电力机车电路

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)，是产生机车牵引力的制动力的主体电路。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串励牵引电动机和复励牵引电动机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01—b1—x1、02—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、02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——D31D324M：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~62KM线圈之一，使得该电机支路与供电电路完全隔离，不投入工作。牵引电路在牵引电路中，牵引电机主极绕组与接地电器相连，处于低电位，而电枢All~A61点及附加极绕组处于高电位。库用开关20QS、50QS为双刀双投开关，有两个位置。当在运行位时，其主刀与主电路隔离，相应辅助接点接通受电弓电磁阀，方可升弓；放在库用位，不能升弓，其主刀将库用插座30XS或40XS的库用电源分别与2M或5M电机正、负两端相连接，即可在库内动车。刀开关上设有接通llKM～61KM线圈的辅助联结点，在库用位时可通过11KM~61KM使相应电机得电，达到动车、旋轮和试验转向的目的。牵引电路每台牵引电机电枢电流、磁场电流和电机电压将用电流传感器lllSC~161SC、113SC~163SC和电压传感器112SV~162SV测量，电压传感器接在1M~6M的电枢两端。传感器除提供司机室电压表、电流表的信号外，还提供电子系统的反馈信号，可实现高、低压电路的隔离。机车的方向控制由转换开关的方向开关107QPV、108QPV完成。利用107QPV、108QPV的转换改变励磁电流方向，从而改变电机的转向。以牵引电动机1M的励磁绕组为例，当机车在I端向前位时，励磁电流由Dll流入，D12流出；而I端向后位时，励磁电流由14D12Dll15。必须注意，机车运行中若要改变方向，必须在机车停车后才能转换，否则会损坏机车。接地继电器97KE、98KE分别保护各自的按转向架供电的电路，以区分接地故障的部位。制动电路