（一）客室车门与控制环路

（1）开关门设计

以某城市内藏门的控制为例，列车实现集控开关门涉及3个必要条件：零速、使能和指令。具体过程如图5.60所示。

图5.60　指令传递图

零速信号和使能信号一般采用高电平有效，失去其一都会导致不能开门或者使打开的门关闭。开关门指令一般有两种设计：一种为电平信号，在车辆模式下按下开门按钮，设计开门继电器的自保持回路，使开门继电器能够自保持，每个门控器收到持续的高电平信号，从而执行开门指令，关门时按下关门按钮，破坏开门继电器的自保持，开门指令变为低电平，从而使门控器执行关门指令；另一种为脉冲信号，取消开门继电器，车辆模式下按下开门按钮，门控器接收到高电位脉冲，执行开门指令，按下关门按钮，门控器接收到关门的高电位脉冲指令执行关门指令。第一种设计安全系数比较高，排除线路干扰能力比较强，第二种设计节省继电器，电路设计较简单，但是对门控器的要求比较高。

（2）车门通信

在每节车厢内的每个车门驱动装置均配备一个独立门控器，实现对车门的单独控制；在整个车厢内，有2个带MVB通信接口的门控器，其中一个为MVB主门控器，另一个作为冗余的MVB从门控器。MVB门控器通过CAN总线和本车厢的其他门控器通信，并通过MVB总线与该车厢的中央控制系统和监控系统相连接，实现整列车门的集中控制和车门状态及故障的监控和显示。

（3）安全环路

城轨车辆开关门频繁，车门故障频发，保证车辆运行及乘客安全十分重要，所以要设计安全环路，保证每个车门都处于锁闭状态。采用串联的设计，将门板到位和锁钩及紧急解锁的关键部位通过行程开关串连到一起，将门与门串联，车与车连接起来形成一个环路，同时将这个环路信息设计到牵引激活线路中去，保证车辆牵引安全。下面具体介绍单门安全环路，如图5.61所示。

图5.61　门安全环路

①安全互锁回路是由锁到位开关常开触点、门到位开关常开触点及紧急解锁开关常闭触点串连而成的。

②只有当安全互锁回路闭合时列车才能牵引。

③如果使门机械隔离，则安全互锁回路将被忽略。

④安全互锁回路入端、出端分别接入门控器的输入口，通过软件程序对这两个输入口进行采集并判断，对安全互锁回路进行实时监控。

⑤门控器软件除了采集安全互锁回路状态，同时还采集各个开关的另一组触点的状态。

⑥通过对比各个开关的状态可以监控开关的两组触点是否同步。

（4）零速保护功能

①只有在零速列车线和门允许列车线均有效时，才有可能打开车门。

②当零速列车线无效时处于打开的车门将关闭，已关闭的车门即使操作紧急装置将锁钩打开也不能将门扇打开。

（5）防夹功能

在动作过程中，门控器负责监视门扇的关闭与开启动作方向以及电机电流的变化，判断是否有障碍物存在，同时控制电机做出开关门动作，从而提高安全性能避免夹伤乘客。

（6）单门故障隔离功能

当一个客室车门发生故障时，为了保证车辆整体运行，设置单门隔离功能，可设计用专用钥匙保证车门机械锁闭的同时应当使门控器接收到该隔离信号，使控制功能失效，但保留通信和故障诊断功能。

（7）几种典型车门控制原理简介

城轨车辆车门种类大致分为以下几种，下面分别就其设计原理进行介绍：

①双扇电动内藏门（齿带传动）

电机传动示意图如图5.62所示。

图5.62　电机传动示意图

门控器得到开、关门指令，驱动电机得电旋转，通过锥齿轮减速箱变向及减速，输出到电机齿带轮，电机齿带轮旋转带动齿带动作，从而使齿带在齿带轮之间进行直线运动。齿带在做直线运动的过程中，通过齿带夹带动左右两个门吊板组成在安装底板的导轨中做方向相反且同步的运动，门吊板组成将运动传递给左右门板，使其在门框范围内做所需要的动作，如图5.63所示。

图5.63　驱动机构锁组成

锁闭解锁装置（驱动机构锁组成）安装在安装底板上，是由一套电磁铁、一套锁钩、一套复位汽缸等部件组成。在门关闭的过程中，4个分别位于左、右侧门吊板组成之上的锁闭撞轴组成（每个门吊板组成上有两组锁闭撞轴组成，起到二级保护作用）进入锁钩中，锁钩通过复位汽缸内部的弹簧可以使之自动复位（保证在供电故障情况下，门系统仍能保持锁闭状态），从而使门系统以这种方式被锁闭，同时门关到位行程开关以及锁到位行程开关触发，提供客室门系统锁闭到位的信号，列车可以动车。电动开门时，通过对电磁铁组成的控制，电磁铁得电吸合，使锁钩转动从而释放出锁闭撞轴，客室门系统以这种方式实现解锁，解锁后门才可以打开。紧急解锁完毕后，通过复位汽缸内部的弹簧可以使锁钩自动复位，保证锁钩处于锁闭状态，如图5.64所示。

图5.64　车门的工作原理示意图

1—连接轴；2—主锁闭装置；3—丝杆螺母装置；4—门关闭到位开关；5—挂架；6—短导柱；7—门开到位开关；8—携门架；9—长导柱；10—门开到位开关

②双扇电动塞拉门（丝杆传动）。

车门的控制原理如图5.90所示，当车门需要打开时，门控器接到信号，使门扇从完全关闭状态开始运动，电机带动丝杆螺母结构运动，引起携门架、长导柱、挂架、下摆臂组件动作，最终使门扇在导向系统的引导下向外做摆出运动。当门扇完全摆出后，门扇仍然要受导向系统控制以实现门扇的直线平移，保证门扇始终平行于车辆侧面运动，而不致使其超过限界或与车体发生接触或碰撞。门扇的运动过程一直延续到其满足要求的完全打开状态，此时相关部件会触碰到车门到位开关，并切断电源，使电机停止工作，车门实现打开。同理，当车门需要关闭时，门控器接到信号，使电机反向运动，门扇从完全打开状态开始关闭。同样，电机带动丝杆螺母，使携门架、长导柱、挂架、下滚轮导向部件中的转臂动作，实现车门的关闭动作。直到门扇达到完全关闭状态触碰到车门到位开关后，引起相应的部件切断电源，电机停止工作，车门实现静止关闭。

为防止紧急情况的发生，每个车门系统都安装有紧急解锁装置，操作该装置可以手动打开车门。当出现紧急情况且列车速度为零的情况下便可操作解锁装置，使与其相连的电机制动闸的啮合齿轮分开，进而可以手动打开车门。同时，考虑到如果可以自动打开门，乘客有可能会被挤落到隧道内造成事故，给运营安全带来隐患，所以要求门控系统的软件需严格控制该装置，使操作解锁装置后车门不能自动打开，必须手动才能打开。

③双扇气动塞拉门如图5.65所示。

图5.65　客室车门结构图

1—导轨；2—偏心支撑导轮；3—中央控制阀集成；4—右侧车门玻璃；5—右侧门页；6—橡胶密封条；7—左侧门页；8—左侧车门玻璃

车门及其控制系统由门页、车门导轨、传动机构、门机械锁闭机构、紧急解锁机构、气动控制系统、电气控制系统、门状态信号指示等组成。门页由连续成环形的特种钢丝绳连接，钢丝绳安装在支承导轨上的滑轮内，左侧门页与驱动风缸直接连接，并通过安装在左门页上方钢丝绳夹紧机构与钢丝绳相连，右侧门页与钢丝绳调整装置连接，通过调整装置使钢丝绳保持一定的张紧力，门页上方设有1个锁钩，车门关闭后，锁闭系统动作，锁钩勾住门页上的锁销，使车门安全可靠地锁闭；为了获得车门的状态信息，给维修、行车人员显示车门故障，还装有车门锁闭、车门关闭行程开关S1、S2，车门切除、车门紧急解锁行程开关S3、S4等附加装置，各行程开关均与相应的指示灯相连。如门关时S1、S2到位橙色指示灯灭；车门切除时，S3动作，红色指示灯亮；紧急手柄拉下，S4动作，门外上方橙色灯亮。同时，各行程开关还将车门的状态信息反馈到车辆的牵引控制单元；另外，车门上还设有手动切除功能的机械装置（不同供货厂家指示灯颜色会稍有区别）。

在车门的基本结构中，中央控制阀集成（图5.66）是车门控制的关键部件，它由“车门开门”“车门关门”“车门解锁”3个二位三通电磁阀，以及“关门速度节流阀”“开门速度节流阀”“关门缓冲节流阀”“开门缓冲节流阀”4个气阀所集成。

车门的气动控制原理：开门指令发出后，电磁阀Y1、Y3得电，压缩空气进入Y1后分成2路，一路进入Y3并快速通过单向节流阀E进入解锁气缸，顶开锁钩；另一路经开门速度节流阀C和D1、A1接口进入车门驱动气缸无杆腔，推动活塞向左移动，打开车门，气缸有杆腔空气从A2经过A快速排出，调节开门速度节流阀C可改变开门速度；当活塞运动至接近终点时（约150 mm），活塞自动切断A2风路，气缸有杆腔空气只能从D2排出，由于开门缓冲节流阀B的作用，形成开门缓冲，调节节流阀B可改变开门缓冲速度，直到活塞切断D2孔，活塞停止，开门行程到达终点。关门与开门原理相同，但活塞移动方向相反，如图5.67所示。

图5.66　中央控制阀集成

1—关门电磁阀Y2；2—解锁电磁阀Y3；3—开门电磁阀Y1；4—排气孔／消音片；5—关门速度节流阀；6—开门缓冲节流阀；7—关门缓冲节流阀；8—开门速度节流阀；9—气路连接头

图5.67　车门气动控制原理图

1—中央控制阀集成；2—单向节流阀；3—解锁气缸；4—驱动气缸；A—关门速度节流阀；B—开门缓冲节流阀；C—开门速度节流阀；D—关门缓冲节流阀；Y1—开门电磁阀；Y2—关门电磁阀；Y3—解锁电磁阀

不论是电动内藏门、电动塞拉门、气动塞拉门，其车门实现的功能基本一致，其安全控制回路在保证乘客安全的原则下，通常都会将车门串联设计，并将门板到位、锁钩锁闭、紧急解锁的关键部分串到一起，形成一个环路，将环路信息设计到牵引线路中，实现车辆牵引安全。

（二）门控器环路及检测

（1）概述

在轨道交通大发展的同时，列车的可靠性和自动化程度也得到了发展，其中轨道列车门控器就是关乎列车运行安全的关键设备之一。列车运行时，门控器接收车门控制信号，并驱动车门的开闭，当车门系统发生故障时，门控器作出诊断并发送故障信息。以城市地铁和轻轨为例，车辆上的车门每天要完成数百次开闭，且车门的工作条件复杂，使用中容易受到外力冲击，这对门控器的可靠性提出了较高要求。

通过对目前正在使用中的轨道列车门控器的调查和分析，综合考虑目前门控器所具备的性能，将门控系统网络从结构上分为3个部分，分别是门控系统网关、门控系统节点和通信模块，其中门控系统网关和通信模块在门控系统中各配置一个，并需要为每一个车门配置一个门控系统节点。

（2）系统配置

国内厂家普遍采用列车通信网络TCN（Train Communication Network）标准。TCN包括一条多功能车辆总线（MVB）和一条有线列车总线（WTB），MVB用于车辆内部设备或固定编组的列车组中各车辆之间的数据交换。MVB是一种主从方式的串行通信总线，适合用作车辆总线。它的访问方式是通过总线进行轮询实现的。门控器装置是MVB网络上的一个重要组成部分，它与轨道车辆控制系统配合使用，完成列车门的开门、关门、运行状态实时显示、故障信息的提示等功能。门控器与车辆控制系统之间的通信通过MVB总线来实现。每个门控器在网络上都有一个唯一地址，车辆控制系统能辨别每个门控器地址，并从门控器处获取信息。门控器根据列车控制信号（开门列车线、关门列车线、零速列车线）及门驱动机构上各种元件传递的信号来控制车门的动作，其控制结构如图5.68所示。图中使能信号的作用是：只有在该信号有效时才有可能打开门。在这种情况下内部安全继电器可直接由此信号（硬连线）激活，该信号被锁存直到门关闭，激活的安全继电器将接通电动机电源的线路，从而使软件可以在开门方向上驱动门机构运动。零速信号的作用是：只有在零速信号有效时，才有可能打开门。如果撤销零速信号，开着的门将立即开始关闭，这时障碍检测功能仍有效。

图5.68　具有MVB接口的门控系统

（3）门控器的组成

轨道车辆门控器的工作状态由车辆的运行状态决定，每节车的门控器都与MVB车辆总线的物理层相连，进行信息交换，将门控器的状态报告给轨道车辆控制系统。MVB传送门的不同状态信息（如“紧急装置被操作”）和诊断信息（如“门位置传感器故障”）。

以某城市轨道电动内藏门为例，其门控器上有开关输入信号（门到位信号、隔离开关），开关输出信号（门工作状态显示、门故障显示等），1个RS-485接口和1个RS-232接口，RS-232接口用来更新门控器的程序。门控器与MVB的连接关系如图5.69所示。

图5.69　门控器及组成与MVB的连接关系

门控器位于每个车门的顶端，每个门单元有一个门控器，门的动作是通过门控器对直流无刷电动机的控制来实现的。门控器由微处理器（DSP）、电流检测电路、位置检测电路、驱动电路和主电路等组成。检测电路将包括电动机在内的运行信息（例如电动机的电流和位置检测信号）返回给微处理器DSP，经微处理器的分析处理后再对电动机的运行状态进行调节，以确保电机持续、可靠运行。以某型号门控器为例，门控器原理框图如图5.70所示。

图5.70　门控器的原理结构框图

（4）门控器控制软件基本逻辑

门控器要正常工作，必须具有软件的支持。下面以开门和关门为例说明程序设计原理。列车正常运行到站停车，运行速度为零，“使能”和“零速”信号为高电平，开门信号有效，门控器接收到命令，打开电子开关，门控电动机启动，门被打开；同时判断门是否开到位，即开门限位开关信号是否为高，若门没有完全打开，电动机继续开门动作，直至门完全打开，开门过程结束。其程序流程图如图5.71所示。

列车需要离开站台时，轨道车辆控制系统将“使能”和“零速”设为高电平，同时关门信号有效，门控器接受到关门信号后，让门控电动机反方向运行，门开始关闭。门关到位后，且被锁定，门控器将信号通过MVB传送给轨道车辆控制系统，列车可以正常离开。

门在关闭的过程中探测到障碍物，活动门停止关闭并且重新打开，然后重新关闭。活动门连续进行若干次的再开闭循环，如障碍物仍旧没有消除，活动门将完全打开并保持静止，发出报警，等待列车工作人员消除障碍物。障碍物消除后，手动关闭且锁定活动门。关门控制的程序流程图如图5.72所示。

图5.71　开门控制程序流程图

图5.72　关门控制程序流程图

（5）门控器的监测保护

1）电机电流监控

从电机电流储存中可以调出门扇的负荷特性。此外在过负荷时，电机电流传感装置还可保护电机；电机接收的电源由门控器输出。电机电流监控装置有自学能力，即电机电流不断被存储，电机电流能感知到车门装置对机械变化的反应。门控装置保证一定工作条件下的关闭力、防挤压力、电机电流值，且大部分支持其大小可用软件变更设置。

2）电机保护

电流传感器进行电流负荷的检测，并判断是防挤压还是过流，并能切断主回路，具备电机正反转控制及相应的最大载荷保护。

3）自身输入、出口保护

设计上输入、输出口与控制单元都有隔离保护和防干扰保护；避免浪涌电压、过流保护，具有自恢复功能。

（三）制动控制系统故障分析

风源制动系统作为电客车的关键系统，其系统工作正常与否直接关系到列车的行车安全，因此对于制动系统故障的分析可以说是非常关键的，其故障点的查找及故障的处理直接关系到列车服务质量。

制动系统部件分类。在整个制动系统中，部件种类繁多，如果没有固定的编号，很难对系统内部部件进行准确描述，从而给故障信息的理解造成不小的麻烦，因此在制动系统中对于部件种类存在固定的分类，而熟练掌握这种分类对故障的分析可以起到很好的作用。现在以全国地铁所使用的几家主流系统为例，对系统部件分类进行简单的讲解。

（1）HRA制动系统

1）司机台组成

司机台组成主要为列车司机操作台上有关于制动系统的部件，主要为双针压力表和紧急制动开关。

2）制动控制单元组成

制动控制单元组成为制动系统核心部分，通过制动控制单元去控制整个制动系统工作状态，其主要包括制动控制单元（T、TC、MP车用）。

3）供给用储风缸组成

供给用储风缸组成为车下制动风缸组成，主要包括供给用储风缸、止回阀及过滤器等。

4）主风缸管路组成

主风缸管路组成主要为列车主风回路组成，其贯穿整个列车。

5）制动缸系统组成

制动缸系统组成为制动系统的执行部分，其主要包括踏面制动单元（带停放和不带停放）及附属设备，它为制动系统的最末端，同时也是最能体现实际制动力的部分。

6）气源设备组成

气源设备组成为制动系统的供风单元组成，由于地铁列车多为利用气体压力来施加制动力的方式，因此都会设置不同的供风系统。其主要包括空压机、空压机启动装置、干燥器、供给用储气器、安全阀等。

7）空气控制系统组成

空气控制系统组成主要是将主风压力进行调节，从而供给至空气弹簧，其主要包括调压阀等。

8）空气弹簧供风组成

空气弹簧供风组成主要为列车二系悬挂进行供风的部分，其主要包括高度调整阀及压差阀等。

9）防滑控制装置组成

当列车在恶劣天气（雨雪天气）下运行，轮轨之间的黏着力变小时，就会出现滑行现象，为防止车轮出现严重擦伤，保证列车的制动距离，因此设置防滑控制装置组成。当列车出现滑行，使系统迅速释放部分制动力，恢复轮轨间的黏着，防止车轮擦伤，其主要包括速度传感器、防滑阀等。

10）停放制动系统组成

停放制动系统组成主要为列车施加停放制动而设置的，其主要包括停放电磁阀及压力开关等。

11）回送装置

回送装置主要用于列车回送。

（2）EP2002制动系统

1）风源装置

风源装置主要为制动系统提供风源，主要包括空压机、干燥装置、安全阀、压力开关等。

2）制动控制装置

制动控制装置为制动系统的控制部分，其包含常用制动控制与停放制动控制。

3）基础制动装置

基础制动装置为制动系统的执行部分，其主要包括踏面制动单元（带停放和不带停放）及附属设备，它为制动系统的最末端，同时也是最能体现实际制动力的部分。

4）防滑保护装置

防滑保护装置为防止列车滑行而设置，主要包括速度传感器等。

5）空气悬挂装置

空气悬挂装置为列车二系悬挂及其附属装置，主要包括高度调整阀、压差阀、空气弹簧等。

6）升弓控制装置

为列车受电弓系统提供压缩气体。

7）总风管路

总风管是供风系统贯穿全车的主管，把总风源送到各车各用风系统使用。

（3）制动系统故障等级分类

在大部分厂商所生产的制动系统中，故障等级一般分为3种，而列车司机及维护人员必须根据故障等级情况来判断列车具体状况，从而决定列车的运营状态。下述为具体分类。

1）大故障

大故障为等级最高的一级，当出现大故障时，列车制动系统已无法满足正常的制动需求，严重者将会危及行车安全，因此一般要求司机正常运行到下一站，清客，返回车辆段进行维护。

2）中等故障

中等故障为中间一级的故障等级，当出现中等故障时，列车制动系统能基本满足制动需求，对行车安全危及较小，一般要求司机正常运行一个往返，然后返回车辆段进行维护。

3）小故障

小故障为最低一级的故障等级，当出现小故障时，列车制动系统状态基本良好，对正常运营不会造成太多的影响，一般要求司机可以正常运营到当天结束，不再继续投入运营。

但无论是哪个等级的故障，都必须全部完成故障处理后才能上线运营。

（4）制动控制系统故障分析

对于制动控制系统故障的分析，一般可以通过以下几个步骤进行：故障现象描述、故障等级分类、具体故障信息、故障点调查。下面将对这几个步骤进行详细讲解。

1）故障现象描述

故障现象描述是整个故障调查中最基础的环节，描述得准确与否直接关系到故障处理的进度，而这是个相互交流的过程。

故障现象描述一方面要求列车司机对故障现象进行最为直观的描述，要求准确、正确，不能进行臆测故障现象，唯有如此才能将最准确的信息传递给维护人员；一般故障信息都会以具体的名称在TCMS屏上进行显示，或者以最简单现象反馈给列车司机，例如在TCMS屏上显示：CAN单元内发生小事件，如图5.73所示，或者“制动不缓解”灯不亮，当司机发现故障现象，只需将这些简单的现象反馈给维护人员。

故障现象描述另一方面要求维护人员根据现有的描述对故障现象进行联想，因为维护人员不会在故障列车上，仅能根据列车司机的描述对故障现象进行猜测，这就要求维护人员对整个系统都要有所了解，能够准确地描述出故障现象，从而为下一步的工作铺好路。

图5.73　司机台故障

2）故障等级分类

故障等级可以参考系统故障等级分类。

等级分类主要是为了方便维护人员对列车制动系统能够进行初步评估，从而对列车的运营进行评估。确认故障现象后，根据具体故障表现加以判断，确认其故障等级，再根据等级的要求，确认列车运营状态。

这就要求维护人员需熟知故障等级，准确确认故障状态，对故障现象能够熟练把握，才能做到这一步。

确认完故障等级后，同时也就确认了应急处理办法，对于该故障，是立刻清客下线，还是等到运营结束，都可以根据故障等级要求确认其应急方案。但是，不能完全依靠故障等级，具体故障现象具体分析。

3）具体故障信息

具体故障信息与故障等级分类两者相辅相成。

在核实故障现象后，就可以根据现象进行具体故障信息的确认。一般来说，可根据在TCMS上显示的信息进行确认具体故障信息，例如在屏上显示：“CAN单元内发生小事件”，通过查找小事件定义来确认故障信息。

但是，并不是所有信息都会以文字的形式出现，还有很多隐性故障就很难体现。举个例子：制动系统的执行是依靠压缩空气完成的，因此，漏风是一个很严重的现象，如果漏风严重，就会导致风压下降过快，但是是什么原因造成的漏风，这就需要具体判断了。就需要依靠运营经验，从而确认应急方案。

4）故障点调查

对于故障点的调查，一般会对3个方面进行调查，具体如下所述。

故障现象：故障具体以什么样的形式出现，除去具体信息显示外是否还有其他现象，列车回库后能否将故障重现，这些都是确认实际故障现象的关键，同时也是准确确认故障点的关键。如果单凭故障现象无法确认故障点的话，就应该进行下一步了。

车辆数据：车辆数据为整个列车所记录的数据，包含具体故障发生时间、故障显示名称、故障时间段相关数据，通过与正常数据进行对比就可以基本判断出在整个系统中是哪一部分出现问题，从而准确找出故障点。但这一般只能找到子系统，如果需要深入挖掘还需进行下一步。

制动系统数据：制动系统数据为制动系统内部数据，一般都以具体名称显示，例如“制动力不足”，需根据其具体信息内容，查找相关维护手册，从而确认故障处理方案，确认故障点。

（5）具体事例

上文对各个故障信息内容进行具体的描述，下面将以具体事例来说明制动控制器监控数据分析。

1）事件背景

列车在正线正常运营时，TCMS报CAN单元中等事件，显示制动力不足，司机确认信息后，正常运行一个往返，清客，然后返回车辆段进行维护。

2）事件调查

列车维护人员分别下载了TCMS数据和制动系统内部数据。

数据显示在某一CAN单元内报出：“CAN单元内发生中等事件”“制动力不足”。制动系统内部数据显示：BCP too low。

3）原因分析

现在对逐条信息进行分析，如下所述。

数据显示的“CAN单元内发生中等事件”，可以根据CAN单元级别事件的中等事件进行分析，中等事件等同于中等故障，因此可以判断出故障等级，同时可以立刻给予司机准确的判断。

数据显示的“制动力不足”，EP2002阀内部数据显示：BCP too low，可以根据制动力不足检测进行分析，说明在该故障阀内部，实际所达到的制动缸压力比制动缸压力要求值低于设定值，因此产生该故障。

因此，对于具体故障信息，只需根据实际显示的信息，对照查找具体故障描述，就可以轻松找出具体故障内容，方便维护及使用。

（四）广播设备接口电路

（1）广播系统概述

车辆乘客信息系统（PIS）是一个集列车广播、乘客信息显示、广告媒体播放和列车视频监控等功能于一身的综合性平台系统，该系统包含了列车广播系统（PA）、乘客信息显示系统（PIDS）、视频监控系统（CCTV）3个子系统。系统结构为分散式、模块化，便于安装维护，提高可扩展性，节约安装空间；系统功能由分离的单个或几个设备完成，彼此无交叉，单点故障不扩散，当某局部出现故障时，不会影响整个系统的运行；并在司机室及各客室电气柜内分别设置一套控制机柜。

（2）车辆列车广播系统主要组成部分

列车广播系统（PA）主要由下述几个部件组成。

①司机室内广播控制盒。主要是司机及检修人员进行操作，其最主要的功能是可以通过该部件实现对广播系统的全方位控制。人工操作广播控制盒可以实现广播系统的所有功能。

②司机室主机控制单元。司机室主机控制单元是广播系统的核心部件，负责整个广播系统的运算指令收发和记录，承担整个广播系统架构的主要运算功能。

③客室主机控制单元。客室主机控制单元是与司机室主机控制单元配合的重要部件，两者结合构成广播系统的主要构成，运算指令主要在客室主机控制单元与司机室主机控制单元之间进行交流。

④司机室监听喇叭、话筒。司机室监听喇叭与话筒功能配合使用，可以让司机室内的操作人员对客室、对另一端司机室进行通话。

⑤客室扬声器、乘客紧急报警器。客室扬声器是广播系统进行广播的主要音源设备；乘客紧急报警器是客室内部的对讲装置，主要用于乘客在紧急状况下向司机室进行报警通话。

（3）车辆列车广播系统主要功能介绍

①人工广播：通过司机室广播控制盒采集口播音频，转换成数字信号后传输给中央控制器，由中央控制器处理后传递给数字功率放器放大，直至扬声器进行广播播放。

②控制中心对列车广播：通过车载无线电系统与列车广播系统的有线接口，PIS系统自动接收无线设备提供的控制信号，并触发控制中心对乘客的广播。

③对讲功能：包括司机室之间的对讲和司机室与客室的紧急对讲。

④数字化语音广播。包括信号系统正常情况下接收信号系统发来的报站信息进行自动报站；在信号系统故障情况下，通过设置起始终点站，根据列车网络系统发送的速度信号进行半自动报站，以及通过操作广播控制盒进行手动报站。

（4）车辆列车广播系统通信

车辆列车广播系统（PA）通信一般采用CAN总线通信。CAN总线在整个系统中起着非常重要的作用，所有设备之间的控制信息传输都须经过CAN总线传输。系统更多采用多级CAN总线网络。其中，贯穿全列车的CAN总线为主CAN网络，而在司机室和客室各个设备内部的模块之间分别组成独立的子CAN网络，司机室的控制信息包括广播信息和报站信息等通过主CAN发送到每个客室和另一司机室，当每个客室和另一司机室从主CAN收到这些信息后，通过内部的子CAN对其内部的分设备进行控制。

（5）广播文件存储及报送原理

广播信息以数字音频方式存储在通用的CF存储卡内，存储格式为MP3格式音频文件。广播信息用2种语言（普通话和英语）录制。用户可以方便地更改广播内容。广播内容修改通过CF卡读写器将预先编辑好的MP3格式音频文件直接复制到CF卡上，其存储容量CF卡目前最大容量可达4 GB，播放时间可达几十小时甚至几百小时，完全可以满足列车全线往返广播2次的要求。MP3播放模块在收到播放启动信号后，从闪存卡读取相应语音数据，经音频处理模块功率放大，通过广播音频传输线传输到客室主控设备，由客室主控设备的音频处理单元进行处理，再经过功率放大器传送到本客室的各个扬声器，实现对乘客的广播。

（6）系统拓扑图

列车广播和客室广播系统拓扑图如图5.74、图5.75所示。

图5.74　列车广播系统拓扑图

（7）列车乘客信息显示系统

列车乘客信息显示系统（PIDS）主要由以下几个部件组成。

1）LED屏

LED屏一般位于客室内两端墙上，主要以LED文字为主，中英文滚动显示到站、预到站站名及其他宣传文字。

图5.75　客室广播系统拓扑图

2）动态地图

动态地图一般位于客室车门上方，根据不同设计分为LED显示和LCD显示。LED相对简单，由LED灯显示的亮灭、颜色表示当前站、下一站信息，行驶方向，换乘信息，终点站信息，开门侧信息。LCD显示较为复杂，还可在上面显示更加具体的信息，包括本站上楼电梯位置、出站信息等消息。

3）LCD图文屏

LCD图文屏一般位于客室侧墙。视频服务器配置有一张SD卡，用于存储下载的实时媒体数据以及在无网络状态下的预先存储的媒体文件。媒体播放系统在没有实时媒体信号传输的情况下，可以从司机室视频服务器的SD卡中的指定文件读取视频播放。实时音视频播放的实现是通过视频服务器从无线通信系统获取地面的实时媒体数据，媒体数据由视频服务器向客室机柜转发，转发至客室的数据流经客室机柜的视频播放器本地合成编码（视频＋运营信息＋滚动文字）。

（8）列车乘客信息显示系统主要功能介绍

LED屏显示包含终点站信息、到站信息、下一站信息、中英文提示、换乘站信息等动态文字提示。

动态地图（LED）包含上下行、到站信息、下一站信息、开门侧方向等信息。

动态地图（LCD）包含上下行、到站信息、下一站信息、开门侧方向、下一站到站时间、站台电梯位置、出站口提示等信息。

LCD显示包含视频信息，分为存储在服务器的视频源与实时播放的视频两种。已存储的视频源主要包含广告、娱乐节目、新闻、公益广告、地铁安全提示信息等。

（9）系统拓扑图(www.daowen.com)

客室广播系统拓扑图如图5.76所示。

图5.76　客室广播组成系统拓扑图

（10）视频监控系统功能

1）视频监控系统的组成

视频监控系统（CCTV）主要由下述几个部件组成。

视频监控系统（1.41CCTV）通过司机室摄像机、客室摄像机，对司机室及客室内的人员活动情况进行监控并记录。司机通过驾驶室内的LCD触摸屏对车厢内乘客情况进行实时监控，整列车的视频信息分别存储在两端司机室的车载硬盘录像机中。

2）司机室监视功能

列车配置独立的车载视频监控系统，列车司机可实时监视本列车上的治安状况。列车司机可通过司机室LCD触摸屏监视本列车所有摄像机的监控画面，包括所有客室和两端司机室。

3）监控视频上传功能

列车将监控视频输出给车载编码器，通过地面PIS无线传输网络把车上的监视图像传到控制中心，供控制中心值班人员实时监视全线运营列车上治安状况。

4）调用站台监控视频

通过无线传输网络把站台监控图像传到本系统，当车辆进站时本系统自动切换至站台监控图像，供控制司机实时监视站台情况及地面运营治安状况。

5）图像标签与数字水印功能

系统支持图像标签技术，在正常情况下和紧急报警情况下，图像会合成当前车厢号、摄像机编号、当前时间等信息。在实时观看或者回放的过程中可以很方便地知道当前图像的记录位置和时间。CCTV图像存储具备水印技术，以辨别图像真伪，方便取证。

6）联动功能

客室监视系统与列车乘客紧急对讲、列车紧急开门扳手通过列车网络控制系统形成列车内部联动；一旦发生客室扳动紧急开门手柄或客室按压客室紧急报警器通话按钮，立即将该车厢的客室监视的画面切换到司机室LCD显示屏，并伴随有醒目的文字提示（如列车号码、车厢号码、时间标记等）和声音告警。

7）视频监控系统

地铁视频监控作为地铁安全防范的手段之一，系统本身需要具备很高的可靠性。对于地铁视频监控平台来说，不仅需要平台软硬件具备相应的安全认证，还需要减少平台的单点故障，即系统的冗余性。目前监控平台的冗余性主要从下述3个方面考虑。

①视频监控软件的冗余。如果视频监控软件发生故障，地铁视频监控平台所有正常业务将受到影响。因此无论视频监控软件的载体是服务器还是控制板，都需要实现冗余“1＋1热备”或者“N＋1热备”。

②存储设备的冗余。各车站所配置的存储设备需要具备双控制器，同时需要能够支持RAID存储方式（地铁常用RAID5），确保在某一块硬盘发生故障时，不丢失相关的存储信息。

③监控平台路由的冗余。由车站向控制中心转发视频时，可采用双路由机制，确保平台间通信可靠。另外，也有部分城市地铁视频监控系统对编码器接口或编码芯片提出了冗余需求。

目前地铁视频监控数字化解决方案已逐步替代了原有的模拟方案和数模混合方案。数字化解决方案能够实现高效的管理和异构系统的融合，也促进了城市轨道交通综合监控系统（ISCS）在地铁运营中的作用。因此增强地铁视频监控平台的管理功能，可以有效地提高地铁运营的效率。随着地铁建设的网络化，多条地铁线可能会实现统一管理，全网设备需要具备较高的可维护性，这需要视频监控平台网络管理具备良好的兼容性和扩展性。

地铁行业的安全防护多系统融合做得比较深入，特别是ISCS能力不断提高后，将原来独立的多个机电系统（如FAS、BAS、SCADA、CCTV、AFC等）实现了资源共享和系统联动，大大提高了地铁运营管理效率。因此，地铁视频监控平台需要能够支持异构系统互联，主要接口包括综合监控系统、门禁系统、集中告警系统、乘客信息系统（PIS）、时钟系统、公安视频、交通指挥中心（TCC）和车载监控系统等。例如，在与综合监控系统融合时，视频监控平台需要开放关于控制和管理的中间件或SDK包（提供组织管理、设备配置、实况业务、轮切、存储管理、回放、语音、告警、云台控制、透明通道及系统管理等功能），供综合监控系统集成，接收来自综合监控系统的基于络或串口控制信号。实现多系统融合，可以对潜在的或可能发生的安全事故类别和影响程度事先制订应急处置方案，真正实现“建为用，用为战”。

（五）牵引逆变器故障分析

（1）牵引逆变器的常发故障

当牵引逆变器发生故障时，如何做到快速判定故障点和故障原因，并采取有效的应对措施迅速完成对故障的处理，首先就需要熟悉牵引逆变器的常发故障有哪些了，以某品牌牵引系统为例，其常发的牵引逆变器故障如下所述。

①高速断路器跳闸（HBD）。

②逆变器换流失败（CFD）。

③主电机过电流（MMOCD）。

④相电流不平衡（PUD）。

⑤门极电压欠压（GPLVD）。

⑥DC110V欠压（P110LVD）。

⑦控制单元电源欠压（PLVD）。

⑧微处理器异常（WDTD）。

⑨功率单元温度过高（THD）。

⑩滤波电容过电压（OVD）。

[11]滤波电容欠压（FCLVD）。

[12]架线欠压（ESLVD）。

[13]架线接地（LGD）。

[14]速度推测异常（SEFD）。

[15]空转、滑行（WSD）。

[16]后退检测（BSD）。

[17]制动扭矩异常（OBTD）。

[18]充电不良（FCD）。

[19]LB阻滞检测（LOFD）。

[20]LB不投入检测（LOND）。

[21]斩波器换流失败（BCFD）。

[22]斩波器过电流（BCOCD）。

[23]斩波器功率单元温度过高（BCTHD）。

[24]制动电阻温度过高（BRTHD）。

（2）要熟悉牵引逆变器每一件常发故障成立的逻辑条件

列车检修工要了解牵引逆变器的常发故障后，就要进一步探索每一件常发故障成立的前提条件，即故障成立的逻辑。在电子电路中逻辑通常可以由与、或、非门及相应的输入条件进行组合后而产生输出结果。在此可以举一个简单的例子对故障成立的逻辑进行说明，如图5.77中假设A、B、C、D为某一逻辑输出的4个输入条件，E为正常逻辑输出、F为故障逻辑输出：

图5.77　故障逻辑示例

如果牵引逆变器在工作过程中4个输入逻辑条件A、B、C、D均正常，则该逻辑输出为E，即牵引逆变器正常工作不会报故障；如果牵引逆变器在工作过程中发生了故障F，则一定是A、B、C、D4个条件中的一个或几个出现了问题，只要将有问题的输入条件解决了，则故障F将得以解决。其中输入条件A、B、C、D可以是电压值、电流值、状态信号等；逻辑输出E、F可以是指令信号、状态信号等。

（3）牵引逆变器故障的调查分析流程

1）TCMS显示器故障一览确认

列车在运行过程中若发生了牵引逆变器故障，则会在司机台TCMS显示器故障一栏中显示所发生的故障名称，如图5.78所示为列车在运行中发生的牵引逆变器VVVF架线接地（LGD）故障。

图5.78　TCMS显示器报VVVF架线接地（LGD）故障

2）牵引控制单元记录故障数据调查分析

根据TCMS显示器所报故障现象，对照牵引逆变器常见故障及故障等级分类，若属于重故障则需要下载牵引控制单元记录的标准故障数据和高速脉冲故障数据，若属于轻故障则只需下载标准故障数据。

如图5.78中所示的LGD故障经确认为轻故障，则只需下载标准故障数据进行分析（分为数字数据分析、模拟数据分析），如图5.79、图5.80、图5.81所示。

图5.79　标准故障数据读出

图5.80　标准故障数据模拟量输出

图5.81　标准故障数据数字量输出

通过对牵引控制单元记录故障数据的分析，可以确认各电压、电流、参量的数值和状态等信息以及变化情况，从而锁定可能的故障点。

3）牵引逆变器故障的处理方法

通过对控制单元故障记录数据的分析，锁定了可能的故障点后，下一步就是对故障点的处理。以下为某品牌牵引逆变器常见故障的调查及处理方法。

①高速断路器跳闸（HBD），见表5.8。

表5.8　高速断路器跳闸（HBD）

②逆变器换流失败（CFD）、斩波器换流失败（BCFD），见表5.9。

表5.9　逆变器换流失败（CFD）、斩波器换流失败（BCFD）

③主电机过电流（MMOCD），见表5.10。

表5.10　主电机过电流（MMOCD）

④相电流不平衡（PUD），见表5.11。

表5.11　相电流不平衡（PUD）

续表

⑤门极电压欠压（GPLVD），见表5.12。

表5.12　门极电压欠压（GPLVD）

⑥DC110V欠压（P110LVD）见表5.13。

表5.13　DC110V欠压（P110LVD）

⑦控制单元电源欠压（PLVD），见表5.14。

表5.14　控制单元电源欠压（PLVD）

⑧微处理器异常（WDTD），见表5.15。

表5.15　微处理器异常（WDTD）

⑨功率单元温度过高（THD）、斩波器功率单元温度过高（BCTHD），见表5.16。

表5.16　功率单元温度过高（THD）、斩波器功率单元温度过高（BCTHD）

⑩滤波电容过电压（OVD），见表5.17。

表5.17　滤波电容过电压（OVD）

但是，有时是因为受电弓离线导致接触网电压的突变，而有OVD检测，该种情况不是故障。

[11]滤波电容欠压（FCLVD），见表5.18。

表5.18　滤波电容欠压（FCLVD）

[12]架线欠压（ESLVD），见表5.19。

表5.19　架线欠压（ESLVD）

但是，有时是因为接触网电压降低或者受电弓离线而导致ESLVD检测，此两种情况不是故障。

[13]架线接地（LGD），见表5.20。

表5.20　架线接地（LGD）

但是，有时是因为接触网电压突变或者受电弓离线导致接触网电压突变，而有LGD检测，该种情况不是故障。

[14]速度推测异常（SEFD）。因为是逆变器装置的无速度传感器矢量控制的保护检测，不需要进行硬件的调查。

[15]空转、滑行（WSD）。因为是逆变器装置的空转、滑行控制的防止不稳定的保护检测，不需要进行硬件的调查。

[16]后退检测（BSD）。后退启动导致的保护检测，因此不需要进行硬件的调查。

[17]制动扭矩异常（OBTD），见表5.21。

表5.21　制动扭矩异常（OBTD）

[18]充电不良（FCD），见表5.22。

表5.22　充电不良（FCD）

[19]LB阻滞检测（LOFD），见表5.23。

表5.23　LB阻滞检测（LOFD）

[20]LB不投入检测（LOND），见表5.24。

表5.24　LB不投入检测（LOND）

[21]斩波器过电流（BCOCD），见表5.25。

表5.25　斩波器过电流（BCOCD）

[22]制动电阻温度过高（BRTHD），见表5.26。

表5.26　制动电阻温度过高（BRTHD）

但是，有时是因为制动电阻器的风机排风口被垃圾堵住导致冷却性能降低，而出现BRTHD检测。

（4）牵引逆变器故障处理后的确认

牵引逆变器故障经过上述的调查处理后，可能会存在部件的更换，或软件的优化。为了确保处理效果有效可靠，部分故障处理后需要进行不施加高压电情况下的低压空级实验，目的是验证部件的可靠性和软件逻辑的正确性，之后才可施加高压电进行观察确认；对于某些关键部件或软件的优化还需要先进行列车的试车线测试，确认故障彻底得到解决后方可将列车投入载客运营。

（六）主断路器分断分析

（1）主断路器详解

城市轨道交通车辆主断路器是指用以接通和切断电网与牵引逆变器电源的总开关。在主电路发生短路、接地等故障时，主断路器能迅速断开，起到保护作用。主断路器目前普遍采用空气断路器，由灭弧室、隔离开关、控制操纵机构以及压缩空气供给系统等部分组成。断开时压缩空气进入灭弧室先断主动触头，同时熄灭电弧，然后压缩空气使隔离开关打开，打开是在无电状态下进行的，接着主动触头复位，为下次主断路器闭合作准备。

当短路时，大电流产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）。现在有电子型的主断路器，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1 500 V，电流为1 500～2 000 A的电弧，这些电弧可拉长至2 m仍然不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。

低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁启动的电机。其功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

低压断路器具有多种保护功能（过载、短路、欠电压保护等）、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。结构和工作原理低压断路器由操作机构、触点、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。

低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下启动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。

下面以直流750 V主断路器和直流1 500 V主断路器为例介绍。直流750 V主断路器和直流1 500 V主断路器均为直流单极装置，带有双向过流和自动跳闸功能。在此断路器系列中，所有组件都有共同的总体构架，唯一的区别在于其配备的金属板灭弧室断路器的设计易于维护且能满足大量操作的需求。断路器由两部分组成主体和灭弧室，如图5.82所示。

图5.82　断路器

1—主体；2—灭弧室

主要易损部件可以在不完全拆开断路器的条件下更换。电磁铁通电引起主触点移动，可动极触点开始向固定的极触点移动。在弹簧的作用下，吸持电流的断开可将动极触点臂返回至“开启”位置。

当流经断流器的电流超过释放设置阈值时，平衡被打破且可动极触点臂将在弹簧的驱使下返回“开启”位置。操作时，各触点之间会产生电弧，电弧在磁场的影响下演变成电极臂。电弧在热力和磁效应的驱使下进入灭弧室。组成灭弧室的金属板将电弧切成碎片，并产生反电动势阻力以消灭电弧。对于直流断开设备而言，空气中的弧主要用于消散与外媒体存在有限关联的电路控制的电能。

仅当弧电压增长至一定水平且超过电路电压时，弧才有可能熄灭。要获得该结果的最基本的方法是先将弧延长并用金属板将其切断。因此，如果要获得断开的过压，则需先产生一系列位于n＋1电极之间的n电弧。750 V和1 500 V大小的灭弧室均连接至灭弧室中相应编号的金属板，如图5.83所示。

图5.83　主断路器灭弧室

直流1 500 V主断路器不仅尺寸小，而且可以垂直水平并向操作，这使其特别适合安装在机车车辆的金属盒（在主体下方或顶部上方）中，或安装至工业标准的铠装机柜中（固定安装）。使用盖子和横向密封件以缩短灭弧室和金属部件（金属壁或组件）之间的距离，如图5.84所示。

图5.84　盖子和横向密封件

主断路器系列的控制板特别适用于电流额定值为1 200 A和2 000 A的电弧系列直流断路器。这些控制板的作用在于为独特的断路器电磁体提供广泛的输入电压。其主要功能为提供脉冲电流，以关闭断路器并减少电流以控制住断路器，如图5.85所示。

图5.85　主断路器控制板

（2）主断路器分断

授权闭合主断路器，由牵引系统判断后决定。

下面以欧系某品牌介绍主断路器的分断、闭合原理，如下所述。

高速断路器的闭合与断开由2个继电器控制，分别是保持继电器和闭合继电器。在正常情况下，牵引系统在收到闭合主断路器的指令后，牵引系统控制保持继电器得电，同时延迟2 s，闭合继电器得电，且牵引系统控制闭合继电器在得电2 s以后失电。主断路器在闭合继电器得电50 ms后闭合。

主断路器断开条件可分为3类：牵引系统收到主断路器断开指令、列车紧急制动、牵引系统故障并要求主断路器断开。在保持继电器失电15 ms后，主断路器断开，主断路器闭合、断开时序图，如图5.86所示。

由上述分析可以确定列车在正常运行情况下，主断路器一天只要分断一次就可以，正常情况下主断路器是保持闭合状态，直至列车回库后降弓断电为止。故障情况下主断路器断开后，是为了保护整个牵引系统设备的设备安全，不会再自动闭合。

图5.86　主断路器闭合、断开时序图

（七）典型控制电路分析

（1）PWM波形调制法

把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形，图5.87是采用IGBT作为开关器件的单相桥式PWM逆变电路。

图5.87　PWM逆变电路

设负载为阻感负载，工作时V1和V2的导通状态互补，V3和V4的导通状态也互补，具体的控制规律如下：在输出电压u＿0的正半周，让V1保持通态，V2保持断态，V3和V4交替通断。由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周期，电流有一段区间为正，一段区间为负。

（2）三相桥式PWM逆变电路

三相桥式PWM逆变电路采用双极型控制方式，如图5.88所示。U、V、W三相的PWM控制通常使用一个三角波载波uc，三相的调制信号u＿rU、u＿rV、u＿rW依次相差120°。

在电压型逆变电路PWM控制中，同一相上下两个桥臂的驱动信号都是互补的。但是在实际应用中，为了防止上下两个桥臂直通导致短路，在上下两个桥臂之间通断切换时要留一段上下两个桥臂都施加关断信号的死区时间。死区时间的长短主要由功率开关元器件的关断时间来决定。这个死区时间将会给输出的PWM波带来一定的影响，使其稍稍偏离正弦波。

图5.88　三相桥式PWM逆变电路

（3）PWM逆变电路在轨道车辆的应用

逆变电路因为其性能可靠，动、静态性能卓越和节能的优点，在各个领域获得了越来越广泛的应用。在包括轨道交通在内的电力牵引领域，以逆变电路UI为核心的交流传动，正在以很大的优势逐步取代直流传动及其配套的斩波器，恒频恒压的逆变电流则为车辆空调、空气压缩机提供三相50 Hz电源。现以欧系牵引系统为例，讲解逆变电路在轨道交通行业的应用。

任何牵引系统的工作工况答题都可分为5种形式：预充电回路、牵引回路、再生回路、电阻制动回路、放电回路。针对以上5个回路进行一一讲解。

1）预充电回路

预充电回路是为了保护牵引逆变模块免受高电压的直接冲击而设计的，其原理就是利用电容充电的特性完成，具体过程如图5.89所示，主断路器闭合后1 500 V高压经N10后经过预充电接触器（K-CCC）后给电容（C-FL）充电，当电容电压达到线路电压的95%之后，断开预充电接触器，同时闭合线路接触器（K-IC），这样一个充电过程就完成了。

图5.89　预充电回路

2）牵引回路

预充电回路的结束意味着牵引回路的建立。牵引回路的建立是电客车已经具备动车的必要条件，此时只要牵引系统接收到牵引指令，逆变电路随机开始工作，通过上下6个桥臂的IGBT得通断配合，如图5.90所示。保证满足列车控制系统的牵引力要求，牵引系统通过逆变模块输出频率、电压均可变的交流电。关于逆变电路的深层次工作原理，可见机械工业出版社出版的《电力电子技术》（作者：王兆安，刘进军）一书。

图5.90　牵引回路

3）再生回路

能耗问题不仅是轨道交通行业重中之重的问题，而且在整个国家的大战略中也占有一席之地。故而交通部都很重视各个城轨节能，这时再生制动的重要性就体现出来。以城轨交通为例，在一个供电区段内，可能会运行多列电客车，不同电客车可能处于不同工况，有处于牵引工况的、有处于制动工况的，再生制动产生的电能由处于牵引工况下的电客车消耗。由于各个变电所的容量不定，故再生制动液是有限制的，现以欧系牵引系统为例讲解。

再生制动是电客车的动能通过电机转化为电能的过程，转化电路如图5.91所示。在转化过程中，由于变电所的容量有限，故而再生制动也有限制，当再生制动使网压抬高到阈值1时，电客车不再是100%再生制动，会掺杂电阻制动，形成混合制动模式。

图5.91　再生回路

4）电阻制动

电阻制动是电能转化为热能散发到空气中过程，这一部分电能属于完全浪费的部分。关于电阻制动这一部分能量的利用或是减少电阻制动的能耗浪费是目前轨道行业的一个课题。

电阻制动是在再生制动满负荷的情况下使用的，电阻制动开始投入使用的节点是接触网电压超过阈值1，是电阻制动与再生制动混合使用，由两个IGBT的通断来控制占空比，如图5.92所示。放接触网电压超过阈值2时，再生制动完全切除，此时完全由制动电阻消耗电制动过程中产生的电能。当放接触网电压超过阈值3时，电制动完全切除，使用纯空气制动。

图5.92　电阻制动回路

5）放电回路

放电回路与预充电回路相对应，在电客车回库检修过程中，需要保证作业人员的安全，必须保证储能元件中的电能被消耗掉，这时就需要对充电电容的电能进行消耗，如图5.93所示，与充电电容并联的电阻起到了消耗点亮的作用。

图5.93　放电回路