2.3 再生电制动 当司控器发出制动指令时，牵引逆变器控制牵引电机 减速，通过逐渐减小定子给定频率来实现电机减速，电机 的转子速度由于列车惯性原因不会马上降低，当电机的转 子速度超过电机同步磁场的旋转速度时，转子电流相位几 乎改变了180°，此时，牵引电机处于发电状态，同时， 电机轴上的转矩变成制动转矩Te，电机再生的电能经续流 二极管全波整流后通过受电弓反馈给供电电网，提供给相 邻运行的列车使用。
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（3）因司控器发出的牵引/制动指令同时输出给牵 引和制动控制单元，可以从牵引/制动控制指令的逻辑关 系着手分析。从制动系统指令逻辑关系可知，当牵引/制 动指令同时得电或同时失电时，制动电子控制单元响应为 缓解信号，BCE无故障记录，即使PWM输出正常的给定 值，列车也为惰行状态。从牵引系统指令逻辑关系可知， 当牵引/制动指令列车线同时得电时，控制单元AGATE 记录牵引制动指令无效故障；当牵引/制动指令列车线同 时失电时，AGATE无故障记录，如PWM输出正常的给 定值，列车也为惰行状态。由此可判断故障为列车施加制 动时牵引/制动指令列车线同时为零，列车制动指令未发 出，造成列车无制动力。
3.1 制动电子控制装置 (BCE) 每节车装有一个制动电子控制单元(BCE)，BCE是制 动控制模块中的微处理器，接收制动指令和PWM指令， 将PWM制动命令信号转换后控制制动电磁阀，控制气缸 的气压和摩擦制动力。BCE单元还接收牵引设备传来的电 制动和车辆空气悬挂系统传来的列车重量信号，这些信号
模拟量输出原理：司控器从编码器PWM得到24V调 整电源，通过司机推拉司控器操作手柄来带动定位齿轮旋 转，定位齿轮的位置决定司控器位置传感器输出给PWM
图1 编码器PWM输入电流对应的输出转化值
Байду номын сангаас
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Cheng Hongsheng Rolling Stock Branch of Shanghai Rail Transit Maintenance Support co.,Ltd., 200233,Shanghai
程宏声
单位：上海地铁维 护保障有限公司车 辆分公司 职位：技术主管。
摘要 本文介绍了上海轨道交通AC11型电动列车控制过程，阐述了牵引和制动控制 技术。并分析了列车控制故障的排除方法，从而提高维修技术，保障列车正 线运营。 关键词 地铁车辆；牵引系统；制动系统；故障排除
4 故障排除
4.1 故障概况 上海地铁5号线列车正线运营过程中，司机报列车无 制动力，列车无法准确位置停站，只能施加紧急制动停 车，司机应急处置无效后，列车清客回库检查。下载列车 主控制单元E-TRAIN、牵引控制单元和制动控制单元故 障记录，未发现任何故障显示，下载列车视频录像，发现 司机施加制动时，司机室显示屏DDU显示全列车空气摩擦 制动为缓解状态。
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能，具有快速响应和高精度的特点[3]。矢量控制给出了非 常迅速的磁通和转矩响应（对非磁通化电机的响应时间< 1s），实现了对电机电流的最佳控制。矢量控制使逆变器 在短时关闭后，能迅速恢复电源，无须等待电机内的磁通 完全消失后再工作。由于牵引逆变器输出电压是通过调节 电机磁通来实现的，因此，当发生牵引或电空混合制动时, 如发生轮对空转或滑行, 牵引逆变器将会快速而精确的控 制电机的转矩, 空转及滑行得到有效抑制,轮轨间的黏着力 迅速恢复，稳定了列车加速和减速，并避免了空转和滑行 对轮轨的损坏。图5为矢量控制原理图。
2.1 逆变器
图5 矢量控制原理图
列车牵引采用先进的VVVF（Variable
Voltage
Variable Frequency）变压变频调速系统，牵引电机由脉
宽调制（PWM）电压源的逆变器供电。PWM脉宽调制
电压使牵引电机能得到三相平衡电压，并且电压的幅值和
频率均可调整。优点是可实现数字控制和防滑功能，有效
4.3 故障盘查 故障现象是全列车无制动，故障点应在司控器至各节 车厢制动列车线分叉处，可能原因是司控器内部开关、制 动指令线路断路或接触不良，测量相关线路，发现在操作 司控器时，制动指令内部微动开关接触电阻值不稳定，阻 值在零与几十K之间变化，打开微动开关发现触头已灼伤 发黑，由此判断故障原因是司控器微动开关接触不良，造 成制动指令无法正常输出，导致全列车制动失效。
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图2 司控器模式选择开关示意图
图4 牵引逆变器主回路控制图
图3 牵引、制动指令线
数字量控制原理:图2为司控器模式选择开关示意图， 上海地铁5号线列车采用手动模式驾驶,没有ATO自动驾驶 系统。当司控器模式手柄选择“手动驾驶CM”、“正转 方向RMF”、 “反转方向RMR”或“洗车模式WASH” 时，向前或后退微动开关触点闭合。如同时满足紧急制动 回路继电器得电、列车常用制动缓解（或制动不缓解旁 路）、停放制动缓解（或停放制动旁路）、车门关闭（或 门旁路）、ATP未施加制动条件后，牵引或制动指令列车 线得电（图3），牵引/制动控制单元将收到列车向前、后 退、牵引和制动指令，再根据输入的PWM调制信号给定 值控制列车牵引和制动。
4.2 原因分析 结合故障现象和列车控制单元故障记录，对故障作如 下分析： （1）故障发生时，全列车空气摩擦制动未施加，可 排除单节列车制动系统故障。 （2）列车牵引正常，并且牵引系统控制单元AGATE 无故障记录，可判断列车牵引系统和编码器PWM无故 障。
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利用轮轨黏着，实现高效可靠驱动。逆变器输出电压随输
出频率的增大而增大，保证了电机内部磁通近似恒定和控
制电机转速的目的。VVVF牵引逆变器由AGATE控制单
元进行微机控制,接收由司控器发出的牵引/制动指令及编
码器PWM的给定值，同时根据车辆的重量精确地控制列
车牵引。列车设有超速限制功能，当列车速度超过限定值
3.3 制动逻辑指令 制动电子控制单元对牵引及制动输入指令的逻辑关系 如下表：
3 制动系统
为了满足地铁列车高速运行、站间距离短、频繁起动 和制动的特点，制动控制系统采用了Knorr公司生产的微 机控制，该系统具有快速响应，制动距离短，集成化程 度高，可以实现平稳停车的特点[2]。列车制动分为紧急制 动、快速制动、常用制动、停放制动和保压制动。在列车 运行时一般施加常用制动；在紧急情况下施加紧急制动； 停放制动是在制动系统失去气压情况下施加的弹簧制动， 通常，停放制动用于车辆段空车停车；保压制动是在列车 零速时自动施加。
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上海轨道交通AC11型电动列车 牵引和制动控制技术浅析
程宏声
上海地铁维护保障有限公司车辆分公司, 上海 200233
Shanghai Metro AC11 electric train traction and braking control technology analysis
编码器的模拟电流值，PWM编码器再输出一个24V振幅 500HZ频率的脉宽调制信号，通过列车线输入至牵引和制 动控制单元，控制列车的牵引和制动力。PWM 输出的调 制信号占空比随输入信号而变化，范围为10%～90%。编 码器PWM输入电流对应的输出转化值如图1所示，当编码 器PWM输入为13mA至14mA时，列车为惰行状态；当输 入2mA至13mA时，列车施加制动，随着输入电流的增大 制动力减小；当输入14mA至20mA时，列车施加牵引，随 着输入电流的增大牵引力增大。
时，将封锁牵引系统，牵引力降为零，当速度下降到一个
设定值时，牵引系统允许逆变器重新启动继续运行。列
车还设有每小时限速30公里和每小时限速3公里的运行模
式，当采用该模式运行时，列车被控制在规定的速度区间
内运行。
2.2 矢量控制 AC11列车采用阿尔斯通公司专利的矢量控制,通过测 量和控制牵引电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分 别对牵引电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达 到控制牵引电动机转矩的目的。也就是将牵引电动机的定 子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产 生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控 制两分量间的幅值和相位。该控制方式可减少响应时间， 能获得与给定转矩非常接近的转矩，改善了低速运行性
2.4 牵引逻辑指令 牵引控制单元（AGATE）根据司控器给出的牵引/制 动指令控制列车牵引或制动，下表为牵引/制动指令输入 AGATE的逻辑关系。
用于精确控制制动力。
3.2 控制方式 列车的制动控制是采用电制动(再生制动和电阻制动) 与空气摩擦制动混合运算的控制方式。首先施加电制动， 然后施加空气摩擦制动，电气制动与空气摩擦制动的混合 是平滑的，与所需的制动性能相符合，空气摩擦制动用于 补偿电气制动力与所需要的制动力之间的差值，并为拖车 提供制动。 列车需要施加制动时，司控器发出牵引/制动指令与 PWM指令输出给牵引控制单元(AGATE)和制动电子控制 单元(BCE)。列车先进行电制动，电制动时，优先采取再 生制动，它将最大限度地把能量反馈给电网。此时，列车 牵引控制单元连续监控电网电压，当电网吸收电能的能力 不足或不能吸收时，电网电压将会升高，当电压升高到 1750V时，斩波控制器开通，制动电阻投入工作，1.55Ω 制动电阻将提供电阻制动，将多余能量通过电阻转换成热 能消耗掉。如果电制动不能提供所需求的所有制动力，拖 车空气摩擦制动首先弥补不足，如制动力还是不足，再施 加动车的空气摩擦制动。这样就充分利用了电制动，既节 约了电能又减少了制动闸瓦的磨耗。