【機械課件】第二十二章 電力機車主電路

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1、第二十二章 電力機車主電路 電力機車電氣線路通常由三部分組成，即主電路、輔助電路和控制電路。 主電路是指將牽引電動機及其相關的電氣設備連接而成的線路，該線路具有電壓高、電流大的特點，因此亦稱高壓線路或牽引動力電路。根據機車的運行情況，對機車提出了各種要求，以滿足機車安全運行的需要。主線路的結構將直接影響機車運行性能的好壞、投資的多少、維修費用的高低等重要經濟指標。本章通過對各型機車主電路單元電路的結構方式，如整流調壓方式、供電方式、磁場削弱方式、電氣制動方式的討論過渡到具體機車的主電路。學完本章應達到如下目標： 1. 掌握機車主線路的組成及結構特點； 2. 會分析SS8型電力機車主線

2、路原理； 3. 熟悉機車保護線路的原理，熟悉主型機車上采取的保護措施。 第一節(jié) 概 述 一、機車電氣線路的分類 電力機車的電氣線路就是將各電氣設備在電方面連接起來構成一個整體，用以實現一定的功能。整流器電力機車的電氣線路通常都由三部分組成，分別是主線路、輔助線路和控制線路。各種保護設在各線路之中，在電方面不獨立存在。 主線路是指將牽引電動機及與其相關的電氣設備(如：牽引變壓器、調壓開關、整流元件、轉換開關等)用導線(或銅排)連接而成的線路。由于該線路的電壓為接觸網電壓與牽引電動機電壓，電流為變壓器繞組電流與牽引電動機電樞電流，因此該線路中的電壓較高、電流大，又稱高壓線路。

3、輔助線路是指將輔助電機(如：劈相機、壓縮機電機、通風機、油泵等）和輔助設備(如：取暖設備、電熱玻璃等）及與其相關的電氣設備連接而成的線路。其工作電壓視輔助電機類型而定，一般為交流380伏、220伏或直流幾百伏。 控制線路是指司機控制器、低壓電器及主線路、輔助線路中各電器的電磁線圈等所組成的線路。通過控制線路可以使主線路和輔助線路中的電器協調動作。該線路中一般采用低壓直流電源，電壓值為50～110伏，所以又叫低壓線路，我國生產的電力機車其控制線路的電壓為110伏。 機車的三大線路在電方面基本上是相互獨立的。它們之間通過電磁、機械或電空傳動相聯系。 二、對機車主線路的基本要求 根據機

4、車的運行情況，對機車的電氣線路提出一定要求，機車主線路本身應滿足以下幾方面的要求： 1.由于主線路是高壓線路，因此在升弓帶電情況下，要保證工作人員與高壓帶電部分隔離。 2．能快速接通和斷開電路。 3．在網壓波動的允許范圍內能可靠地工作，具有一定的過載能力，對地有良好的絕緣。 4．能改變機車的運行方向，能進行起動和調速。 5．盡可能作到起動平穩(wěn)、調速平滑、減少沖擊。 6．在故障情況下有維持運行的故障線路。 7．有防空轉保護裝置。 8．有充分的保護。 9．有電氣制動的機車應能可靠地進行牽引——制動轉換，并保證電氣制動的電氣穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。 10．應有使機車入庫的低壓電源及入

5、庫線路。 電力機車主線路是非常重要的。機車主線路要進行功率傳遞，其結構決定了機車的類型，同時在很大程度上也決定了機車的基本性能，直接影響機車性能的優(yōu)劣、投資的多少、維修費用的高低等技術經濟指標。 三、電力機車主線路的組成 電力機車主線路一般均由以下幾部分組成： 1．變壓器一次側線路； 2．變流調壓線路； 3．負載線路； 4．保護線路。 第二節(jié) 電力機車主線路結構分析 衡量電力機車主線路性能，一般從以下六個方面進行考察： 一、變流調壓方式 整流器電力機車的變流調壓方式有高壓側調壓低壓側不可控整流、低壓側調壓不可控整流、晶閘管移相調壓和晶閘管級間平滑調壓等幾種方式，

6、 相控調壓的基本原理已在第二十章中詳述，其基本特點是可以使輸出電壓平滑調節(jié)，實現所謂的無級調壓。相控調壓可以分為全控整流調壓、半控整流調壓兩類，其中在無再生制動情況下以半控整流調壓為好，主要表現在功率因數的改善方面。低壓側調壓與半控整流調壓相結合就是晶閘管級間相控平滑調壓，其主要解決的問題也在于提高機車的功率因數。 二、供電方式 供電方式可分為集中供電、半集中供電及獨立供電等幾種方式。 圖22-1為典型的集中供電線路，它是由一套調壓整流裝置給所有的牽引電機供電。集中供電線路在配線和總體布置上都比較簡單，整流裝置的容量較大，缺點是當各牽引電動機在特性上出現差異時在并聯電機支路中有環(huán)流存在，

7、當該機車由其它機車拖動與原運行方向相反時，牽引電動機將依靠剩磁發(fā)電，其中發(fā)電機電勢較高的一個電機將通過其它電機形成自勵回路，最后造成牽引電機并聯自勵發(fā)電短路，為此在機車線路中都加設了線路接觸器。此外，當一組整流器故障時，將使整臺機車的功率降低一半。 圖22-1 集中供電線路 圖22-2 半集中供電線路 半集中供電線路如圖22-2所示，機車主線路有兩組整流裝置，每組整流器給一半牽引電動機供電，這種供電線路的特點是每組整流器的容量可以相對小一些，但當一組整流器故障時，也將使整臺機車的功

8、率降低一半。對于C0-C0、B0-B0軸式的機車，半集中供電也叫做轉向架獨立供電。 （a）變壓器二次側共用繞組式 （b）變壓器二次側獨立繞組式 圖22-3獨立供電線路 圖22-3所示兩種獨立供電線路，其共同特點是可以避免上述兩種電路存在的缺陷。即當各電機特性有差異時不會形成環(huán)流，若一組整流器故障時，僅切除相應的一臺牽引電動機而不影響其它支路，機車功率下降要少一些。圖22-3(a)所示電路為變壓器二次側共用繞組式供電線路，當這種線路中的整流元件為可控元件時，若一組整流器換向時，其余各支路整流元件的陽極電壓均下降為元件的正向壓降。這樣，各整流支路就會發(fā)生逐個換向的現象，造成各支路

9、輸出平均電壓不相等，電動機特性差異增加。為克服上述缺點可采用圖22-3(b)所示的變壓器二次側獨立繞組式供電線路，這種線路還使變壓器二次側繞組中的電流減小，但卻使變壓器繞組增加了許多，繞組間還有絕緣方面的要求。 三、磁場削弱方式 磁場削弱的方式有改變勵磁繞組匝數的勵磁繞組分段法、勵磁繞組串-并聯轉換法和改變勵磁電流的電阻分路法及晶閘管分路法四種方式，其中常用的是后兩種。 電阻分路法是在勵磁繞組旁并聯電阻使流過勵磁繞組中的電流減小，達到磁場削弱的目的，通常用兩個電阻實現三級磁場削弱。晶閘管分路法是在勵磁繞組旁并聯晶閘管，對牽引電動機的勵磁電流根據要求的β值進行旁路，從而達到削弱磁場的目。晶

10、閘管分路加上相控調壓可以實現機車的全無級調速。 四、電氣制動方式 電氣制動方式有電阻制動和再生制動。目前，大功率電力機車都配備有電氣制動。 電阻制動線路如圖22-4所示，制動時一般將牽引電動機接為它勵，各牽引電機的電樞分別與制動電阻接成獨立回路，各牽引電機的勵磁繞組串聯后由一半控橋供電。電動機轉為發(fā)電機運行，電能消耗在制動電阻中。 圖22-4 電阻制動線路 圖22-5 加饋電阻制動線路 為了使電阻制動在低速區(qū)也獲得最大恒制動力特性，近年來在機車上又采用了加饋電阻制動方式，線路如圖22-5所示。從電路中可以看出，制動力是靠整流橋相控輸出整流電壓Ud，對制動電

11、路實施電流加饋，以維持制動電流不變(I=（Ud+E）/R)，實現恒制動力特性。 采用再生制動時，牽引電機勵磁電路與電阻制動時相同，所不同的是電樞回路，如圖22-6所示，牽引電機作為發(fā)電機運行，變流器此時作為逆變器，將發(fā)電機的電能反饋到接觸網中去。變流器必須采用全控整流線路或中抽式可控整流線路才能實現逆變要求。此外，在牽引電機電樞回路中還應串再生穩(wěn)定電阻Rw。 圖22-6 再生制動線路 五、牽引電動機型式及聯結方式 牽引電動機型式主要有串勵牽引電動機和復勵牽引電動機。為更好的利用機車的粘著力，一般采用全并聯的聯結方式。 六、檢測及保護方式 為使機車乘務人員隨時了解機車的運行狀

12、態(tài)，掌握牽引電動機的工作情況，機車通常設有各種檢測電路。機車主線路的交流側通過電流、電壓互感器對接觸網電壓、一次側電流進行檢測，牽引電機電流的檢測方式是用直流電流傳感器檢測牽引電機的電樞電流和勵磁電流（電氣制動狀態(tài)），檢測的電流信號接到安裝在司機臺的電流表上，直接向司機指示牽引電動機電流。電壓的檢測是用直流電壓傳感器，檢測獲得電壓信號后接到安裝在司機臺的電壓表上，直接向司機指示牽引電機電壓。 為了保證電力機車可靠運行，在機車的電氣線路中必須設置一系列的保護，使機車線路在發(fā)生故障時迅速切斷相應電路，避免機車電氣設備遭到損壞，或防止故障進一步擴大。當機車故障不能及時排除時，還應能夠方便地組成故障

13、線路，使機車能在故障情況下維持運行。 根據機車故障現象的不同性質，線路中的保護一般分為過流保護（包括短路和過載保護）、接地保護、過電壓保護、欠電壓保護及其它一些特殊保護。保護的方式則根據故障對機車線路、電氣設備及對列車運行的影響大小而不同，有切斷機車的總電源，或切斷故障線路的電源，也可以僅給司乘人員以某種信號引起注意，還可以在故障發(fā)生后自動予以調整。 1．過流保護 過電流是指電氣設備過載、設備及線路短路引起的電流劇增。過電流容易造成電氣設備的絕緣老化，設備燒損嚴重的引起失火。機車上通常用斷路器、過載繼電器、自動開關和熔斷器進行過電流保護。 電力機車的短路保護一般采用高速自動開關或主斷路

14、器。在整流器機車上，變壓器的一次側設有過流保護繼電器，當變壓器一次側或二次側發(fā)生短路時，均引起變壓器一次側電流劇增，超過保護繼電器動作值而使其動作時，使主斷路器跳閘。 牽引電動機的過載保護多采用電磁式過載繼電器。牽引電動機回路中的母線穿過繼電器鐵心，當牽引電動機過載電流超過繼電器動作值時，繼電器動作，引起主斷路器跳閘。對于相控機車，用直流互感器檢測牽引電動機電流，并把過載信號送入牽引過載繼電器，此時不僅要切斷機車總電源，同時還要封鎖電子觸發(fā)線路。 電氣制動時的牽引電動機過載也可用過載繼電器，但一般不切斷機車總電源，而只切斷勵磁回路電源，同時封鎖相應的電子觸發(fā)線路。 輔助線路的過電流保護有

15、兩種保護方式，一種是通過過流繼電器切斷機車總電源，另一種是切斷輔助線路電源，后者對機車運行有利，但須增設一斷路器。 對于控制線路及其它部件（如：電爐、電熱玻璃等）的過載一般采用熔斷器、自動開關等進行保護。 2．接地保護 機車上電氣設備或電氣線路因絕緣破壞、飛弧或其他意外情況，使帶電導體與金屬部分接觸即為接地。根據接地點是否穩(wěn)定分為“死接地”和“活接地”，與車體鋼結構直接接觸的為“死接地”；裸露導線部分通過空氣對鋼結構放電或通過絕緣物表面對鋼結構爬電的為“活接地”。接地將導致短路故障而燒損設備或導線，因此在電力機車的主線路和輔助線路必要時控制線路中必須設有接地保護。主要的接地保護手段是采用

16、接地繼電器。 圖22-7 接地保護裝置原理 接地保護裝置如圖22-7所示。圖中J為接地繼電器，正常運行時，繼電器J中不通過電流而處于釋放狀態(tài)。當主線路任一點接地時，直流電源E可通過J與線路中接地點構成回路，使接地繼電器動作。這種保護裝置消除了保護“死區(qū)”，保證了接地保護的可靠性。由于主線路對地電位處于浮動狀態(tài)，在回路與地（車體）之間具有潛布的電容電流，該電流經過接地繼電器有可能造成繼電器的誤動作。為了防止這種現象發(fā)生，在接地繼電器線圈兩端并聯一電阻R1，使部分電容電流通過電阻，減小了接地繼電器中的電容電流，使其不致誤動作。此外，該電阻還可在線路發(fā)生接地的瞬間，避免過電壓對接地繼電器本

17、身的危害。 發(fā)生接地故障后，如運行途中不能及時處理而需要維持機車運行時，在確認只有一點接地時，可以用故障轉換開關將接地繼電器切除，在圖22-7中，將轉換開關由1位轉至2位，將主線路經由一大電阻R接地，維持機車運行。 3．過電壓保護 過電壓是指對電氣設備絕緣有危險的電壓升高，它是由系統的電磁能量發(fā)生瞬間突變所引起的，對電力機車的電氣設備會造成嚴重損害，如使絕緣擊穿、電機環(huán)火等。過電壓主要有兩種，一種是大氣過電壓（外部過電壓）它是由外部直擊雷或雷電感應突然加到機車上引起的；另一種是操作過電壓（內部過電壓），由于線路本身的變化產生，如切斷感性回路、整流裝置換相或故障等引起的機車內部電磁能量的振

18、蕩、積聚、釋放。這兩種過電壓產生時，電壓增長速度很快，以沖擊波形式出現，因而一般不用帶有傳動件的電器保護。 為防止大氣過電壓帶來的危害，一般在機車頂部裝有放電間隙或避雷器，如圖22-8所示。當大氣過電壓襲擊時，若電壓大于放電間隙的擊穿電壓，則放電 圖22-8 放電間隙 圖22-9 阻容吸收電路 間隙FDQ被擊穿成短路狀態(tài)直接接地，將過電壓的能量排泄掉，使過電壓不致進入機車內部。 對于低于放電間隙擊穿電壓的過電壓，則可以進入機車內部，雖然是變壓器和主斷路器所能承受的，但它可通過電磁感應和靜電感應進入變壓器二次側，仍能損壞機車內部的其它電氣設備。另外，機車操作

19、過電壓對電氣設備也有損害。因此對這兩種過電壓的保護采用阻容吸收電路，如圖22-9所示。 阻容吸收電路是由電阻與電容串聯而成的支路構成，并接在變壓器二次側繞組處。電容元件具有端電壓不能躍變的特性，可抑制尖峰狀過電壓。為了避免電容與電感產生諧振現象，在保護電路中串入阻尼電阻，待過電壓消失后，電容再通過串聯的電阻構成放電回路而緩慢放電。 除上述兩種過電壓外，運行中還會出現緩慢增加的過電壓，如由于網壓的波動有時會使牽引電動機的電壓超出額定電壓。再如機車在電氣制動時，牽引電機作為發(fā)電機運行的發(fā)電電壓也會由于各種原因超過額定電壓（如：運行速度較高、勵磁電流較大等）。但是，這種過電壓由于增長得比較緩慢，

20、且幅值不是太大，因而危害也小些，不需要專設保護裝置，僅靠儀表監(jiān)視或給司機以某種信號（如：裝設過壓音響信號），引起司機注意，通過操作來消除。 4．欠電壓保護 欠電壓的產生是由于接觸網的電壓過低或者突然失壓，當接觸網電壓過低時，使機車不能以正常功率運行，輔助機組不能正常工作，在再生制動時很容易使逆變失控，接觸網電壓消失時，機車當然要停止運行，但如果電壓又突然恢復，會造成電氣及機械上很大的沖擊，這是不能允許的，因而也必須進行保護。 在整流器機車上，一般在變壓器的輔助繞組上裝設欠電壓繼電器或電子裝置，當電壓低于某一數值時，通過欠電壓繼電器或電子裝置都能使主斷路器跳閘保護。在機車運行過程中受電弓短

21、暫離線會使機車失壓，這種情況是允許的，因此，欠電壓繼電器應有適當的延時。 5．其它保護 除了以上介紹的幾種保護以外，在電力機車上還有一些其它的保護，如防空轉保護、再生制動時的特殊保護，以及油流、風速監(jiān)視等。 大功率的貨運電力機車在牽引狀態(tài)下運行時，容易發(fā)生空轉現象。當發(fā)生空轉后，粘著條件被破壞，造成牽引力喪失，牽引電動機轉速劇增，易造成轉子綁線甩開、絕緣損壞形成“掃膛”等。同時空轉也會增加機車輪箍的磨耗，因而在機車上應設有防空轉保護。防空轉保護的方法有很多種，一般取牽引電動機的電流、電壓或速度作為信號，將各電機信號進行比較，規(guī)定一差值限度，當電機之間的差值超過這一差值限度時，即視為牽引電

22、動機發(fā)生了空轉，這時可通過電子裝置自動降低牽引電動機的電壓，以減小機車牽引力，使之恢復到粘著條件之內。也有的機車在發(fā)生空轉時通過保護裝置使機車動輪自動地小量上閘來制止空轉。對于防空轉來說，目前大量的保護裝置都是在機車發(fā)生了空轉現象后，采取措施迅速地阻止其發(fā)展而恢復粘著狀態(tài)。比較理想的保護方法應該是空轉即將發(fā)生時，將其滑動過程（即空轉意識）測出，從而防止空轉發(fā)生。先進的防空轉保護是利用儀器對車軸的振動進行測量，由于一個輪對的兩個輪子的粘著情況是不同的，當空轉發(fā)生時，必然是其中的一個輪子首先失去粘著力，這樣就在車軸內形成一種特有的振動，用一種儀器將此時的振動測出之后，以此作為控制信號來對機車進行自

23、動調整，這樣可以更有效地防止空轉發(fā)生。 對于在進行再生制動，其保護原則與牽引時有很大的區(qū)別，整流器電力機車在再生制動時，如果電網電壓突然消失，即變壓器二次側繞組電勢消失，相當于發(fā)電機的負載消失而造成失壓短路。因此這種機車除對受電弓的性能要求較高，再生制動工況實施雙弓運行外，還可利用高速開關切斷發(fā)電機電路。 機車上的變壓器、牽引電動機、整流機組、平波電抗器等都用油冷、風冷等強迫冷卻，因而對它們的冷卻系統要有監(jiān)視，以防在冷卻系統不正常時使電氣設備因過熱損壞。一般采用油流繼電器和風速繼電器進行監(jiān)視，一旦冷卻系統故障，通過油流和風速繼電器的聯鎖切斷相應的回路或引起降級。但這類保護應有一定的延時，以

24、免因冷卻系統瞬時故障影響機車的正常運行。 第三節(jié) SS8型電力機車主線路分析 為便于理解機車電氣線路，約定在機車電氣線路原理圖中，所有開關和觸頭表示兩位置開關在機車工端向前牽引位；按鍵開關在斷開位；繼電器、接觸器、電空閥在無電釋放；行程開關、刀開關觸頭和聯鎖觸頭在運行位：主斷路器聯鎖觸頭在主斷路器的斷開位。 SS8型電力機車的主電路如附圖一所以示，主電路的線號為100～199號。機車主電路從六個方面考查其特點： 1、主傳動形式：采用傳統的交-直傳動型式和串勵式脈流牽引電動機。 2、牽引電動機供電方式：采用轉向架獨立供電方式即每臺轉向架外兩臺并聯的牽引電動機，由一組整流器供電。當

25、一組整流器損壞時，能保留1/2牽引力。 3、整流調壓電路：采用三段不等分順控橋控制，平滑調節(jié)整流電壓，這樣可使機車功率平滑變化，機車功率因數較高，諧波電流降低。采用單相半控橋式全波整流。為改善牽引電機換向性能，在機車主電路中設有平波電抗器，在牽引電動機勵磁繞組兩端并聯了固定分路電阻。 4、電制動方式：采用加饋電阻制動，可使機車速度低至12km/h時，仍保持最大制動力136kN。 5、磁削方式：采用晶閘管分路的無級磁場削弱，以改善列車高速運行時的平穩(wěn)性。在速度0~170km/h范圍內，牽引力可平滑調節(jié)。 6、檢測保護：直流電流與直流電壓的測量采用霍爾元件制成的傳感器，交流電壓與電流的測

26、量采用交流互感器，達到高壓電路和低壓電路的隔離，以利司機安全，并且使控制、測量、保護一體化，提高了系統的控制精度。 （1）網側高壓電路（25kv電路） 網側高壓電路的主要功能是由接觸網取得電能。主要設備有，高壓部分：受電弓1～2AP、空氣斷路器QF、高壓電壓互感器1TV、高壓電流互感器1TA、避雷器F、主變壓器TM的高壓繞組AX；低壓部分：電流互感器2TA，網壓表1PV、2PV，電度表PJ，自動開關QA，接地電刷1E～4E，變壓器3T。 網側電流從接觸網流入升起的受電弓，主斷路器QF→主變壓器一次側AX繞組→車體→車體與轉向架軟連線→接地電刷1E～4E→輪對→鋼軌。 低壓部分主要用于檢

27、測機車網壓，提供電度表用的電壓信號。變壓器3T為微機提供同步電壓信號。 （2）整流調壓電路 機車性能與整流電路的選擇有很大關系，從供電性能來說，機車主要有兩個指標，一個是功率因數和諧波電流；另一個是機車的效率和節(jié)能。為了提高機車的功率因數，減少諧波電流，目前晶閘管相控機車主電路結構上廣為采用多段橋，SS8型采用的是三段不等分橋整流調壓電路。 SS8型電力機車的調壓整流電路分為兩個獨立的相同單元，分別向相應的轉向架供電?，F以其中一個調壓供電單元為例，說明其調壓過程。圖22-10為1端轉向架單元的整流調壓簡化電路。 網側高壓繞組AX的25kV電壓經主變壓器TM降壓至次邊繞組a1-bl-x1

28、、a2-x2，其中a1-bl-x1段分為兩段a1-b1/b1-x1電壓分別為343.4V，a2-x2電壓為686.8V，構成三段不等分電壓，與相應的整流橋式電路構成三段不等分整流半控橋。調壓原理分析如下： 第一段：繞組a2-x2工作，移相T5、T6、D2D1、D6D3、D5D4 提供電流通道。 電流路徑：在電源正半周時，電流由牽引繞組a2+→平波電抗器1L→牽引電動機電樞→勵磁繞組→導線3→D6→T6→X2- 。在電源負半周時，電流由牽引繞組X2+→T5→D2D5→導線1→平波電抗器1L→牽引電動機電樞→勵磁繞組→導線3 →D5→D4→a2-。整流輸出電壓： Ud1=0.9 α=π→0

29、時，Ud1=0→Ud，波形見圖22-10（a） 第二段：T5、T6滿開放時，投入繞組a1-b1段，移相T1、T3。電流路徑在電源正半周時，電流由a1+→導線1→負載→導線3→D6→T6→x2a2→D3→T3→導線81→b1-。電源負半周時，與上述不同的是T1、D2導電，T3、D1截止。整流輸出電壓： Ud2=Ud1max+0.9Ua1b1=0.9Ua2x2+0.9Ua1b1 當α=π→0時，Ud2=Ud→Ud，波形見圖22-10（b）。 第三段：在第二段a1－b1繞組將滿開放時，投入b1－x1繞組，移相T2、T4。電流路徑在電源正半周時，電流由a1+→D1→導線1→負載→導線3→D6→

30、T6→a2x2→D3→T4→x1。電源負半周時，與上述不同的是D2、T2導電，D1、T4截止。整流輸出電壓： Ud3=Ud2max+0.9Ua1b1=0.9Ua2x2+0.9Ub1X1+0.9Ua1b1 當α=π→0時，Ud3=Ud→Ud，波形見圖22-10（c） 由于受牽引電動機允許的最高電壓值（1.1UN＝1100V）限制，半控橋通過維持先開放的整流橋滿開放，調節(jié)最后一段的移相電壓，以滿足總的整流電壓不超過電壓限制值的要求。SS8型電力機車采用二級限壓，當電機端電壓達到1030V時，開始第一次限壓，此時電機電樞電流開始下降第二次限壓，限壓值為1100V，1030～1100 V之間隨電

31、流下降電壓線性增加。當電機電壓達到1100V后，可以進行磁場削弱。 當機車進行整流橋的空載試驗時，負載電阻19R并聯在導線1、3之間。電阻中流過的電流應大于晶閘管的維持電流。 圖22-10 SS8型電力機車整流調壓簡化電路及波形圖 （3）磁場削弱電路 當電機電壓達限制值后，還要繼續(xù)升速時，可通過磁場削弱進行調速。SS8型機車采用晶閘管分路，來實現從滿磁場到最深削弱磁場叩（βmin＝43％）的連續(xù)平滑控制，以改善高速區(qū)的牽引性能。 無級磁削的電路，也是與主整流器一樣，以轉向架分為兩個相同而獨立部分，現以前轉向架部分（見主電路原理圖105-106）為例，其組成是從電機電樞和勵磁繞組

32、的連接點15和25分別到第一段橋的二個橋臂中點18和19，串入二對磁場分路晶閘管?，F以牽引電機1M為例來說明無級磁削（磁場分路）的工作原理。圖22-11為其調節(jié)原理圖及元件導通圖。分析中假定為理想整流器和平波電抗器電感量足夠大。 圖22-11 SS8型半控橋電路及無級磁削電路原理圖 圖①②為滿磁場的工作情況，這時與分路晶閘管聯接的整流橋D3、D6D6、D5D4、T5 處于滿開放輸出狀態(tài)（該半控橋為三段不等分半控橋的第一段整流橋），此時晶管T9、T10不參與工作。在電源正半周時（圖①）：D3、D6、T6導通，電流路徑為： a2+→D3→1/2Ud→L1→1M電樞→15→D11 D21

33、（1R）→D6→T6→x2-。 在電源負半周時（圖②）：D5、D4、T5導通，電流路徑為： x2+→T3→1/2Ud→L1→1M電樞→15→D11D21（1R）→D5→T4→a2-。 輸出的整流全波電壓施加于平波電抗器L1、電機電樞和勵磁繞組D11D21及固定分路電阻1R上。 圖③④為分路晶閘T9、T10工作狀態(tài)。在電源正半周時（圖③），D3D6T6與電機電樞構成電流通路；當ωt=α時，觸發(fā)T10，因T10加有正向壓降，其值等于勵磁繞組上的壓降，故當T10觸發(fā)導通時，D6受反向電壓作用而迅速截止。在ωt=α～π之間，T10一直導通，導通角θ＝л-α，這時電樞回路電流路徑為： a2+→

34、D3→1/2Ud→L1→1M電樞→15→T10→T6→x2-。 即不經過勵磁繞組D11D21和固定分路電阻1R。那么此時勵磁電流iF僅靠勵磁繞組電感儲存的電能釋放，經分路電阻1R來維持繼續(xù)流動，并按指數曲線下降。 當ωt=α時，T6D6截止使T10中的電流降到維持電流以下而截止，同時T5觸發(fā)導通，進入電源負半波，相當于④的工況。侍到當ωt=π＋α時，給T9觸發(fā)脈沖而導通．在ωt=(π＋α)～2π之間，D5受反壓截止，使勵磁繞組D11D21與固定分路電阻1R自成續(xù)流。SS8型機車用晶閘管分路，可以實現從滿磁場到最深削弱磁場（βmin＝43％）的連續(xù)平滑調節(jié)，不僅改善了工作性能，而且還節(jié)省了有

35、觸點開關和發(fā)熱元件，減少了線路連線，從而減少了維修量；提高了可靠性。 （4）負載電路 1.牽引電路 主電路牽引工況時的簡化電路見圖22-12。 由于SS8型采用轉向架獨立供電方式，故第一轉向架的1M和2M牽引電動機并聯，由主整流器1V供電；第二轉向架上的3M和4M牽引電動機并聯，由主整流器2V供電，兩組電路完全相同獨立。 牽引支路的電流路徑是：正極母線1或2→平波電抗器1L~4L→線路接觸器IKM～4KM→電樞→電流傳感器1SC~4SC→兩位置轉換開關工況鼓1～2QPR→兩位置轉換開關反向器1～2

36、QPV→勵磁繞組和固定分路電阻1R～4R→反向器1～2QPV→電流傳感器5SC～8SC→牽引電機故障隔離開關1QS～4QS→工況鼓1～2QPR→負極母線3或4。 圖22-12 SS8型電力機車主電路牽引工況簡化電路 同一轉向架上兩臺牽引電機為背向布置，以換向器端為基準，其相對旋轉方向應相反。各牽引電機的電樞與主極繞組的相對接線方式是： 1M A11B21-D11D21 2M A12B22-D22D12 3M A13B23-D13D23 4M A14B24-D24D14 因此兩位置轉換開關的反向器均在

37、"前"位。 機車利用庫用電源入庫動車或進行電機轉向試驗及旋輪時，通過主電路庫用插座1XS或2XS，將庫用轉換開關7QS或8QS從運行位轉向庫用位，使庫用電源分別與2M或3M、電機的正、負兩端連接，人工扳好兩位置轉換開關在相應位置，合上隔離開關2QS或3QS，就可用2M或3M庫內動車。若前轉向架2M處于故障狀態(tài)需庫內動車時，可借助線路接觸器2KM使1M的線路接觸器1KM閉合來實現。庫用電源為直流，采用正線輸入，負線接地（車體），再經鋼軌回流，見附圖一的108、109-A、B區(qū)。 庫用開關7QS～8QS為雙刀雙擲開關，一刀接地，一刀接庫用插座正極。它有兩個位置，當在運行位時，其主刀與主電路隔離

38、，輔助聯鎖接通受電弓電空閥，可以升弓；置庫用位時，不能升弓，其主刀將庫用插座的庫用電源分別接在牽引電機正、負端。 2.制動電路 SS8型機車采用加饋電阻制動，在電制動時，各勵磁繞組串聯后由勵磁電源供電，電樞電路除串有制動電阻外，還串入一段整流電源，簡化電路如圖22-13。 圖22-13 SS8型電力機車加饋電阻制動簡化電路 電制動時，位置轉換開關1QPR～2QPR轉換至制動位，將牽引電機的電樞和勵磁繞組隔開，接成它勵發(fā)電機電路。此時1M～4M的勵磁繞組全部串聯，聯接順序為1M→2M→4M→3M，經勵磁接觸器5KM，與由第一段半控橋（D3、D5D4、D6T6、T5）、勵磁繞組a5x

39、5、接觸器6KM組成的勵磁電源相聯，構成它勵狀態(tài)。電樞電路中串入制動電阻5～8R，然后與牽引繞組a1-b1-x1,a3-b3-x3及其對應的整流橋組成制動加饋電路。加饋電阻制動分為兩個速度控制區(qū)： （a）高速區(qū) 在高速區(qū)，由于電機電勢很高，足以維護一定的制動電流，所以無需加饋電源參與工作，主整流器僅起續(xù)流作用，晶閘管處于封鎖狀態(tài)。制動電流電路如下： 牽引電機電樞繞組發(fā)電正端→5～8R制動電阻→主整流器二極管→平波電抗器1～4L→線路觸器1KM～4KM→牽引電機電樞繞組發(fā)電負端。 在速度高于72km/h時，隨著速度增加，必須減少勵磁電流值，以保證制動電流不超過規(guī)定值。在速度為72km/h

40、，勵磁電流達到最大值970A。此時制動力的調節(jié)是通過調節(jié)發(fā)電機勵磁來實現的，原理公式為： Iz=== （b）加饋區(qū) 在加饋區(qū)，勵磁電流調節(jié)已達到最大值（970A）的限制值，而這以后發(fā)電機由于機車速度低，其發(fā)電機電勢Ef隨速度下降而減小，制動電流無法維持不變，而在低速區(qū)要獲得最大恒制動力特性，則必須保持最大的制動電流，因此，只能依靠主整流橋D1D2T2T4與繞組a1x1（以前架為例）組成的直流加饋電源Uj，對制動電路實施電流加饋，以維持制動電流不變。此時制動力的調節(jié)是通過調節(jié)主整流橋的觸發(fā)角α來實現的，原理公式為： α=π→0 即相當于牽引電機電勢串聯一個整流電壓，整流電壓隨相

41、控角變化而自動變化，以保證達到最大制動電流。加饋時繞組a1b1x1全電壓投入工作，不做兩段橋運行。 牽引電機的勵磁回路在電制動時四臺電機的勵磁繞組全部串聯起來由勵磁半控橋供電，其工作電路如下： ①主變壓器勵磁繞組端子X5為正時： X5＋→6KM勵磁電源接觸器→導線20→D3→導線5→1QPR1→ 1QS→D21D11→1QPR2→ 2QS→D12D22→2QPR2→ 4QS→D14D24→2QPR1→ 3QS→D23D13→5KM勵磁接觸器→導線3→D6→T6→a5

42、- ②主變壓器勵磁繞組端子a5為正時：a5＋→T5→導線5→1PQR1→ 1QS→D21D11→1PQR2→ 2QS→D12D22→2QPR2→ 4QS→D14D24→1QPR1→ 3QS→D23D13→5kM勵磁接觸器→導線3→D5→D4→導線20→6KM勵磁電源接觸器→x5- 從機車主電路可以看出，它勵磁組D21D11、D23D13與D12D22、D14D24的接線相反，同樣亦是因電機背向布置安裝方式不同所致。 比較圖22-12和圖22-11主電路中電機勵磁電流、電樞電流的方向不難看出，電樞回路因串有整流

43、器因此兩種工況下電樞電流方向相同，制動時勵磁電流方向應與牽引時相反（由兩位置轉換開關的工況鼓保證），以改變電機電勢的方向產生制動轉矩。 （5）保護電路 SS8型機車主電路保護有短路保護、過載保護、過電壓保護及接地保護四個方面。 1.短路保護 短路保護器件為網側主斷路器。主電路的短路有網側過流，這種故障往往是車內25KV高壓電路的對地短路，包括主變壓器高壓繞組的擊穿，導電桿的對地短路等，但車頂設備對地短路需由牽引變電所的油開關跳閘進行保護，不屬于機車內部保護。整流器側短路（二次側短路）：包括牽引繞組短路、整流元件擊穿形成的內短路、整流器母線間的短路、硅元件擊穿的短路。 2.牽引電機過載

44、保護 包括牽引工況下電機的過載和環(huán)火，制動工況下電機過載及環(huán)火，勵磁過載。短路及過載保護值見表22-1。 表22-1　SS8型機車主電路過載電流整定參數及保護器件 3.小齒輪“馳緩”的保護 當傳動小齒輪與傳動軸間“馳緩”即打滑時，牽弓電動機處于空載，轉速飛速上升，其時電樞電流迅速減小，其表現與輪對空轉相似。但對空轉來說，減載后可以恢復，而“弛緩”則不能恢復，還將繼續(xù)空轉，從而形成電樞“掃膛”。對“馳緩”的保護是通過電機電樞電流的檢測，當同一轉向架上電機電流相差30％，防空轉裝置作用后5秒仍不起作用，這時中間繼電器22KA動作，斷開主斷路器。 4.過電壓保護 過電壓形成于雷擊過電

45、壓或操作過電壓、整流元件的換相過電壓。主要保護形式有（自側網起）： （a）避雷器F：接于主斷路器之后，為金屬氧化物避雷器，主要用于防止主斷分、合過程中的操作過電壓，也用于機車運行中的雷擊過電壓。標準沖擊波電壓　90K發(fā)，工頻放電電壓65KV。 （b）阻容保護：在牽引繞組側設有RC網絡吸收器1整流裝置中的RC網絡吸收器1～4C，11～14R。 （c）壓敏電阻：在牽引繞組兩端還關聯有壓敏電阻1～4RV。2、3兩種措施抑制牽引繞組側的過電壓，可將過電壓限制在牽引繞組電壓的二倍以下。整流裝置中的RC網絡吸收器用以限制整流元件換相過程中產生的過電壓，保護整流元件本身。 （d）電子裝置的過壓保護（

46、電機限壓保護）：牽引電機電壓由微機柜限壓環(huán)節(jié)進行限制，分二級限壓，一級限壓1030V，二級限壓1100V5％。 5.接地保護 牽引工況時，接地保護按“轉向架單元”設置，除網側電路外，主電路中任一點接地，接地繼電器均能動作，無“死區(qū)”。制動工況時，接地保護裝置也是分區(qū)設置，I端接地保護除保護I端轉向架的電機電樞電路外，還保護四臺電機的勵磁電路。II端的接地保護僅保護II端轉向架的電樞電路。主接地故障時，通過1KE、2KE使主斷QF分閘保護。 6.機車安全聯鎖 機車安全聯鎖的作用是無論機車在運行中還是在檢修中都能確保作業(yè)人員的安全。一、只有確保機車在停電狀態(tài)下，作業(yè)人員才能開啟危及人身安全

47、的各個屏柜門進行作業(yè)，二、只有在確保危及人身安全的各個屏柜門完全鎖定狀態(tài)下，并且在機車得電后屏柜門再不能開啟，機車才能投入運行。機車安全聯鎖由兩部分構成：屏柜鎖和控制裝置，也稱鑰匙箱。 （1）屏柜鎖： ①不帶鑰匙（無鎖芯）的屏柜鎖。安裝在不危及人身安全的屏柜上，其操作順序是開門：按下定位按鈕，將執(zhí)手逆時針旋轉90度，此時定位按鈕松執(zhí)手被鎖定在“1”位，門可開啟。關門：按下定位按鈕，將執(zhí)手順時針旋轉90度（即與開門相反）即可。 ②帶鑰匙（有鎖芯）的屏柜鎖。安裝在危及人身安全的屏柜上，其操作順序為開門：從控制裝置面板上取出鑰匙插入鎖芯順時針旋轉90度，執(zhí)手解鎖，然后再將執(zhí)手逆時針旋轉

48、90度，執(zhí)手鎖定，鑰匙不能取出。關門的順序相反。 （b）控制裝置(圖22-14) 控制裝置的正面有同時放置八片同類型屏柜鎖鑰匙及插孔，機車電鑰匙插孔，換向手柄插孔。背面有進、出風口和控制電源110V接口。內部有電磁閥YV及二位三通旋轉閥。 （c）司機欲開啟和柜門，首先斷開司機臺機車電鑰匙并取出，此時電磁閥YV失電切斷風源，控制裝置上司機鑰匙插孔露出。將機車電鑰匙插孔內推動至閉合位“1”位，使換向手柄被鎖定。 安全聯鎖裝置閉鎖，同時機車電鑰匙被鎖定，司機將屏柜鑰匙逆時針90度即可取出去開啟各柜門，而此時換向手柄被鎖定。安全聯鎖裝置閉鎖的操作順序按上面的逆順序進行。 （6）測量電路 S

49、S8 型主電路測量包括網壓、電機電壓、直流電流、勵磁電流、網側牽引電力等五部分。 （a）網壓測量 信號的測量用高壓電壓互感器1TV，經變壓微機柜作為網側電壓信號。指示用交流電壓表達1PV～2PV,該表為雙針表，一根針顯示網壓，實際刻度0～40KV在19KV、29KV處有紅色標線，另一根針顯示輔助電路電壓，實際刻度0～600V，直接接至輔助電路。 （b）電機電流測量 圖22-14 SS8型電力機車安全聯鎖裝置 采用勵磁電流傳感器1～8SC作測量元件。分別測量1M～4M電機的電樞電流和勵磁電流，將測量信號送入微機柜放大后送至司機室上的電流表1～8PA，依次顯示電樞電流和

50、勵磁電流，該電流表為雙針表。 （c）電機電壓測量 測量元件采用1～4SV傳感器，接在1M～4M的電樞兩端，且上端接在線路接觸器1KM～4KM的下端，以便當電機1M～4M發(fā)生故障時能完全甩掉牽引電機。測量信號送入微機柜放大后送至電壓表3～6PV。直流傳感器的電壓和電流信號，不但作為顯示信號，還作為自動調節(jié)系統的控制信號。 （d）網側電力測量 使用DJ6型電力機車交流電度表PJ，規(guī)格為額定電壓100V、額定電流1A。電壓信號由高壓電壓互感器（1TV）次級線圈輸出，電流信號由低壓電流互感器（2TA）輸出。該電度表刻度已考慮互感器變化，將指示數乘以100即為實際電度數。 電力機車布線圖讀識基

51、礎 以上我們從機車主電路中了解到，機車上所有電氣設備都是靠連接導線將其連接成一個獨立的電系統，如主電路就是由受電弓、主斷路器、主變壓器等設備及其連接導線組成的一個電系統。那么連接導線在機車上走線、布置和固定的方式及電氣設備之間連接的方式就是布線圈或接線既 機車上電氣設備有成百上千個，連接導線則是更多，例如僅主電路就有線號不重復的導線199根，加上在機車不同位置上固定的相同線號的導線，主電路的導線就更多了。為了更方獲直接地標明、表示導線的連接，機車上的布線圖也分為主電路布線、輔助電路布線、控制走路布線等，如附圖九即為SS8型電力機車主、輔電路布線圖。由于機車上大部分電器及龜氣部件都是集中安裝

52、在電氣柜、空氣柜中，因此各電氣柜也有布線圖。如附圖七1號高壓柜、附圖八Ｉ號低壓布線圖均為城型電力機車電氣柜布線圖。 布線圖無論對制造、檢修人員還是司乘人員都是非常有用的。對制造人員而言，布線圖是機車上導線安裝、固定、接線的標準，必須嚴格按標準布置導線，這樣才不會錯接、漏接導線，避免人為故障；對檢修人員而言，從布線圖上可以很方便地查出哪根導線或電器接在什么位置，怎么接線的，易于準確快捷檢修電路、排除故障。對司乘人員而言，布線圖結合電路圖可以使司機很快查出故障部位并做出應急處理，因此讀識機車布線圖是一項基本功。下面我們以城型電力機 車為例進行介紹。 對布線圖的約定： 1.各電器聯鎖觸頭常開

53、、常閉狀態(tài)相應于： （1）各接觸器、繼電器在無電釋放狀態(tài)； （2）位置轉換開關在Ｆ（向前）、Ｔ（牽引）位； （3）故障隔離開關運行位。 2.布線圖中導線分高壓、低壓分別綁扎。 3.各導線線徑代號根據機型不同而含義不同。如SS8型電力機車各線徑代號含義見附圖七中的技術要求。 4.布線圖上導線有線號、電器有代號、各開關有位置標記。 5.ST表示接線排，如 22XT4表示第22號接線排第 4排接線柱。 XP表示插座，如 14XP表示第14個插座。 XS表示插頭，如32XS表示第32號插頭，該插頭每根插針所接導線及針數，從插頭的布線圖中可以清楚地顯示出來。從附圖七中可以看出，32XS

54、為20芯插頭，3組懸空。 6.為擴大導線客量，有時導線需若干根并聯使用，此時布線圖上也應標明，如 D112，表示D11線由兩根并聯使用。 7.同一線號的導線需分別接到不同位置時，則需要多少根導線，就在其線號后乘以總根數，如34表示3號線有4根。 8.電器接線，用英文小寫字母表示線因引出線端子，用阿拉伯數字表示動靜聯鎖節(jié)點的引出線端子。如附圖七中1YVR接線圖表明1YVR一個線圈共有 4組聯鎖節(jié)點，二常開二常閉，并且3、4號端子各自接有二根導線。 下面以附圖九為例說明＄型電力機車主電路布線圖讀識方法。該圖是從車頂俯視機車內部、下部主電路設備之間的連線及布置圖。由左及右分別為第１牽引電機電

55、樞繞組A11B21、勵磁繞組 D11D21均為 2根并聯，接到Ｉ號電器柜背面 B21、A11D11、D21處（同樣方法可找出第2、3、4牽引電機電樞繞組和勵磁繞組的接線方式）；ＩXS使用插頭引入91號線并與１號線相連；硅機組接線母排35、44分別接到2號電氣柜內，制動電阻柜出線端子共接有來自1號電器柜的29號、7號、14號導線。車內連線集中固定在機車走廊中。 Ⅰ、Ⅱ號高壓柜低壓布線圖讀識方法。該圖表示柜板前布圖。１號電器柜共有4個插頭插座 32XS、33XS、35XS、31XS，均為 20芯結構，線號為每根插針所接線號及線號所接的電器代號表示在括號中。雙劃線表示線束，其流向可以看出柜內接線全

56、部匯集在4個插座柜頭上與其它電氣部件連接。 總之，讀識布線圖比較簡單，它與電路圖結合起來，就能幫助你很快將抽象的原理圖與具體電氣部件。實物對應起來，起到一個由抽象到具體的轉變。 背景資料：　SS8型電力機車基本參數 工作電壓 額定值 25kv 最高值 29kv 最低值 20kv 電流制 單

57、相工頻交流 軸 式 B0- B0 總 重 88t% 軸 重 22t% 　 牽引工況：機車功率（持續(xù)制） 　　 3600kw 傳動比 77／31＝2.484 持續(xù)牽引力（kN）（半磨耗輪） 　126

58、 起動牽引力（kN）（半磨耗輪） 　210 持續(xù)速度（km/h) （半磨耗輪） 100 最高速度（km/h) 170 小時制功率因數 0.82 恒功率速度 1.68 電制動工況：制動方式 加饋電阻制動 制動功率（kw）

59、 2700(75-160km／h) 最大制動力（kN） 130（16-75km/h) 電機懸掛方式 架承式全懸掛 傳動方式 單邊直齒六連桿空心軸彈性傳動 牽引裝置 推挽式低位平牽引桿 停車制動 儲能制動器 基礎制動 203mm 3.5單元制動器。單側雙閘瓦（粉未冶金高摩閘瓦）、間隙自動調節(jié)。 小 結 電力機車的主電路是由各單元電路組合而成的，其中包括網側高壓電路、整流調壓電路、負載電路以及各種保護電路。衡

60、量機車主線路特點主要從六個方面進行即：整流調壓方式、供電方式、牽引電動機型式及聯結方式、電氣制動方式、磁削方式、檢測保護方式。電力機車的主電路的結構決定了電力機車的性能，對機車實施的自動控制主要是對主電路進行控制。 SS8型電力機車采用了三段不等分半控橋相控調壓，轉向架獨立供電，利用平波電抗器濾波，采用了晶閘管分路的無級磁場削弱，采用了加饋電阻制動。 復習思考題 1、電力機車的電路由哪幾部分組成？ 2、電力機車的主電路是如何構成的？ 3、電力機車的輔助電路是如何構成的？ 4、集中供電的優(yōu)點、缺點各是什么？ 5、.采用加饋電阻制動的優(yōu)點是什么？ 6、采用無級磁場削弱的優(yōu)點是什么？ 7、SS8型電力機車的主電路結構有哪些特點？ 8、SS8型電力機車有哪些檢測電路？