【正文】 裝置獲取直流電源，發(fā)電機(jī)輸出三相交流電壓向負(fù)載供電；對(duì)于DC110V 和 DC24V的用電設(shè)備，仍需通過(guò)三相變壓器和整流裝置向其提供電源。近年來(lái)，我國(guó)引進(jìn)的城軌車(chē)輛上，輔助電源均采用了靜止式輔助逆變電源。對(duì)于多路輸出電源，電路還采用變壓器隔離形式。 本文第一章 從總的方面介紹了電路圖的識(shí)圖概述以及控制電路的整體，并介紹了故障發(fā)生的幾個(gè)常見(jiàn)部件與現(xiàn)象。第三章介紹了 輔助電路 的常見(jiàn)故障的分析與處理。電路圖是采用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定的電氣符號(hào)按制圖規(guī)則表示電氣設(shè)備連接順序的圖形，通過(guò)電路圖可以知道實(shí)際電路 的情況。元器件符號(hào)表示實(shí)際電路的元器件，一般表示出了元器件的特點(diǎn)，而且引腳的數(shù)目都和實(shí)際元器件保持一致。所有和結(jié)點(diǎn)相連的元器件引腳、導(dǎo)線，不論數(shù)目多少，都是導(dǎo)通的。 （ 1） 原理圖。 （ 2） 方框圖。 （ 3） 裝配圖（配線圖）。 電氣線路的識(shí)圖原則 ； ； 。 電氣設(shè)備常用基本文字符號(hào)和輔助文字符號(hào)（如表 11 所示）： 表 11 電氣設(shè)備常用 和輔助 基本文字符號(hào) 文字符號(hào) 字母表示 文字符號(hào) 字母表示 文字符號(hào) 字母表示 具有延時(shí)動(dòng)作的限流保護(hù)器件 FR 具有瞬時(shí)動(dòng)作的限流保護(hù)器件 FA 具有延時(shí)和瞬時(shí)動(dòng)作的限流保護(hù)器件 FS 晶體管放大器 AD 端子板 XT 過(guò)電壓放電器件避雷器 F 電容器 C 光指示器 HL 交流繼電器 KA 照明燈 EL 熔斷器 FU 接觸器 KM 空氣調(diào)節(jié)器 EV 限壓保護(hù)器件 FV 電感器 L 選擇開(kāi)關(guān) XK 按鈕開(kāi)關(guān) SB 整流器 U 隔離開(kāi)關(guān) QS 電阻器 R 控制開(kāi)關(guān) SA 二極管 V 晶體管 B 晶閘管 KG 3 插座 XS 電磁閥 YV 端子板 XT 指示燈 HL 蓄電池 GB 斷路器 QF 4 控制電路構(gòu)成： 城軌交通控制電路包括主電路、輔助電路、控制與信息監(jiān)控電路及門(mén)控電路。按其作用和功能可分為主電路系統(tǒng)，輔助電路系統(tǒng)和電子控制電路系統(tǒng) 3個(gè)部分。它是車(chē)輛上的高電壓、大電流、大功率動(dòng)力回路。電子與控制電路分為有接點(diǎn)的直流電路和無(wú)接點(diǎn)的電子電路，控制電路的作用是控制主電路和輔助電路各電器的工作，通過(guò)司機(jī)操縱主控制器和各按鈕使列車(chē)正常運(yùn)行或由列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)控制運(yùn)行。 （ 2）牽引 制動(dòng)回路部分。 車(chē)輛電氣系統(tǒng)包括車(chē)輛上的各種電氣設(shè)備及其控制電路，按其功能可分為： 1．主電路：指的是供車(chē)輛牽引動(dòng)力的電路。 2．控制與信息監(jiān)控電路：用于對(duì)列車(chē)實(shí)施牽引、制動(dòng)控制等操作，以及對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行監(jiān)控、記錄、預(yù)報(bào)的電路。 4．門(mén)控電路：對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行開(kāi)、關(guān)控制的電路。 圖 11 主電路控制電路 1．工作原理： 牽引時(shí)，電網(wǎng)通過(guò)受電弓 P、主熔斷器 F、隔離開(kāi)關(guān) IES、高速斷路器 HSCB、線路接觸器 LIK 及逆變器給牽引電機(jī)供電。 LFL 是線路濾波電抗器， LFC是線路濾波電容器，兩者構(gòu)成線路濾波器。在受電弓升起、高速斷路器閉合后，為防止過(guò)大的充電電流沖擊使濾波電容器受損，首先閉合 CCK，待電容電壓達(dá)到一定值后，閉合線路接觸器 LIK，將限流電阻 CCZ 短接。在牽引工況將直流電能變換為電壓和頻率可調(diào)的交流電能供給牽引電機(jī)。 6 T D8 構(gòu)成斬波器， DBZ 為制動(dòng)電阻。另一個(gè)功能是作過(guò)電壓保護(hù)之用。這種過(guò)電壓的保護(hù)環(huán)節(jié)也叫 “ 軟撬杠 ” 。當(dāng)直流環(huán)節(jié)發(fā)生過(guò)電壓，經(jīng)斬波器放電后仍不能消除，則晶閘管 TZ 導(dǎo)通，直流回路通過(guò) FCZ 放電。這種過(guò)電壓保護(hù)環(huán)節(jié)叫 “ 硬撬杠 ” 。 (有的主電路中不設(shè)此環(huán)節(jié) )。為安全計(jì)，要求在主電路斷電后 LFC 兩端電壓在 5min 內(nèi)降到 50V 以下。 IES 是隔離／接地開(kāi)關(guān)，在需要主回路接地時(shí)將它轉(zhuǎn)換到接地位置。 CMD 為電流傳感器， VMD 為電壓傳感器， SS為速度傳感器。 也有一種配置是一臺(tái)逆變器給同一轉(zhuǎn)向架上兩臺(tái)相互并聯(lián)的電機(jī)供電，這種配置方式叫 1C2M，它們的控制方式叫 “ 架控 ” 方式。我國(guó)多數(shù)城軌動(dòng)車(chē)采用 “ 車(chē)控 ” 方式，但少數(shù)也采用 “ 架控 ” 方式，如廣州地鐵采用了 “ 車(chē)控方式 ” ，而天津?yàn)I海快速線采用了 “ 架控 ” 方式。在城軌動(dòng)車(chē)中由于電機(jī)功率較小，沒(méi)有必要用軸控 (在鐵路干線大功率機(jī)車(chē)中才使用 )。 7 （ 2）輸出過(guò)流保護(hù)：首先改變 IGBT 的門(mén)極脈沖，若在一定時(shí)間間隔內(nèi)仍過(guò)流則封鎖 IGBT 門(mén)極脈沖、斷開(kāi)線路接觸器、顯示并報(bào)警、規(guī)定次數(shù)復(fù)位。網(wǎng)壓下降到規(guī)定值自動(dòng)復(fù)位。同時(shí)封鎖 IGBT 脈沖，開(kāi)斷 HSCB及線路接觸器。 制動(dòng)工況：采用再生制動(dòng)時(shí)，當(dāng)網(wǎng)壓高于某設(shè)定值 (例如 1800V)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入電阻制動(dòng)。 （ 4）輸入欠壓保護(hù)：低于設(shè)定值 (例如 1000V)逆變器停機(jī)，恢復(fù) 至某設(shè)定值 (例如 1100V)逆變器自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。超過(guò)第二溫度設(shè)定值時(shí)，逆變器停機(jī)、報(bào)警并顯示。 （ 7）牽引電機(jī)過(guò)流保護(hù)：保護(hù)動(dòng)作順序與輸出過(guò)流保護(hù)相同。 1．輔助逆變器 輔助逆變器又稱靜止逆變器，是將直流輸入電壓 變換為三相交流 380V 電壓，給列車(chē)上的輔助設(shè)備供電的設(shè)備。 (有的車(chē)上客室照明、雨刮器全用 DC110V 供電；有 8 的車(chē)上所有設(shè)備都用自然風(fēng)冷，則不需設(shè)備通風(fēng)機(jī)。 5％ ) (3) 輸出電壓波形畸變： (一般要求畸變因數(shù) 10％ ) (4) 輸出電壓不均衡度： (一般在相間對(duì)稱平衡時(shí)，要求 1％ ) (5) 輸出頻率： 50 (1+1％ )Hz (6) 效率： (一般要求全負(fù)荷時(shí) 90％ ) (7) 噪聲：相距一定距離的分貝 [例如：相距 1m 時(shí)小于 70dB(A)] (8) 保護(hù)： IP 等級(jí) (9) 過(guò)載能力：在額定輸出電流下連續(xù)工作時(shí)，允許施加非周期性過(guò)載，對(duì)額定容量小于或等于 100kVA的裝置，過(guò)載能力為 150％時(shí)為 1 min ；對(duì)額定容量大于 100kVA 的裝置，過(guò)載能力為 130％時(shí)為 30S。 (2) 當(dāng)負(fù)荷在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，要求其輸出電壓瞬間變化在一定范圍內(nèi)，且在限定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)其額定值。 30％時(shí)，要求其輸出電壓瞬間變化范圍不超過(guò)177。 ) (3) 重復(fù)啟動(dòng)和停止一定負(fù)載的能力 (例如額定負(fù)載的 60％ )。 4． 輔助系統(tǒng)主要功能部分 (1)逆變部分：輔助用電設(shè)備大 都需要三相 50Hz， 380V／ 220V 交流電源，因而首先要將波動(dòng)的直流網(wǎng)壓逆變?yōu)楹銐汉泐l的三相交流電。通常采用變壓器進(jìn) 行電氣隔離，同時(shí)也可通過(guò)設(shè)計(jì)不同的匝比以滿足電壓值的需要。車(chē)輛上蓄電池為緊急用電所需，所以 DC110V 控制電源同時(shí)也是蓄電池的充電器。根據(jù)司機(jī)發(fā)出的指令，控制線路中有關(guān)繼電器得電或失電，使得對(duì)應(yīng)的主回路接觸器動(dòng)作，最終控制牽引電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制列車(chē)的牽引、制動(dòng)等工況。 地鐵車(chē)輛的故障是指維修計(jì)劃之外的故障和事故，包括在檢修基地內(nèi)進(jìn)行 的故障和在地鐵運(yùn)營(yíng)線路上的車(chē)輛突發(fā)故障。 2．在線運(yùn)營(yíng)車(chē)輛發(fā)生故障，但不影響車(chē)輛正常運(yùn)行，這類故障一般繼續(xù)維持運(yùn)行，待車(chē)輛回庫(kù)后再對(duì)故障進(jìn)行處理。 4．地鐵車(chē)輛運(yùn)營(yíng)中發(fā) 生脫軌、顛覆、火災(zāi)或車(chē)輛走行部分發(fā)生如切軸等嚴(yán)重故障，影響車(chē)輛運(yùn)行安全時(shí)，車(chē)輛維修部門(mén)接到報(bào)告后，應(yīng)成立緊急求援隊(duì)伍，迅速趕赴車(chē)輛故障發(fā)生地點(diǎn)，將旅客和無(wú)關(guān)人員進(jìn)行疏散，將故障車(chē)進(jìn)行緊急處理，如發(fā)生火災(zāi)還應(yīng)將火源車(chē)輛做隔離處理。 10 第 2 章 輔助供電系統(tǒng)供電電路的應(yīng)用 DC/AC 逆變技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)換，可以從 蓄電池 、太陽(yáng)能 電池 等直流電能變換得到質(zhì)量較高的、能滿足負(fù)載對(duì)電壓和頻率要求的交流電能。 DC/AC 逆變技術(shù)的基本原理是通過(guò)半導(dǎo)體功率 開(kāi)關(guān) 器件 (例如 SCR,GTO， GTR,IGBT和功率 MOSFET 模塊等 )的開(kāi)通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能，因此是一種電能變換裝置。但轉(zhuǎn)換輸出的波形卻很差，是含有相當(dāng)多諧波成分的方波。 基本原理 常用逆變器主電路的基本形式有兩種分類方法：按照相數(shù)分類，可以分為單相和三相；按照直流側(cè)波形和交流側(cè)波形分類，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器。 11 Buck 型 DC/AC 逆變器 Buck 型 DC/AC 逆變器電路基本拓?fù)淙鐖D所示。它包括直流供電電源V m，輸出濾波電感 L1和 L2，功率開(kāi)關(guān)管 S1S4 。通過(guò) 滑?？刂?，使輸出電容電壓 V1和 V2隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個(gè) Buck 變換器各產(chǎn)生一個(gè)有相同直流偏置的正弦波輸出電壓，并且 V1和 V2在相位上互差 180度。 圖 23逆變器的基本工作原理 雖然有一個(gè)直流偏置電壓出現(xiàn)在負(fù)載的任一端，但負(fù)載兩端電壓為正負(fù)交變的正弦波電壓，并且其直流 電壓為零。 如圖 25所示， 凡與又是一對(duì)互補(bǔ)控制的開(kāi)關(guān)管， D1和 D2為反并止極管。當(dāng) S1打開(kāi)、 S2閉合時(shí)，若電感電流方向?yàn)檎?，則電流經(jīng) D2續(xù)流，若為負(fù)則電感電流流經(jīng) S2。采用了兩組對(duì)稱的 Boost 電路，負(fù)載跨接在 兩個(gè) Boost 變換器的輸出端，并以正弦的方式調(diào)節(jié) Boost 變換器的輸出電壓，進(jìn)行 D/AC 的變換。通過(guò)滑模控制，使輸出電容電壓 K和 K隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個(gè) Boost變換器各產(chǎn)生一個(gè)有相同直流偏置的正弦波輸出電壓，并且 V1和 V2在相位上互差 180度。 圖 27Boost 型 DC/AC 逆變器電路基本拓?fù)? BuckBoost 型 DC/AC 逆變器。 一般認(rèn)為， DCAC逆變器的發(fā)展可以分為如下兩個(gè)階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)器件以低速器件為主，逆變器的開(kāi)關(guān)頻率較低，波形改善以多重疊加為主，體積重量較大，逆變效率低。 1960年以后，人們注意到改善逆變器波形的重要性，并開(kāi)始進(jìn)行研 究。 1980年到現(xiàn)在為高頻化新技術(shù)階段。正弦波逆變器技術(shù)發(fā)展日趨完善。 14 80年代以來(lái)，電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了多種高頻化的全控器件，并得到了迅 速發(fā)展，如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 Power MOSFET，絕緣門(mén)極晶體管 IGT或 IGST,靜電感應(yīng)晶體管 SIT,靜電感應(yīng) 晶閘管 SITH、場(chǎng)控 晶閘管 MCT, MOS 晶體管 MGT、 IEGT 以及 IGCT 等。在這個(gè)時(shí)代，具有小型化和高性能特點(diǎn)的新逆變技術(shù)層出不窮，特別是脈寬調(diào)制波形改善技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 從逆變器電路原理選型 城市軌道交通列車(chē)使用的逆變器從電路原理組成有先經(jīng)升 /降壓穩(wěn)壓后逆變和另一種是直接逆變兩種。 CHO 為升 /降壓器 ,一般有斬波降壓 (如圖 28)和逆變降壓 (如圖 29)兩種方式 ,其作用是使逆變器輸入電壓 穩(wěn)定 ,并對(duì)逆變器起保護(hù)作用。輸出三相四線 A C 3 8 0 V , 50Hz 電壓。分別經(jīng)降壓、整流、濾波后輸出 DC110V 和DC24V。若過(guò)低也會(huì)使輸出電壓波形諧波含量較大。 目前由于器件水平與控制技術(shù)的提高 ,已很少采用 升 /降壓環(huán)節(jié)。 直接逆變是城市軌道車(chē)輛輔助逆變電源最簡(jiǎn)單的基本電路結(jié)構(gòu)形式 ,原理如圖 210所示。輔助逆變電源采用直接從受電弓或第三供電軌受流方式 ,逆變器按 V/F 等于常數(shù)的控制方式 ,輸出三相脈寬調(diào)制電壓采用變壓器隔離向負(fù)載供電。但逆變器電源輸出電壓容易受電網(wǎng)輸入電壓的波動(dòng)影響 ,功率電子器件 (如 IGBT)換 流 時(shí) 承 受 的 d u/d t較大 ,特別是在高電壓情況下 (DC1 500V 供電系統(tǒng)再生制動(dòng)時(shí) ,網(wǎng)壓可達(dá) 2020V)。雙逆變器型又有串聯(lián)型與并聯(lián)型。這些逆變器均采用二電平逆變方式。 對(duì)雙逆變器型的評(píng)價(jià) (1)優(yōu)點(diǎn) :開(kāi)關(guān)頻率低 ,僅 150Hz。輸出電壓為