(完整版)CRH380BL_CRH350电气系统原理分析TCN与MVB介绍
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380BL高速动车组受电弓自动降弓系统摘要:通过分析当列车换乘时受电弓上升的过程和调节气囊压力的过程,受电弓的电气和气动控制原理以及自动降下系统的工作原理以及受电数自动降低的功能。
关键词:380BL高速动车;受电弓;自动降弓系统受电弓自动降弓系统(ADD;自动降弓装置)也称为快速降弓系统,主要用于受电弓碳滑板磨损到极限或因外力损坏而控制气体回路泄漏,控制模块着火。
万一发生灾难性故障,受电弓会自动迅速下降,以进一步保护受电弓和悬链线免受损坏。
380BL高速动车组是中国唐山公司开发的新一代长编组高速动车组。
主要用于京沪高铁、京广高铁、武广高铁。
受电弓采用青岛法维莱轨制动有限公司生产的CX-PG型主动控制高速受电弓。
受电弓的主要特点是可以根据列车的行驶速度和受电弓的位置参数进行实时调整。
安全气囊的压力可确保稳定且良好的弓形接触和电流,而受电弓碳滑板具有自动弓形检测功能。
380BL动车组包括16辆车,分为4个拖曳单元。
车顶装有2号、7号、10号和15号受电弓。
火车行驶时,两个受电弓上升。
当受电弓自动下降时,列车同时通过总线控制装置降低另一受电弓,并断开相应的主断路器。
1.自动降弓的常见原因在动车组操作期间,有许多原因触发自动弓降低系统来自动降低受电弓,但有两个普遍原因,首先是受电弓碳滑板磨损到极限,存在或因外力而损坏时,自动ADD阀排出空气并触发自动弯头,其次是受电弓控制模块组件故障,火车与受电弓控制模块之间的MVB通信错误,受电弓控制模块报告严重故障,自动触发弓箭。
1.受电弓控制及自动降弓原理CX-PG受电弓的控制分为两部分:电气控制和气动控制。
安全气囊、ADD阀和碳滑板安装在车顶受电弓上,其余部分集成为控制模块并安装在受电弓下方。
在列车的车顶上,图1显示了CX-PG受电弓控制原理的示意图。
1.气动控制原理1.受电弓升弓过程的阶段首先是空气压力大于上阀体,压力空气会推动ADD 阀膜板上移(膜板上方弹簧被向上压缩)并脱离 ADD 阀排风口,压力空气与 ADD 阀排风口联通,在升弓初期会出现 ADD 阀对外短暂排风的现象。
CRH380AL动车组直流电源系统分析摘要:对CRH380AL动车组直流电源系统工作原理、特点进行分析,结合其特性并根据运用中的问题提出想法,对实际检修工作进行理论探讨。
关键词:直流电源系统;蓄电池;102线;103线;115线直流电源系统是辅助电源系统的重要组成部分,主要向控制电源、蓄电池、照明等供电。
直流供电系统既是动车组的神经系统,也是动车组上所有直流负载的保障,与旅客的舒适性和行车安全密切相关,因此作为动车组检修人员有必要对其进行掌握。
本文对CRH380AL动车组的直流电源系统的原理与特性做出分析,管窥之见以求斧正。
1、直流电源系统的原理分析从电源系统的宏观角度看,低压直流电源系统是首要环节,它的启动才会接通高压电,继而牵引系统、辅助系统等一系列动车组的负载才能正常工作,当APU启动后,辅助整流器使用整流器变压器将APU的三相400V电压输出变压,通过三相全波整流器,输出稳压DC100V,向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池、插座、服务设备等供电。
直流电源系统中所有的直流负载其电源来自四根主线系统,本文首先对其原理进行详细分析。
1.1、102线系统102线系统由蓄电池提供的电源平时就成为接通的使用状态,随时为辅助电动空气压缩机、受电弓及真空断路器等与行车相关设备提供电源。
从原理图上分析,在1\2\4\7\9\11\13\15\16车的组合配电柜【直流电源2】NFB【ON】的前提下,即BatN2【ON】,蓄电池通过102A线向102线供电,102线共分9个单元1、2-3、4-5、6-7、8-9、10-11、12-13、14-15、16。
1.2、103线系统103线贯通全车,用于控制电路、监控器、开关门电路等主要的直流电源装置及机器。
通高压电前,103线使用蓄电池作为电源,同时辅助电源的启动需要103线→【辅助电源装置控制】NFB【ON】(APUCN)→113线提供电源;接通高压后,103线使用辅助电源作为电源。
复兴号动车组辅助供电系统原理分析及应用摘要本文阐述了复兴号动车组辅助供电系统的组成,重点介绍了动车组配电系统中低压直流供电电路及电压分配方式,对辅助变流器、蓄电池、充电机、单相逆变器等重要设备进行详细功能原理分析及探讨,提出了动车组未来辅助供电系统发展趋势和方向。
关键词辅助供电系统;动车组;辅助变流器;1 系统介绍辅助供电系统是动车组车辆电气系统的重要组成部分,采用母线并联供电方式,CRH 350km/h “复兴号”动车组辅助变流器是将来自牵引变流器中间直流环节的DC3000 V直流电逆变成3AC380V/50Hz的正弦交流电,向动车组车辆所有车载三相负载、辅助变流器、蓄电池和充电机等电气设备提供电力,以此保障车内乘客安全和乘坐环境舒适。
2 辅助供电系统组成及特点2.1 辅助变流器组成及配置复兴号8辆编组动车组设4台辅助变流器,分别在两头车TC01、TC08车设TKD523B型辅助变流器-A型,在TP03、TP06车设TKD524B型辅助变流器-B型。
B型箱体上设置外部电源插座,并设有耦合接触器,负责将两个牵引单元的中压进行连接贯通。
辅助供电系统中辅助变流器都通过供电母线向整列动车组输出同相位 3AC380V/50Hz电源,每台辅助变流器的输出功率为200kVA,全列车共800kVA。
辅助供电中压系统通过输出母线并网供电的方式为用电设备包括空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暧设备、充电机、厨房设备、饮水机等提供3AC380V/50Hz电源。
2.2辅助变流器冗余设计及减载功能正常情况下,所有的辅助变流器采用母线并联供电方式,同时向母线输出同相位3AC 380V/50Hz电源,实现并网供电。
整列车供电母线分为3段贯穿整列车,当某段供电母线发生故障,可以打开位于中间车辅助变流器箱中的接触器,以此隔离故障区间的供电。
根据负载统计情况,冬季模式辅助系统最大功率需求约576kW,夏季模式最大功率需求约520kW。
4 CRH3型动车组变流器系统分析4crh3型动车组变流器系统分析4crh3动车组变流器系统分析crh3型动车组牵引变流器结构紧凑,牵引变流器设计成车下牵引箱,易于运用和检修的模块化结构。
牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4qc),2个4qc并联为一个共同的直流环节供电,中间电容区部分存储能量,输出平滑的直流电压。
输出端为一个pwm逆变器,将直流环节电压转换成牵引系统所要求的变压变频三相电源驱动4个并联的异步牵引电机。
列车工作在牵引状态时作为逆变器,将直流电转变成电压频率变化的三相交流电供给牵引电动机;列车处于再生制动时牵引电动机作为发电机运行,牵引逆变器工作于整流状态,将三相交流电转变成直流电,再由四相限整流器回馈电网。
4.1牵引变流器主电路结构crh3型动车组牵引变流器采用电压型2电平电路,由脉冲整流器和中间电路组成直流电路、逆变器构成。
变压器牵引绕组ac1550v、50hz交流电输入脉冲整流器。
2电平pwm变频脉冲整流器采用igbt元件,实现输出直流电压2600v~3000v定压控制、牵引变压器原边电压、电流、功率因数的控制,以及无接点控制装置保护。
再生制动时,脉冲整流器接收滤波电容器输出的直流3000v电压,向牵引变压器供应ac1500v、50hz交流电并返回电网。
滤波电容器直流电压输入逆变器,根据igbt控制信号,输出变频变压的三相交流电,对4台并联的牵引电机进行转速、转矩控制。
再生制动时逆变器控制在功能上按正向程序转换,感应电机发出三相交流电,逆变器向滤波电容器输出直流电压。
牵引电机采用直接转矩控制方式,使转矩控制反应高速化,提高了系统动态响应性能。
CRH3动车组由8辆车组成,动力配置为4m+4T(M为动车,t为拖车),其中两辆相邻的动车组为一个基本动力单元。
每个动力装置都有一个独立的牵引传动系统。
受电弓真空断路器牵引变流器牵引电机逆变器滤波电容器脉冲整流器脉冲整流器牵引变流器滤波电容器逆变器牵引电机x4x4牵引变压器图4.1 CRH3动车组牵引传动系统crh3牵引传动系统组成原理图如图4.1所示,在动车组中装有4个完全相同且互相独立的动力单元,每个独立的动力单元都相同,其电路如图4.2所示。
浅谈 CRH380BL 型动车组受电弓原理摘要:针对CRH380BL型动车组受电弓软连线、支持绝缘子磨损断裂较为严重问题,结合受电弓结构特点和CRH380BL型动车组运行实际情况进行分析,提出了相应的改进措施和建议,以确保动车组正常运用安全。
关键词:受电弓软连线;支持绝缘子;故障;改进措施引言:受电弓是动车组极其重要的电器部件,受电弓用于从接触网向电气操作的车辆供应电流,并使集电头适应接触网系统。
通过三个支承绝缘子连接到车辆。
CRH380型动车组采用SS400型单臂受电弓。
单臂受电弓由带支承绝缘子的底架升降传动装置框架集电头带有自动下降装置(ADD)的气动设备等主要部件组成:1 CRH380型动车组受电弓运行故障描述受电弓是动车组极其重要的电器部件,用来把接触网25kV的电能传导给车内高压设备。
经过车辆长期在线上运行,虽然受电弓具有较好的气动力模型和气流调整装置,能有效改善受电弓的气动力稳定性,保证弓头位置稳定,整体性能基本适应动车组运行需要。
但是受电弓各软连线、支持绝缘子由于设计和材料的原因,磨损断裂较为严重(软连线、绝缘子新品使用时间分别仅为6天与18天),这些不仅造成工作量和材料成本的增加,而且还容易造成受电弓各轴承的电蚀和绝缘距离的降低,影响受电弓的正常性能的发挥。
在车辆的正常运行中,换修率明显高于其他电器部件。
2 CRH380型动车组受电弓运行故障原因分析2.1 接触网硬点及弓网匹配产生的交变剪切应力接触网接触悬挂的一个重要指标就是弹性均匀,由于接触悬挂本身存在弹性差异,如果在接触悬挂或接触线的某些部位有附加重量、偏斜的线夹和安装不良的分相分段器,在电动车组高速运行情况下,受电弓就可能出现不正常波动或摆动,甚至出现撞弓、碰弓现象。
形成这种现象的本征状态称为硬点。
硬点是一种结构的本征缺欠,并且是相对的,在已定的接触网结构下列车速度越高硬点表现越明显。
硬点是一种有害的物理现象,它会加快接触导线和受电弓滑板的异常磨耗和撞击性损害,撞击力还会向受电弓其他部件传递。
CRH380B(L)动车组制动系统制动的性能保障着列车的运行安全。
目前,列车运行速度不断提高,对制动性能提出了更高要求,否则制动距离不能保证,会严重影响运行安全。
本章主要论述了制动系统的组成、结构、设备组成、功用、控制、作用原理等知识,对司机合理操纵动车组提高技能起到理论基础保障。
第一节制动系统组成CRH380B(L)采用微机控制的直通电空制动系统,备用制动装置采用间接作用的空气分配阀。
制动包括以下几部分:控制元件和产生制动力的部件组成,制动力由摩擦制动和电制动产生。
电制动和摩擦制动的作用由制动控制单元(BCU)、牵引控制单元(TCU)和列车中央控制系统(CCU)调节。
供风系统包括两套主风源和两套辐助风源。
一、制动系统包括:(一)压缩空气系统(图5-1)1.主供风装置CRH380B动车组安装有2个供风装置,分别位于03、06车的地板下方;CRH380BL列车安装有4个供风装置,分别位于03、06、11、14车的地板下方。
每个供风装置包括一个SL22型的螺旋式主空压机。
空压机电机由车载电源的440V60Hz3AC母线供电。
该空压机与一个双塔型空气干燥器和一个带防冻设备的冷凝物收集器相连。
供风装置的空气送至总风(MRP)管,该管通过软管与临车相连。
总风管为各车提供压缩空气,还给每个容量125升的总风缸充风。
03、06、11(CRH380BL)、14(CRH380BL)车每车装有两个总风缸。
总风管提供的压缩空气最高压力为1000kPa(工作压力范围850kPa –1000kPa)。
主空压机的电源由电网通过车载变流器提供。
图5-1 压缩空气系统空压机管理03、06、11(CRH380BL)、14(CRH380BL)车中4个主空压机中的2个(CRH380B 为2个主空压机中的1个)作为首选主空压机。
如果首选的2个空压机不能使用,就由另2个可用空压机代替首选空压机。
如果2个首选空压机的运行时间在一小时内超过50%,还可用另两个可用空压机代替。
第5章功能组分析5.1 TCN发展概述高速列车为保证旅客乘车的安全与舒适,需对机车和车辆的各种设备进行可靠地控制、监测和诊断。
随着现场总线技术的发展,这种过程控制已从集中型的直接控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。
现场控制总线出现于上世纪80年代,是一种开放式数字化多点通信的底层控制网络。
这种总线技术把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以现场总线为纽带,完成现场自动化设备之间的多点数字通信。
相互共享信息。
它打破了原来孤立的直接控制系统的信息孤岛局面,既是一个分布式控制系统,又是一个开放的通信网络。
所以非常适合在列车上应用,既可用于车辆控制,又可传输旅客信息和进行故障诊断。
目前已发展出了很多总线技术,如WorldFIP、LonWorks、CAN总线及Profibus等,它们各有特点,在各个方面发挥着重要的作用。
但由于多方面的原因,而未被业界一致接受作为列车通信网的行业标准。
为实现车载数据通信的国际标准化,国际电工技术委员会IEC于1999年通过了一项列车通信网络专用标准TCN(IEC-61375-1)。
该标准将列车通信网络分成用于连接各节可动态编组的列车级通信网络WTB(绞接式列车总线)和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络MVB(多功能车辆总线)。
5.1.1 TCN网络列车通信网络是一种面向控制、连接车载设备的数据通信系统,是分布式列车控制系统的核心,其集列车控制系统、故障检测与诊断系统以及旅客信息服务系统于一体,以车载微机为主要技术手段,并通过网络实现列车各个系统之间的信息交换,最终达到对车载设备的集散式监视、控制和管理目的,实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化。
列车通信网络即列车控制、诊断信息数据通信网络,其将列车微机控制系统的各个层次、各个单元之间连接起来,作为系统信息交换和共享的渠道,从而实现全列车环境下的信息交换。
列车通信网络是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互连传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络。
它是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高、实时性强、与控制系统紧密相关的特殊的计算机网络。
由于TCN是专门为列车通信网络制定的标准,在实时性、可靠性、可管理性、介质访问控制方法、寻址方式、通信服务种类等方面有着一定的优势。
图5-1(1)TCN网络结构TCN分为两层结构,分别是WTB和MVB。
1)连接列车中各车厢的绞接式列车总线(WTB),WTB是一种串行数据通信总线,主要设计用于经常相互联挂和解编的重联车辆,总线能自己组态。
2)连接一个车辆内设备的多功能车辆总线(MVB),MVB是主要用于有互操作性和互换性要求的互联设备之间的串行数据通信总线,总线能快速响应。
各段MVB总线在网关的连接下连接到列车的WTB总线。
(2)TCN的组态列车有三种构成方式:1)开放式列车:由一组车辆构成的列车,其组成在正常运行中是可以改变的,如UIC 列车。
2)闭式列车:由一组车辆组成的列车,在正常运行中其组成不会改变,如地铁、城轨列车或高速列车组。
3)多单元列车:列车由几个闭式列车单元组成,在正常运行中,组成列车的单元数量可以改变。
TCN应用于不同的领域可以使用不同的组态:1)自动组态的开放式列车,如UIC列车。
WTB作为标准的列车总线。
它最多支持32个节点,每个车辆可没有或有1个,或有更多的节点。
每个节点最多可挂15个车辆总线(MVB)。
2)多单元列车包含多个相连的闭式列车,当这些闭式列车需要经常联挂和解编时,可使用WTB作为标准的列车总线。
但如果可能用其它方法组态时,也可以用其它总线如MVB 来代替,MVB可以穿越几个车辆。
3)闭式列车上,MVB既能作为列车总线,也可以作为车辆总线。
图5-2(3)TCN总线的特点TCN是IEC专门为列车通信网制定的标准,包括实时通信协议(RTP)、绞接式列车总线(WTB)、多功能车辆总线(MVB),它们作为相对较为独立的部分有各自的体系结构。
理论上可以在WTB和MVB上运行非RTP的其它协议,而RTP也可以作为除WTB和MVB 外其它总线上的通信协议,但一般作为一个总体考虑。
WTB用于连接编组经常改变的列车中的各基本运转单元,MVB用于连接一个基本运转单元中的车载电子装置。
WTB和MVB总线的特点:1)WTB、MVB通信速率较高。
WTB最多支持32个节点,在运行时可以进行自动配置,较适用于列车级网络;MVB组网方式为预先配置,较适用于固定编组列车的列车级网络和非固定编组列车的车辆级网络。
2)为适应列车结构的要求,列车通信网络一般采用列车级和车辆级2级网络,WTB和MVB组合可以较好地满足这一要求。
3)WTB、MVB采用主从方式下的确定性的介质访问控制。
所有设备只能在受控的确定的时间访问介质,这样可以有固定的响应时间,但代价是需要发轮询帧,总线利用率相对较低。
在响应时间要求严格的情况下,建议采用WTB、MVB总线。
列车总线MVB车辆总线MVB2路车辆总线开式列车,MVBMVB多单元列车一个车辆总线,XXX闭式列车4)WTB、MVB有两种寻址方式:过程变量采用逻辑地址,一个逻辑地址标识一种固定含义的数据,发送方式是广播的,发送方和接收方使用相同的逻辑地址来标识同一数据。
这种寻址被称为源寻址广播,用来实现多个设备之间横向高效的共享数据。
消息数据采用设备地址(网络地址),支持成组寻址,设备地址标识的是设备,用来实现上下级关系的点对点纵向通信,如网络管理、旅客信息等。
5)WTB、MVB支持多服务种类的变量和消息服务,可以合理的安排实时和非实时的数据传输。
6)在列车编组自适应能力上,WTB能够以顺序给节点自动编号和让所有的节点识别何处是列车的右侧或左侧的能力。
每当列车组改变时(例如联挂或解编),列车总线各节点执行初运行过程,该过程在电气上将各节点连接起来,并给每个节点分配连续地址。
这是WTB 最显著的特色,其它总线都不具备这个能力。
7)在可靠性方面,具有检错能力。
WTB、MVB具备介质冗余能力和主设备冗余能力。
8)在可管理性方面,WTB、MVB都有各自的网络管理能力。
总体来说,TCN(WTB和MVB)作为专门为列车通信网制定的标准,包括实时的变量通信、非实时的消息通信、列车编组的自适应能力、网络的可靠性、网络的可管理性。
表5-1 TCN网络特点MVB的网络拓扑结构:一个MVB结构一般包括多个总线段,总线段可由下述三种介质构成:1)ESD:电气短距离介质是依照RS-485标准和差分传输导线对,在无需要电气隔离的情况下在20m的传输距离内最大可支持到32个设备。
2)EMD:由屏蔽双绞线组成的电气中距离介质。
在200m的传输距离内最大可支持32个设备,允许使用变压器作电气隔离。
3)OGF:光纤介质。
通过星耦器汇出,传输距离可达2000m,主要用于较为苛刻的环境。
连接各个总线段的设备叫耦合器,耦合器分为可连接不同介质的中继器和可将光纤汇入总线的星耦器。
下图列出了MVB网络拓扑的结构图,ESD段包括一个总线管理器,几个在机箱内或外的设备及一个网关。
EMD段包括一个总线管理器和几个其他设备。
OGF段上也有几个其他设备。
总线段之间通过中继器相互连接。
每个总线段都可被重复以提高实用性,又称双线总线段。
图5-3 MVB总线段的介质构成(1)MVB的设备分类按照IEC-61375的定义,连接到MVB的设备按功能可分为5类:·0类设备一般不算在5类当中,它们不参与或以其他方式参与(通过其他协议)应用数据交换,例如中继器和星耦器。
·1类设备能参与设备状态性能和过程数据能信。
在此类设备中,过程数据的端口地址与设备的地址有关,例如端口地址与设备地址相同。
·2类设备具有设备状态性能、过程数据性能和消息数据性能。
2类设备是一种可通过总线配置的智能设备,但不可编程。
·3类设备具有设备状态性能、过程数据性能、消息数据性能和用户可编程性能。
·4类设备具有设备状态性能、过程数据性能、消息数据性能和总线管理性能。
也可具有用户可编程性能。
·5类设备具有设备状态性能、过程数据性能、消息数据性能和TCN网关性能。
5类设备也可具有总线管理器性能。
带有总线管理器性能的网关可使总线同步。
表5-2 MVB设备的性能(2)MVB的数据类型列车通信网在整个列车控制系统中的主要功能是沟通列车内各个控制单元,实现信息流通,以达到控制的统一和资源共享。
在高速列车控制系统中传输的信息可以分为远程控制、诊断和旅客服务信息。
·控制信息包括用于牵引的信息和车辆的照明、车门、空调等信息;·旅客服务信息有报站、意外等信息;·诊断信息包括设备故障和维修等信息。
所有在列车通信网上传送的信息统称为数据。
MVB将以上数据定义为:过程数据、消息数据和管理数据。
·过程数据:是那些短而紧迫,传输时间是确定和有界的数据。
把列车运行的控制命令和运行状态信息定义为过程数据,如手柄位、列车运行速度、当前的时间、各单元的工作状态等。
由于过程数据的传输时间必须有一个确定的上界,故而过程数据的传输采用源寻址广播数据集的周期性传送。
过程数据在所谓的处理数据口内定期传输到多功能车辆总线(MVB)。
过程数据口由一个MVB共享发出,并可由多个MVB共享接收。
例如,过程数据用于传输控制或调整任务信号。
所有连接到车辆总线(MVB)的控制装置都可以是过程数据。
·消息数据:定义为那些非紧迫的信息,把诊断信息、显示信息和服务功能作为消息数据来传送,这些数据可能数量较大而且传递没有确定的时间限制,因此它们的传送是采用点对点或广播数据报文的偶发性传送,而且可能根据需要分帧传送。
信息数据传输受到控制。
传输次数取决于当前总线负载。
例如,信息数据用于传输时间不严格的配置数据。
下列装置可是信息数据:CCU、TCU、网关、司机的和列车员的HMI。
·管理数据:也叫做监督数据,是网络自身管理、维护和初始化时,在通信网中传递的数据,管理数据是在相同总线内用于监视设备状态、检测寂静的设备、总线主设备权转移、事件轮询等的数据。
图5-4 MVB的各种数据类型的关系结构MVB采用冗余的总线连接,采用曼彻斯特编码方式,提高数据传输的确定性;MVB 可使用三种不同的媒体,它们都可以在统一的1.5Mb/s速度下进行工作;MVB采用两种访问方式:周期性和偶发性的访问,提高总线的利用率。
MVB可最大支持4095个设备。
MVB是主要用于有互操作性和互换性要求的互联设备之间的串行数据通讯总线,它不仅提供可编程设备与可编程设备之间的互联,也提供可编程设备与传感器和信号源之间的互联。
MVB总线是火车机车、长途客车或普通操作中不可分割的车辆组合的标准数据载体,它不是专门为车辆间的通讯而设计,而是为整个列车领域而设计的总线。