【正文】 (0～5000r/min左右)、再生制動力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護(hù)方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電20～30%等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代城市軌道交通牽引機(jī)車驅(qū)動電機(jī)的首選產(chǎn)品。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，可以對交流牽引電機(jī)進(jìn)行平穩(wěn)可靠的無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：1000，比直流調(diào)速范圍更大，尤其是沒有了直流電機(jī)換向器的存在，因而克服了直流電機(jī)的許多弊端，交流牽引電機(jī)與直流電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡單可靠、體積小、重量輕，更適合車輛對電機(jī)的安裝空間和重量等方面的要求，更重要的是交流牽引電機(jī)因具有功率大、過載能力強(qiáng)、噪聲小、調(diào)速范圍寬(0～5000r/min左右)、再生制動力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護(hù)方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電20～30%等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代城市軌道交通牽引機(jī)車驅(qū)動電機(jī)的首選產(chǎn)品?！?圖2—1交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 （1）定子：電機(jī)中固定的部分叫做定子，在其上面裝設(shè)了成對的直流勵磁的靜止的主磁極，電動勢充當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場，后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以定子繞組的形狀與嵌裝方式區(qū)分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座三部分組成。定子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，定子鐵芯內(nèi)圓上均勻開有槽，安放定子繞組。定子繞組是電機(jī)電路部分，它由三個在空間相差120176。 （2）轉(zhuǎn)子：電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，在通入勵磁電流,由于轉(zhuǎn)子在原動力的作用下旋轉(zhuǎn),則會產(chǎn)生交變的磁場，,相差120176。 表2—2 牽引電動機(jī)額定參數(shù)項目額定值額定參數(shù)種類連續(xù)輸出 Ｋｗ３００線電壓 Ｖ２０００相電流 Ａ１０６轉(zhuǎn)數(shù) rpm４１４０頻率 Ｈｚ１４０效率 ％９４．０功率因數(shù) ％８７．０轉(zhuǎn)差率 ％１．４冷卻風(fēng)量 ｍ3／ｍｉｎ２０絕緣類別等級２００（定子繞組）最高使用轉(zhuǎn)速６１２０rpm軸承動側(cè) ＮＵ２１４Ｃ４Ｐ６ （3）軸承：電機(jī)進(jìn)口軸承是一個支撐電機(jī)的零件，它可以引導(dǎo)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)，也可以承受電機(jī)軸上空轉(zhuǎn)的零件。 （4）端蓋：一般是指軸向尺寸大于徑向尺寸的電機(jī)兩端的蓋子，主要作用是確定轉(zhuǎn)子的軸的空間位置，當(dāng)然需要與不同形式的軸承配合，通過端蓋連接到固定電機(jī)定子的外殼上，保證轉(zhuǎn)子與定子的間隙，一般是鑄鐵工藝，小電機(jī)也可以板材沖壓成型。按用途可分為：工業(yè)傳感器工業(yè)產(chǎn)品電流電壓測量解決方案。 作為適用于車輛的構(gòu)件，在構(gòu)造設(shè)計方面不僅最大限度地追求輕量化，而且還追求在維護(hù)時的簡易性。如果進(jìn)氣側(cè)的風(fēng)道金屬網(wǎng)在附有塵埃的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，則牽引電機(jī)的冷卻風(fēng)量就會減少，這樣可能會因異常發(fā)熱而使絕緣劣化，軸承受損等。圖2—3 交流牽引電機(jī)控制原理圖牽引電動機(jī)有兩種懸掛方式。采用這種懸掛方式時，動輪通過軌縫和道岔所產(chǎn)生的沖擊振動會直接傳給牽引電動機(jī)。另一種是架承式懸掛(或稱全懸掛)。架承式懸掛適用于結(jié)構(gòu)速度高于120公里/小時的機(jī)車車輛。大功率脈流牽引電動機(jī)的“換向”條件更加困難。輔助電機(jī)電力機(jī)車上的輔助電機(jī)可用直流電動機(jī)，也可用三相交流異步電動機(jī)。用三相交流異步輔助電動機(jī)時，須由靜止變相、變頻裝置或?qū)Ｓ玫男D(zhuǎn)電機(jī)供給三相電源。 交流牽引電機(jī)的工作特性 牽引機(jī)主要與各種管材擠出生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線配套，為整個機(jī)組提供夾持牽引力，并使生產(chǎn)線運(yùn)行同步并保持平穩(wěn)，應(yīng)用范圍廣。要使交流傳動機(jī)車優(yōu)越性能得以發(fā)揮則必須合理地匹配變流器與牽引電機(jī)。因此，在滿足一定的負(fù)載條件下，機(jī)車的牽引特性曲線應(yīng)盡可能與變流器—牽引電機(jī)系統(tǒng)一起進(jìn)行考慮以便選擇變流和牽引電機(jī)的合理的容量匹配，使機(jī)車的整體性能參數(shù)最佳、系統(tǒng)費(fèi)用最低。轉(zhuǎn)矩與無關(guān)而僅取決于的大小，所以是一組與橫軸平等的直線，電動機(jī)的電流、端電壓及電勢與的關(guān)系則繪于圖213中，電流如式（220）所表明的那樣與無關(guān)，亦為常數(shù)。定子電壓據(jù)式（221）決定。然而頻率較低時，的影響不能忽略。交流牽引電機(jī)的牽引特性曲線對高速和客運(yùn)機(jī)車來說是非?？扇〉?。（1）使用環(huán)境惡劣 由于牽引電機(jī)安裝在車體下面，直接受到雨、雪、潮氣的影響，機(jī)車運(yùn)行中掀起的塵土也容易侵入電機(jī)內(nèi)部。因此，電機(jī)絕緣容易受潮、受污，對其性能和壽命產(chǎn)生極為不良的影響。（2）外形尺寸受限制牽引電動機(jī)懸掛在車體下面，其安裝空間受到很大的限制，軸向尺寸受軌距限制，徑向尺寸受動輪直徑的限制。（3）動作力大 機(jī)車運(yùn)行通過鋼軌不平順處，因撞擊而產(chǎn)生的動力作用會傳遞給牽引電動機(jī)，使?fàn)恳妱訖C(jī)承受很大的沖擊和振動。（4）負(fù)載分配不均勻牽引電機(jī)與普通電機(jī)的另一個不同之處是：在同一機(jī)車上的數(shù)臺牽引電機(jī)，不論是在電方面還是在機(jī)械方面都是連接在一起的。因此，由于同一臺機(jī)車上牽引電機(jī)特性有差異，各動輪直徑不等或個別輪對發(fā)生“空轉(zhuǎn)” 、“滑行”等原因，都有可能造成各電機(jī)的負(fù)載分配不均，有的電機(jī)處于過載運(yùn)行，有的電機(jī)處于欠載運(yùn)行，從而使機(jī)車牽引力不能充分發(fā)揮。完全靠人工瞭望、人工駕駛列車已經(jīng)不能保證行車安全了，即使裝備了機(jī)車信號和自動停車裝置，也只能在列車一般速度運(yùn)行條件下保證安全無法實(shí)現(xiàn)高速列車的安全保證，因為它們不能完成防止超速行車和冒進(jìn)信號的現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，不是簡單的設(shè)備改進(jìn)可以完成的，需要解決許多關(guān)鍵技術(shù)問題，需要車載設(shè)備、軌旁設(shè)備、車站控制、調(diào)度指揮、通信傳輸?shù)认到y(tǒng)良好的配合才能實(shí)現(xiàn)，如果把前面討論的系統(tǒng)稱為傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)。列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是計算機(jī)、通信、控制等信息技術(shù)與信號技術(shù)的一個高水平集成與融合的產(chǎn)物。圖3—1 列車控制系統(tǒng)線通信技術(shù)的發(fā)展為列控系統(tǒng)地車信息傳輸開辟了新的途徑，無線通信技術(shù)克服了軌道電路由于受到軌道電路傳輸特性的影響，所能夠傳輸?shù)男畔?shù)量受到限制、傳輸距離不能很長、無法實(shí)現(xiàn)雙向傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，因此，成為未來列控系統(tǒng)地車信息傳輸?shù)闹饕l(fā)展方向，以無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)地車信息傳輸?shù)南到y(tǒng)，我們稱為基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）。 圖3—2 城軌車輛牽引傳動系統(tǒng)的組成（1）主傳動系統(tǒng)：完成車輛從電能到輪對機(jī)械能的轉(zhuǎn)換或反向轉(zhuǎn)換。（3）牽引控制系統(tǒng)：使主傳動系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備按要求正確工作。城軌車牽引傳動控制系統(tǒng)的功能是將接觸網(wǎng)或接觸軌的電能通過牽引電動機(jī)和機(jī)械傳動裝置轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向架輪對上方向和轉(zhuǎn)矩可以控制的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能（或進(jìn)行反向變換），借助輪軌之間的粘著力和蠕滑特性，使車輛產(chǎn)生向前的牽引力（或向后的制動力）。牽引傳動控制系統(tǒng)的最終目標(biāo)是安全、平穩(wěn)、有效地控制車輛的運(yùn)行速度、控制對象—牽引力—電機(jī)轉(zhuǎn)矩（直流電機(jī)：電機(jī)的電壓和勵磁電流，交流電機(jī)：電機(jī)的電壓和頻率）。對高速行駛列車的控制，車載列控設(shè)備需要獲得從地面控制中心發(fā)送的行車控制命令、前方列車的位置、速度、前方線路條件等信息，這些信息都是從地面發(fā)送到列車上，因此，地車信息傳輸通道是列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)的重要組成部分，沒有良好的地車信息傳輸通道，自動控制列車是不可能的。如果列車實(shí)際速度未達(dá)到目標(biāo)速度以下則設(shè)備自動進(jìn)行制動。 ATP制動控制只進(jìn)行制動和緩解兩種操作，不調(diào)整制動力大小，因此列車減速度變化大，旅行舒適度差?？刂魄€把閉塞分區(qū)允許速度的變化連續(xù)起來。法國TVM430系統(tǒng)采用了這種方式，TVM430是TVM300的換代產(chǎn)品，地面采用UM2000型軌道電路圖3—4 分級曲線控制方式示意圖在曲線控制方式下，列車在一個閉塞分區(qū)中運(yùn)行時,列控設(shè)備判定列車超速的目標(biāo)速度不再是一個常數(shù)，而是隨著列車行駛不斷變化，即是距離的函數(shù)。TVM430系統(tǒng)的軌道電路可以傳遞27 bit信息，其中目標(biāo)速度信息6bit，距離信息8bit，坡度信息4bit。因此軌道信息量較少，設(shè)備相對比較簡單，這種傳統(tǒng)的控制方式是目前高速鐵路最普遍采用的控制方式。近年來普遍采用微型計算機(jī)控制。微處理機(jī)還可以同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)和監(jiān)視，并具有故障自診斷、自修復(fù)功能。圖3—5 交流傳動控制系統(tǒng)的控制電路變壓器同其它牽引變壓器一樣采用金屬波紋管式儲油柜。波紋管選用圓形不銹鋼焊接波紋管。波紋管內(nèi)側(cè)與大氣相通。套管從變壓器主機(jī)前面朝向側(cè)面引出，連接到相鄰的高壓機(jī)器箱內(nèi)的斷路器上。主要技術(shù)參數(shù)如下：表3—6主變流器技術(shù)參數(shù)額定 繞組容量 (kVA)電壓 (V)電流 (A)原邊３０６０２５０００１２２牽引２５７０１５００８５７２輔助４９０４００１２２５表3—7牽引變壓器絕緣級別試驗電壓繞組試驗電壓感應(yīng)耐電壓工頻試驗電壓雷擊耐電壓原邊線路側(cè)42kV10 分鐘全波：150kV截斷波：170kV原邊接地側(cè)－１分鐘－牽引－１分鐘－輔助－１分鐘－溫度上升限度:繞組： １２５Ｋ （電阻法）總重量: 2 9 1 0 kg （包括電動送風(fēng)機(jī)）圖3—8 交流傳動控制系統(tǒng)的主電路主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時兼有無功功率交換的作用。泵升限制電路——由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動能量。為了便于散熱，制動電阻器常作為附件單獨(dú)裝在變頻器機(jī)箱外邊。為了抑制諧波電流，對于容量較大的PWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)有進(jìn)線電抗器，有時也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。PWM信號產(chǎn)生——可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由PWM端口輸出，也可采用專用的PWM生成電路芯片。逆變器控制部分由頻率加法器（將轉(zhuǎn)差頻率基準(zhǔn)值信號與電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率信號相加得出定子頻率給定值信號）、電壓－頻率變換器（將定子頻率給定值信號變換成脈沖信號）、脈沖分配器（將電壓－頻率變換器輸出的脈沖進(jìn)行分頻并按照逆變器導(dǎo)通的要求與正、反轉(zhuǎn)指令進(jìn)行脈沖分配）以及脈沖放大器等組成。在異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)接受逆變器輸出的電壓而運(yùn)轉(zhuǎn)。第4章　城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) TCN及LonWorks網(wǎng)絡(luò)1988年，ICE第9技術(shù)委員會TC9成立了第22工作組WG22.，其任務(wù)是制定一個開放的通信系統(tǒng)，從而使得各道機(jī)車車輛能夠互相連掛，車上的可編程電子設(shè)備能夠互換。該稿分成4個部分：第一部分總體結(jié)構(gòu)，第二部分實(shí)時協(xié)議，第三部分多功能車輛總線，第四部分絞線式列車總線WTB。一節(jié)車輛可以有1條或幾條車輛總線，也可以沒有，車輛總線可以跨越幾節(jié)車輛。圖4—1 TNC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)TCN（IEC61375）標(biāo)準(zhǔn)適用于開式列車的數(shù)據(jù)通信，它包括開式列車的車輛與車輛間的數(shù)據(jù)通信及開式車中一個車輛內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信總線(MVB)作為TCN的推薦方案。開式列車由一組車輛構(gòu)成的列車，其組成在正常運(yùn)行中是可以改變的，如UIC范圍內(nèi)的過軌列車；閉式列車由一組車輛組成的列車，在正常運(yùn)行中其組成不會改變，如地鐵，城郊列車或高速列車組；多單元列車由幾個閉式列車單元組成，在正常運(yùn)行中，組成列車單元數(shù)量可以改變。列車通信網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)是兩條總線組成的三層結(jié)構(gòu)，列車通信網(wǎng)絡(luò)包含了兩種總線：連接一個車輛設(shè)內(nèi)備的多功能車輛總線（MVB），總線能快速響應(yīng)，；連接列車中各車輛的絞線式列車總線（WTB），總線能自己組態(tài)，工作速率為1Mbit/s，介質(zhì)為雙絞線屏蔽線。 ：（1）過程數(shù)據(jù)：周期性的，源尋址廣播數(shù)據(jù)。 ，TCN實(shí)時協(xié)議提供兩種與總線獨(dú)立的應(yīng)用服務(wù)：（1）變量群（分布式過程數(shù)據(jù)庫）。TCN分為上、下兩層，上層為列車總線，即WTB（wirst train bus）絞式列車總線；下層為車輛總線，即MVB（multifunction vehicle bus）如圖4—2：圖4—2 列車通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 絞線式列車總線WTB （1） WTB物理層WTB采用屏蔽雙絞線，要求有較高的機(jī)械連接性能?？蛇B接至少32個節(jié)點(diǎn)；MVB采用曼徹斯特編碼，每一數(shù)據(jù)位碼元中間都有跳變，從高到低的跳變（負(fù)跳變）表示‘1’，正跳變則表示‘0’。 圖4—3 WTB總線拓?fù)鋱D （2） WTB 報文WTB規(guī)定了三種報文：過程數(shù)據(jù)報文；消息數(shù)據(jù)報文管理數(shù)據(jù)報文。WTB使用12線UTC電纜再加上一條能以1Mbit/s傳送數(shù)據(jù)的專用屏蔽線。裝車電纜每一側(cè)各有一根電纜。WTB最顯著的特色，是它的以連續(xù)順序給節(jié)點(diǎn)自動編號和讓所有的節(jié)點(diǎn)識別何處是列車的左側(cè)或右側(cè)的能力。 ① 相對于主節(jié)點(diǎn)，它們各自的地址、方向和位置為實(shí)現(xiàn)初運(yùn)行，每個節(jié)點(diǎn)包含兩個HDLC通道，每個通道對應(yīng)一個方向。MVB能尋址至4095個設(shè)備，其中可有256個是能參與消息通信的站。MVB傳送三種烈性的數(shù)據(jù)： ① 過程數(shù)據(jù)：源尋址數(shù)據(jù)的周期性廣播，最快的周期為1ms。 ③ 監(jiān)視數(shù)據(jù)：傳輸事件分解、主設(shè)備權(quán)分解、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)。 ② 200m以內(nèi)采用電氣中距離介質(zhì)(EMD），每段最多支持32個設(shè)備，采用雙絞屏蔽線和變壓器作電氣隔離，允許使用標(biāo)準(zhǔn)的 ICE11582 變壓器和收發(fā)器。MVB介質(zhì)訪問控制采用主從方式，由唯一的主控器以定時輪詢的方式發(fā)送主控幀。它們不能同時發(fā)送信息。管理器是唯一的主設(shè)備。在列車運(yùn)行時通信網(wǎng)上傳送的只有過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)用周期傳送和非周期傳送來區(qū)分。但在各設(shè)備中被分別處理。圖4—5 數(shù)據(jù)傳輸圖 LonWorks網(wǎng)絡(luò)支持雙絞線、電力線、無線電、紅外線和光纖等多種介質(zhì)，支持總線型、環(huán)型。LonWorks是一個開放的控制網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)，它的特點(diǎn)是具有公平性，對等性。與其他設(shè)備無關(guān)‘傳輸速率78kbps。每個子網(wǎng)可以有127個節(jié)點(diǎn)。下面介紹令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)和令牌總線的基本知識。從OSI參考模型來看，ARCNET定義了ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)體系模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其開放底層接口，允許用戶自動開發(fā)嵌入式設(shè)