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1、3-3 电力机车电路,电力机车能量传递过程,一、机车电路分类,1、主电路 功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换； 特点：大功率、高电压、大电流； 主要有：牵引变压器、整流器、牵引电机,辅助电路（有两类） 交流辅助电路 功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等供电； 特点：三相380V交流供电,功率较小； 主要有：变换器、通风电机、压缩电机等,直流辅助电路 功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电； 特点：直流110V供电，有蓄电池作后备电源； 主要有：DC110V交直流变换电源，蓄电池、车灯、空调。 此外，用于客车牵引的机车上有DC600V直流电源供客车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务
2、系统供电。,控制电路（有两类） 电器控制 功能：完成电路和气路的开关及逻辑互锁； 特点：电动或气动的逻辑开关 主要有：继电器、电控阀、气动开关。 近年来生产机车上的逻辑联锁已由逻辑控制单元（LCU)完成。,电子控制 功能：配合主辅助电路完成机车的控制； 特点：弱电控制、控制复杂； 含有：给定积分器、特性控制、防空防滑、移相控制、功率放大、脉冲变压器等控制单元。,二、机车主电路,主电路主要考虑以下五个方面： 电机连接与激磁方式； 电机的供电方式； 整流线路； 调速方式； 电气制动方式。,（一）牵引电机的连接与激磁方式,交直型电力机车采用直流脉流牵引电机。 、激磁方式 串激 特点：起动力矩大、恒功
3、性能好，有“牛马”特性，并联时负载分配较易均衡，但特性较软，防空转能力差； 并激（它激） 特点：特性较硬，防空转性能好，但是其它性能（起动和恒功）较差；,复激 部分绕组是与电枢串联，部分绕组为它激。 特点：兼有串激和并激的优点，但电机结构和控制复杂。 实际情况：机车多用串激电机、K机车/SS7采用了复激电机，没有采用并激的。 说明：斩波地铁机车中，有采用它激电机，但其激磁电流控制是按电枢电流规律控制的。,、电机联接方式 串联 特点：主电路开关电器少、简化主电路结构，电机负荷分配均匀，但防空转性能差； 并联 特点：防空转性能好，整车粘着利用充分，但主电路结构复杂；,实际应用：普遍采用电机并联方式
4、，只有8K机车采用电机串联。,（二）供电方式,集中供电（车控） 整机车牵引电机由一套整流器供电。 特点：变压器结构简单，集中冷却简化了通风设备，但一台电机故障时，影响整车工作； 独立供电（轴控） 每一个牵引电机由一套贸独立的整器供电。 特点：机车的粘着利用好，一台电机故障时不影响其它电机的运行。但变压器、整流器及控制复杂。,部分集中（架控） 同一转高架上的电机由一套整流器供电。 特点：简化了电路和变化器结构，粘着利用较为充分，同时实现一定的冗余。 实际应用：SS1、S3机车采用集中供电；其它部分机车由部分集中供电，其中6K机车上有一个转向架上两台电机分别由两套不同的整流器供电；没有交直型车采用
5、独立供电。 随着的发展和高速重载的需求，新型的交直流机车开始采用轴控技术，这样整车的粘着利用充分，同时在一轴故障整车的牵引力影响不大。,（三）整流线路,50Hz单相交流整流，SS1采用二极管不控整流；其它机多用半控桥整流且是二段桥、三桥甚至四段桥。 整流器的简化线路图,p平波电抗器，减小电流脉动，改善电机换相性能。 f激磁绕组。 f磁场分路电阻，减小磁场电流脉动。,（四）调速方式,调速要求：在不中断主电路的情况下，尽量使牵引力变化平滑，有尽可多的级位均匀分布在整调范围内。 分两步： 调速调压：在额定电压之下，改变电机电枢电压d实现电机调速； 弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱磁场进步提高速度
6、。,1、调压调速： 有触点调压，SS1、机车； 有触点与相控结合调压，SS3； 无触点相控调压，SS4、SS5、6K、8K等； 其中方式为有级调压，方式和为无级调压。,2、弱磁调速： 激磁绕组并电阻调速，SS1、SS3、SS4、SS6； 相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式。 6K、 SS7 是复励电机，由它励绕组的相控电路励磁； 8K、SS5是串励电机、由分路晶闸管弱磁； 方式为无级、方式为有级。,由上可知： 有级调速分有级调压调速和有级弱磁调节速两种；无级调速也分为无级调压和无级弱磁两种。 二者比较： 无级调速可实现牵引电流和牵引力的连续调节；有级调速在级间变换时有电流冲击和机械冲击。,（五
7、）电气制动,两类制动： 机械制动：常备制动，低速时投入； 电气制动：一般高速时投入效果好； 电阻制动 能耗电阻制动：稳定可靠，多用。SS1-SS4 加馈电阻制动：在低速时可获大的制动力.SS5 再生制动 向电网回馈能量，功率因数低控制复杂。8K（台）、SS5、SS7。,三、主电路保护,思考： 为何要主电路要保护？ 主电路电气设备在短路、过载、接地和过压故障发生时，不至发生损坏或者减少损坏。 主电路保护类型有那些？ 短路、过载、接地和过压保护。,1、主电路短路保护,（）电网侧电路短路保护 电网侧绕组X的A端或中间任何一点接地，短路阻抗很小，短路电流很大，上升很快； 检测：网侧电流互感器的网侧绕组
8、； 电流超过400A时，互感器二次电流超过lA，电流继电器动作，接通主断路器的分闸线圈，主断路器分断。 短路电流很大主断路器及变电所油开关均会跳闸；当车顶母线、瓷瓶对地放电或短路时，主断路器不会跳闸，由牵引变电所执行保护。,（）二次侧绕组短路,主变压器二次侧绕组的整段或一段由于内部或外部接线短路； 检测：网侧电流互感器的网侧绕组； 电流超过400A时主断路器动作分断。 但在9级以下绕组短路及一小段绕组短路时，由于一、二次绕组匝比太大，二次侧短路电流虽高达数万安，但网侧电流还达不到400A整定值，主断路器不会跳闸。,（）硅整流器击穿短路,定义：整流元件击穿引起的短路； 检测：网侧电流互感器的网侧
9、绕组； 动作：一次侧电流超过400A时主断路器动作分断动作。（SS1整流器有较大的短路过载能力。） 过渡硅机组二极管击穿采用快速熔断器保护,（）牵引电动机闪络,定义：牵引电机换向器换向恶化可能导致闪络短路， 检测：电枢回路中的过流继电器动作； 动作：主断路器分断。,2、主电路过载保护,问题：过载与短路差别？ 过载定义：牵引或制动时，牵引电机回路超过最大值； 牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器动作、主断路器分断； 制动时，电流超过460A时，制动过流继电器动作,励磁回路交流侧电交接触器打开。,3、主电路接地保护,问题：为何设主路接地保护？ 主电路中，不同电位两点同时接地时，发生短路。 问
10、题：接地继电器的接入点的如何选择？ 选择整流电路的负极接入。 问题：为何要串入DC110V蓄电池？ 为了消除死区，保证任何一点接地时可以动作。,4、主电路过电压保护,（）过电压的种类 大气过电压：来自大气雷击的过电压，可达数百万伏，由接触网或直接侵入车顶。（外部过电压） 操作过电压：硅元件换向或电所开关分合引起，电压幅度较大气过压低。（内部过电压）,（）过电压吸收, 网侧放电间隙 功能：110mm放电间隙，当遭雷击时，放电间间隙击穿，将大气过压限制在90kV以下； 问题：放电间隙动作后不能自恢复，变电所跳闸 现有氧化锌避雷器。, 二次侧RC网络 功能：C网络将内部操作过电压及被放电间隙释放的过
11、电压进行吸收，将二次侧最高电压限制在4.5kV。 整流器换向RC 吸收 功能：吸收整流元件和换向过电压，电阻同时可以均压和释放电容电压的作用。,四、机车辅助电路,、机车辅助电路分类 直流辅助电路 供车上电器控制和电子控制的直流电源。 交流辅助电路 供车上空压机、通风机、油泵电机、空调的三相交流电源。 客车供电辅助电路 供客车用电的DC600V直流电源。,、直流辅助电源,通常用的是DC110V,在地铁或其它轨道车辆中也有用DC24V,并且有蓄电池作后备电源。供电网没电时，给控制系统供电； 传统相控电源 正常时整流器负载供电，同时给蓄电池组充电；电网无电或启动时，蓄电池给负载供电。,新型的开关电源
12、 体积和重量是相控的15; 电源的脉动小，调节速度快,、交流辅助电源, 机车上的除辅助压缩机采用直流驱动外，其它辅助系统都用三相鼠笼电动机来驱动。辅助交流电路有三类。 电容分相起动（） 电机单相供电, 旋转劈相机 先通过劈相机将单相电变为三相，再供辅助电机使用。 特点：过载能力强，便宜，输出电压只在一网压下对称。辅助电机容量大。 型劈相机 原理：起动后，负序磁场被削弱，气隙中只有正序磁场，在三相绕组中感应三相电势。,型劈相机 原理：两个绕组空间相差 90度，匝数比为:,因此，得到如图的三相感应电势相量图, 三相静止逆变器 特点：三相电压和电流完全对称，辅助电机容量小；可以实现软起动和变负载运行，减少冲击、噪声和能耗。 最早8K车使用，现在ss7E。交流车普遍采用。一台车上有多台辅助逆变器，一台故障时其负载分由其逆变器承担,原理：先整流稳压为DC600V直流，再逆变为三相交流。,、客车辅助供电电源,在SS7E,SS9客车机车上还配有两个DC600V,300kW客车供电电源,供整个列车车箱内空调和茶炉供电。,
