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1、SS9型电力机车电气线路分析学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 摘 要 随着电力机车技术的发展，机车控制系统性能的好坏越来越受到广泛的关注。因为，机车控制系统性能的好坏在很大程度上影响着机车性能的好坏，从而影响列车的安全性和可靠性。 SS9型电力机车作为我国自主研发的新型电力机车，采用了许多国际客运机车先进技术，最高构造速度达170km/h，满足了在长距离区间、长大坡道上牵引大编组旅客列车运行的需要。通过对SS9型电力机车主电路、辅助电路结构的研究及其运行工况的探讨，使我们可以很好的了解该机车的性能，为以后更多快速运行列车工作状况的学习以及交流传动电力机车的研究作铺
2、垫。 本论文首先针对SS9型电力机车的基本特性做了一定的介绍，在结合相关的理论基础对该机车的主电路、辅助电路作了详细的研究。最后分析了SS9型电力机车的牵引、制动工况。作为SS9型电力机车上一个至关重要的部分LCU逻辑控制单元，我也对其基本结构和功能做了简单的介绍。关键词：电力机车；主电路；辅助电路；保护电路目 录摘 要I引 言1第一章 概述21.1电力机车发展历程简述21.2 SS9电力机车主要特点介绍21.3 SS9型电力机车特性分析31.3.1 机车速度特性31.3.2 机车牵引力特性61.3.3 机车牵引特性6第二章 主电路82.1 主电路的特点82.2 主电路的构成82.2.1 网侧
3、电路82.2.2 整流调压电路92.2.3 磁场削弱电路112.2.4 牵引电路122.2.5 制动电路142.2.6 保护电路15第三章 辅助电路193.1 单三相供电系统193.2 列车供电系统21第四章 保护电路234.1 短路保护234.1.1 网侧短路保护234.1.2 整流器侧短路保护234.2 过载保护234.2.1 牵引工况电机的过载和环火保护234.2.2 制动工况的过载保护234.3 过电压保护244.3.1 大气过电压及操作过电压保护244.3.2 牵引电机的过电压保护244.3.3 整流装置换向过电压保护244.4 接地保护24第五章 劈相机系统控制电路255.1 受电
4、弓控制255.2 主断路器控制265.3 劈相机控制275.4 压缩机控制275.5 通风机控制285.6 制动风机控制28第六章 LCU逻辑控制单元296.1 SS9LCU主要技术参数296.2 SS9LCU逻辑控制单元的硬件系统296.3 LCU逻辑控制单元原理29结 论30致 谢31参 考 文 献32引 言 SS9型电力机车采用交直流电传动，是六轴干线大功率准高速客运电力机车。以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。 SS9型电力机车采用大功率晶闸管和二极管组成的三段不等分半控桥整流电路、晶闸管分路进行无级磁场削弱、
5、加馈电阻制动恒流准恒速的特性控制方式，能较好地发挥机车最大起动牵引力，机车装有防空转滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置。采用LCU逻辑控制单元及微机控制系统，使机车控制系统具有控制、诊断、监测功能，并能方便地改变软件满足机车控制要求。 本文也是围绕上述特点对SS9型电力机车进行分析、说明。通过对机车主电路、辅助电路以及保护电路的详细分析，所总结出来的机车电气线路特点对现场师傅进行机车的维护与保养具有一定的参考作用，以至于提高机车的利用率，降低机车的故障率，使机车能产生更大的效益。第一章 概述1.1电力机车发展历程简述电力机车是一种特殊形式的电力拖动系统。相比较于
6、必须依靠大量煤和水才能运行的蒸汽机车以及利用大功率柴油机驱动的内燃机车，电力机车是利用铁路接触网牵引电动机驱动的一种机车。1825年，英国建立了第一条铁路。1879年5月31日在德国柏林的世界贸易博览会上，由西门子公司和哈克斯公司展示出了世界上第一条电气化铁路，迄今为止已有130年的历史。20世纪60年代，世界上第一条高速电气化铁路东京到大阪的新干线在日本建成。到20世纪80年代，法国和德国先后建成了时速超过300公里的高速电气化铁道。中国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲，命名为“韶山”，1961年8月15日，我国第一条全长93km的电气化铁路宝成线（宝鸡凤洲段）正式通车，从此揭开了中
7、国电气化铁路的序幕。经过四十多年的建设和发展，我国成为了继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家。目前，中国铁路电气化率已经达到27%，承担着全路43%的货运量，初步形成了布局合理、标准统一的电气化铁路运营网络。按照国家批准的中长期铁路发展规划，到2020年，全国电气化总里程将达到5000km，电气化率超过50%，将承担铁路运输80%以上的运载量。电气化铁路将逐步成为我国铁路运输的主体，在铁路网中的地位及对铁路运输和安全的影响将日益重要和突出。1.2 SS9电力机车主要特点介绍SS9型客运电力机车是依据铁道部科技研究开发项目要求而设计的C0C0式六轴干线客运电力机车，它用于牵引160Km/h准高速
8、旅客列车。其研制目的是加大机车功率、提高牵引力，以满足较大坡度线路的旅客列车提速需要，该车型是韶山型电力机车系列产品，在研制过程中坚持了系统化，标准化，系列化的原则。SS9型机车是吸取了SS8型机车和SS6B型机车的成功经验，并融合了先进技术设计而成。第一、二台样机（0001号与0002号）于1998年12月26日竣工完成，并交付郑州机务段进行实验运用。为牵引秦沈线和哈大线牵引特快列车的需要，SS9机车投入批量生产，其中，SS900010043号机车为SS9型；2002年，株洲厂从0044号机车开始了技术改造，主要对其通风方式，外形等方面进行了较大改动，形成了我们常说的SS9G机车，截止到20
9、06年年底，最大编号的车辆为SS90213。目前SS9和SS9G机车总共已生产了100台左右，主要配属给沈阳局沈阳机务段和北京局北京机务段，另外在上海、武汉、南昌和广州铁路局也有SS9电力机车使用。该车型的特点主要包括以下几点：(1) 采用有限元分析及强度测试等手段对车体、变压器油箱等结构进行轻量化的优化设计，对转向架及其他部件均进行了轻量化设计，轴重仅21t。(2) 主电路采用不等分三段半控桥调压电路，采用晶闸管进行无级磁场削弱。(3) 机车采用恒流准恒速特性控制用以恒流平稳启动，进入准恒速区后，机车按司机控制器所置级位相对应的速度特性运行。在制动时，机车具有同样的限流恒速控制特性。(4)
10、辅助电路采用旋转劈相机供电，辅助电机采用三相异步电动机。机车设有DC600V、800KW的列车供电电源，为列车的取暖以及空调供电。采用新开发的高效风机及新型通风机电机，提高了需强迫风冷的电气设备的风速和风量。(5) 机车具有空转、滑行保护装置。当出现空转、滑行时(由速度传感器检测)，该装置发出自动撒砂指令；若空转、滑行未能停止，则发生自动减载指令，使机车恢复粘着，能更好的发挥机车的牵引特性和制动特性。(6) 机车主电路、辅助电路、控制电路均设有可靠的故障保护及对应的故障显示功能。机车装有通用制式机车信号及列车安全运行监控记录装置。1.3 SS9型电力机车特性分析电力机车是一个能量变换器，它将接
11、触网上的高压电能经过多次转换，变换为牵引列车的机械能，最终以机车的牵引力和机车的速度表现出来，每个换节的能量转换总是伴随着损耗或者性能的变化，均会对机车的牵引特性产生影响，其中以牵引电动机的特性和机车控制方式的影响最大。机车牵引特性是列车运行时牵引计算的依据。1.3.1 机车速度特性机车速度特性是指机车运行速度与牵引电动机电流之间的关系，即为 ： 机车速度与牵引电机转速之间有下关系： (1.1) (1.2)由式1.11.2可推出： (1.3)式中：为车轮直径，为电极常数，与、分别为牵引电动机端电压(v)、电枢电流(A)、回路电阻()，为齿轮传动比，为主磁极磁通(Wb)。SS9型电力机车采用恒流
12、准恒速控制：即低速是恒流控制和设定速度点的准恒速控制，机车运行电流和速度随司机控制器(以下简称司控器)调速手柄的级位调节而变化。司控器调速手柄分为18级，级位连续，机车特性控制函数如下所示： (1.4)式中：为牵引电机给定电流(A)，为机车速度(Km/h) ，为级位。机车牵引特性控制函数表如表1.1所示：表1.1 牵引特性控制函数表n级123456Im(A)001100022003300044005500660v(Km/h)008.752017.53026.2500355043.75052.5n级789101112Im(A)007700088009900011000121001305v(Km/
13、h)0061.2580709078.751087.51096.2520105.2n级131415161718Im(A)0013050130501305013050130501305v(Km/h)130115.2140125.2150135.2160145.2170155.2180165.2根据机车牵引控制特性及牵引电动机特性，可以得出速度特性曲线如图1.1所示。图中OABCDEFG是限制曲线，由于SS9型电力机车采用了晶闸管整流以及磁场削弱，牵引电机的端电压和励磁电流均可平滑调节，因此可以运行在限制曲线内任何一点。机车限制曲线由以下限制条件形成：(1) 最大起动电流限制。SS9型电力机车在0至
14、5Km/h内起动电流被限制在1305A，如图中OA所示。(2) 黏着及最大功率限制。机车从5Km/h开始，电流随机车速度的增加而线性下降，到B点时，机车功率达到最大值5400KW，其限制曲线如图中AB所示。(3) 牵引电动机额定电压限制。这是为保证额定电压下安全换向的限制，如图中曲线BC所示，该曲线为电动机端电压为990V时的自然速度特性。(4) 牵引电动机持续功率的限制。机车运行到C点达到牵引电动机的额定电压990V，额定电流870A，机车如需要增加速度，则电压将自动超压至1100V，电流降至783A，以维持机车功率不变，其限制曲线如图中CD所示。此时机车若需继续增加速度，则保持电压1100V不变
