城轨车辆牵引与电制动.docx

牵引和电制动

第一节系统基本组成和工作原理
牵引/制动系统组成
广州地铁一号线车辆牵引和电制动系统由德国ADtranz公司提供，是国内首家采用交流传动和动力分散型控制技术的地铁车辆项目。整个系统由受电弓、高速断路器HSCB、VVVF牵引逆变器、DCU/UNAS（牵引控制单元）、牵引电机，制动电阻等组成，如图1所示。

VVVF牵引逆变器

受电弓.

HSCB

线路滤波模块

牵引电机

逆变器模块

制动电阻

1
2

列车输入/输出
控制信号
UNAS
DCU

1——DCU对VVVF逆变器的线路电容器充/放电控制
2——DCU/UNAS对VVVF逆变器及电机转矩控制
图1：牵引系统组成示意图
列车受电弓从接触网受流，通过高速断路器后，将1500VDC送入VVVF牵引逆变器。VVVF牵引逆变器采用PWM脉宽调制模式，将1500VDC直流电逆变成频率、电压可调的三相交流电，平行供给车辆四台交流鼠笼式异步牵引电机，对电机进行调速，实现列车的牵引、制动功能，其半导体变流元件采用4500V/3000A的GTO，最大斩波频率为450Hz。VVV输出电压的频率调节范围为0~112Hz，幅值调节范围为0~1147VAC。

牵引系统基本参数
牵引逆变器VVVF：
线电压UN=1000~1800VDC
输入线电流IN=480A
最大线电流（牵引）INDMAX=692A
最大线电流（制动）INBMAX=1171A
输出电流IA=720A
最大输出电流IAMAX=1080A
最大保护电流IMAX=2900A
输出电压UN=0~1050V
输出频率fA=0~112Hz\
GTO最大开关频率fP=450Hz
制动斩波模块斩波频率fB=250Hz
模块冷却方式强迫风冷
模块冷却片风速VL=8m/s

牵引电机（1TB2010–0GA02）：
连续定额小时定额
输出功率PM190210kW
额定电压UN10501050V
额定电流IN132（1800min-1）144（1800min-1）A
额定转矩MN10081114Nm
最大转速nMAX35103510rpm

基本工作原理
整个控制系统由输入值设定、速度测量、电机控制、脉冲发生器、能量反馈各环节构成。DCU通过列车线接受来自控制系统的牵引/制动力绝对值（以百分比的形式），与此同时还接受司机发出牵引或制动指令，来决定是施加牵引或制动力。在给定值进行实际电机控制前，必须经过以下条件的处理:
输入值设定
载荷校验
DCU根据相应动车的载荷状况来调整实际牵引/制动力，这是由于采用了动力分散型控制，为了保持车钩之间的相对运动最小，并且使整车达到相同的动态特性。
冲击限制
不同的给定值大小的改变速率必须符合冲击限制的规定，但在防滑/防空转功能激活的时候则不受此限制。
速度限制（牵引时）
广州地铁一号线规定了3个速度限制，速度控制的优先级高于电机控制。
正常速度： 80km/h
倒车速度： 10km/h
慢行速度： 3km/h
线电流限制（牵引时）
在牵引工况时，线电流控制的优先级高于电机控制，出于功耗的考虑，该限制值为不超过每节动车720A。
欠压保护（制动时）
在制动时，网压一直受到检测，当网压降到1500V以下时，制动力矩随速度和网压相应的减少，这时不足的制动力由气制动补充。
空转/滑行保护
空转/滑行保护通过比较拖车动车之间的速度差异来实现，通过适当减少力矩设定值，该保护能确保输出最大所要求的牵引/制动力，当拖车速度检测失败时，该保护还可以通过仿真计算拖车速度来保证正常功能。
速度检测
每个牵引电机带一个速度传感器，输出两个通道，每个通道相差为90º的方波（电机每转为256个脉冲），通过判断相差可以确定旋转的方向。每个牵引控制单元连接3个速度传感器。在正常情况下，该数值直接送入DCU进行牵引控制，在进行速度测量的时候，如果出现各速度值不相等的情况（例如，空转/滑行时），甚至在极端情况下，只有一个电机的速度信息对于牵引控制来说都是足够的。当DCU监控逻辑系统发现有一个速度传感器故障时，马上封锁该速度信号，以免对牵引控制造成严重的影响。
除了电机速度，在DCU中同样检测拖车的速度。在拖车一个轴上装有一个编码速度传感器，同电机速度传感器不同，该传感器是单通道的（每周110个脉冲）。
在DCU中有两块电路板A305，A306“中断处理与速度测量板”专门用来处理速度信号，速度值通过计算脉冲数，然后与参考时钟周期计算得到。
电机控制
采用空间矢量控制，电机的磁通大小和方向（空间矢量）通过逆变器输出线电压和相电流，电机速度等参数近似得到。绕组中的电流和电机电压作为空间矢量与磁通量有关，该解耦过程使得可以单独控制磁通和力矩（磁场定向控制）。控制结构图如下：

控制系统的输入