【正文】 裝置獲取直流電源，發(fā)電機輸出三相交流電壓向負載供電；對于DC110V 和 DC24V的用電設備，仍需通過三相變壓器和整流裝置向其提供電源。近年來，我國引進的城軌車輛上，輔助電源均采用了靜止式輔助逆變電源。對于多路輸出電源，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圖概述以及控制電路的整體，并介紹了故障發(fā)生的幾個常見部件與現(xiàn)象。第三章介紹了 輔助電路 的常見故障的分析與處理。電路圖是采用相應標準統(tǒng)一規(guī)定的電氣符號按制圖規(guī)則表示電氣設備連接順序的圖形，通過電路圖可以知道實際電路 的情況。元器件符號表示實際電路的元器件，一般表示出了元器件的特點，而且引腳的數(shù)目都和實際元器件保持一致。所有和結(jié)點相連的元器件引腳、導線，不論數(shù)目多少，都是導通的。 （ 1） 原理圖。 （ 2） 方框圖。 （ 3） 裝配圖（配線圖）。 電氣線路的識圖原則 ； ； 。 電氣設備常用基本文字符號和輔助文字符號（如表 11 所示）： 表 11 電氣設備常用 和輔助 基本文字符號 文字符號 字母表示 文字符號 字母表示 文字符號 字母表示 具有延時動作的限流保護器件 FR 具有瞬時動作的限流保護器件 FA 具有延時和瞬時動作的限流保護器件 FS 晶體管放大器 AD 端子板 XT 過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 限壓保護器件 FV 電感器 L 選擇開關 XK 按鈕開關 SB 整流器 U 隔離開關 QS 電阻器 R 控制開關 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個部分。它是車輛上的高電壓、大電流、大功率動力回路。電子與控制電路分為有接點的直流電路和無接點的電子電路，控制電路的作用是控制主電路和輔助電路各電器的工作，通過司機操縱主控制器和各按鈕使列車正常運行或由列車自動運行控制系統(tǒng)控制運行。 （ 2）牽引 制動回路部分。 車輛電氣系統(tǒng)包括車輛上的各種電氣設備及其控制電路，按其功能可分為： 1．主電路：指的是供車輛牽引動力的電路。 2．控制與信息監(jiān)控電路：用于對列車實施牽引、制動控制等操作，以及對設備狀況進行監(jiān)控、記錄、預報的電路。 4．門控電路：對車門進行開、關控制的電路。 圖 11 主電路控制電路 1．工作原理： 牽引時，電網(wǎng)通過受電弓 P、主熔斷器 F、隔離開關 IES、高速斷路器 HSCB、線路接觸器 LIK 及逆變器給牽引電機供電。 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。 6 T D8 構(gòu)成斬波器， DBZ 為制動電阻。另一個功能是作過電壓保護之用。這種過電壓的保護環(huán)節(jié)也叫 “ 軟撬杠 ” 。當直流環(huán)節(jié)發(fā)生過電壓，經(jīng)斬波器放電后仍不能消除，則晶閘管 TZ 導通，直流回路通過 FCZ 放電。這種過電壓保護環(huán)節(jié)叫 “ 硬撬杠 ” 。 (有的主電路中不設此環(huán)節(jié) )。為安全計，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／接地開關，在需要主回路接地時將它轉(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逆變器給同一轉(zhuǎn)向架上兩臺相互并聯(lián)的電機供電，這種配置方式叫 1C2M，它們的控制方式叫 “ 架控 ” 方式。我國多數(shù)城軌動車采用 “ 車控 ” 方式，但少數(shù)也采用 “ 架控 ” 方式，如廣州地鐵采用了 “ 車控方式 ” ，而天津濱海快速線采用了 “ 架控 ” 方式。在城軌動車中由于電機功率較小，沒有必要用軸控 (在鐵路干線大功率機車中才使用 )。 7 （ 2）輸出過流保護：首先改變 IGBT 的門極脈沖，若在一定時間間隔內(nèi)仍過流則封鎖 IGBT 門極脈沖、斷開線路接觸器、顯示并報警、規(guī)定次數(shù)復位。網(wǎng)壓下降到規(guī)定值自動復位。同時封鎖 IGBT 脈沖，開斷 HSCB及線路接觸器。 制動工況：采用再生制動時，當網(wǎng)壓高于某設定值 (例如 1800V)，則自動轉(zhuǎn)入電阻制動。 （ 4）輸入欠壓保護：低于設定值 (例如 1000V)逆變器停機，恢復 至某設定值 (例如 1100V)逆變器自動恢復運行。超過第二溫度設定值時，逆變器停機、報警并顯示。 （ 7）牽引電機過流保護：保護動作順序與輸出過流保護相同。 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，給列車上的輔助設備供電的設備。 (有的車上客室照明、雨刮器全用 DC110V 供電；有 8 的車上所有設備都用自然風冷，則不需設備通風機。 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： (一般在相間對稱平衡時，要求 1％ ) (5) 輸出頻率： 50 (1+1％ )Hz (6) 效率： (一般要求全負荷時 90％ ) (7) 噪聲：相距一定距離的分貝 [例如：相距 1m 時小于 70dB(A)] (8) 保護： IP 等級 (9) 過載能力：在額定輸出電流下連續(xù)工作時，允許施加非周期性過載，對額定容量小于或等于 100kVA的裝置，過載能力為 150％時為 1 min ；對額定容量大于 100kVA 的裝置，過載能力為 130％時為 30S。 (2) 當負荷在一定范圍內(nèi)變化時，要求其輸出電壓瞬間變化在一定范圍內(nèi)，且在限定時間內(nèi)恢復其額定值。 30％時，要求其輸出電壓瞬間變化范圍不超過177。 ) (3) 重復啟動和停止一定負載的能力 (例如額定負載的 60％ )。 4． 輔助系統(tǒng)主要功能部分 (1)逆變部分：輔助用電設備大 都需要三相 50Hz， 380V／ 220V 交流電源，因而首先要將波動的直流網(wǎng)壓逆變?yōu)楹銐汉泐l的三相交流電。通常采用變壓器進 行電氣隔離，同時也可通過設計不同的匝比以滿足電壓值的需要。車輛上蓄電池為緊急用電所需，所以 DC110V 控制電源同時也是蓄電池的充電器。根據(jù)司機發(fā)出的指令，控制線路中有關繼電器得電或失電，使得對應的主回路接觸器動作，最終控制牽引電機的運轉(zhuǎn)，從而控制列車的牽引、制動等工況。 地鐵車輛的故障是指維修計劃之外的故障和事故，包括在檢修基地內(nèi)進行 的故障和在地鐵運營線路上的車輛突發(fā)故障。 2．在線運營車輛發(fā)生故障，但不影響車輛正常運行，這類故障一般繼續(xù)維持運行，待車輛回庫后再對故障進行處理。 4．地鐵車輛運營中發(fā) 生脫軌、顛覆、火災或車輛走行部分發(fā)生如切軸等嚴重故障，影響車輛運行安全時，車輛維修部門接到報告后，應成立緊急求援隊伍，迅速趕赴車輛故障發(fā)生地點，將旅客和無關人員進行疏散，將故障車進行緊急處理，如發(fā)生火災還應將火源車輛做隔離處理。 10 第 2 章 輔助供電系統(tǒng)供電電路的應用 DC/AC 逆變技術能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)換，可以從 蓄電池 、太陽能 電池 等直流電能變換得到質(zhì)量較高的、能滿足負載對電壓和頻率要求的交流電能。 DC/AC 逆變技術的基本原理是通過半導體功率 開關 器件 (例如 SCR,GTO， GTR,IGBT和功率 MOSFET 模塊等 )的開通和關斷作用，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 逆變器電路基本拓撲如圖所示。它包括直流供電電源V m，輸出濾波電感 L1和 L2，功率開關管 S1S4 。通過 滑?？刂疲馆敵鲭娙蓦妷?V1和 V2隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個 Buck 變換器各產(chǎn)生一個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 雖然有一個直流偏置電壓出現(xiàn)在負載的任一端，但負載兩端電壓為正負交變的正弦波電壓，并且其直流 電壓為零。 如圖 25所示， 凡與又是一對互補控制的開關管， D1和 D2為反并止極管。當 S1打開、 S2閉合時，若電感電流方向為正，則電流經(jīng) D2續(xù)流，若為負則電感電流流經(jīng) S2。采用了兩組對稱的 Boost 電路，負載跨接在 兩個 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，進行 D/AC 的變換。通過滑?？刂疲馆敵鲭娙蓦妷?K和 K隨參考電壓的變化而變化，從而使兩個 Boost變換器各產(chǎn)生一個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 逆變器電路基本拓撲 BuckBoost 型 DC/AC 逆變器。 一般認為， DCAC逆變器的發(fā)展可以分為如下兩個階段。這個階段的特點是：開關器件以低速器件為主，逆變器的開關頻率較低，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，并開始進行研 究。 1980年到現(xiàn)在為高頻化新技術階段。正弦波逆變器技術發(fā)展日趨完善。 14 80年代以來，電力電子技術與微電子技術相結(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，如功率場效應晶體管 Power MOSFET，絕緣門極晶體管 IGT或 IGST,靜電感應晶體管 SIT,靜電感應 晶閘管 SITH、場控 晶閘管 MCT, MOS 晶體管 MGT、 IEGT 以及 IGCT 等。在這個時代，具有小型化和高性能特點的新逆變技術層出不窮，特別是脈寬調(diào)制波形改善技術得到了飛速的發(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 ,并對逆變器起保護作用。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。若過低也會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輛輔助逆變電源最簡單的基本電路結(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)輸入電壓的波動影響 ,功率電子器件 (如 IGBT)換 流 時 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)再生制動時 ,網(wǎng)壓可達 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。 對雙逆變器型的評價 (1)優(yōu)點 :開關頻率低 ,僅 150Hz。輸出電壓為