第二分册 第1章 牵引系统修正版.docx

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第二分册第1章牵引系统修正版

长春轻轨3号线一期工程延伸线项目

培训手册

第二分册第1章牵引系统

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1.概述

长春轻轨3号线东延线项目车辆需求采用4M2T编组模式、由中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心有限公司（电牵研发中心）配套牵引及网络系统。

该系统具有自主知识产权、完全国产化，车辆具备电能互馈功能，在制动状态下车辆即可以回馈接触电网电能，车辆运行无污染、零排放。

2.车辆高压系统组成

2.1车辆牵引系统供电

车辆采用750V接触网供电方式：

额定电压：

DC750V

变化范围：

500V～900V

拖车上设置一个受电弓，将电网提供的额定DC750V高压电源提供给车辆高压设备；为保证车辆高压系统设备安全，列车设有浪涌吸收高压保护装置（避雷器），用于列车高压电源电路设备保护，电气原理总图如下图所示：

从上图可以看出，整车高压牵引系统由以下部件构成：

受电弓

避雷器

熔断器箱

牵引逆变器箱

牵引电机

制动电阻

在拖车上设有受电弓，正常DC750V从接触网通过受电弓提供给车辆，并设置了吸收浪涌高压的避雷器对车辆高压电路进行保护，受电弓输出的直流电送给高速断路器箱，再给牵引逆变器供电，经牵引逆变器把DC750V电压转换为交流电压给牵引电机供电，为整车提供动力。

2.2牵引系统设备功能及参数

2.2.1避雷器

避雷器用于防止来自列车外部的过电压和误操作产生的过电压对电气设备绝缘的破坏，根据线路电气供电情况，线路电压不会超过1000VDC，因此选择避雷器的电气参数：

额定电压DC1000V

额定放电电流20kA（8/20μs）

最大剩余电压2100V（1kA）

2400V（10kA）

2640V（20kA）

避雷器外形图如下：

2.2.2熔断器箱

通过熔断器进行过载与短路保护，防止受电弓至牵引变流器间的线路接地、短路。

一个熔断器箱至少满足一个单元的2个牵引变流器同时工作。

牵引熔断器主要电气参数：

额定电流750A

断开容量100kA（50ms）

辅助熔断器主要电气参数：

额定电流200A

断开容量100kA（100ms）

牵引熔断器外形图

辅助熔断器外形图

2.2.3牵引逆变器箱

牵引逆变器主要包括线路接触器组、IGBT逆变器及斩波器功率单元、逻辑控制单元及滤波电容器等部件，其作用是通过将直流电压变换成可变电压可变频率的三相交流电，驱动牵引电机带动车辆运行（牵引工况），将牵引电机发出的三相交流电变换成直流电回馈到电网（再生制动工况），或通过斩波器将发出的直流电能消耗在制动电阻上（电阻制动工况）。

牵引逆变器有一定的承受输入电压的突变能力及输入过压、输入欠压、输出过压、过热故障保护，输出负载过流、缺相、短路等故障保护功能。

牵引逆变器的主要电气参数：

主电路输入额定电压DC750V

允许额定输出的主电路输入电压范围DC750～950V

允许正常工作的主电路输入电压范围DC525～950V

额定输出线电压/频率AC500V/91Hz

冷却方式强迫风冷

控制电路输入额定电压DC24V

控制电路输入电压范围DC16.8~32V

额定牵引功率2×130kW

一个牵引变流器驱动2台牵引电动机

牵引变流器具有以下的保护措施：

（1）过电压保护

（2）超温保护

（3）逆变器相电流和相间电压监控

（4）滤波器电容的过压/欠压保护

（5）牵引电动机的过电流保护

（6）制动电阻保护

（7）牵引电动机超速保护（最大速度相当于75km/h）

（8）超频保护

（9）缺相保护

牵引变流器主电路主要包括：

（1）充电与放电电路

（2）LC输入滤波器

（3）IGBT逆变模块

（4）信号检测电路

（5）TCU控制电路

牵引变流器电气原理图如下：

牵引逆变器中包含了牵引控制单元（TCU），实现牵引逆变器控制、制动斩波控制，对外通讯通过CANOpen与车辆网络相连。

控制单元通过串行通讯接口与本地PC或者便携机相连，从而达到程序和数据下载、记录以及变流器在线调试功能。

牵引变流器外形图图如下：

2.2.5制动电阻箱阻

电阻在牵引变流器的电阻制动工况下使用，用于消耗制动工况下牵引电机产生的能量，制动电阻的设计经过与牵引变流器的电气参数匹配。

制动电阻器安装Mc车和M车车顶上，每个Mc车和M车车顶上装有对应VVVF逆变器单元的1套制动电阻器，用于电网无法吸收再生电能的情况下进行电阻制动。

制动电阻箱的主要电气参数：

电阻阻值2×1.55欧姆（20℃）

制动电阻容差+7%/-5%

额定电压DC750V

额定功率39.23kW

冷却方式自然分冷

一个牵引变流器配1台制动电阻柜，内部包含了2组制动电阻模块。

制动电阻外形图如下：

2.2.6牵引电机

牵引电机采用全封闭式异步牵引电动机，自通风冷却方式。

牵引电机用于车辆牵引和制动，牵引工况由牵引变流器供电，牵引电机通过齿轮传动装置为车轴提供动力，制动工况由牵引电机发电，通过制动斩波模块对电网进行反馈（再生制动），或将能量消耗在制动电阻上（电阻制动）。

技术参数：

额定功率120kW

额定转矩548N·M

额定转速2091n/min

相数3相

额定线电压500V

额定相电流175A

2.2.7司控器

主控制器位于驾驶室内。

它有一个开关、两个手柄：

驾驶控制手柄

模式选择手柄

钥匙开关

（1）驾驶控制手柄的定位是：

“前：

牵引”、“中（零位）：

惰行”、“后：

常用制动”、“完全向后：

紧急制动”

（2）驾驶控制手柄在“完全向后”和“完全牵引”的位置之间时的控制力是和主控手柄位置成相应的比例。

（3）驾驶控制手柄对零位和紧急制动位采用机械分“级”标记。

（4）驾驶控制手柄易于操作，并能纵向前后移动。

（5）驾驶控制手柄带有一个警惕装置。

（6）模式选择器开关有3个位置：

“向前”、“零位（关停）”、

“向后”

（7）模式选择器位于驾驶台上易于接触到的位置便于驾驶员操作。

（8）驾驶室钥匙开关转到开的位置时使得驾驶室得电，并确定了该驾驶室为前进车头，另一驾驶室处于锁闭状态。

车头驾驶室所有设备得电。

（9）主控制器钥匙开关只有当驾驶控制器手柄位于零位位置，同时模式选择器位于零位位置时才能拔出。

司控器主要电气参数：

输入电压DC24V

最大输入电压DC30V

输入电流1A

输出电压高电平>18V

低电平<7V

机械寿命>106次

最小开关控制电流<0.1mA

使用环境温度≤+55℃；≥-25℃

控制手柄操作力≤10N

换向手柄操作力≤20N

司控器外形图如下：

司控器闭合表与接线图：

3牵引系统与车辆控制之间的接口

3.1牵引逆变器

3.1.1牵引逆变器对外接口

牵引逆变器总的对外接口图见图1。

连接器的具体位置及尺寸见《牵引逆变器箱体尺寸090512》。

3.1.2控制信号接口

控制接口X1

逆变器箱侧视图

图2：

牵引逆变器X1控制接口图

X1车辆侧连接器型号:

上壳侧出线：

partNo.19400240513

连接体：

插孔partNo.09320463101

连接体：

母针partNo.09330006218（1mm2）

导向销：

partNo.09330009908

导向孔：

PartNo.:

09330009909

控制接口X1接口图见图2，X1插针信号定义如下：

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

数字输入信号（DI）定义

1

DI100

牵引

0－没有牵引信号

1－车辆为牵引状态

信号来自司控器

2

DI101

制动

0－车辆为制动状态

1－没有制动信号

信号来自司控器

3

DI102

紧急制动

0－车辆为紧急制动状态

1－没有紧急制动信号

信号来自司控器

14

DI103

DI备用2

15

DI10003GND

地

24

DI104

向前

0－车辆无向前信号

1－车辆为向前状态

信号来自司控器

25

DI105

向后

0－车辆无向后信号

1－车辆为向后状态

信号来自司控器

34

DI106

牵引安全

0－请求车辆强制制动

1－无强迫制动信号

在车辆正常运行情况下，如车门开了、超速deadman按钮没按、超速等，强迫制动有效，逆变器发制动命令（采用最大常用制动执行）

35

DI107

制动全部缓解

0－至少1个制动没有缓解

1－所有制动都已缓解

36

DI10407GND

地

4

DI108

DI备用1

5

DI109

超速状态

0－TCU未发现超速

1－TCU发现超速

6

DI110

Encode1

Encodedmastercontrollerposition

16

DI111

Encode2

Encodedmastercontrollerposition

17

DI112

Encode3

Encodedmastercontrollerposition

26

DI113

Encode_Zero

Encodedmastercontrollerposition

27

DI114

NOTUSED

37

DI115

NOTUSED

38

DI10815GND

GND

输入信号类型:

数字信号

额定输入电压:

24VDC

最大输入电压:

≤34VDC

额定电压下输入电流:

2mA

线缆：

1mm2

输入高电平

（1）:

>12V

输入低电平（0）:

<7V

电流脉冲上升沿斜率：

20mA（10ms）

终端类型：

针式

数字输出信号（DO）定义

7

DO100

DO备用1

18

DO100VCC

28

DO101

牵引就绪

0－牵引故障

1－牵引OK

39

DO101VCC

VCC

8

DO102

电制动1正常

0－逆变器1电制动关或者故障

1－逆变器1电制动正常

信号来自TCU

9

DO103

电制动2正常

0－逆变2电制动关或者故障

1－逆变器2电制动正常

信号来自TCU

19

DO10203VCC

VCC

29

DO104

制动缓解请求

0－请求机械制动

1－请求缓解

40

DO105

撒沙请求

0－不用撒沙

1－请求撒沙

41

DO10405VCC

VCC

20

DO106

强迫制动

0－不输出强制制动命令

1－输出强制制动命令

超最大速度后，使用

30

DO107

超速指令

0－TCU没有检测到超速信号

1－TCU检测到超速信号

42

DO10607VCC

VCC

输出类型:

数字信号

额定供电电源:

24VDC（外部供电）

最大供电电压:

≤34VDC

输出电流:

1mA~1.2A

输出频率:

≤500Hz

反应时间（0到1）:

≤100μs

反应时间（1到0）:

≤100μs

线缆：

1mm2

控制接口X3

逆变器箱侧视图

图3：

牵引逆变器X3控制接口图

X3车辆侧连接器型号:

上壳侧出线：

partNo.19400240513

连接体：

插孔partNo.09320463101

连接体：

母针partNo.09330006218（1mm2）

母针partNo.09330006222（0.5mm2）

导向销：

partNo.09330009908

导向孔：

PartNo.:

09330009909

控制接口X3接口图见图3，X3插针信号定义如下：

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

速度传感器1

1

SS1AH

转速信号

A相高电平

差分信号

2

SS1AL

转速信号

A相低电平

差分信号

3

SS1BH

转速信号

B相高电平

差分信号

14

SS1BL

转速信号

B相低电平

差分信号

15

SS1GND1

转速传感器地

16

SS1VCC1

转速传感器正

15V

注：

屏蔽层从电机到牵引柜，中间节点贯通，并在牵引柜连接器单端接地。

速度传感器2

27

SS2AH

转速信号

A相高电平

差分信号

28

SS2AL

转速信号

A相低电平

差分信号

37

SS2BH

转速信号

B相高电平

差分信号

38

SS2BL

转速信号

B相低电平

差分信号

39

SS2GND2

转速传感器地

40

SS2VCC2

转速传感器正

15V

注：

屏蔽层从电机到牵引柜，中间节点贯通，并在牵引柜连接器单端接地。

速度传感器3

4

SS5AH

WSAH

17

SS5GND1

WSGND

18

SS5VCC1

WSVCC

注：

屏蔽层从电机到牵引柜，中间节点贯通，并在牵引柜连接器单端接地。

输出电压类型:

15VDC±10%输入低电平（0）:

<3,5V

输出电流:

每个传感器≤100mA输入最大电流10mA

输入信号类型:

数字信号输入频率:

0~50kHz

输入高电平

（1）:

>10V线缆：

屏蔽线（线径1mm2）

PT1001

11

T1A

+PT100

电机1

21

T1B

-PT100

31

T2A

+PT100

32

T2B

-PT100

注：

屏蔽层从电机到牵引柜，中间节点贯通，并在牵引柜连接器单端接地。

PT1002

12

T3A

+PT100

电机2

13

T3B

-PT100

33

T4A

+PT100

45

T4B

-PT100

注：

屏蔽层从电机到牵引柜，中间节点贯通，并在牵引柜连接器单端接地。

控制接口X4

逆变器箱侧视图:

图4：

牵引逆变器X4控制接口图

X4车辆侧连接器型号:

上壳侧出线：

partNo.19400240513

活动框架（用于6个模块）：

partNo.09140240303

固定件：

partNo.09140009960

压接插孔：

partNo.09140083101

空置模块（用于填充固定架内空余的模块空间）：

partNo.09140009950

压接针：

partNo.09330006218（1.0mm2插针，信号线用）

压接针：

partNo.09330006216（1.5mm2插针，信号线用）

压接针：

partNo.09330006223（2.5mm2插针，信号线用）

适配器模块，无D-Sub连接体:

用于单根线缆PartNo：

09140009931不可用于两根线缆

用于两根线缆PartNo：

09140009933不可用于单根线缆

母连接器:

PartNo：

09670094701

母针:

线径（mm）PartNo：

0.09-0.25（AWG28-24）09670007278

500pcs/reelunrollingleft09670007268

10000pcs/reelunrollingleft09670007258

10000pcs/reelunrollingleftreversed09670007248

10000pcs/reelunrollingrightreversed09670007238

0.25-0.75（AWG24-20）09670008278

500pcs/reelunrollingleft09670008268

10000pcs/reelunrollingleft09670008258

10000pcs/reelunrollingleftreversed09670008248

10000pcs/reelunrollingrightreversed09670008238

控制接口X4接口见图4，X4主要为通信接口，插针信号定义如下：

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

调试通信接口

a:

1

485B

本信号修改为研发中心变流部内部调试烧写通信接口

a:

2

485A

a:

6

232G

a:

3

232EN

a:

4

232R1

a:

5

232T1

a:

8

232R2

a:

9

232T2

线缆：

4*1mm2屏蔽线，注：

屏蔽线接连接器壳

CANOPEN通信接口

c:

1

CAN1H

CANOPEN-Bus-IN

CANOPEN通信，此端口为CANOPEN输入信号

c:

2

CAN1L

CANOPEN-Bus-IN

c:

6

CAN1GND

CANOPEN-GND

线缆：

网络专用屏蔽线，注：

屏蔽线接连接壳

c:

4

CAN2H

CANOPEN-Bus-OUT

CANOPEN通信，此端口为CANOPEN输出信号，如结点为起始端，则不用

c:

5

CAN2L

CANOPEN-Bus-OUT

c:

9

CAN2GND

CANOPEN-GND

线缆：

网络专用屏蔽线，注：

屏蔽线接连接壳

牵引使能信号

e:

1

TE1

牵引使能1

e:

5

TE1GND

e:

2

TE2

牵引使能2

e:

6

TE2GND

输入信号类型:

数字信号

额定输入电压:

24VDC

最大输入电压:

≤34VDC

额定电压下输入电流:

2mA

输入高电平

（1）:

>12V

输入低电平（0）:

<7V

电流脉冲上升沿斜率：

20mA（10ms）

终端类型：

针式

主、充接触器供电电源

e:

3

MCS

Maincontactsupply

此电源能被外部开关控制，在外部得电情况下，CPU板才能对主、充接触器控制。

e:

4

MCS

Maincontactsupply

e:

7

MCSGND

100m1

e:

8

MCSGND

100m1

最大输入电流：

5.0A（32.2V，-25℃，电压越高，最大输入电流越小）电缆：

4×1.5mm2

控制电源供电

f:

1

BATT

POWERSupply24V

f:

2

BATT

f:

5

BATTGND

POWERSupply24V

f:

6

BATTGND

额定输入电压：

24V

电缆：

4×2.5mm2

最大输入电流：

20A/14V9A/32.2V

（电压越高，最大输入电流越小）

控制接口X5

逆变器箱侧视图:

图5：

牵引逆变器X5控制接口图

X5车辆侧连接器型号：

上壳侧出线PartNo：

19400060412

连接体插孔PartNo：

09330062702

母针：

PartNo：

09330006216（线径1.5mm2）

控制接口X5接口见图5，X5为逆变器风机电源接口，插针信号定义如下：

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

风机电源接口

1

L1

Powersupplyfan

380VAC供电

最大电流：

2A

额定频率：

50Hz

线缆：

3×1.5mm2

2

L2

Powersupplyfan

3

L3

Powersupplyfan

主电路接口

750VDC直流供电接口

图6：

输入供电接口图

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

输入供电接口

L+

502/504

750V+

直流供电正

L+

502/504

750V+

L－

500

750V-

直流供电负

L－

500

750V-

额定输入电压：

750VDC

最大输入电压：

1000VDC

最低输入电压：

500VDC

输入电流（额定输入电压时）：

330Arms

电源侧：

连接方式：

双螺柱接线端子：

（螺纹尺寸M10）

电缆连接头：

泰州康达KDH-PG29

车辆侧：

连接线号：

502/504，500

推荐电缆类型：

4×95mm²（1.8/3kV欧标）

交流输出（电机输入）接口

图7交流输出接口+制动电阻接口

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

输入供电接口

1U

U51A

电机1供电

1V

V51A

1W

W51A

2U

U51B

电机2供电

2V

V51B

2W

W51B

输出电压：

0~565VAC

额定输出电流：

2×200Arms

最大输出电流：

2×330Arms

输出频率：

0~220Hz

电源侧：

连接线号：

U51A,V51A,W51A,U51B,V51B,W51B

连接方式：

双螺柱接线端子（螺纹尺寸M10）

电缆连接头：

泰州康达KDH-PG29

车辆侧：

推荐电缆类型：

6×70mm²欧标电缆

制动电阻接口

插针号

线号名

插针简述

插针意义详述

备注

输入供电接口

X6

540A

制动电阻1

X7

541A

X7

540B

制动电阻2

X8

541B

额定功率：

2×38.4KW

最大功率：

2×286KW

脉冲频率：

1000Hz

额定电流：

2×175Arms

电源侧：

连接线号：

540A，541A，540B，541B

连接方式：

双螺柱接线端子（螺纹尺寸M10）

电缆连接头：

泰州康达KDH-PG29

车辆侧：

推荐电缆类型：

4×70mm²（1.8/3kV欧标）

接地