第一章 交直型电力机车主电路和辅助电路本章要点：Ø主电路设计考虑的主要因素主电路设计考虑的主要因素Ø我国主要干线机车主电路我国主要干线机车主电路Ø机车的牵引特性及制动特性机车的牵引特性及制动特性Ø概念概念“粘着粘着”、、”“空转空转”、、“滑行滑行”、、“辆辆重补偿重补偿”Ø主电路保护的种类与原理主电路保护的种类与原理Ø机车辅助电路的结构与功能机车辅助电路的结构与功能 第一节 概述电力机车能量传递过程：车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆单相接触网交流直流机械能电能 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；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；特点：大功率、高电压、大电流；主要有：牵引变压器、整流器、牵引电机主要有：牵引变压器、整流器、牵引电机 机车电路分类（续１）2.辅助电路（有两类）①交流辅助电路功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等供 功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等供 电；电；特点：三相特点：三相380V380V交流供电交流供电, ,功率较小；功率较小；主要有：单／三相变换器、通风电机、压缩电主要有：单／三相变换器、通风电机、压缩电机等机等 机车电路分类（续２）②直流辅助电路功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电；供电；特点：直流特点：直流110V110V供电，有蓄电池作后备电源；供电，有蓄电池作后备电源；主要有：主要有：DC110VDC110V交直流变换电源，蓄电池、车灯、交直流变换电源，蓄电池、车灯、空调。
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系统供电 机车电路分类（续３）3.控制电路（有两类）①电器控制功能：完成电路和气路的开关及逻辑互锁；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．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 机车电路分类（续３）②电子控制功能：配合主辅助电路完成机车的控制；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；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相控制、功率放大、脉冲变压器等控制单元 主电路设计考虑的内容主要考虑因素：①①满足机车牵引中的起动、调速和制动的基本满足机车牵引中的起动、调速和制动的基本要求；要求；②②功率大、控制复杂、工作条件差，体积、重功率大、控制复杂、工作条件差，体积、重量受到限制；量受到限制；③③牵引性能的好坏、技术难易程度，维护费用牵引性能的好坏、技术难易程度，维护费用及可靠性。
及可靠性 主电路设计考虑的内容（续１）更具体 来讲五个方面：①①电机连接与激磁方式；电机连接与激磁方式；②②电机的供电方式；电机的供电方式；③③整流线路；整流线路；④④调速方式；调速方式；⑤⑤电气制动方式电气制动方式下面将参这五个方面的内容进行详细分析 一、牵引电机的连接与激磁方式交直型电力机车采用脉流牵引电机（直流电机）１、激磁方式问题：①直流电机的激磁方式有几种？各有何种特点？ 一、牵引电机的连接与激磁方式（续１）①串激 特点：起动力矩大、恒功性能好，有特点：起动力矩大、恒功性能好，有“牛马牛马”特性，并联时负载分配较易均衡，但特性较特性，并联时负载分配较易均衡，但特性较软，防空转能力差；软，防空转能力差；②并激（它激）特点：特性较硬，防空转性能好，但是其它性能特点：特性较硬，防空转性能好，但是其它性能（起动和恒功）较差（起动和恒功）较差； 一、牵引电机的连接与激磁方式（续2）③复激部分绕组是与电枢串联，部分绕组为它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、６实际情况：机车多用串激电机、６K K机车机车/SS7/SS7采采用了复激电机，没有采用并激的用了复激电机，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 一、牵引电机的连接与激磁方式（续３）２、电机联接方式①串联特点：主电路开关电器少、简化主电路特点：主电路开关电器少、简化主电路结构，电机负荷分配均匀，但防空转结构，电机负荷分配均匀，但防空转性能差；性能差；②并联特点：防空转性能好，整车粘着利用充特点：防空转性能好，整车粘着利用充分，但主电路结构复杂分，但主电路结构复杂； 一、牵引电机的连接与激磁方式（续４）实际应用：普遍采用电机并联方式，只有实际应用：普遍采用电机并联方式，只有8K8K机车采用电机串联机车采用电机串联 二、供电方式①集中供电（车控） 整机车牵引电机由一套整流器供电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；设备，但一台电机故障时，影响整车工作； 二、供电方式（续１）②独立供电（轴控）每一个牵引电机由一套贸独立的整器供电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、时不影响其它电机的运行但变压器、整流器及控制复杂整流器及控制复杂 二、供电方式（续２）③部分集中（架控）同一转高架上的电机由一套整流器供电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较为充分，同时实现一定的冗余实际应用：实际应用：SS1SS1、、S SＳＳ3 3机车采用集中供电；其它部分机车采用集中供电；其它部分机车由部分集中供电，其中机车由部分集中供电，其中6K6K机车上有一个转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；没有交直型车采用独立供电没有交直型车采用独立供电 二、供电方式（续２）说明：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 50Hz50Hz单相交流整流，单相交流整流，SS1SS1采用二极管不控整流；其采用二极管不控整流；其它机多用半控桥整流且是二段桥、三桥甚至四段桥它机多用半控桥整流且是二段桥、三桥甚至四段桥 图１－１整流器的简化线路图 三、整流线路（续１） ＬＬp p－平波电抗器，减小电流脉动，改善电机－平波电抗器，减小电流脉动，改善电机换相性能。
换相性能 Ｌ Ｌf f－激磁绕组－激磁绕组 Ｒ Ｒf f－磁场分路电阻，减小磁场电流脉动－磁场分路电阻，减小磁场电流脉动问题：①平波电抗器如何减小电流的脉动？②磁场分路电阻如何减少磁场电流脉动？ 四、调速方式调速要求：调速要求： 在不中断主电路的情况下，尽量使牵引力变 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化平滑，有尽可多的级位均匀分布在整调范围内问题：问题：①①直流电机如何调速的直流电机如何调速的？？ 四、调速方式（续１）分两步：①①调速调压：在额定电压之下，改变电机电枢调速调压：在额定电压之下，改变电机电枢电压Ｕ电压Ｕd d实现电机调速；实现电机调速；②②弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱磁弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱磁场进步提高速度场进步提高速度问题：①为何要先调压后弱磁？ 四、调速方式（续2)调压调速：①①有触点调压，有触点调压，SS1SS1、８Ｇ机车；、８Ｇ机车；②②有触点与相控结合调压，有触点与相控结合调压，SS3SS3；；③③无触点相控调压，无触点相控调压，SS4SS4、、SS5SS5、、6K6K、、8K8K等；等； 其中方式 其中方式①①为有级调压，方式为有级调压，方式②②和和③③为无级调为无级调压压。
四、调速方式（续３)弱磁调速：①①激磁绕组并电阻调速，激磁绕组并电阻调速，SS1SS1、、SS3SS3、、SS4SS4、、SS6SS6；；②②相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式Ø6K6K、、 SS7 SS7 是复励电机，由它励绕组的相控电是复励电机，由它励绕组的相控电路励磁；路励磁；Ø8K8K、、SS5SS5是串励电机、由分路晶闸管弱磁；是串励电机、由分路晶闸管弱磁； 方式 方式①①为无级、方式为无级、方式②②为有级 四、调速方式（续４)由上可知： 有级调速分有级调压调速和有级弱磁调节速两 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；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有级调速在级间变换时有电流冲击和机械冲击 五、电气制动两类制动：①①机械制动：常备制动，低速时投入；机械制动：常备制动，低速时投入；②②电气制动：一般高速时投入效果好电气制动：一般高速时投入效果好；；Ø电阻制动•能耗电阻制动：稳定可靠，多用。
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加馈电阻制动：在低速时可获大的制动力.SS5Ø再生制动 向电网回馈能量，功率因数低控制复杂向电网回馈能量，功率因数低控制复杂8K（２台）、（２台）、SS5、、SS7 习 题１、机车主电路设计时要考虑那几方面的因数？机车主电路设计时要考虑那几方面的因数？主要涉及机及主电那些方面？主要涉及机及主电那些方面？２、画出串激直流电机和并激直流电机牵引时的２、画出串激直流电机和并激直流电机牵引时的牵引力（Ｆ）与速度力（Ｖ）关系曲线，并说牵引力（Ｆ）与速度力（Ｖ）关系曲线，并说明其特点明其特点３、分析牵引电机有级电压调速和有级弱磁调速３、分析牵引电机有级电压调速和有级弱磁调速时的电流和牵引力冲击情况时的电流和牵引力冲击情况 第二节 交直型机车主电路我国交直型机车主电路的发展过程：有触点调压不有触点调压不控整流器控整流器SS1SS1有触点与相控有触点与相控结合结合SS3SS3相控多段桥相控多段桥SS4SS4相控多段桥无级弱相控多段桥无级弱磁再生制动磁再生制动SS5SS5 一、SS1型机车主电路特点： 二组管整流，调节整流器的交流输入电压调节输出电组管整流，调节整流器的交流输入电压调节输出电压，可实现压，可实现3333级调压和３级磁场削弱，功率因数高。
级调压和３级磁场削弱，功率因数高 图１图１- -２２SS1SS1机车主电路简图机车主电路简图 一、SS1型机车主电路(续１)图１图１- -２ ２ SS1SS1机车主电路原理机车主电路原理 一、SS1型机车主电路（续2）1.调压过程 QKT-18QKT-18组合开关和组合开关和TK26TK26反向开关组合，使变反向开关组合，使变压器的不变绕组和可调绕组分段正接和反接，压器的不变绕组和可调绕组分段正接和反接，改变整流器的输入电压，从而实现了改变整流器的输入电压，从而实现了3333级整级整流电压流电压①①０级０级 开关开关31-3831-38全部断开，形成不了回路，全部断开，形成不了回路，UdUd=0=0；； 一、SS1型机车主电路（续３）1-17级 TK26正向位，a1x1与o1-1,a2X2与o2-9反向串联，电压相减②0-1级 QKT-18QKT-18右旋右旋2020º º，，TK31TK31、、TK39TK39合，合， a1x1a1x1与与o1-1,a2X2o1-1,a2X2与与o2-9o2-9电压相减电压相减U U左左=1040-1000=40(V)=1040-1000=40(V)U U右右=1040-1000=40(V)=1040-1000=40(V)UdUd=0.9×40=36(V)=0.9×40=36(V)问题：①Ud中的系数是如何来的？ 一、SS1型机车主电路（续4）②1-2级QKT-18QKT-18左旋到左旋到4040º º，，TK39TK39合合,TK32,TK32合，合，TK31TK31分，分， a1x1a1x1与与o1-1,a2X2o1-1,a2X2与与o2-9o2-9电压相减。
电压相减U U左左=1040-7×125=165(V)=1040-7×125=165(V)U U右右=1040-1000=40(V)=1040-1000=40(V)UdUd=(0.9×40+ 0.9×165) /2=92.25(V)=(0.9×40+ 0.9×165) /2=92.25(V)ΔΔUdUd= = 0.9×165/2=56.25(V)0.9×165/2=56.25(V) 一、SS1型机车主电路（续5）③16-17级QKT-18QKT-18左旋到左旋到340340º º，，TK47,TK48TK47,TK48合，合， a1x1a1x1与与o1-o1-1,a2X21,a2X2与与o2-9o2-9电压相减电压相减U U左左=1040V=1040VU U右右=1040V=1040VUdUd=0.9×1040=936(V=0.9×1040=936(V) 一、SS1型机车主电路（续5） 18-33级 TK26反向位，a1x1与o2-9,a2X2与o1-1正向串联，电压相加④17-18级 QKT-18QKT-18左旋到左旋到340340º º,K47,K47和和K4K4６合，６合，k48k48断开。
断开 U U左左=1040=1040＋＋125=1165V125=1165V U U右右=1040V=1040V UdUd=0.9×(1165+1040)/2=992.5(V)=0.9×(1165+1040)/2=992.5(V) 直至直至3333级级, a1x1, a1x1与与o2-9o2-9全部串联，全部串联，a2X2a2X2与与o1-1o1-1全部串联，电压相加全部串联，电压相加 UdUd=0.9×(1000+1040)=1836(V)=0.9×(1000+1040)=1836(V) 一、SS1型机车主电路（续5）２、电压计算公式２、电压计算公式 由上述分析过程可知，第一级电压为 由上述分析过程可知，第一级电压为36V36V；； 随后每级位增加一级，输出电压级增加： 随后每级位增加一级，输出电压级增加： ，， 电压输出可写为： 电压输出可写为：ＵＵ其中：其中：n n＝１～３３，调压手柄级位＝１～３３，调压手柄级位 一、SS1型机车主电路（续６）３、过渡硅机组 相邻级位转换时先合后分，有两个方面的作用：①①保证调速时电流连续，保证调速时电流连续，不中断主电路；不中断主电路；②②减少级间转换开关断开减少级间转换开关断开时产生的电弧。
时产生的电弧问题：n电弧是如何产生的？ 一、SS1型机车主电路（续７）４、奇数级位和偶数级位差异 奇数级位时，输入正负半波电压对称；偶数奇数级位时，输入正负半波电压对称；偶数级位时输入电压正负半波相差级位时输入电压正负半波相差125V,125V,会引起变会引起变压器的直流磁化，影响变压器工作，但实际压器的直流磁化，影响变压器工作，但实际证明影响不大证明影响不大问题：①直流磁化是如何影响变压器的？ 习题n１、试述试述SS1SS1型电力机车调压过程；型电力机车调压过程；n２、说明并分析过渡硅机组在调压过程中的作２、说明并分析过渡硅机组在调压过程中的作用；用； 二、６Ｇ机车主电路 二、６Ｇ机车主电路（续１）１、特点二段桥调压，整流器直流侧电压串联二段桥调压，整流器直流侧电压串联２、调压过程第一调节区：ＲＭ２闭锁（第一调节区：ＲＭ２闭锁（αα2=180º2=180º），ＲＭ１），ＲＭ１的的T1T1、、T2T2被触发逐渐开放，ＲＭ２的被触发逐渐开放，ＲＭ２的D3D3和和Ｄ４续流，Ｄ４续流，UdUd由由0~450V0~450V调节；调节；第二调节区：ＲＭ２满开放（第二调节区：ＲＭ２满开放（ α1α1=0º=0º ），），ＲＭ２逐渐开放，ＲＭ２逐渐开放， Ud Ud由由450~900V450~900V调节；调节； 。