电力机车主电路

电力机车电路主电路一、机车电路的分类整流器电力机车的电气线路通常都由三部分组成，分别是主线路、辅助线路和控制线路。各种保护设在各线路之中，在电方面不独立存在。–主线路(或动力电路)，是产生机车牵引力和制动力的主体电路。又按电压级分为网侧高压电路、调压电路和牵引制动电路三级。–辅助电路是专向各辅助机械供电的电路，按电压等级可分为380V、220V两个部分。一、机车电路的分类–控制电路(含电子电路)是主令电路，司机通过主令电路发出指令来间接控制机车主电路及辅助电路，以完成各种工况的操作属低压电路。•机车的三大线路在电方面是相互独立的。它们之间通过电磁、机械或电空传动相联系。二、对机车主电路的基本要求•由于主线路是高压线路，因此在升弓带电情况下，要保证工作人员与高压带电部分离。•能快速接通与断开电路。•在网压波动的允许范围内能可靠地工作，具有一定的过载能力，对地有良好的绝缘。•能改变机车的运行方向，能进行起动和调速。•尽可能做到起动平稳、调速平滑、减少冲击。二、对机车主电路的基本要求•在故障情况下有维持运行的故障线路。•有充分的保护。•有电气制动的机车应能可靠地进行牵引-制动转换，并保证电气制动的电气稳定性和机械稳定性。•应有使机车入库的低压电源入库线路。三、电力机车主电路的组成•变压器一次侧线路。•变流调压电路。•负载电路。•保护线路。四、变流调压方式高压侧调压四、变流调压方式——低压侧调压四、变流调压方式——相控调压本章后续再详解五、供电方式及电机联结方式五、供电方式及电机联结方式六、磁场削弱方式磁场削弱的方式可以有励磁绕组分段法、励磁绕组串-并联转换法、磁场分路法及带感应分路的磁场分路法四种方式，其中常用的是后两种。七、电气制动方式1.电气制动方式有电阻制动和再生制动之分。八、牵引电动机型式及联结方式1.串励牵引电动机和复励牵引电动机2.一般采用全并联的联结方式。八、检测及保护方式•1、过流保护通常用断路器、过载继电器、自动开关和熔断器进行过电流保护。•2、接地保护•3、过电压保护•4、欠电压保护•5、其它保护防空转保护、再生制动的特殊保护、油流、风速监视等。SS9型机车原理图中所用代号的意义“AC”--司控器、控制器；“TA——电流互感器；“EL--灯；“QP”——转换开关；“KA”——中间继电器；“KE”——接地继电器；“KF”——压力继电器；“KM”——接触器；“KT”--时间继电器；“MA”——电动机；“PA”——电流表；“PV”——电压表；“QA”——自动开关；“QS”——隔离开关；“RS”——分流器；“SB”——按钮；“SA--扳键开关；“TC”——控制电源变压器；“SC--电流传感器；“SV”--电压传感器；“XS--插座；“RV——压敏电阻；“KC--过流继电器；“SD”——速度传感器。SS9型电力机车主电路的特点1．主传动型式——采用交一直传动和串励式脉流牵引电动机，调速特性控制简单。2．整流调压与磁场削弱——采用三段不等分半控整流桥无级调压，其中一段占1／2的整流电压，另两段占另1／2的整流电压。前者用于低速区，而后者用于高速区，以提高高速区的功率因素。机车采用晶闸管分路来达到无级磁场削弱，可提高列车高速运行时的平稳性。机车在整个调速区间内均是无级的。3．电制动方式——电制动采用加馈电阻制动，在低速区可以有较大的制动力。SS9型电力机车主电路的特点4．牵引电动机供电方式——采用转向架独立供电方式，即每台转向架有三台并联的牵引电动机，由一组整流器供电。优点是当一台转向架的整流电路故障时，可保持1／2的牵引能力，实现机车故障运行；前后两个转向架可进行各架轴重转移电气补偿，即对前转向架减荷后转向架增荷，以充分利用黏着，发挥最大牵引能力；实现以转向架供电为基础的电气系统单元化供电控制系统，装置简单。SS9型电力机车主电路的特点5．测量系统——直流电流和电压的测量均采用霍尔传感器，交流电流和电压的测量采用交流互感器，使高压电路与测量控制系统隔离，以利于司机安全，并且使控制、测量、保护一体化，同时提高了控制精度。6．保护系统——机车采用双接地保护，每一台转向架电气回路单元各接一台主接地继电器，以利于查找接地故障。SS9型电力机车网侧电路•网侧电路又称高压电路，在主变压器高压绕组AX的A侧为高压部分，主要设备有受电弓1-2AP、高压隔离开关17QS、18QS、真空断路器4QF、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、避雷器5F、主变压器的高压绕组AX。•低压部分有：电流互感器9TA、网压表103PV、104PV、电度表105PJ、自动开关102QA、接地碳刷110E～160E及变压器100TV。SS9型电力机车网侧电路网侧电流从接触网流入升起的受电弓，经主断路器4QF、高压隔离开关17QS(或lSQS)、主变压器的高压绕组(A—X)进人车体，通过车体与转向架的软连线、接地电刷110E—160E、轮对、钢轨，返回变电所。高压电压互感器6TV接在主断路器主触头之前，在其二次侧通过保护用自动开关102QA，接有安装于司机室内的网压表103PV、104PV，电度表105PJ的电压线圈。升起受电弓，就可判断接触网是否有电。在接地端X处，接有交流电流互感器9TA(300A／5A)，为电度表提供电流信号。SS9型电力机车网侧电路•在主断隔离开关与主阀之间接有避雷器5F，用于抑制操作过电压及运行时的雷击过电压。高压电流互感器7TA是原边电流的测量装置，其作用为原边的过流保护。高压隔离开关•17QS、18QS用于隔离故障受电弓。整流调压电路整流调压电路•整流调压电路分为两个独立的单元，分别向相应的转向架供电。•牵引绕组a1—b1—x1、a2—x2电压有效值均为686．8v，其中a1—b1、b1—x1为343．4v，与相应的整流器构成三段不等分整流桥。先开放由牵引绕组a2—x2供电的整流桥的晶闸管T5、T6，顺序移相，整流电压由零逐渐升至1/2Ud。整流电流由二极管D1、D2和D5、D6续流。在电源正半周时，电流由牵引绕组a2T5D2D1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线T2D5D4x2a2，当电源负半周时，电流由牵引绕组x2D3D2D1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D6T6a2x2。这时第二段桥的元件交替导电，第一段桥的整流管D1、D2起续流作用。整流调压电路•当晶闸管T5、T6将满开放，但还未满开放时，投入绕组a1—b1段的整流桥，触发T1、T3，而T5、T6继续维持满开放。当电源为正半周时，若在相控角a时触发T3，则电流由a1D1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D5D4x2a2T5T3b1a1。当电源为负半周时，则电流由A1T1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D6T6a2x2D3D2a1b1。与前面不同的是T1、D2导通，T3、D1截止。T1、T3顺序移相，整流电压在1/2Ud至3/4Ud之间调节。整流调压电路•当绕组a1—b1段整流桥将满开放时，投入绕组b1—xl段的整流桥，其过程与前类似。T2、T4顺序移相，整流电压在3/4Ud至Ud之间调节。•在整流器的输出端并联了电阻75R和76R，其电阻的作用有两个：一是机车高压空载做限压试验时，作整流器的负载，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。磁场削弱电路•当电机电压达到最高值后，要求机车继续加速时，就要进行磁场削弱。SS9型电力机车采用晶闸管无级分路，来实现从满磁场到最深削弱磁场的连续平滑控制，以改善高速区的牵引功能。•磁场无级削弱电路也是按转向架分为两个相同而独立的部分。以前转向架为例，从电枢和磁场绕组的连接点14、24、34分别到第二段桥的二个桥臂中点78和79，串入三对磁场分路晶闸管。磁场削弱电路磁场削弱电路•现以牵引电动机1M为例来说明磁场无级削弱的工作原理。如图3—3所示，①、②为满磁场的工作情况。这时与分路晶闸管联接的整流桥处于满开放输出状态，晶闸管Tll、T12不参与工作，正半波元件T5、D5、D4导通，负半波D3、D6、T6导通，与前述的情况相同。图3—3的③、④为磁场削弱晶闸管Tll、T12参与工作的情况。当电源正半周时，相当于③的工况。在T11未触发时，元件T5、D5、D4处于导通状态；在某一时刻触发晶闸管Tll，因T11加有正向压降，其值等于励磁绕组上的压降，D5受反向电压作用而迅速截止，电枢电流经Tll、D4构成回路，此时流过励磁绕组的电流被分流，励磁电流仅靠励磁绕组电感储存的电能释放来维持，由固定分路绕组14R构成续流电路，电流将按指数曲线下降，原来励磁绕组中的电流减少。磁场削弱电路•电压过零时，即电源为负半波的工作情况如图3—3的④所示。由于元件T6、D6的导通使元件D5、D4因反向电压而截止，而流经元件Tll的电流无通路而截止，在T12触发后将励磁绕组再次分流。•因此，元件Tll、T12导电时间的长短，决定了分路时间的长短。调节晶闸管Tll、T12移相触发角，就能达到所需的磁场削弱系数。牵引电路牵引电路•机车牵引供电电路，采用转向架独立供电方式。第一转向架的1M、2M、3M牵引电动机并联，由主整流器70V供电。第二转向架的4M、5M、6M牵引电动机并联，由主整流器80V供电。两组供电电路完全相同且完全独立。•牵引电动机共有4个绕组，即电枢绕组、补偿绕组、附加极绕组和主极绕组。前3个绕组在电机出厂前已固定连接，简称之为电枢绕组；因此对外连接的就只有电枢绕组和主极绕组，串励电机的转向取决于这两个绕组的连接方式。牵引电路•由于三轴转向架第一台牵引电机与第二、第三台牵引电机布置方向一致，其相对旋转方向相同。以第一转向架前进方向为例，从1M、2M、3M电机非换向器端看去，电枢旋转方向应为顺时针方向；第一转向架与第二转向架反向布置，因此第二转向架4M、5M、6M电机为顺时针方向。•由此，各牵引电机的电枢与主极绕组的相对接线方式是：•1M：AllAl2——DllDl22M：A21A22——D21D223M：A31A32——D31D32•4M：A41A42——D42D415M：A51A52——D52D516M：A61A62——D62D61牵引电路•上述接线方式为机车向前方向时的状况。当机车向后时，主极绕组通过“前”--“后”换向鼓反向接线。•牵引支路的电流路径是：正极母线71或81平波电抗器11L~61L线路接触器12KM62KM电枢电流传感器lllSC~161SC位置转换开关的“牵”--“制”鼓107QPR或108QPR位置转换开关的“前”--“后”鼓107QPV或108QPV主极磁场绕组“前”--“后”鼓107QPV或108QPV电流传感器113SC～163SC电机开关隔离19QS~69QS“牵”--“制”鼓107QPR或108QPR负极母线72～82。牵引电路•由于单相相控电路整流电压波形有很大波动，即含有相当大的高次谐波电压，因此必须在电动机支路中串有平波电抗器11L~61L以抑制该支路中谐波电流分量，改善电动机的换向。否则电动机将不能工作。•线路接触器12KM~2KM有三个主要作用：一是当牵引电动机过流或其他故障时开断该支路，保护电动机；二是防止位置转换开关带电转换，因而在位置转换开关动作之前，线路接触器必须先开断电路；三是与牵引电机隔离开关配合完全隔离电机。若没有线路接触器，假如某一电机发生烧损造成接地，则接地故障无法隔离，机车无法运行。牵引电路•在主极绕组上并联了固定分路电阻14R~64R，其作用是将电枢电流中的交流分量分流，使电机机座及主极中因交变磁通的涡流损耗减小，改善电动机的换向和主极温升。•牵引电机隔离开关19QS~69QS为单刀双投开关，有上、中、下三个位置。上为运行位，中为牵引工况故障位，下为制动工况故障位。在牵引工况，若牵引电机之一故障或相应通风机故障时，将相应牵引电机隔离开关置中间位，其相应常开联锁接点打开接触器12KM~6