学士学位论文城轨电气线路分析及故障排除说明书.docx

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学士学位论文城轨电气线路分析及故障排除说明书

毕业设计说明书

课题名称：

城轨电气线路分析

及故障排除

专业系轨道交通系

班级

学生姓名

指导老师

完成日期2013.12

2014届毕业设计任务书

一、课题名称：

城轨车辆电气线路分析及故障排除

二、指导老师：

三、设计内容与要求

1、课题概述:

随着城轨车辆牵引动力的交流化和运行速度的提高，列车上的受控部件或控制装置也越来越多，控制和被控设备之间的协调和快速响应显得越来越重要。

虽然现阶段城轨车辆大都引入了网络控制，但是由于硬线电路具有极高的可靠性和可维护性，因此在城轨车辆电气设计中仍然大量采用硬线电路来实现其牵引、制动、控制等功能。

本课题主要针对城轨车辆主电路、辅助电路及控制电路，如交流传动主电路、列车激活控制电路、司机室占有控制电路、受电弓控制电路、高速断路器控制电路、传动控制电路、驾驶模式控制电路等展开分析，指出其常见的故障现象，并详细说明故障排除的方法。

2、设计内容与要求：

（1）设计内容

本课题下设3个子课题：

1城轨车辆主电路分析及故障排除

2城轨车辆辅助电路分析及故障排除

3城轨车辆控制电路分析及故障排除

每个子课题设计的主要内容可包括：

1城轨车辆电气线路整体介绍；

2该电路主要部件结构、功能原理分析

3该电路各功能模块的工作原理分析

4常见故障的判断及排除方法

5总结

（2）要求

1要求学生有一定的电气线路识图及制图基础；

2论文中的所有电器线路图均要用制图软件规范绘制；

3要求学生有一定的电气控制及城轨专业基础；

4通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；

5能够灵活运用《电工》或《电机与电气控制》等课程的基础知识和城轨专业知识来分析城轨车辆的各种电路。

四、设计参考书

1.《电气识图》，吕庆荣等主编，化工出版社

2.《电机与电气控制》

3.《城市轨道交通车辆电气检修》

4.《城市轨道交通车辆运行与维修》

5.《城市轨道交通车辆电气设备》

五、设计说明书要求

1.封面

2.目录

3.内容摘要（200-400字左右，中英文）

4.引言

5.正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点）

6.结束语

7.附录（参考文献、图纸、材料清单等）

六、毕业设计进程安排

第1周：

资料准备与借阅，了解课题思路。

第2-3周:

设计要求说明及课题内容辅导。

第4－7周：

进行毕业设计，完成初稿。

第7-10周：

第一次检查，了解设计完成情况。

第11周：

第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。

第12周：

毕业答辩与综合成绩评定。

七、毕业设计答辩及论文要求

1.毕业设计答辩要求

1）答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

2）学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

3）答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2.毕业设计论文要求

文字要求:

说明书要求打印（除图纸外），不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

3.图纸要求:

按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。

4.曲线图表要求：

所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

摘要

近几年来，我国城市轨道交通发展迅速，为缓解城市交通压力作出巨大的贡献。

城轨列车控制电路作为城市轨道交通车辆的重要组成部分，为保证列车上的各项电气控制与电路运行提供了良好的前提条件。

本毕业论文简述了城市轨道交通车辆电气线路的组成与部分控制电气线路,如电气线路的分类特点、电气线路中使用的元件及电器、自锁控制电气线路、互锁控制电气线路，还列举了对广州地铁控制电气线路的分析，并对广州地铁的车门线路故障进行重点讲述，详细说明了排除故障的方法。

关键词：

电气控制线路自锁电路互锁控制电路车门故障排除故障

ABSTRACT

Urbanrailtransit,withitslargecapacity,highspeedontime,savespaceandenergyetc.,hasgraduallybecomethemainstreamofurbantransportdevelopmentinourcountry.Inordertoensurethetrainofthenormaloperationofelectricalcontrolcircuitand,asamaintenancestaffmustbeskilledtomasterurbanrailelectricalwiringandtimelytroubleshooting.

Thispaperdescribestheurbanrailvehiclemaincircuit,auxiliarycircuitandcontrolcircuit,controlcircuitsuchastrainactivation,thedriverroomoccupiespantographcontrolcircuit,controlcircuit,highspeedcircuitbreakercontrolcircuit,subsectionstractionmotor,thepantograph,high-speedcircuitbreakerandtractionmotorthreerelatedstructure,technicalparameters,suchastofocusonandpointsoutitscommonfailurephenomenon,anddetailedtroubleshootingmethods.

Keywords:

ElectricalwiringPantographcontrolcircuitHighspeedcircuitbreakercontrolcircuitTroubleshooting

目录

引言0

第1章电气线路图的基本知识1

1.1电气线路图的分类及其主要特点1

1.2电气控制电路分析的内容与要求1

1.3电气线路图绘制的基本原则4

第2章电气线路中使用的元件及电器5

2.1继电器5

2.2低压微型断路器（MCB）9

2.3接触器9

第3章城轨控制电气线路应用分析11

3.1电气线路的控制原理以及其功能作用11

3.2广州地铁二号线列车“牵引命令”形成的电气线路分析15

3.3广州地铁一号线列车“气制动缓解信号MBG”的电气线路分析17

3.4广州地铁三号线列车高速断路器工作的电气线路分析18

第4章广州地铁车门线路故障案例分析20

4.1广州地铁一号线车门线路故障案例分析20

4.2广州地铁三号线列车车门线路故障案例分析23

心得体会26

参考文献27

附录一28

附录二29

引言

随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。

而当前我国城市轨道交通正处于飞速发展的大好时机。

地铁、轻轨、单轨和磁悬浮等各种城市轨道交通系统如雨后春笋般在全国各大城市出现。

而作为承担这一重要任务之一的地下铁道，其无论从时间方面还是从速度方面，都能在很大程度上满足人们的工作出行需求，而这种准时、准确的保证是从保证地铁正常工作的每个方面来保证的。

电气控制是地铁中最为重要的部分之一，只有保证了电气控制的正常工作才能保证列车的运行，所以在列车出现电气故障的时候能够迅速准确的完成故障的查找与处理是重中之重。

本文从控制电气的重要性、组成方面、工作原理、故障发生、故障查找、故障处理与优化等方面来简单讲述部分控制电路的故障排除，从而达到在电客列车运行当中出现故障时能迅速处理的效果。

控制电路的两大部分主电路和辅助电路在整个电气控制中涵盖了列车的各个电气应用，包括受电弓，车门控制等在内的电路都在日常运行中出现或大或小的故障，而这些故障都严重影响了列车的正常运行，所以必须在出现故障之前预防各种故障的发生，在出现了故障的时候能够及时迅速的完成处理，在解决之后能够总结经验，做好优化方案，在以后的运行中避免再次出现类似的故障，这是本文的重点内容

本文第一章第二章从总的方面介绍了电路图的识图概述和电子元件，第三章着手分析控制电气线路。

第四章从辅助电路中一个常见故障发生点——车门的故障切入辅助电路的故障分析。

主要从这些电气线路分析和辅助电气线路故障分析，从而在处理相应的电路控制故障时得心应手。

第1章电气线路图的基本知识

1.1电气线路图的分类及其主要特点

1.1.1电气线路图的定义

常遇到的电气线路图有原理图、方框图、装配图（配线图）等

1.原理图就是用来体现电气线路的工作原理的一种电气线路图，也被叫做“电原理图”。

这种图，由于它直接体现了电路的结构和工作原理，所以一般用在设计、分析电路中。

分析电路时，通过识别图纸上所画的各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路的实际工作时情况。

2.方框图（框图）是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电气线路图。

从根本上说，这也是一种原理图，不过在这种图纸中，除了方框和连线，几乎就没有别的符号了。

它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部的元器件和它们的连接方式，而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分，将每一个部分描绘成一个方框，在方框中加上简单的文字说明，在方框间用连线（有时用带箭头的连线）说明各个方框之间的关系，所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理。

3.装配图（配线图）是为了进行电路装配而采用的一种图纸，图上的符号往往是电路元件的实物的外形图。

装配图根据装配模板的不同而各不一样，大多数作为电子产品的场合，用的都是印刷线路板，所以印刷线路板是装配图的主要形式。

而作为工业的电气电路则一般采用配线图，就是把实际的设备部件名称的位置标号，各连接设备间的连线线号以一定规则做成的明细列表或布线图表。

使用者就可以根据配线图轻松的找到设备所在的位置及与其他设备连接的线路与设备之间的状态。

1.1.2电气线路图的具有的主要特点

各组成部分或元器件用气图形符号表示，而不具体表示其外形、结构及尺寸等特性。

在相应的图形符号旁边标注文字符号、数字编号（有时还要标注型号、规格等）。

按功能和电流流向表示各装置、设备及元器件的相互位置和连接顺序。

1.2电气控制电路分析的内容与要求

电气控制系统是生产机械设备的重要组成部分，对设备的安装、使用和维护、工程技术人员不仅要考虑生产设备的结构和传动，还要提出系统的控制方案。

通过对各种技术资料的分析，掌握电气控制电路的工作原理、技术指标、使用方法和维护要求等。

分析电气控制电路的具体包括以下方面。

1.2.1分析电气控制系统分析方法与步骤

分析电气控制系统时，要结合有关技术资料将控制电路“化整为零”，即以某一电动机或电器元件（如接触器或继电器线圈）为对象，从电源开始、自上而下，自左到右，逐一分析其接通及断开的关系（逻辑条件），并区分主信号、连锁条件和保护要求等。

根据图区坐标标注的检索可以方便地分析出各控制条件与输出的因果关系。

一般的分析方法与步骤如下。

1.总体浏览了解电路的功能与设备的构成或执行电器的类型、工作方式、启动、控制、反馈等基本控制要求。

2.分析控制电路运用“化整为零，顺藤摸瓜”的原则，将控制电路按功能不同划分成若干个局部控制电路。

从电源、信号输入开始，经过逻辑判断，写出控制过程。

如果控制电路较复杂，则可以先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路，以便集中进行重点分析，然后对其的典型电路进行分析，最后再分析它们在整个电路中的作用。

3.分析辅助电路辅助电路包括执行元器件的工作状态显示、电源指示、参数测定、照明和故障报警等部分。

辅助电路中很多部分是由控制电路中的元器件来控制的，所以在分析辅助电路时，还要交替根据指示电路的状态进行分析。

4.联锁与保护环节生产机械对安全性和可靠性有很高的要求，为实现这些要求，除了合理地选择控制电路外仍需要设置一系列电气保护装置必要的电气联锁。

在电气控制的分析过程中，电气联锁与电气保护环节是一个重要内容，不能遗漏。

5.总体检查经过“化整为零”，逐步分析了每一局部电路的工作原理及各部分之间的控制关系以后，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制电路，看是否有遗漏。

特别要从整体角度去检查和理解各控制环节之间的联系，以便清楚地理解原理图中每一个电气元器件的作用、工作过程及主要参数。

1.2.2电气设备常用基本文字符号即辅助文字符号

表1-1电气设备常用文字符号（GB7159-1978）

设备、装置和元、器件种类

名称举例

基本文字符号

单字母表示

双字母表示

组件部件

分离元件放大器激光器调节器

A

本表其他地方未提及的组件、部件

电桥

AB

晶体管放大器

AD

集成电路放大器

AJ

磁放大电路

AM

电子管放大器

AV

印刷电路板

AP

抽屉柜

AT

支架盘

AR

非电量到电量变换器或电量到非电量变换器

热电传感器热电池光电池测功计晶体换能器送话器拾音器扬声器耳机自整角机旋转变压器模拟和多极数字变换器或传感器（用作测量和指示）

B

压力变换器

BP

位置变换器

BQ

旋转变换器（测速发电机）

BR

温度变换器

BT

速度变换器

BV

电容器

电容器

C

二进制元件延迟器件存贮器件

数字集成电路和器件延迟线双稳态元件单稳态元件磁芯存贮器寄存器磁带记录机盘式记录机

D

其它元、器件

本表其他地方未规定的器件

E

发热器件

EH

照明电

EL

空气调节器

EV

保护器件

过电压放电器件避雷器

F

具有瞬时动作的限流保护器件

FA

具有延时动作的限流保护器件

FR

具有延时和瞬时动作的限流保护器件

FS

熔断器

FU

限压保护器件

FV

1.3电气线路图绘制的基本原则

电气线路图绘制的基本原则是识读图形的基础上，一般包括

1．每张图表均标有相应的项目代号，相同的元器件按照顺序依次编号，例如R1,R2，2K10，2K11,NB-K103、NB-K104等；元件或设备与元件或设备间的连线必须按相应规则或以系统规则进行编号。

2.在继电器组成的控制电路中，其逻辑控制功能一般由各继电器的触头串或并联所组成。

其触头在电气线路图的规则一般为：

水平方向为上闭下开，垂直方向为左开右闭。

3．根据需要可以标注元器件的型号、参数或测试点的波形图、测试点的对地电压等。

4．模块电路常以方框表示，并标注接口或使用标准规定的图形符号表示。

在比较复杂的电路中，为避免电路图过于密集、线条太多导致电路分析困难，一般采用简化图形并做好相应功能的标注以便绘制或读图，简图可以省略的部分可以包括电源电路线、较远距离之间的连线、形式功能相同电路的同类省略及总等。

第2章电气线路中使用的元件及电器

2.1继电器

2.1.1继电器的结构与原理

继电器由一个线圈和一组或几组带极点的簧片组成，继电器的构造和原理图如下。

表示方法：

继电器的线圈用一个长方框表示，同时在长方框内或旁边标上继电器的文字符号K或KR。

继电器的接点有两种表示方法：

一是把它直接画在长方框的一侧；另外一种是按电路连接的需要，分别画在各自的控制电路中，必须在属于同一种继电器的线圈和接点旁用相同的文字符号标注，并把接点编号。

在电路图中，接点组的画法，应按线圈未上电时的原始状态画出。

图2-1继电器的构造和原理

2.1.2继电器的继电特性及结构特征分类

继电器输出入量和输出量之间在整个变化过程中的相互关系成为继电器的继电特征或控制特征。

用X表示输入回路量，y表示输出回路的输出量，如图2-2所示，当输出量X连续变化到一定量Xa时,输出量y发生跃变，有0增加到ya值,则是输入量继续增加，是输出保持不变。

相反，当减少到xb是，y又突然由ya减少到0。

Xa被称为继电器的动作值，Xb被称为继电器的释放值，ya即是继电器的负载。

图2-2继电器的继电特性

1.电磁继电器

电磁式继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

其工作原理是在线圈两端加上电压后，线圈中流过一定的电流。

由于电流的磁效应，铁芯被磁化而具有磁性，动铁片（衔铁）就会克服返回弹簧的拉力而吸向静铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

2.干簧继电器

（1）结构：

把两片即导电又导磁的材料组成的簧片平行的封入充有撱性气体的玻璃管中组成的开关元件。

两簧片一端重叠并有一定的空隙，便于形成接点。

干簧管的接点形式有两种：

一是常开接点（H）型，平时打开，只有簧片被磁化时，接点才结合；二是转换接点的单簧管：

结构上有三个簧片，第一片用只导电不导磁的材料做成，第二第三用即导电又导磁的材料做成，上中下依次是1，3，2。

平时，由于弹力的作用，1、3相连；当有外界磁力，2、3磁化，相吸。

形成一个转换开关。

（2）基于以上机构原理，把干簧管放在线圈里，就可以制成一个干簧继电器；在同一干簧继电器中可同时放置2～4个单簧管，以得到多对极点的干簧继电器。

（3）干簧继电器的优缺点：

优点为：

体积小，质量轻；簧片轻而短，有固有频率，可提高接点的通断速度，通断的时间仅为1～3ms，比一般的电磁继电器快5～10倍；接点与大气隔绝，管内有稀有气体，可减少接点的氧化合碳化；并且由于密封，可防止外界尘埃杂质对接点的侵蚀；但缺点是触头的容量小。

3.固态继电器（SSR）

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。

按开关型式可分为常开型和常闭型。

按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

4.热继电器

热继电器是由两种不同热膨胀系数的金属片压制组合构成，在通过电流时，造成该双金属体发热膨胀，因膨胀系数不同，致该双金属变形、弯曲，从而断开常闭接点或接通常开接点，起到自动控制的作用。

在电动机控制回路中，主要应用热继电器的常闭接点，其常闭接点串入电动机主控制回路接触器的电磁线圈，通过调节热继电器的动作电流，在电动机超过额定工作电流时，热继电器双金属片能够正常动作，断开接触器电磁线圈，从而断开电动机电源，起到了保护电动机的目的。

5.时间继电器

当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。

（1）磁时间继电器：

当线圈加上信号后，通过减缓电磁铁的磁场变化而后的延时的时间继电器。

（2）电子时间继电器：

由分立元件组成的电子延时线路所构成的时间继电器，或由固体延时线路构成的时间继电器。

（3）混合式时间继电器：

由电子或固体延时线路和电磁继电器组合构成的时间继电器。

6.高频继电器

用于切换高频,射频线路而具有最小损耗的继电器。

7.其他类型的继电器

光继电器,声继电器,仪表式继电器,霍尔效应继电器,差动继电器，总线耦合专用继电器等。

2.1.3继电器主要技术参数及附加电气线路

1.技术参数

（1）额定工作电压

是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。

根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。

（2）直流电阻

是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。

（3）吸合电流

指继电器能够产生吸合动作的最小电流。

在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。

而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

（4）释放电流

是指继电器产生释放动作的最大电流。

当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。

这时的电流远远小于吸合电流。

（5）触点切换电压和电流

是指继电器允许加载的电压和电流。

它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。

2.继电器附加气线电路

（1）串联RC电气线路：

当电路闭合的瞬间，电流可以从电容C通过，使继电器线圈两端的电压比正常工作高的电压，使迅速吸合，能缩短吸合时间，当电路稳定后，电容不起作用。

（2）并联RC电气线路：

当断开电源时，线圈中因电感而产生的电流，通过RC放电，使电流衰减减慢，从而延长了衔铁的释放时间。

（3）并联二极管电气线路：

当流经继电器线圈的电流瞬间减少时，在它的两端会产生一个电动势，它与原电源电压重叠，加在与继电器串联的输出晶体管的c，e两极，使c，e极有可能被击穿。

为消除感应电动势，在继电器旁并联一个二极管，以吸收该电动势，起保护作用。

二极管的负极与继电器接电源正极相连。

2.2低压微型断路器（MCB）

2.2.1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，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。

2.2.2低压断路器的选择

对于不同性质的负载，在其电路上选用的断路器的额定电流和保护特性也是不同的，例如，在电阻负载型回路上，对应的负载为电灯（白炽灯）、电热器等，理论上，所选的微型断路器其额定电流应大于或等于线路或电气设备的额定电流，考虑可能发生的误动作，设计上选用额定电流为（1.1～1.15）倍线路或电气设备的额定电流。

白炽灯和电热回路在通电的瞬间都可能产生闪流（由冷态电阻逐渐形成热态电阻的过程），最大闪流可达线路或电气设备额定电流的10倍，故在选用时应选用Ｃ型脱扣特性的微型断路器。

在选择低压断路器的时候，应遵从以下原则：