTR关断时，应向基极提供足够大的反向基极电流。
应有较强的抗干扰能力，并有一定的保护功能。
②基极驱动电路
图2-75 实用的GTR驱动电路
③集成化驱动
态。 给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作
于导通和截止的开关工作状态。
2．GTR的特性与主要参数
（1）GTR的基本特性： ① 静态特性
截止区：Ib≤0，Ube≤0，Ubc＜0
放大区：Ib＞0，Ube＞0，
Ubc＜0， Ic =βIb
饱和区：
Ube＞0，Ubc＞0
图2-71 GTR共发射极接法的输出特性
（1）基本结构
图2-69 GTR结构、电气图形符号和内部载流子流动 (a)GTR结构 (b）电气图形符号 （c）内部载流子流动
图2-70 常见大功率三极管外形
（2）工作原理
在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。 晶体管通常连接成共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正
偏（Ib>0）时大电流导通、反偏（Ib<0）时处于截止高电压状
安全工作区是在一定的温度条件下得出的。
4．GTR的驱动与保护 （1）GTR基极驱动电路
①对基极驱动电路的要求：
实现主电路与控制电路间的电隔离。
图2-74 GTR基极驱动电流波形
在使GTR导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿，并有一定幅度的
强制电流。
GTR导通期间，在任何负载下，基极电流都应使GTR处在临界饱和状态。
电传动系统主电路
定义：一般是指一个车辆单元的牵引动力电路。 组成：受流器、牵引箱（PA）、牵引电机、制动电阻箱、电抗器、电气开关等。
图2-1 主牵引逆变器外形结构
知识ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ展
任务1 常用电力电子器件类型、原理与应用
（一）门极关断晶闸管（GTO） 1．GTO的结构及工作原理：
（a）GTO外形
（b）GTO图形符号与工作原理图
图2-65 门极关断晶闸管（GTO）外形及原理图
图2-66 门极关断晶闸管（GTO）内部结构图
2．GTO的驱动电路：
理想的门极驱动信号（电流、电压）波形
•
图2-67 GTO门极驱动信号波形
其中实线为电流波形，虚线为电压波形。
图2-68 门极驱动电路
（二）大功率晶体管GTR
1．大功率晶体管的结构和工作原理
1.
学习目标
2.
项目导入
3.
学习任务
任务1 直流主传动控制
任务2 交流主传动控制
任务3 直线电机主传动控制
任务4 单轨牵引传动系统
4.
拓展任务
任务1 常用电力电子器件类型、原理与应用
任务2 电流电压变换电路
任务3 轨道交通车辆电磁兼容
学习目标
1．掌握牵引传动控制的类型； 2．掌握电气制动的类型； 3．掌握直流、交流传动的控制原理； 4．能正确分析牵引和电制动电路； 5．能正确分析高压回路电路； 6．掌握主传动控制系统中的保护方式； 7．了解城轨车辆使用的电力电子器件类型、工作原理和应用； 8．了解城轨车辆整流、斩波和逆变电路工作原理和应用； 9. 掌握单轨牵引传动系统的构成及主要电气结构作用； 10. 了解城匭车辆的电磁兼容技术应用。
因素。 击穿原因：集电极电压升高到一定值（未达到极限值）
时，发生雪崩效应造成的。 防止办法：
①应使实际使用的工作电压比反向击穿电压低得多。 ②必须有电压电流缓冲保护措施。
（2）安全工作区：
为了防止二 次击穿，要选用 功率足够大的管 子，实际使用的 最高电压通常比 管子的极限电压 低很多。
图2-73 GTR安全工作区
GTR上所施加的电压超过规定值时，就会发生
击穿。 集电极最大耗散功率是在最高
BUcbo：发射极开路时，集电极和基极间的反
向击穿工电作压 温度下允许的耗散功率。它
BU是ceoG：TR基容极通量开常路的时规重，定要集共电标极志发和。射发晶射极极体电之管间流功的 击穿B电U耗和c压e放r的工。：大实大作际系小电电主流数路要的中下，由乘降G集积T到R电来的规极决发定射工定极值作，和的电它基极压将之 间常接有1电/2阻～R，1这/3时时用B，Uc所er表对示应集电的极电和流发射
极之间转的化击穿为电热压能。 使晶体管升温，晶体
BU管cGeIsT会c：R为当正因集R温常为电度0工，极过即作最发高允射大而极许损允和的坏基许最极。电短高实路流结际，。用使 BUc温es用表，实示时以其际，击T使集穿JM电电用表压极时示。允还。许要G耗T留R散结有功温较率过大和高的散 之间B时的U热c，击e安x条穿：会全电件发导压射余与。结致工量反热作，向击偏环一置穿境般时温而，只集度烧能电有坏极用关和。到。发射I所c极M
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际使用流时I，C为不确能保过安大全，，最散高热工作条电件压要要好比 。
BUceo低得多。
3．GTR的二次击穿和安全工作区
（1）二次击穿问题： 实践证明：二次击穿是影响GTR安全可靠工作的一个重要