毕业设计 城轨车辆电气线路分析及故障排除设计

2014届毕业设计说明书

课题名称：城轨车辆电气线路分析及

故障排除设计

专 业 系 轨 道 交 通 系 班 级 学生姓名 指导老师 完成日期

1

2014届毕业设计任务书

一．课题名称：

城轨车辆电气线路分析及故障排除 二．指导老师：

三．设计内容与要求：

1、课题概述:

随着城轨车辆牵引动力的交流化和运行速度的提高，列车上的受控部件或控制装置也越来越多，控制和被控设备之间的协调和快速响应显得越来越重要。虽然现阶段城轨车辆大都引入了网络控制，但是由于硬线电路具有极高的可靠性和可维护性，因此在城轨车辆电气设计中仍然大量采用硬线电路来实现其牵引、制动、控制等功能。

本课题主要针对城轨车辆主电路、辅助电路及控制电路，如交流传动主电路、列车激活控制电路、司机室占有控制电路、受电弓控制电路、高速断路器控制电路、传动控制电路、驾驶模式控制电路等展开分析，指出其常见的故障现象，并详细说明故障排除的方法。 2、设计内容与要求：

(1)设计内容

本课题下设3个子课题：

① 城轨车辆主电路分析及故障排除 ② 城轨车辆辅助电路分析及故障排除 ③ 城轨车辆控制电路分析及故障排除 每个子课题设计的主要内容可包括： ① 城轨车辆电气线路整体介绍； ② 该电路主要部件结构、功能原理分析 ③ 该电路各功能模块的工作原理分析 ④ 常见故障的判断及排除方法 ⑤ 总结 （2）要求

① 要求学生有一定的电气线路识图及制图基础； ② 论文中的所有电器线路图均要用制图软件规范绘制； ③ 要求学生有一定的电气控制及城轨专业基础；

④ 通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；

⑤ 能够灵活运用《电工》或《电机与电气控制》等课程的基础知识和城轨专业知识来

分析城轨车辆的各种电路。

2

四．设计参考书

1、 《电气识图》，吕庆荣等主编，化工出版社 2、 《电机与电气控制》

3、 《城市轨道交通车辆电气检修》 4、 《城市轨道交通车辆运行与维修》 5、 《城市轨道交通车辆电气设备》

五．设计说明书要求

1、 封面 2、 目录

3、 内容摘要(200-400字左右，中英文) 4、 引言

5、 正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点） 6、 结束语

7、 附录(参考文献、图纸、材料清单等)

六．毕业设计进程安排毕业设计进程安排

第1周： 资料准备与借阅，了解课题思路。 第2-3周: 设计要求说明及课题内容辅导。 第4－7周：进行毕业设计，完成初稿。 第7-10周： 第一次检查，了解设计完成情况。

第11周： 第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。 第12周： 毕业答辩与综合成绩评定。

七．毕业设计答辩及论文要求

1、 毕业设计答辩要求

1) 答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要

资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

2) 学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料

或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

3) 答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计

方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、 毕业设计论文要求

文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。 3、 图纸要求:

3

按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。 4、 曲线图表要求：

所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

4

摘 要

近几年来，我国城市轨道交通发展迅速，为缓解城市交通压力作出巨大的贡献。城轨列车控制电路作为城市轨道交通车辆的重要组成部分，为保证列车上的各项电气控制与电路运行提供了良好的前提条件。

论文简述了城轨车辆的电气控制的组成与部分控制电路，如列车激活控制电路、司机室占有控制电路、受电弓控制电路、高速断路器控制电路、传动控制电路、驾驶模式控制电路等展开分析，对其中列车激活电路和蓄电池充电电路以及宁波地铁一期辅助供电系统进行分析。

关键词： 列车激活电路 蓄电池充电电路 辅助供电电路

5

ABSTRACT

In recent years, the rapid development of urban rail transit, to ease the pressure on urban transport make a significant contribution. Trains of the control circuit as the city an important part of rail transportation in order to ensure the electrical train operation control circuit provides a good prerequisite.

Paper outlines the electrical control of transit vehicles and part of the composition of the control circuit, such as the train activated control circuit, control circuit holds the cab, the pantograph control circuit, high-speed circuit breaker control circuit, the transmission control circuit, driving mode control circuit to analyze, Of metro train activation circuit and battery charging circuit and a period of auxiliary power supply system is analyzed

Key words: Train activation circuit Battery charging circuit The auxiliary power supply circuit

6

目 录

摘 要 ..................................................................... 5 第一章 城轨交通电气线路简介与识图原则 ....................................... 9

1.1 城市轨道交通电气线路的基本知识 ...................................... 9 1.2城市轨道交通电路构成与各部分电路 ................................... 11 1.3城市轨道交通车辆电气线路的整体介绍 ................................. 12 第二章 城轨电动列车激活电路分析及故障排除 ................................. 17

2.1列车激活控制电路的主要部件 ......................................... 17 2.2列车激活（蓄电池接通）控制电路及其工作原理 .......................... 18 2.3列车激活工作原理分析 ............................................... 20 2.4列车激活常见故障及排查处理 ......................................... 21 第三章 蓄电池充电与供电电路 ............................................... 24

3.1蓄电池充电与供电电路的主要部件及原理分析 ........................... 24 3.2 蓄电池充电与供电电路 .............................................. 25 3.3 蓄电池充电与供电电路原理分析 ...................................... 26 3.4 蓄电池充电器的常见故障及其故障处理 ................................ 27 第四章 宁波轨道交通1号线一期工程车辆辅助供电系统分析 ..................... 28

4.1 辅助供电系统的供电输出电路分析 ..................................... 28 4.2 辅助供电系统的工作原理 ............................................. 29 心得体会 .................................................................. 36 参考文献 .................................................................. 37

7

引 言

人类的活动中心城市是社会进步的标志。随着经济的发展和科技的进步，城市的规模不断扩大。城市范围内的大量人员流动，要求配置便捷、可达性强的客运交通工具，以便人们高效率地达到出行的目的。世界上许多大城市的发展经验告诉我们，只有采用快速轨道交通系统（地下铁道、轻轨、高架独轨交通等）作为公共交通的骨干网络，才有可能有效的完成城市客运任务。在此形势下，城市轨道交通起到了骨干的作用，其中起到主要作用的是地下铁道和轻轨交通。

而作为承担这一重要任务之一的地下铁道，其无论从时间方面还是从速度方面，都能在很大程度上满足人们的工作出行需求，而这种准时、准确的保证是从保证地铁正常工作的每个方面来保证的。电气控制是地铁中最为重要的部分之一，只有保证了电气控制的正常工作才能保证列车的运行，所以在列车出现电气故障的时候能够迅速准确的完成故障的查找与处理是重中之重。

本文从控制电气的重要性、组成方面、工作原理、故障发生、故障查找、故障处理与优化等方面来简单讲述部分控制电路的故障排除，从而达到在电客列车运行当中出现故障时能迅速处理的效果。

控制电路的两大部分主电路和辅助电路在整个电气控制中涵盖了列车的各个电气应用，包括列车激活，蓄电池充电、辅助供电等在内的电路都在日常运行中出现或大或小的故障，而这些故障都严重影响了列车的正常运行，所以必须在出现故障之前预防各种故障的发生，在出现了故障的时候能够及时迅速的完成处理，在解决之后能够总结经验，做好优化方案，在以后的运行中避免再次出现类似的故障，这是本文的重点内容

本文第一章从总的方面介绍了电路图的识图概述以及控制电路的整体。第二章主要介绍列车激活控制电路以及电路分析和常见的故障及其故障处理。第三章介绍充电器供电与充电回路。第四章介绍宁波一号线一期辅助供电系统。

8

第一章 城轨交通电气线路简介与识图原则

1.1 城市轨道交通电气线路的基本知识

1.1.1 电气线路的基本知识

电气、电子电路图是人们为了研究和工程的需要，用约定的符号绘制的一种表示结构的图形。电路图是采用相应标准统一规定的电气符号按制图规则表示电气设备连接顺序的图形，通过电路图可以知道实际电路的情况。

电路图由元器件符号、连线、结点、注释四大部分组成。元器件符号表示实际电路的元器件，一般表示出了元器件的特点，而且引脚的数目都和实际元器件保持一致。连线表示的是实际电路的导线，结点表示若干个元器件引脚或者若干条导线之间相互的连接关系。所有和结点相连的元器件引脚、导线，不论数目多少，都是导通的。

常见的电路图有原理图、方框图、装配图（配线图）等。

（1） 原理图。是用来体现电路工作原理的一种电路图，也叫做电原理图。 （2） 方框图。是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。

（3） 装配图（配线图）。是为了进行电路装配而采用的一种图纸，图上符号是电路元器件的实物外形图。 2.1.2电气线路的识图原则

1.划分基本单元；2.基本单元功能分析；3.系统工作过程及功能分析。电气控制电路分析的内容和要求：1.熟悉机械、电气设备；2.根据设备的动作程序，结合设备结构识读电路图；3.分析电气控制系统（1）总体浏览；（2）分析控制电路；（3）分析辅助电路；（4）连锁与保护环节；（5）总体检查。

9

表1─1城市轨道交通车辆控制系统电路图电路类型编号

数字编号 01 02 03 04 05 电 路 类 型 主电路（高压电路） 牵引/制动控制电路 辅助供电电路与辅助电路 检测和信息电路 照明电路 数字编号 06 07 08 09 电 路 类 型 空调电路 辅助设备电路 车门控制电路 特殊设备电路

表1─2城市轨道交通车辆电路设备及元器件常用符号的含义

A─主控制器 F─自动空气开关 K─接触器、继电器 S─按钮和转换开关 Y─车钩电气接线盒 B─传感器 H─指示灯 R─电阻 V─二极管 P─压力继电器

电气设备常用基本文字符号和辅助文字符号（如表1-3所示）：

表1-3电气设备常用和辅助基本文字符号

文字符号 电容器 字母表示 C 文字符号 熔断器 10

字母表示 FU 文字符号 交流继电器 字母表示 KA

选择开关 隔离开关 插座 接触器 具有延时动作的限流保护器件 XK QS XS KM FR 按钮开关 电阻器 电磁阀 蓄电池 具有瞬时动作的限流保护器件 SB R YV GB FA 整流器 控制开关 端子板 断路器 具有延时和瞬时动作的限流保护器件 U SA XT QF FS

1.2城市轨道交通电路构成与各部分电路

1.2.1控制电路构成：

城轨交通控制电路包括主电路、辅助电路、控制与信息监控电路及门控电路。车辆电气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系统，辅助电路系统和电子控制电路系统3个部分。 1.2.2各部分电路作用：

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。辅助电路系统为保证车辆正常运行必须设置的辅助设备(如供某些电器通风、冷却的通风机、空气压缩机、空调装置、车辆照明等)所提供的辅助用电系统。电子与控制电路分为有接点的直流电路和无接点的电子电路，控制电路的作用是控制主电路和辅助电路各电器的工作，通过司机操纵主控制器和各按钮使列车正常运行或由列车自动运行控制系统控制运行。

1．直流斩波控制方式主回路 包括：（1）线路输入滤波部分。

（2）牵引---制动回路部分。

（3）主要设备：电机、斩波器、受电弓、高速断路器、主控制器、紧

11

急制动开关等。

车辆电气系统包括车辆上的各种电气设备及其控制电路，按其功能可分为： 1．主电路：指的是供车辆牵引动力的电路。主要由受流器、牵引箱、牵引电机、电阻、电抗器及电气开关等设备组成。

2．控制与信息监控电路：用于对列车实施牵引、制动控制等操作，以及对设备状况进行监控、记录、预报的电路。

3．辅助电路：通常由逆变器或发电机输出中级电压供车辆除牵引外电动力设备使用，应急情况由蓄电池维持供电。

4．门控电路：对车门进行开、关控制的电路。

1.3城市轨道交通车辆电气线路的整体介绍

1.3.1主电路控制（电路图如图1-1所示）

SA—浪涌吸收器；IES—隔离开关；HSCB—高速断路器；LFL—滤波电抗器；CCZ—充电电阻；CCK—充电接触器；LIK—线路接触器；VMD—电压传感器；DBZ—制动电阻；CMD—电流传感器；SS—速度传感器；M1～M4—交流电动机；CBR—差动电流保护器；FCZ—过压保护电阻；LFC—滤波电容器。

图1-1 主电路控制电路

12

1．工作原理：

牵引时，电网通过受电弓P、主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK及逆变器给牵引电机供电。在再生制动时以相反的路径使电网吸收电机反馈的能量。

LFL是线路滤波电抗器，LFC是线路滤波电容器，两者构成线路滤波器。 接触器CCK与电阻CCZ构成充电限流环节。在受电弓升起、高速断路器闭合后，为防止过大的充电电流冲击使滤波电容器受损，首先闭合CCK，待电容电压达到一定值后，闭合线路接触器LIK，将限流电阻CCZ短接。

T1、D1～T6、D6构成VVVF逆变器。在牵引工况将直流电能变换为电压和频率可调的交流电能供给牵引电机。在电制动工况，电机作发电机运行，逆变器以整流方式将电能反馈给电网(再生制动)或消耗在电阻上(电阻制动)。

T7、D8构成斩波器，DBZ为制动电阻。斩波器的主要功能是用于电阻制动，用它来调节制动电流的大小。另一个功能是作过电压保护之用。如果在逆变器的直流回路中有短时的过电压，则斩波器工作，通过它对电阻DBZ放电，待过电压消除后斩波器截止。这种过电压的保护环节也叫“软撬杠”。

TZ是晶闸管，FCZ是过电压保护电阻。当直流环节发生过电压，经斩波器放电后仍不能消除，则晶闸管TZ导通，直流回路通过FCZ放电。因为晶闸管只能触发导通，而不能用门极触发方式关断，因此TZ触发后必须立即断开高速断路器HSCB，否则会造成直流回路持续放电。这种过电压保护环节叫“硬撬杠”。显然“硬撬杠”的保护动作整定电压值比“软撬杠”的高。(有的主电路中不设此环节)。

Rc是固定并联在滤波电容器LFC上的放电电阻。为安全计，要求在主电路断电后LFC两端电压在5min内降到50V以下。由此可以确定放电的时间常数及放电电阻值。

IES是隔离／接地开关，在需要主回路接地时将它转换到接地位置。 CBR为差动电流传感器，用以检测直流回路流入与流出的电流差，以检测接地等故障。

CMD为电流传感器，VMD为电压传感器，SS为速度传感器。 2．控制方式：

13

一台VVVF逆变器给同一辆车四台相互并联的电动机M1～M4供电，这种逆变器与电机的配置方式叫1C4M，它们的控制方式叫“车控”方式。

也有一种配置是一台逆变器给同一转向架上两台相互并联的电机供电，这种配置方式叫1C2M，它们的控制方式叫“架控”方式。

“车控”或“架控”取决于牵引、制动特性要求，以及逆变器与电机容量。我国多数城轨动车采用“车控”方式，但少数也采用“架控”方式，如广州地铁采用了“车控方式”，而天津滨海快速线采用了“架控”方式。如果由一台逆变器给一台电机供电，叫1C1M，也叫“轴控”。在城轨动车中由于电机功率较小，没有必要用轴控(在铁路干线大功率机车中才使用)。

3．主电路设有下列保护：

（1）输入过流保护：封锁IGBT的门极脉冲、断开HSCB及线路接触器、显示并报警、规定次数复位。

（2）输出过流保护：首先改变IGBT的门极脉冲，若在一定时间间隔内仍过流则封锁IGBT门极脉冲、断开线路接触器、显示并报警、规定次数复位。

（3）输入过电压保护：

牵引工况：当网压高于设定值，首先使斩波器触发，若网压继续升高，则封锁IGBT触发脉冲、断开HSCB和线路接触器、显示并报警。网压下降到规定值自动复位。

若主电路中设有“硬撬杠”过压保护环节，则在用“软撬杠”放电仍不能使过压消除情况下，触发晶闸管，使强行持续放电。同时封锁IGBT脉冲，开断HSCB及线路接触器。设置“硬撬杠”对于释放过电压的能量更有效、快捷。

制动工况：采用再生制动时，当网压高于某设定值(例如1800V)，则自动转入电阻制动。若网压持续高于某设定值(例如1980V)则封锁IGBT脉冲，断开HSCB和线路接触器转入空气制动。

（4）输入欠压保护：低于设定值(例如1000V)逆变器停机，恢复至某设定值(例如1100V)逆变器自动恢复运行。

（5）过热保护：VVVF逆变器温度超过第一温度设定值时，逆变器降功率运行。超过第二温度设定值时，逆变器停机、报警并显示。

（6）逆变器相电流不平衡保护：当不平衡超过设定值则停机。

14

（7）牵引电机过流保护：保护动作顺序与输出过流保护相同。 1.3.2辅助供电系统

辅助供电系统包括辅助逆变器、低压电源装置、蓄电池和相关的电气设备和隔离开关、接触器、熔断器、故障转换装置(也称“扩展供电转换装置”)等。

1．辅助逆变器

辅助逆变器又称静止逆变器，是将直流输入电压变换为三相交流380V电压，给列车上的辅助设备供电的设备。它的主要负载包括空调设备(空调压缩机、冷凝器风扇、蒸发器风扇)、空气压缩机、设备通风机、客室照明以及挡风玻璃除霜器、方便插座、刮雨器等。(有的车上客室照明、雨刮器全用DC110V供电；有的车上所有设备都用自然风冷，则不需设备通风机。)

2．辅助逆变器技术要求

(1) 输入电压范围

(2) 输出电压波动范围：(一般要求±5％) (3) 输出电压波形畸变：(一般要求畸变因数<10％)

(4) 输出电压不均衡度：(一般在相间对称平衡时，要求<1％) (5) 输出频率：50×(1+1％)Hz (6) 效率：(一般要求全负荷时>90％)

(7) 噪声：相距一定距离的分贝[例如：相距1m时小于70dB(A)] (8) 保护：IP等级

(9) 过载能力：在额定输出电流下连续工作时，允许施加非周期性过载，对额定容量小于或等于100kVA的装置，过载能力为 150％时为1 min ；对额定容量大于100kVA的装置，过载能力为130％时为30S。 3．辅助逆变器对负载启动的要求

(1) 负载顺序启动，以避免启动冲击电流叠加。

(2) 当负荷在一定范围内变化时，要求其输出电压瞬间变化在一定范围内，且在限定时间内恢复其额定值。(例如当负荷变化为逆变器额定负载的±30％时，要求其输出电压瞬间变化范围不超过±15％，且在300ms内恢复其额定值。)

15

(3) 重复启动和停止一定负载的能力(例如额定负载的60％)。

(4) 当逆变器已带有部分负载的情况下，启动空气压缩机或空调压缩机等负载，其输出电压降在允许范围之内(例如20％)。

4．辅助系统主要功能部分

(1)逆变部分：辅助用电设备大都需要三相50Hz，380V／220V交流电源，因而首先要将波动的直流网压逆变为恒压恒频的三相交流电。

(2)变压器隔离部分：为了安全必须将电网上的高压与低压用电设备，尤其是常需人工操作的控制电源的设备，在电气电位上实现隔离。通常采用变压器进行电气隔离，同时也可通过设计不同的匝比以满足电压值的需要。

(3)直流电源(兼作蓄电池充电器)：车辆上各控制电器都由直流电源DC／DC供电。车辆上蓄电池为紧急用电所需，所以DC110V控制电源同时也是蓄电池的充电器。 1.3.3控制电路

主要是用来控制车辆的主线路，车辆的起动、运行、调速、停车、反向等一系列的动作，还包括许多监控回路，检测列车各工况下的参数，根据所检测到的故障参数，及时发出指令，控制继电器动作，切断主回路中相关的触点，起到相关保护作用。根据司机发出的指令，控制线路中有关继电器得电或失电，使得对应的主回路接触器动作，最终控制牵引电机的运转，从而控制列车的牵引、制动等工况。 1.3.4门控电路

包括车门的开启与关闭，车门的监控回路、列车再开门回路。

16

第二章 城轨电动列车激活电路分析及故

障排除

2.1列车激活控制电路的主要部件

列车激活电路的主要作用是检查列车的完整性，并在列车完好的情况下激活列车。蓄电池正常输出电路将会接通并给整列车供电，列车级的设备和逻辑电路将开始工作，例如车辆中央控制电源，逆变器控制单元等。列车激活控制电路中，主要由继电器完成上述的列车激活。 2.2.1继电器

（1）继电器是一种实现自动控制和保护功能的电器，它是根据外界输入信号的变化，接通或关断小电流电路的电器。其特点是额定电流小、不需要灭弧装置、节点数量较多、体积小。

继电器主要由感测机构、中间机构和执行机构组成。继电器的动作主要是靠继电器的线圈通断电，以此来控制继电器常开触点常闭触点的闭合及断开，从而实现对所在电路的控制。

（2）城市轨道交通车辆中常用的继电器

电磁继电器。 电磁继电器是利用电磁铁心与衔铁间产生的电磁吸力作用而工作的一种电器元件。它主要由电磁线圈，触头和二极管组成。当在电磁线圈两端通上额定电压时，电磁铁铁心与衔铁间产生吸力作用，继电器动作，常开触头闭合，常闭触头断开。

时间继电器。 时间继电器是的作用在于能按预定的时间接通或分段电路，实质上是一个定时器。

欠压继电器。 欠压继电器一般用在电路中起欠压作用。当继电器线圈接通＋110V时，继电器动作，当电压小于设定值时，继电器就断开。

17

2.2列车激活（蓄电池接通）控制电路及其工作原理

2.2.1列车激活控制电路图（一）

18

车辆激活控制电路（二）

19

2.3列车激活工作原理分析

城市轨道交通车辆的控制电路电源电压为DC110V，在升弓前由蓄电池提供DC110V，升弓后由辅助供电系统DC/DC模块提供。

起动或激活列车时，必须先接通列车蓄电池，其控制电路图如（一）所示。操纵蓄电池开关3S01置于（ON）位置。

列车控制继电器3K11的线圈经3S01（23—24）联锁，车辆控制继电器3K12（61—62）联锁车辆分断激活继电器3K13（22—21）联锁而得点自持，控制电路为

30412·3S01（23—24）·3K12（61—62）·3K13（22—21）·3K11·30400

3K11动作，接通 控制电路的紧急制动回路和零速继电器（速度监控继电器）回路，受电弓才能升弓取流。3K11的自持电路为

30412·［3S01（23—24）＋3K12（54—53）］·3K11（13—14）·3K13（21—22）·3K11·30400

同时，一组列车控制继电器3K11联锁（33—34），通过3S01（13—14）联锁使列车线X05激活。该线通过车钩传递（9Y02～9Y06）使图二中C车激活继电器3K14得电。图二中，若车辆车钩连挂继电器9K01，车辆所有车钩都连挂好继电器9K02和车辆车钩解钩继电器9K03状态显示连挂正常时，车辆激活线通过3K14（14—13）联锁接通自持。

车辆激活列车线得电后通过车钩传递回A车，使A车的车辆控制继电器3K12被激活。电路为

9Y02·30632·3F06·（01—02）·3K12·30400

3K12得电动作，并保持自持。自持电路为

30412·3K12（44—43）·3K11（23—24）·3F06（01—02）·3K12

20

------------------------

心得体会

时间如白驹过隙，一晃而过，大学三年的时光即将结束，我的求学路即将结束一段征程，职业生涯即将展开，但是学习是伴随我一生的事情，无论我在哪里，无论我在做什么，无论我是社会中的一个什么角色，我都是一个学习者，只不过学习的舞台由学校换成了社会而已，但学习的激情会闪耀我的生命。

纵观整个大学，无论是学习，还是工作或是生活，我的人生都发生了质的变化，有了飞跃的提升，这是我人生一笔重要而珍贵的财富。

毕业设计作为我结束大学学习的总揽，是将我整个大学学习知识作一个回馈，一个结业。不仅仅将所有的知识串联在一起，更是将我的学习成果，学习效果展示在大家面前。我想首先做毕业设计的主要目的不是要将大家难住，而是要检验大家的学习成果。其次做毕业设计是为了让大家将自己所学的知识串联在一块，这样可以将所学的东西由头至尾过衔接起来，做个总结。

我的毕业设计说不上精彩绝伦，更说不上独具匠心，但却花费我很大一部分心血才做出这份让我自己心里还过得去的东西。在老师的指导下很快就确定了目标，第一个星期确定了我的毕业设计的主题思路和指导思想，第二个星期将所有的资料串在一块，第三星期开始做框架，第四星期开始做初稿，第五星期完成初稿，第六星期将初稿交由老师审阅、定稿、完善。第七星期做一个详细的准备开始答辩。

在我做毕业设计的过程中能完成各项难题和准备充分，这与得到老师的大力支持和谆谆指导离不开，和小组的同学的不吝帮助息息相关。在这里，我感谢大学以来教我知识的每位老师，让我学会了自己专业的各方面知识，最后感谢这次带我毕业设计的老师，对于她对我的教诲，我无比感激！

36

参考文献

［1］ 吕庆荣.电气识图化工出社 ［2］ 刘子林.电机与电气控制.电子工业出版社2009

［3］ 康 鹏 . 城市轨道交通车辆电气检修机械工业出版社2012 ［4］ 何其光 .城市轨道交通车辆运行与维修.中国建筑工业出版社2007 ［5］ 武 冰 .城规车站设备与控制 .电子出版社,2012

［6］ 郑瞳炽.张明锐.城市轨道交通牵引供电系统. 北京:中国铁道出版社，2008［7］王燕荣.城市轨道交通车辆电气检修.上海科学技术出版社,2010 [8] 李耘茏. 上海轨道交通11 号线北段工程车辆辅助供电系统[J]. 机 车电传动，2010（5）.

[9] 杜求茂，陈中杰，彭驹. 城轨车辆辅助供电系统的比较分析[J]. 电 力机车与城轨车辆，2011（4）.

37

自持得电

这样可保证在激活端A车内的3K11和3K12继电器线圈保持得电状态，即使3S01按钮被缓解或回到零位，由于自持电路的作用也能使3K12和3K11继续保持得电状态。列车激活自持，列车线保持接通，此时列车两个A车的3K12继电器都被激活。

蓄电池电压表3P01通过3K12的（54—53）联锁接到DC110V车载供电系统中，这样方便驾驶员和检修人员监控蓄电池电压。

当需要关闭列车激活列车线时，需要通过操纵3S01（OFF）开关置断开为进行。此时电路为30412经蓄电池开关3S01（33—34）→307（01—02）→车辆分段激活继电器3K13线圈得电，继电器动作，其一组联锁（22—21）断开使3K11线圈失电。3K11失电，则13—14和23—24两组联锁断开使继电器3K12失电，从而使列车的蓄电池电源被断开连接。

此时，在两个A车中车辆分段激活继电器3K13都得电动作，电路为 30412·3S01（33—34）·3F07（01—02）·3K13·30400

通过3K13的（22—21） 联锁隔离3K11继电器，列车激活自保持列车线将失电，所有3K12继电器将断开连接，列车被关闭。

总结列车的激活控制，可以这样理解：驾驶员通过操纵蓄电池开关3S01进行激活控制。激活电路是由3K11列车线激活控制继电器、3K12车辆控制继电器、3K14 C车激活继电器控制。关闭电路则是由车辆分段激活继电器3K13控制。“激活”简单的理解就是给操纵控制电路接通DC110V电源，“关闭”则是切断DC110V供电电源。

2.4列车激活常见故障及排查处理

2.4.1 常见故障

1，蓄电池故障 2，继电器线圈故障 3，继电器触点故障

21

2.4.2 故障处理

（1） 蓄电池电压显示为0V时的故障处理程序。

蓄电池电压显示为0V → 检查蓄电池充电器箱的右盖是否关闭 。 如果蓄电池充电器右盖已经关闭 → 检查电池熔丝是否故障 。 如果是电池熔丝故障，则车辆返回车站更换熔丝 ；如果电池熔丝没有故障，则检查3F05“列车激活” 是否接通 。列车激活接通，则检查9K01/02/05（C）接通 ；列车激活没有接通，则检查9K03/04是否关闭。

（2）蓄电池显示大于84V时的故障处理程序，如下图所示

蓄电池电压显示大于85V，但电源不能持久

检查列车激活3F05（A车）是否接通

↓

↓

在C车（两个C车）1位中间端的车钩继电器9K01/02/05C接通，9K03/04关闭

22

（3）蓄电池电压小于84V时故障处理程序，如下图所示

蓄电池显示小于85V，但只在按下开关短时间内，状态不稳定 ↓ 弓 用脚踏泵或自动方式升 ↓

按下03S51“开始充电”按钮，蓄电池充电器开始紧急充电

（4） 蓄电池电压显示正常数值，列车激活继电器不动作，则检查检查继电器线圈线路是否接通。如果继电器仍旧无法正常动作，则通知列车检修人员更换列车激活继电器。

23

第三章 蓄电池充电与供电电路

3.1蓄电池充电与供电电路的主要部件及原理分析

3.1.1蓄电池充电器

蓄电池充电器输出电压和电流通过HCT2反馈(FB)到控制电路。该电流的反馈(FB)值受到控制限制器的限制。将电压指令及输出电压和电流的反馈值比较，产生电压误差。将电压误差输入到电压控制器。 电压控制器的输出在A/D(模拟/数字)转换器中转换，A/D(模拟/数字)转换器的输出被输入到主控制器中。 主控制器以AC380V的相位同步而产生IGBT用的闸极脉冲。DC-DC转换器与DC110V电池线路连接，为负载提供稳定的DC24V电压。

蓄电池充电器的控制电路基本控制方法如下：控制电路有一个低电压控制器和一个大电流控制器。电压控制器将可控硅转换器的输出电压保持为恒定值。输出电压随输出电流从110V+3%变化至110V-3%，呈下降特性。该特性可用于电池充电器电流平衡。另外，电流控制器还可以在过电流条件下将输出电流限制在110%以内。 3.1.2充电机

充电机模块同样采用紧凑型设计， 它给蓄电池充电的同时， 也给并联连接的直流负载供电。如图3-1所示，通过电压隔离，充电机将输入的DC 700 V 电压转换为DC 110 V 电压输出。充电机模块按照蓄电池的充放电特性给蓄电池充电，蓄电池的电压、电流和温度以及相应的充电均被SIBCOS 控制器监测和控制。

图3-1充电机原理图

24

3.2 蓄电池充电与供电电路

图3-2 蓄电池充电与供电电路

25

3.3 蓄电池充电与供电电路原理分析

蓄电池充电与供电的控制原理如上图所示。

DC110V控制电源线有两种类型：一种是电磁电源线（有联锁控制电路电源线），为车辆接触器线路和DC110V供电负载（主要是紧急照明、列车两端的头尾灯、紧急通风和门控电动机）提供电源；另一种是电子电源线，为车辆所有电子设备提供DC110V电源。

分析图3.1电路可知，电路中3G02是列车低压电源变换器，用以在列车升弓后将接触网电源转换为DC110V电源；3G03是蓄电池组；3K05是蓄电池低压继电器；3K06是蓄电池接触器；3F05、3F04是自动空气开关。

图中，直流变换器输出的DC110V电源一方面通过蓄电池充电器3Q03—F03（—F03为蓄电池熔丝）给蓄电池组充电；另一方面通过3Q03—F01 和3Q03—F02向列车提供车载DC110V，即通过3Q03—F01、3V02将DC110V电源送到列车线30410，为所有电子设备提供DC110V。通过3Q03—F02、3K06常开联锁 01—02 和 3V03将DC110V电源送到列车线30420，为接触器、继电器电路和DC110V供电负载提供电源。

当蓄电池充电器断开，则有蓄电池组为电磁电源线提供DC110V供电电源，即图一中的DC110V电源就是蓄电池正端线30412提供，而电子电源线30410经自动空气开关3F05、二极管3V04将变换器的DC110V电源也送到列车线30412，为列车激活电路提供控制电源。

激活车载主要用电设备的供电源，即给列车线30420供电，受制于蓄电池接触器（3K06）的得失电状态。当列车激活蓄电池电源通过空气开关3F04→车辆控制继电器的（33—34）联锁→蓄电池低压继电器3K05线圈得电，当蓄电池电源大于84V时，继电器3K05（07—06）联锁闭合，使蓄电池接触器3K06线圈得电，其常开联锁（01—02）闭合，蓄电池电源经该联锁传送到电源列车线30420，这样列车才真正激活，车辆电路有DC110V电源。如果蓄电池下降低于限制值，则蓄电池低压继电器3K05失电打开，蓄电池接触器3K06失电断开连接，列车线无

26

电源。

图中二极管3V02和3V03隔离位于A车的两个蓄电池供电单元。3Q02是蓄电池阴极电路的基极星形配电盘。30400是列车线30420供电的用电设备的蓄电池阴极（电源负端）线。30401是列车线30410供电的用电设备的蓄电池阴极（电源负端）线。

3.4 蓄电池充电器的常见故障及其故障处理

3.4.1 常见故障

1、蓄电池充电器输入断路器故障 2、蓄电池充电器变压器故障 3、蓄电池充电器二极管故障 4、蓄电池充电器滤波电容故障 3.4.2 故障处理

1当蓄电池充电器输入断路器发生故障时，应先切断输入电源，然后更 ○

换一个完好无故障的蓄电池充电器输入断路器。

2当蓄电池充电器变压器发生故障时，首先检修人员切断电源，确保人 ○

身安全，然后更换充电池充电器变压器。

3当蓄电池充电器二极管发生故障时，检修人员应先切断主电源，然后 ○

更换蓄电池充电器二极管。

4当蓄电池充电器滤波电容发生故障时，也应断开电源，然后更换蓄电 ○

池充电器滤波电容。

27

第四章 宁波轨道交通1号线一期工程车 辆辅助供电系统分析

4.1 辅助供电系统的供电输出电路分析

4.1.1 辅助逆变器供电输出回路

列车辅助供电系统交流负载分配如图1所示， 分别布置于Tc 车4 套辅助逆变器上，采用并联供电的方式为全列车的空气压缩机、空调系统及牵引风机、制动电阻风机等提供AC 380V 电源，每台辅助逆变器的输出容量为110 kVA，全列车总输出功率为440 kVA。此外，各车的变压器为司机室和客室的方便插座提供AC 220V 电源，便于列车检修作业时每节车使用，容量为2.3 kVA。在项目的设计阶段， 辅助交流负载如空调冷凝风机和空调通风机等均进行了优化， 且耗电功率均有所降低， 因此在辅助逆变器故障情况下负载分配方案有所优化。当1 台辅助逆变器故障时，通过切除相应故障逆变器的输出接触器， 出现故障的辅助逆变器将会与三相母线隔离，其他辅助逆变器输出不受影响。通过计算，列车无需切除任何交流负载，剩下的3 台辅助逆变器仍能满足全车交流负载的供电需求。而当2 台辅助逆变器故障时，通过切除相应故障辅助逆变器的输出，且其他辅助逆变器输出不受影响，同时VCU（车辆控制单元）将切除全列车50%制冷，保留全部通风，其他交流负载不受任何影响。这种故障运行模式能最大限度地满足乘客舒适性需求。

图1 列车辅助供电系统交流负载分配图

28

COMP—空气压缩机；T—AC 380/220V 变压器；H&V cab—司机室加热和通风；VENT—通风冷却（设备通风风机）；HVAC—空调系统。 4.1.2 充电机供电输出回路

对于DC 110 V 车辆设备的供电和蓄电池的充电，由集成在两组APS 箱内的4 台充电机供给（其原理如图2所示）。每个APS 箱体内其中1 台充电机给本单元的一组蓄电池充电， 同时与另1 台充电机共同给列车的DC 110 V 母线供电。每台充电机的输出功率为12 kW，全列车的输出功率为48 kW。

图2列车辅助供电系统直流负载供电及蓄电池充电电路原理图

DC 110 V 供电设备负载包括牵引系统和辅助供电系统的控制、空气制动系统的控制、列车控制与诊断系统、空调和车门系统、乘客信息系统、照明系统和ATC车载信号设备等。在列车4 台充电机正常工作的情况下，上述设备的用电负荷约20 kW，占充电机输出功率的41.7%。当列车的1 台或2 台充电机故障切除时，对全列车的DC 110 V 用电负载没有影响；在3 台及以上充电机故障切除的情况下， 可关闭乘客信息系统的LCD 显示器，照明系统将自动转为紧急照明，以延长蓄电池紧急工况下的供电时间。这种4 台充电机供电的方式提高了列车的故障运力。

4.2 辅助供电系统的工作原理

29

4.2.1 系统的组成

辅助供电系统主要由EMC 滤波电路、预充电及过压保护电路、SIBCOS 控制器、DC/DC 转换器、辅助逆变器及三相滤波输出电路和充电机等组成， 同时在预充电及过压保护电路前配置紧急蓄电池启动电路。辅助供电系统的启动由输入端高压情况和列车控制与诊断系统的控制来决定。每个辅助逆变器系统配置一个切除开关用来进行手动切除控制， 该切除开关安装在带锁的Tc 车电器柜内。切除辅助逆变器时，辅助逆变器断开输入端的DC 1 500 V 接触器和输出端三相AC 380 V 输出接触器。根据图3的系统原理框图分析，DC/DC 转换器模块对整个系统的可靠性十分关键， 一旦其出现故障不能正常工作， 则直接导致辅助逆变器和充电机模块不能正常运行。 4.2.2 DC/DC 转换器工作原理

DC/DC 转换器采用紧凑型的结构设计， 将各种输入电压转换为独立恒定的DC 700 V 电压输出并提供给逆变器和充电机。DC/DC 转换器由升压转换器与PWMI 模块组成。 1）升压转换器。

根据辅助供电系统的输入电压可组成串联型或并联型电路。当电压为DC 750 V 时，采用并联型电路（见图4），输入电压的变化范围为DC 500~900 V，例如武汉地铁2号线一期和4号线一期的地铁车辆。宁波轨道交通1号线全线的供电电压为DC 1 500 V，电网电压的变化范围为1 000~1 800 V， 故采用串联型电路见图5）。

30

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/42bf.html