24章电力机车的控制电路

24.1概述24.2联锁方法与重联电路教学目的：掌握电力机车控制线路的控制方法和联锁方法重点：电力机车控制线路的联锁方法难点：电力机车的重联联锁第二十四章电力机车控制线路控制电路是由司机控制器、低压电器、主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈及各电器的联锁等组成的电路。由于主电路和辅助电路中各电器的动作均要由控制电路控制，因而对控制电路也提出了相应的要求，目的是保证行车的安全，便于操纵、运用、维修，尽量减少电器设备，以达到最佳的经济指标。本章为便于读者学习各型机车的控制电路，除介绍对控制电路的要求、电力机车的控制方法及特点外，重点介绍电力机车电气线路通用符号、各种联锁方法及其特点。在具体电路方面，以韶山4改型、韶山8型电力机车控制电路作为重点做详细叙述。学完本章学生应达到的目标：1、熟练掌握电力机车电气线路的通用符号、各种联锁方法；2、会分析电力机车的控制电路原理；•第二十四章电力机车的控制电路•电力机车控制电路是机车三大电路中最为复杂的电路，属于低压直流小功率电路。它由司机控制器、低压电器、主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈及各电器的联锁联锁等组成。控制电路可以控制主电路和辅助电路中各电器的动作，并通过司机控制台上各按键开关和司机控制器手柄位置操纵，使机车按照司机的意图运行。•6.1.1对控制电路的要求•由于主电路和辅助电路中各电器动作要求均由控制电路控制，因此控制电路应满足下列要求：•1、能改变机车的运行状态，如运行方向的改变、牵引与制动的转换。•2、能对牵引力、制动力、速度进行调节。•3、有控制各辅助机组起动、运行的电路，有控制其它辅助设备的电路。•24.1概述•4、有保证主电路、辅助电路工作的控制电路，如避免重合闸、避免由于误操作所引起的不良影响等。•5、能保证各电器按一定的次序动作，动作结果与司机发出的指令一致，在动作过程中对于没有灭弧装置的电器则不应产生电弧。•6、设有照明电路和信号电路。•7、设有故障电路，在机车发生某一故障又不能及时处理时，组成故障电路或切除故障部分，使机车维持运行。•8、当机车重联运行时，若一台机车故障，要求不影响另一台机车运行。•9、在保护电器动作引起主断路器跳闸后，应有零位联锁，即要重新合闸，机车各电器须处于起动前状态，各按键开关须先关闭。•10、要求电气制动与机械制动之间有一定的安全联锁。•11、要求控制电路在满足要求的前提下应尽量简单，操纵部分简单易记，便于操纵。•总之，控制系统要保证行车的安全，利于操纵、运用、维修，尽量节省电气设备，以达到最佳的经济指标。•正因为控制电路是机车电路最复杂的部分，就机车运行中出现的故障而言，控制电路中故障也较多。因此，熟练的掌握控制电路原理，就能在平时对机车进行全面保养，在发生故障时能迅速准确地进行分析与处理，对确保行车安全是非常重要的。电力机车的控制方法视机车的类别而选用不同的方法。对于电压不高、功率不大的直流电力机车，可采用直接控制的方法，即用手动的方法直接控制机车主电路而使机车运行，这种机车其控制电路就包括在主电路之中。这种方法使机车电路简单、故障率低，但只能适用于一些城市电车及工矿用小功率电力机车。对于高电压大电流的大功率机车，直接控制显然是不能满足要求的，而且具有极大的危险性，所以必须选用间接控制的方法。所谓间接控制是指通过司机控制器及各按键开关来控制一些低压电器，再通过这些低压电器去控制高压部分。这种方法使弱电控制强电，还使操纵部分轻巧灵便，而且使操作者与高压部分很好地隔离。采用间接控制的方法有利于机车向自动化方向发展。随着科学技术的发展，电力机车也得到不断发展，电力机车的自动化水平越来越高，自动控制环节（系统）越来越完善。随着电力电子技术的发展及新型电器、仪表的出现，为机车的自动控制提供了广阔的基础，使机车向全自动化方向发展成为可能，同时也使机车的控制系统日趋复杂，必然对控制系统提出更高的要求。•24.1.2电力机车的控制方法及其特点24.1.3电力机车电气线路通用符号及其说明•由于电力机车电气线路中电器设备种类繁多，电路本身又较复杂，尤其控制电路更复杂，为了读图方便起见，我们将电力机车电路中通用的符号按新国标总结如下，。•对表中有关符号作几点说明：•1、各电气设备在电气线路图中除按表内符号表示外，在符号旁边还应标明相应电气设备在电路中的代号。如在接触器线圈旁注上205KM表示205号接触器的线圈，且在所有205号接触器各联锁联锁旁边也注明205KM,说明是同一电器在电路中不同位置的控制关系。•2、导线也是电气线路图中的一部分，特别是一些重要的导线应在电路图中标明导线代号，不同类型和不同作用的导线可用字母表示其不同。•3、常开联锁、常闭联锁（也称正联锁、反联锁）是指在电器的工作线圈未通电、电器处于释放状态时的联锁位置而言，若其联锁联锁是打开的即为常开联锁（正联锁），若其联锁联锁是闭合的即为常闭联锁（反联锁）。当电器工作线圈通电而电器动作后，常开联锁闭合，常闭联锁打开。在韶山系列电力机车电气线路中，联锁位置采用了通用的“上开下闭，左开右闭”的画法，即将常开联锁画在导线的左边和上边，将常闭联锁画在导线的右边和下边。也有些机车采用相反的画法，如法国制造的6G型电力机车。•4、应当指出的是，并不是所有的电器联锁都有常开、常闭的概念。对于某些组合电器（如位置转换开关）的联锁联锁，这类联锁除标出其所属电器的代号外，还应表明该联锁在何位置接通。如韶山3型电力机车控制电路中在联锁旁注上1WHq、1WHh就表示是两位置转换开关的联锁，前者表示1WH“向前”位时该联锁接通，后者表示1WH“向后”位时闭合，这类联锁又称位置联锁。•5、对于凸轮控制器或鼓形控制器，在电路图中将这类圆形的触头闭合次序展开为一个平面的触头闭合电路图，简称展开图。在某工作位置若某导线对应的联锁是接通的，则在该位置相应的导线下方以黑点（或黑线段）表示；在某工作位置若某导线对应的联锁是断开的，则在该位置相应的导线下方无黑点（或黑线段）。•6、有些比较复杂的电器在电路中不易标出工作位置和触头闭合次序，一般采用在电路旁附上工作位置的图表，如调压开关等组合电器的触头闭合表。•7、国产电力机车电路图中所示的接触元件和联锁触头的开、闭位置表示原则和操作位如下：司机控制器在零位；位置转换开关在机车1端向前、牵引位；各按键开关在水平位；空气断路器在开断位；各刀开关在运行位；各保护自动开关在开断位。24.2联锁方法与重联电路•机车控制电路必须满足主电路和辅助电路的需求，如电器按一定次序动作，司机按一定顺序操作，因此必须设置一些联锁来满足控制电路的逻辑要求。•在考虑控制电路的联锁时，首先必须满足电路的要求，在此前提下应尽量减少联锁数目，因为多设一个联锁就使电路多一个发生故障的可能性，同时也增加了分析处理故障的难度。另外对于需要有故障运行电路，同样要在控制电路中做相应考虑。对于可能由于误操作造成事故的现象，也应在电路中予以避免或设法补救。因此在设置控制电路的联锁时应统筹考虑，权衡处理。•机车上的联锁方法有两大类，即机械联锁与电气联锁。•1、机械联锁•为避免因司机的误操作造成的人身及设备不安全，需设置一些机械联锁来保证。目前采用的机械联锁主要有：•（1）司机控制器换向手柄与调速手柄间的机械联锁。•（2）司机台上按键开关与电钥匙的联锁。•（3）换向手柄及电钥匙与钥匙箱的联锁。24.2.1常用联锁方法2、电气联锁•电气联锁方法种类较多，我们介绍机车上常用的几种联锁方法。•（1）串联联锁•在某电器的工作线圈前串联若干其它电器的联锁，这些联锁称为串联联锁。如图6-1所示，在继电器J的线圈电路中串有a、b、c三个电器的联锁，其中a、b为常开联锁，c为常闭联锁。该电路要求在a、b两电器处于吸合状态而c电器处于释放状态时继电器J才能得电吸合，而a、b、c三个电器中任意一个不符合上述工作状态时，继电器J即失电而释放。•串联联锁是由多个条件来使一个电器通电，而其中任一条件的消失使电器线圈失电。在电路中凡要求满足多个条件才能接通另一电路的环节一般采用串联联锁电路。但串联联锁越多，可靠性越低，因此，应尽量减少串联联锁的数量。（2）并联联锁•在某个电器工作线圈前并联若干其它电器的联锁，这些联锁称为并联联锁。如图6-2所示，在继电器J的线圈前并有a、b、c三个电器的联锁，其中a、b为常开联锁，c为常闭联锁。该电路要求在a、b两电器处于释放状态而c电器处于吸合状态时继电器J的线圈不通电而使其处于释放状态，而a、b、c三个电器中任意一个不符合上述工作状态时，继电器J即得电而吸合。•并联联锁是多个条件中的任一条件构成则该电器工作线圈得电，而只有全部条件消失该电器线圈才能失电。这种联锁方法对电器动作顺序没有固定要求，电路中常用这种联锁作为双重供电线路以保证重要电路供电的可靠性。另外，对于保护电器及显示电器也采用此种方法。（3）自持联锁•在某电器工作线圈前的电路中并联有该电器本身的常开联锁，这个联锁称为自持联锁。如图6-3所示，在继电器J的线圈电路中并联有a、J两个联锁，当a电器处于吸合状态时其常开联锁闭合，继电器J的线圈得电，该继电器吸合，其本身的常开联锁也闭合，此后，即使a电器释放，继电器J的线圈也仍可由自身的常开联锁供电保持吸合状态，只有在其常开联锁以外的电路断开时，继电器J的线圈才会失电。这种电路的特点是：电器吸合时需要一定的条件，在电器吸合后这种条件可能消失，但电器此时仍能保持吸合状态，只有在电路的其它部分断开时，才能使该电器释放。•自持联锁常用于电器工作的条件可能构成后又消失，但又需要在构成条件消失后，必须保持该电器持续工作的场合。如电力机车劈相机起动中间继电器的联锁及劈相机接触器的联锁即为自持连锁。（4）延时联锁延时联锁是指某电器的线圈得失电与其联锁动作不同步。其实现方法有多种，如采用在电器铁芯上加短路铜套，或在继电器本身某些联锁上加装钟表机构，二者的不同之处在于前者的所有联锁都具有延时性，后者仅加有钟表机构的联锁有延时而其它联锁不具有延时。在要求有短暂延时时，也可以在要求滞后动作的电器线路中多串一个要求先动作电器的常开联锁实现，或者如图24-4所示,在电气的工作线圈旁并联一电容，在线圈断电后，由于电容可通过电器线圈放电，因此使线圈延时失电，从而使电器延时释放。延时联锁有四种，如图24-5所示。图中：（a）表示通电延时吸合的常开联锁；（b）表示断电延时断开的常开联锁；（c）表示断电延时闭合的常闭联锁；（d）表示通电延时断开的常闭联锁。（5）经济电阻线路•在有些电路中，为了使接触器或继电器可靠吸合，同时又提高本身的返电系数，即提高电器动作的灵敏度，可在电器工作线圈的控制电路中接入一经济电阻，组成经济电阻电路，如图24-6所示。在继电器闭合瞬间，电阻被继电器本身的常闭联锁短路，使继电器的安匝数得以提高，继电器能够可靠吸合，在继电器吸合后，常闭联锁打开，电阻接入电路中，使流过继电器的电流减小，从而使继电器返电系数有所提高。•24.2.2迂电电路及其防护•某一电器或支路在某一时刻本不应该有电，但却通过其它支路“串电”到该支路，这种串电电路称为迂电电路。迂电电路会引起电器的误动作，破坏电器动作的逻辑关系，造成电路工作紊乱。迂电电路产生的原因主要是设计时考虑不周，在多条控制电路组合时产生。在机车运用或检修中接错线也会形成迂电电路。•防止迂电电路的主要方法是在电路中串入防迂电二极管，利用二极管的单向导电性来满足要求，但在日常检查中需注意检查二极管是否击穿。•24.2.3重联及重联电路•随着铁路运输的不断发展，在铁路干线电力牵引运行中，一台机车牵引有时往往满足不了运输的要求，就需要多机牵引。采用多机牵引可以使线路的通过能力大大增加，提高铁路运输的经济指标。•在干线上使用多机牵引时，可以由几名司机各操纵一台机车相互配合，也可以仅由一名司机在一台机车上操纵，而将各台机车通过机车两端的多芯电缆插头使其电气线路连接起来，实现由一名司机操纵多台机车。我们称后一种运行方式为机车的重联运行。司机操纵的那台机车称为本务机车，非操纵机车称为重联机车。•