城市轨道交通车辆, 这里面是包含地铁、轻轨等等这些车型的, 它的电气控制系统, 这个东西是整辆车的神经中枢所在的地方。它承担着五个非常核心的功能。第一个功能是牵引驱动。第二个功能是制动控制。
第三个功能是辅助供电。第四个功能是信号通信。第五个功能是故障诊断。它的运行情况可靠不可靠, 这一点直接决定了列车运行的安全状况, 同时也直接决定了列车能不能按照时间表准点到达目的地。
系统架构
城市轨道交通车辆的电气控制系统, 它是能够依靠一系列子系统的协作来完成的, 而这些子系统具体包括以下这些部分。
1. 牵引控制系统: 含主控制器（VCU）、牵引逆变器、牵引电机、速度传感器。VCU, 接收ATC（自动列车控制）, 的速度指令。经PWM脉宽调制, 驱动牵引逆变器。控制电机输出扭矩。
2. 制动控制系统, 它是包含电刹车和空气刹车这两个部分的完整回路, 其中电刹车这个部分, 又包含了再生制动还有电阻制动这两种情况, 当电车在刹车的时候, 系统会让电刹车来优先工作, 如果电刹车产生的力不够大, 不够用的时候, 那就会有一部分力量交给空气刹车来补足, 这个过程里面的控制环节, 是靠一个叫做制动缸压力传感器的东西进行实时的监测, 并且用闭环调节的方式来精确管理整个刹车过程。
3. 辅助供电系统方面是把直流母线里面那档直流电压也就是DC 1500V或者750V通过辅助逆变器也就是我们常说的SIV给它变换一下, 最后输出那种交流电AC 380V或者是AC 400V, 同时也加上直流电DC 110V, 这些电都是供给空调设备去用、供给照明设备去用, 还有那些控制电路也要用它们来工作的。
4. 通信与诊断网络使用MVB总线连接各个子系统的ECU, 或者使用Ethernet总线连接各个子系统的ECU。通过这种连接方式来实时监测运行状态。此外, 还将故障码上报给相关部分。
5. 安全回路: 包括了紧急制动回路、还有制动安全回路, 以及高压互锁回路。这些回路采用的都是硬线冗余设计,所以它们是不依赖软件逻辑的。
核心工作原理
在牵引阶段施甸县城市供水服务中心, VCU会根据速度-加速度曲线来生成目标电流指令。然后, 牵引逆变器将DC母线电压转换为三相PWM交流电, 用来驱动电机运行。此时, 电机的转速是由速度闭环来控制并且维持的。这个速度闭环包含了编码器和电流环这两个部分。
电制动阶段: 让电机变成发电机模式, 再把回收的能量通过逆变器送回到DC母线上去, 不够的部分,就靠电阻制动来消耗掉城市轨道交通车辆电气控制, 与此同时, 空气制动也会按比例一起投入工作。
故障保护: VCU不断地去监测电流的情况, 同时也在监测电压的状况, 还要监测温度的变化, 并且要监测通讯的状态。当检测到这些数值超过设定的阈值的时候, 它会自动地降低输出的功率, 或者切换到备用的系统里去运行。然后, 它还会通过HMI这种界面以及地面信号系统来上报故障的具体代码。
常见故障类型与排查
排查原则是: 必须先阅读故障码以定位子系统, 然后分为主要电路、控制回路以及通信层来逐级进行隔离, 接着采用替换方法以确认出现故障的零件, 最后在修复之后执行功能试验。
维护与巡检要点
每日巡检的内容包含检查高压箱的外观情况, 通风滤网的状况, 各个连接器的紧固程度, 还有HMI报警记录。
执行周/月维护工作时, 需要完成主回路绝缘测试, 其阻值要大于或等于1 MΩ@1000V DC；同时要校验编码器信号；还要测量制动缸行程；以及清洁SIV散热器。
关于大修周期的相关内容, 需要执行更换操作的是牵引逆变器里面的IGBT模块, 还有辅助变流器里面的功率器件, 这些部件是按照80万到100万里程的里程数来综合评估之后进行更换的。
至于VCU软件的管理方式则是按照版本来进行分级管理并执行升级操作, 在执行升级任务之前,必须要对原有的参数数据做好备份工作。
所有的维护工作必须要照着每种车子都有的那个电气系统维护规程来做城市轨道交通车辆电气控制, 同时也得看看厂家给的技术手册。在动那些高压电之前, 一定要去做安全程序, 这个程序有四步, 第一步是把电断掉, 第二步是看看有没有电, 第三步是接地, 最后是挂上牌子。
