1 导言
在行将投入运营的sz1地铁列车上，选用了一种新式变频变压（vvvf）逆变器牵引和制动体系。之所以称它是“新式”体系，是由于以下三个原因：其一，选用大功率电力电子器件igbt模块。复合型igbt是以单极型mosfet为驱动元件，双极型gtr为主导元件的达林顿结构元件，它归纳了前者输入阻抗高、驱动功率小（电压型）、电路简略、开关频率高、热稳定性好和后者安全作业区宽、电流密度高、导通压下降的长处;其二，单台牵引电机额外功率较之现在国内外已投入运营的同类产品（4m2t）大，因而使这类地铁列车有更大的牵引功率和电制动功率;其三，vvvf逆变器选用直接转矩操控体系，这是除矢量操控体系之外的另一种新的高动态功用的、但更简略适用的变频变压调速体系。因而，这种“新式”体系表现了现代电力电子器件、电路及其操控技能方面的特色：集成度高，作业频率高，全控化，电路操控简略、灵敏、精确，多功用化和智能化。这将大大提高地铁列车vvvf逆变器体系的可靠性、可修理性以及经济性等，具有宽广的发展前景。
2 sz1地铁列车电气设备的构成
2.1 地铁列车电气设备安置与电路图
如图1所示，sz1地铁列车为6辆编组（4m2t）的两个3车单元（2m1t）对称规划。每个3车单元都由一个带司机室的拖车a和两个动车（带受电弓的动车b和不带受电弓的动车c）组成。两个3车单元用半主动车钩衔接。
每车两个转向架共四根轴， 一个动车的四根轴由同一台牵引逆变器驱动， 即四台自冷三相异步牵引电动机并联运转。
（1） sz1地铁列车的线路区段：
sz1地铁1期工程1号线13站，均匀站距离1.172km，最大地下深度22m;4号线5站，均匀站距离1.011km，最大地下深度23.5m。
（2） 轨距：1435mm。
（3） 规划最大坡道：正线35‰，车站线路3‰，辅佐线路（awo）40‰，车辆段线路0‰。
（4） 车辆载荷：列车总载荷（t）awo（空载）： 210t， aw1（48座/辆，288座/列）：227.4t，aw2（6人/m2，1920人/列）：342.6t;aw3（9人/m2，2502人/列）：377.5t。
2.2 电气体系简述
sz1地铁列车的牵引逆变器体系全称应该是“变频变压（vvvf）逆变器牵引和制动体系”。图1所示体系的首要设备包含受电弓、浪涌吸收器、阻隔和接地开关、高速断路器、线路滤波电抗器、线路接触器和充电限流环节、接地差动电流检测器、牵引逆变器（牵引逆变器模块、制动斩波器模块、线路滤波电容器）、制动电阻、牵引电机（4台）、接地和负极回流设备。现将体系设备的功用、技能参数、作业原理按以上编号别离简述如下（操控单元略）。
以动车b为中心，按编号次序描绘如下设备称号、方位、功用根本特色和概念。
（1）每个动车b都装有一个受电弓1，由一个浪涌吸收器2进行过压维护，它连到受电弓的输出端。其供电制式为架空接触网，额外电网电压为dc1500v（改变规模1000～1800v）;核算电网电压在牵引时为dc1500v，再生制动时为dc1650～1800v。
（2）高压电源（dc1500v）经过4根电缆（每根都各走一根钢管）衔接到b车的ph箱（牵引逆变器和高压设备箱）中的阻隔和接地开关3（θ1点），它有三个方位，即受电弓受电位、衔接车间电源的插座位、车辆接位置。
（3） 经过阻隔和接地开关后， 高压电就衔接到两个高速断路器4，
它们别离接到本车上ph箱中的线路滤波电抗器5和本车上ph箱外的线路滤波电抗器5，再别离接到各自的b车和c车;ph箱中和pa箱（牵引逆变器和辅佐逆变器箱）中的线路接触器6（充电限流环节）、输入输出差动电流接地维护7、牵引逆变器8（包含线路滤波电容器、牵引逆变器模块、制动斩波器模块）、制动电阻9（别离在b车ph箱外和c车pa箱外），以及b车和c车的四台牵引电动机io。
（4） 阻隔和接地开关θ1和θ2的2位相衔接地11（接地和负极回流点）。
（5）高压电经过一个辅佐熔断器和一个阻隔二极管（图1中的25和26）衔接到蓄电池充电熔断器12，再衔接到a车的蓄电池充电器;衔接到辅佐逆变器熔断器13、线路滤波电抗器14（在c车上）、线路接触器（充电限流环节）15（在c车的pa箱中）、辅佐逆变器16（逆变器模块、滤波电容器）、三相变压器、滤波器、输出变压器（三相沟通380v，50hz）17，以及三相电压丈量设备18。
（6）电磁兼容emi电容器19，别离衔接在b车ph箱中的牵引逆变器输入电压负极对地之间，c车pa箱中的牵引逆变器、辅佐逆变器输入电源负极对地之间。
（7） 高压经过辅佐熔断器25和阻隔二极管26后，还衔接到母线重联设备的熔断器、接触器20、重联插座21，给列车的另一个3车单元供电。
（8） 23是组容维护电路，避免阻隔二极管反向击穿。
（9） 24是网压丈量设备。
由此可见，sz1地铁列车有四台完全相同的牵引逆变器体系，其间两台装在b车的ph箱中，别的两台装在c车的pa箱中（可是它们的告知断路中4装在b车的ph箱中，线路滤波电抗器5装在b车的ph箱外）;sz1地铁列车有完全相同的两台辅佐逆变器体系，别离装在两个3车单元的动车c的pa箱中，可是，它们没有高速断路器，只经过装在动车b的ph箱外的辅佐逆变器熔断器供电，且线路滤波电抗器14在动车c的pa箱外;sz1地铁列车有完全相同的两台直流电源体系，别离装在两个3车单元的拖车a上，可是，蓄电池充电器熔断器12装在动车b的ph箱中，由此得到dc1500v高压电源。
2.3 首要电气设备简介
（1） 受电弓
sz1地铁列车有两台受电弓，别离装在两个3车电源的b车顶上，将dc1500v电源衔接到ph箱中的阻隔和接地开关上。
受电弓的首要技能参数：额外电压：dc1500v; 最大/暂态体系电压：dc1800v/dc2000v;
额外/最大电流：1400a/2400a;最大静态电流：460a; 最大速度：90km/h;
最大/最小作业高度：1600mm/175mm; 静态接触压力：120n±10n; 升弓/降弓时刻：≯8s/≯7s。
（2） 浪涌吸收器（避雷器）
浪涌吸收器的功用是避免车辆外部的大气过电压（如雷击过电压）和车辆内部的操作过电压对车辆电气设备的损坏。其维护整定值应与变电所过电压维护整定值相和谐。
（3） 阻隔和接地开关
在运转时，衔接受电弓、辅佐电源体系、牵引逆变器体系，阻隔车间电源;在车间时，衔接辅佐电源体系、车间电源，阻隔受电弓、牵引逆变器体系;关断时，阻隔受电弓、辅佐电源体系、牵引逆变器体系、车间电源，并把受电弓和辅佐设备电源端接地。
阻隔和接地开关的辅佐触点用于监控和安全联锁，它有满意的距离甚至在触点开闭进程中也不拉弧;短路电流由变电站的高速断路器限流。
（4） 高速断路器（hscb）
sz1地铁列车的4台牵引逆变器都是由高速断路器来接通或断开dc1500v高压电源的。高速断路器是电磁操控和天然冷却的单极直流断路器。它能够因过流主动跳闸，也能够由dc110v电源操控跳闸，且可在两个电流方向过流主动跳闸，这正好满意地铁列车牵引和再生制动运转的需求。
高速断路器的首要技能参数：额外电压：dc2000v;额外电流：1000a;答应短时作业电流：1400a/5min，1500a/2min，1600a/1min，2000a/20s;稳态短路电流：30ka（短路时刻常数1sms）;机械呼应时刻：约3ms（电流初始上升率di/dt=2ka/ms时）;总开断时刻：约15ms;操控电源电压：dc110v。
（5） 线路滤波器（线路滤波电抗器和线路滤波电容器）
由于感抗（xl=ωl）和容抗（xc=1/ωc）的原因，使它们具有按捺电流冲击（di/dt）和按捺电压冲击（du/dt）的功用。它们在地铁列车变频变压（vvvf）逆变器牵引和制动体系中起着至关重要的效果。如按捺电网侧传输到逆变器直流侧的谐波电流和过电压，按捺逆变器产生的谐波电流和换流引起的过电压的晦气影响，约束逆变器的毛病电流和滤平输入电压等。线路滤波电抗器电感量一般为5～8mh（900a时5mh），额外电流为475a，最大电流为900a。
线路滤波电容器电容量与其额外电压有关，且应与线路滤波电抗器的电感量相匹配，约在数千μf左右。线路滤波电容器的首要技能参数：
额外电压：最高达6kv;最大电流：最高达600a;自感量：≤40nh;额外能量：最高达18kj;介质损耗因数：tanδ0=2×10-4;最大峰值电流：最高达10ka;最大浪涌电流：最高达100ka。
（6） 线路接触器
线路接触器的功用常被人们忽视，不熟悉其闭合断开进程，以及它与高速断路器和线路滤波电容器充放电之间的联系。在受电弓升起、高速断路器闭合后，为避免过大的充电电流使线路滤波电容器受损，首要闭合充电限流环节的接触器，接入限流电阻，待电容电压到达必定值后（由与电容器固定并联的放电电阻上取电压传感器信号），闭合线路接触器6，将限流电阻短接。当高速断路器断开时，线路滤波%&&&&&%器应在5min内主动放电至低于50v（由其固定并联放电电阻值决议），且可得到放电时刻常数值。
线路接触器的通断才能应满意下列要求：
·电压：1.2un（un为dc 1500v）;
·电流：1.1in（in为电磁接触器的额外电流）;
·两次距离时刻：2min。
（7） 接地差动电流检测设备（差动电流维护器）
当牵引逆变器正端输入电流和负端回流的差值超越50a时，标明牵引逆变器主电路产生接地毛病，差动电流维护器动作，封闭igbt门极脉冲，断开高速断路器和线路接触器，并毛病显现，报警。
