《城市軌道交通車輛構(gòu)造》教學(xué)課件-項目8-城軌車輛牽引及輔助供電系統(tǒng)

城市軌道交通車輛構(gòu)造工程8城軌車輛牽引及輔助供電系統(tǒng)02城軌車輛輔助供電系統(tǒng)城軌車輛電力牽引系統(tǒng)01目錄01城軌車輛電力牽引系統(tǒng)56,138,183任務(wù)引入某日11點26分，上海地鐵2號線從世紀(jì)公園至張江高科區(qū)段突發(fā)供電故障，導(dǎo)致該區(qū)段列車停駛，同時還造成2號線其他區(qū)段列車限速運行。事發(fā)后，地鐵運營方立即啟動應(yīng)急預(yù)案，有序疏散乘客；同時搶修人員也第一時間趕至現(xiàn)場，對相關(guān)設(shè)備開展緊急排查、搶修工作。列車在經(jīng)過約5h停駛后，其故障于當(dāng)日16點47分得以排除，2號線全線恢復(fù)正常運營。地鐵方面表示，此次事故并非由網(wǎng)傳的著火或碰撞所致，而是由于列車受電弓故障〔見圖8-1〕導(dǎo)致接觸網(wǎng)受損、供電中斷，在此過程中局部部件掉落，產(chǎn)生了一些小火星和響聲，并伴有少量煙塵。由于該接觸網(wǎng)受損面積較大、維修難度較高，因此，故障排查、搶修時間相對較長。思考：受電弓的作用是什么？它是由哪些部件組成的？任務(wù)引入圖8-1嚴(yán)重變形的受電弓1.1電力牽引系統(tǒng)的工作原理電力牽引是一種以電能為動力的牽引方式。城軌車輛通過受流裝置從架空接觸網(wǎng)或接觸軌獲取電能，由車載變流裝置〔如牽引逆變器〕將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，為轉(zhuǎn)向架上的牽引電動機(jī)供電，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過聯(lián)軸器、齒輪箱和輪對驅(qū)動列車運行，如圖8-2所示。圖8-2電力牽引系統(tǒng)的工作原理圖1.2電力牽引系統(tǒng)的組成電力牽引系統(tǒng)主要由受流裝置、牽引逆變器、牽引電動機(jī)、高速斷路器、牽引控制單元、制動電阻和司機(jī)控制器等組成。下面重點介紹受流裝置、牽引逆變器、牽引電動機(jī)和高速斷路器。1.2電力牽引系統(tǒng)的組成

受流裝置又稱受流器，是指通過架空接觸網(wǎng)或接觸軌將電流引入動車的裝置。根據(jù)線路供電方式的不同，受流裝置可分為受電弓和集電靴兩種形式，如圖8-3所示。受電弓用于以接觸網(wǎng)的方式供電的線路，而集電靴用于以接觸軌的方式供電的線路。1〕受流裝置〔a〕受電弓〔b〕集電靴圖8-3受流裝置1.2電力牽引系統(tǒng)的組成〔1〕受電弓。受電弓是車輛從架空接觸網(wǎng)獲取電能的電氣設(shè)備，一般安裝于動車車頂上。受電弓可分為單臂弓和雙臂弓兩種。由于雙臂弓結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難，而單臂弓結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、調(diào)整容易及動態(tài)性好，因此城軌車輛普遍采用單臂弓。下面主要介紹單臂弓的根本組成和升降弓操作。①根本組成。受電弓主要由碳滑板、上臂、上導(dǎo)桿、下臂、下導(dǎo)桿、控制裝置、氣囊、底架、絕緣子等組成，如圖8-4所示。②升降弓操作。a．升弓：駕駛員按下升弓按鈕，升弓電磁閥得電接通，壓縮空氣作用于受電弓，受電弓勻速上升，并在接近架空接觸網(wǎng)時有一緩慢停滯，然后迅速與其接觸。b．降弓：駕駛員按下降弓按鈕，升弓電磁閥失電斷開，壓縮空氣供給中斷，氣囊排氣，受電弓靠自重下降。1〕受流裝置1.2電力牽引系統(tǒng)的組成1〕受流裝置圖8-4受電弓1.2電力牽引系統(tǒng)的組成〔2〕集電靴。集電靴是車輛從接觸軌獲取電能的電氣設(shè)備，一般安裝于車輛轉(zhuǎn)向架上。集電靴主要由滑塊、集電靴臂、彈簧、伸縮桿、熔斷器、電纜、絕緣框架等組成，如圖8-5所示。它可以通過相關(guān)控制機(jī)構(gòu)完成接觸局部的升降動作。1〕受流裝置圖8-5集電靴結(jié)構(gòu)圖1.2電力牽引系統(tǒng)的組成牽引逆變器安裝于車底的牽引逆變器箱〔見圖8-9〕內(nèi)。牽引逆變器由電源電流傳感器、濾波電抗器、直流電壓傳感器、過電壓釋放晶閘管、放電電阻、濾波電容器、IGBT模塊、相電流傳感器等組成。2〕牽引逆變器圖8-9牽引逆變器箱1.2電力牽引系統(tǒng)的組成目前城軌車輛采用的牽引電動機(jī)有兩大類，即直線電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。直線電動機(jī)用于驅(qū)動帶有電動機(jī)的轉(zhuǎn)向架，旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用于驅(qū)動動車輪對。按運動方式的不同，旋轉(zhuǎn)電動機(jī)又可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。目前，應(yīng)用最廣泛的是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，下面以三相籠型異步電動機(jī)為例介紹其結(jié)構(gòu)。三相籠型異步電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。3〕牽引電動機(jī)1.2電力牽引系統(tǒng)的組成〔1〕定子。定子是指電動機(jī)上所有固定不動的局部，主要由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組等組成，如圖8-10所示。定子鐵芯內(nèi)有許多形狀相同的槽，用于嵌放定子繞組，機(jī)座用于固定和支承定子鐵芯，要求有足夠的機(jī)械強度和剛度?！?〕轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是指電動機(jī)上旋轉(zhuǎn)運動的局部，主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等組成，如圖8-10所示。轉(zhuǎn)子鐵芯是電動機(jī)磁路的一局部，安裝在轉(zhuǎn)軸上，由硅鋼片疊壓而成，外表有槽，用于放置轉(zhuǎn)子繞組。3〕牽引電動機(jī)1.2電力牽引系統(tǒng)的組成3〕牽引電動機(jī)圖8-10三相籠型異步電動機(jī)1.2電力牽引系統(tǒng)的組成高速斷路器安裝于車底的高速斷路器箱〔見圖8-11〕內(nèi)，主要由主電路、滅弧罩、閉合裝置、輔助觸點及脫扣裝置等組成，如圖8-12所示。高速斷路器主要作用是對牽引逆變器與高壓電路進(jìn)行隔離，以保護(hù)牽引系統(tǒng)。在牽引系統(tǒng)電路出現(xiàn)異常的情況下〔如過電流、逆變器故障或線路短路〕，高速斷路器能夠?qū)⒏鳡恳O(shè)備從受流裝置上平安斷開。有些牽引系統(tǒng)在高速斷路器和受流裝置之間還設(shè)置了閘刀開關(guān)，必要時〔如檢修〕可以把高速斷路器和高壓線路斷開，并將閘刀開關(guān)設(shè)置為接地。4〕高速斷路器圖8-11高速斷路器箱1.2電力牽引系統(tǒng)的組成4〕高速斷路器圖8-12高速斷路器結(jié)構(gòu)圖1—主電路；2—左連接；3—滅弧罩；4—右連接；5—閉合裝置；6—輔助觸點；7—動觸點；8—脫扣裝置。任務(wù)實施〔1〕將全班學(xué)生進(jìn)行分組，每5人為一組，每組選出1名小組負(fù)責(zé)人，小組合作搜集、整理城軌車輛電力牽引系統(tǒng)等相關(guān)材料，并制作成PPT?！?〕小組負(fù)責(zé)人進(jìn)行任務(wù)分配，包括哪些成員查找資料，哪些成員制作PPT，哪些成員上臺演講展示等?！?〕老師組織各組在班內(nèi)進(jìn)行PPT演講活動，并按表8-1給各組打分。任務(wù)實施表8-1PPT演講活動評價表02城軌車輛輔助供電系統(tǒng)任務(wù)引入大連地鐵2號線0202號車在試運行期間運行至虹錦路〔上行方向〕出站150m左右時，突然發(fā)生1500V動力電及110V控制電同時斷開的故障，車輛停車，客室內(nèi)環(huán)境黑暗。司機(jī)重新開啟蓄電池、升起受電弓，故障恢復(fù)。車輛回庫后經(jīng)反復(fù)檢查測試，顯示各設(shè)備工作正常，故障現(xiàn)象消失。列車控制和管理系統(tǒng)〔TCMS〕的運行記錄顯示，發(fā)生故障時受電弓為正常升起狀態(tài)，1500V動力電失電應(yīng)為接觸網(wǎng)原因，后經(jīng)相關(guān)部門確認(rèn)故障時間確為變電所跳閘導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷電。110V控制電失電原因應(yīng)為司機(jī)在升弓狀態(tài)下人為關(guān)斷蓄電池，而接觸網(wǎng)斷電后SIV無法繼續(xù)工作為列車提供110V控制電。思考：SIV是什么意思？它有什么作用？2.1輔助供電系統(tǒng)的組成輔助供電系統(tǒng)主要由輔助逆變器、蓄電池、直流電源、隔離變壓器、接觸器及故障轉(zhuǎn)換裝置等組成。下面重點介紹輔助逆變器、蓄電池、直流電源和隔離變壓器。2.1輔助供電系統(tǒng)的組成輔助逆變器〔SIV〕又稱靜止逆變器，是一種將直流電變換為三相50Hz，380V/220V交流電的能量變換設(shè)備。它安裝于車底輔助逆變器箱內(nèi)，如圖8-13所示。1〕輔助逆變器圖8-13輔助逆變器箱2.1輔助供電系統(tǒng)的組成蓄電池安裝于車底的蓄電池箱內(nèi)，如圖8-14所示。作為輔助供電系統(tǒng)的備用電源，蓄電池在輔助逆變器正常工作的情況下處于浮充狀態(tài)。在網(wǎng)壓故障或輔助逆變器故障的緊急情況下，蓄電池作為緊急電源為列車供電。蓄電池的容量大小由負(fù)載大小決定。2〕蓄電池圖8-14蓄電池箱2.1輔助供電系統(tǒng)的組成列車上各控制電器都由DC110V控制電源供電。同時，DC110V控制電源也兼作蓄電池的充電器，在正常工作時對蓄電池充電。3〕直流電源2.1輔助供電系統(tǒng)的組成為了保證電氣設(shè)備及操作人員的平安，必須將高壓與低壓用電設(shè)備，尤其是需要人工操作的設(shè)備，進(jìn)行電氣隔離，通常采用隔離變壓器隔離。4〕隔離變壓器2.2輔助供電系統(tǒng)的供電方式列車每單元配備多臺輔助逆變器，并配有相應(yīng)的DC110V控制電源，這種供電方式稱為分散供電，如圖8-15所示。例如，廣州地鐵1號線列車采用分散供電的方式，每輛車配有一臺輔助逆變器，每單元共用一臺DC110V控制電源。1〕分散供電圖8-15分散供電方式〔a〕2.2輔助供電系統(tǒng)的供電方式1〕分散供電圖8-15分散供電方式〔b〕2.2輔助供電系統(tǒng)的供電方式列車每單元配備一臺輔助逆變器，并配有相應(yīng)的DC110V控制電源，這種供電方式稱為集中供電，如圖8-16所示。例如，西安地鐵2號線列車采用集中供電的方式，每單元配有一臺輔助逆變器，共兩臺，分別布置于列車兩端Tc車車底。當(dāng)其中一臺輔助逆變器發(fā)生故障時，余下的一臺承擔(dān)整列車的負(fù)載，保證列車的正常運行。2〕集中供電圖8-16集中供電方式〔a〕2.2輔助供電系統(tǒng)的供電方式2〕集中供電圖8-16集中供電方式〔b〕2.2輔助供電系統(tǒng)的供電方式分散供電和集中供電各有優(yōu)缺點，如表8-2所示。2〕集中供電