韶山8型电力机车主电路结构分析及运行工况探讨(DOC毕业设计论文).doc

摘要韶山8型电力机车以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，以韶山5型机车为原型，并进行了技术的改进与提高。该机车采用B0B0转向架。把机车持续功率提高到3600KW，机车最高速度提高到170km/h, 应用了900kW全叠片串励空心轴牵引电动机，以适应主要干线客运提速的需求。1997年1月韶8在北京中国铁道科学院环形铁道运行试验线上，创造了中国铁路史上的最快速度2126km/h，1998年6月在武汉到郑州段试运行，最高速度达到240kmh。本次设计分析了韶山8型电力机车一些相关电气设备基础上，着重解析了电力机车的运行工况，并对列车供电系统进行主要分析。还对其主电路，辅助电路和整备控制电路的电路结构、工作原理作了比较详细的分析。关键字：电力机车；主电路；辅助电路；供电系统；运行工况Abstract8 Shaoshan electric locomotive to mature series electric locomotive technology, the use of B0-B0 locomotive bogie.Mainly absorbed Shaoshan 5 electric locomotive technology, and improve the increased power of the locomotive continued up to 3600KW, motorcycle top speed to 170km / h, the application of full-laminated SACS 900kW traction motor hollow shaft to accommodate the main trunk passengerspeed requirements. The design of the SS8 electric locomotive based on a number of related electrical equipment, focusing on analysis of the electric locomotive operating conditions, and the main power supply system of the train.Also its main circuit, auxiliary circuit and control circuit preparedness circuit structure, working principle a more detailed analysis.Keywords: electric locomotive; the main circuit; auxiliary circuit; power supply system; operating conditions目录摘要IAbstractII目录III1概 述11.1电力机车的发展阶段11.2韶山8型电力机车简介21.2.1韶山8型电力机车主要技术参数32韶山8型电力机车相关理论基础52.1晶闸管结构与工作原理52.2单相桥式半控整流电路62.3直流电动机72.3.1直流电动机的分类82.3.2直流电动机的工作原理82.4直流电动机的起动、调速和制动93韶山8型电力机车主辅电路结构研究123.1韶山8型电力机车主电路特点123.2韶山8型电力机车主电路123.2.1网侧（25kV）电路结构123.2.2整流调压电路结构143.2.3牵引电路153.2.4制动电路173.2.5测量电路193.2.6保护电路203.3辅助电路203.3.1单三相供电系统203.3.2负载电路243.3.3保护电路254 列车供电系统274.1列车供电系统组成及工作原理274.2 机车列车供电电源284.3列车供电装置的使用、维护295 运行工况解析305.1韶山8型电力机车牵引控制305.1.1牵引控制305.1.2牵引电流通道：正半周315.2制动工况315.2.1电阻制动电流通道32参考文献34结束语35致谢36附图371概 述1.1电力机车的发展阶段铁路运输在我国交通体系中占有重要的地位，随着我国经济的发展，我国铁路加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐。随着我国铁路跨越式发展战略的实施，掀起了一个高速铁路建设的新高潮，实现了全国铁路的大提速，到目前止，我国铁路经历了先后六次的大提速，列车最高运行速度已经达到了350km/h以上，也标志着我国铁路建设已跨入世界一流水平。第一阶段，1956一1968年，是中国电力机车早期引进仿制。1956年，中国政府提出：要迅速地、有步骤地研制使用电力机车。1957年，开始研究设计电力机车，1958年仿制出第一台电力机车，此后经过多次改进，到1968年，6Y1型改名为SS1型，是第一代机车，开始小批生产。第二阶段，1968一1985年，是中国电力机车艰难的成长阶段。第一代产品SS1型成批生产，自主研制成功第一代机车SS2型，第二代机车SS3型，第三代机车SS4型。第三阶段：1984一至今，是中国电力机车迅速发展阶段。基本形成了较为完整的4、6、8轴货运、客运系列，1984一1988年间中国铁路投资政策倾斜机车车辆工业。1986年中国铁路牵引动力政策改为“大力发展电力牵引，合理发展内燃牵引”以及发展“重载高速”机车。此期间株洲工厂等工厂和株洲所等科研单位得以大规模改造，新增很多先进专用设备和试验检测设备，引进大量先进技术。1985年和1986年进口8K和6K机车的同时，引进了大量先进技术。经过消化吸收先进技术，结合中国电力机车实际和优秀的传统结构，先后自主研制成功第三代机车11种。同时还研制成功了第四代机车AC4000型交流传动机车，使中国电力机车研制技术水平得到了迅速提高。第二代机车和第三代多种机车成批生产。中国电力机车发展过程有以下几个特点：（1）中国铁道部既是铁路经营主体，又是铁路修建、机车车辆制造主体，还主办铁路科研和国家有关铁路的中等高等教育。（2）电力机车产品开发，以工厂和研究所联合开发研制为主。（3）90年代以前开发的产品，系列化、标准化、简统化差，各型机车的主要零部件不通用，几乎一个型号一个样子，特别是牵引电动机电压不统一，有低压750V，中压1000V，高压1500V种。使设计制造、运用维修很不方便，经济效益差。1990年铁道部开始电力机车的简统化，系列化工作。诸如主电路标准化设计，整流采用两段桥或不对称三段桥，牵引电动机电压统一为1000V，机车车体采用统一结构。目前已研制出SS8、SS6B、SS4B等多种产品。（4）中国电力机车研制历程是仿制独立自主设计制造消化吸收引进技术自主设计制造。 1.2韶山8型电力机车简介韶山8型电力机车是我国当时功率最大的准高速客运车，它的研制成功填补了我国快速客运电力机车空白。韶山8型电力机车以韶山5型机车作为原型基础，同为采用Bo-Bo四轴及4台直流牵引电动机，功率3200kW，主要用于准高速干线客运，最大运行速度为170km/h。在试验中最高更达到240km/h，是现时全中国速度最快的铁路机车。1997年开始批量生产，并作出改良，功率提升至3600kW和应用了串励式直流电动机。1998年6月24日，铁道部以编号0001的“韶八”机车，于许昌至小商桥区段的实验中达到240km/h的速度，创下了当时的“中国铁路第一速”。其后这个纪录被后来出现的“中华之星”推拉式动车组（321.5 km/h）所超越，但在全中国的铁路机车中，“韶八”至今仍继续“卫冕”，并未被其他机车所超越。标志着我国电力机车技术进入了高速领域。随着电气化铁路的不断发展，主要干线客运提速的需要，韶山8型电力机车将成为我国快速客运的主型机车。韶山8型电力机车由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所于1994年研制成功，1996年完成定型改造、型式试验，1997年投入批量生产。韶山8型客运电力机车是工频交流晶闸管相控机车，其主要技术特点为:（1）机车主电路为不等分三段半空桥式电路，转向架电机并联供电，采用晶闸管分路的无级磁场削弱电路，可实现全运行区无级调速特性。（2）机车动力制动为加馈电阻制动，在低速区，亦能保持大的制动力。 （3）采用微机控制系统，控制功能有:特性控制；空转（滑行）保护控制；速度分级控制系统的制动配合控制；过相分段的操纵控制以及诊断、监控显示功能。 （4）机车设有列车供电系统，可向旅客列车提供空调、采暖、茶炉、照明等供电电源。 （5）机车可安装速度分级控制系统，与车载微机进行通信、查询，并执行牵引至电制动的优先转换、常用制动、紧急制动。 （6）转向架为轮对空心轴六连杆弹性传动装置，减轻了簧下质量。牵引装置为推挽式低位平牵引杆，牵引点高220mm。 （7）采用900KW脉流电动机，该电机为全叠片结构，双H绝缘。 （8）采用DK-1型制动机，具有空电联合制动功能，并能实现列车的电空制动系统的电指令直通控制。 （9）经风洞模拟试验的机车外形，可减小风阻。 （10）车体为整体承载结构，采用有限元分析优化设计。1.2.1韶山8型电力机车主要技术参数 电流制 单相工频交流 工作电压： 额定值 25KV 最高值 29KV 最低值 20KV 轴式 B0-B0 轴重 22 t 机车整备质量 88 t 轨距 1435 mm 动轮轮径(新，半磨耗)1250/1200 mm 机车持续制功率 3600 kW 机车牵引1力 持续制 126 kN 起动值 210 kN 机车速度 持续制 100 kmh 最大值 170 kmh 电制动方式 加馈电阻制动 制动功率(75-160km/h时) 2700 kW 最大制动力(16-75km/h时) 130 kN 车体底架长度16300 mm 车体宽度3100 mm 落弓时最高点距轨面高度4628 mm 车钩中心线间距17516mm 车钩中心线离轨面高度 880土10 mm 受电弓滑板中心间距8600mm 受电弓工作高度500-2250mm 转向架固定轴距2900mm 转向架中心距 9000mm 空气压缩机能力21.6主风缸容量1.000 空气制动机型号DK-1型机车电控制动机 2韶山8型电力机车相关理论基础晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管、反向导通的逆导晶闸管、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管、门极辅助关断晶闸管及用光信号触发导通的光控晶闸管等。2.1晶闸管结构与工作原理晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图2.1（a）所示。其电路符号为图2.1（b），A为阳极，K为阴极，G为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图2.1（c）所示，则其等值电路可表示成图2.1（d）中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。 图2.1晶闸管结构、符号、结构模型及等值电路 如果晶闸管接入图2.1（d）所示外电路，外电源US正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A，电源US的负端接晶闸管阴极K，一个正值触发控制电压UG经电阻RG后接至晶闸管的门极G，如果T1（P1N1P2）的共基极电流放大系数为1，T2（N1P2N2）的共基极电流放大系数为2，那么对T1而言，T1的发射极电流IA的一部分1IA将穿过集电结J2，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流ICBO1，因此图2.1（d）中的IC1可表示为 IC1=1IA+ICBO1 （2.1）同理对T2而言，T2的发射极电流IC的一部分2IC将穿过集电结J2，此外，J2受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流ICBO2，因此，图2.1（d）中的IC2可表示为IC2=2IC+ICBO2 （2.2）由图2.1（d）中可以看出 IA=IC1+IC2=1IA+2IC+ ICBO1+ ICBO2=1IA+2IC+IO （2.3）式中，IO= ICBO1+ ICBO2为J2结的反向饱和电流之和，或称为漏电流。再从整个晶闸管外部电路来看，应有 IA+IG=IC （2.4）由式（2.3）和式（2.4），可得到阳极电流为 IA=（IO+2IG）/1-（1+2） （2.5）晶闸管外加正向电压UAK；但门极断开，IG=0时，中间结J2承受反偏电压，阻断阳极电流，这时IA=IC很小，由式（2.5）得 IA=IC=IO/1-（1+2）0 （2.6）在IA、IC很小时晶闸管中共基极电流放大系数1、2也很小，1、2都随电流IA、IC的增大而增大。如果门极电流IG=0，在正常情况下，由于IO很小，IA=IC仅为很小的漏电流，1+2不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流IG，将使IA增大，IC增大，这将使共基极电流放在系数1、2变大，1、2变大后，IA、IC进一步变大，又使1、2变得更大。在这种正反馈作用下使用1+2接近于1，晶闸管立即从断态转为通态。内部的两个等效三极管都进入饱和导电状态，晶闸管的等效电阻变得很小，其通态压降仅为12V，这时的电流IAIC；则由外电路电源电压US和负载电阻R限定，即IAICUS/R。一旦晶闸管从断态转为通态后，因IA、IC已经很大，即使撤除门极电流IG，由于1+21，由式（2.5）可知IA=IC仍然会很大，晶闸管仍然继续处于通态，并保持由外部电路所决定的阳极电流IA=IC=US/R。2.2单相桥式半控整流电路图2.2为晶闸管半控桥调压时电压电流的波形图，当电源电压u在正半周期，触发角处给晶闸管VT1加触发脉冲，u经VT1和VD4向负载供电。当电源电压u下降到零并变负时，由于电感的作用，电流将继续通过VD4流过，此时a电点位比b电点位低，因此整流管VD3导通而VT1被截止，电流从VT1转移至VD3，VT1关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VD3和VD4续流。在此阶段，忽略元件的管压降，则ud=0，不像全控桥那样出现ud为负的情况。这就是半控桥功率因数比全控桥功率因数高的原因所在。在u负半周期，晶闸管VT2承受正向电压，在触发角时刻触发VT2，使VT2导通。此时电流经VD3、平波电抗器、牵引电机、VT2后返回变压器。当u过零变正时，VD4因承受正向电压而导通，VT2则承受反向电压而截止，电流从VT2换到VD4，回路电流又不经变压器而由VD3和VD4起续流作用。ud又为零，此后重复以上过程。这种电感性负载要求的移相范围为180。因为有大电感的存在，所以输出电流波形为一水平线。通过改变触发角，就以得到不同的电压。 图2.2 单相桥式半控整流电路、波形图2.3直流电动机在电机的发展史上，直流电机发明的较早，它的电源是电池。后来才发现了交流电机。当发明了三相交流电以后，交流电机得到迅速的发展。但是，迄今为止，工业领域里仍有使用交流电动机的，这是由于直流拖动系统与交流相比，有如下特点：（1）调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。（3） 易于控制，可靠性较高。2.3.1直流电动机的分类根据励磁方式的不同，直流电机有下列几种类型，接线如图2.3所示。（1）他励直流电动机励磁电流由另一直流电源单独供电。（2）自励直流电动机1）并励主流电动机励磁绕组与电机电枢绕组并联。2）串励直流电动机励磁绕组与电枢回路串联，电枢电流也是励磁电流。3）复励直流电动机励磁绕组分为两部分，一部分与电枢回路串联，一部分与电枢回路并联。图2.3直流电动机的励磁方式2.3.2直流电动机的工作原理如图2.4所示，将直流电源加到电刷B1、B2上，电刷B1加电源的正极，电刷B2加电源的负极。线圈AX的导体中就有电流流过。设导体中的电流I（A），根据电磁力定律，载流导体在磁场中将受到电磁力 (N)，于是作用在线圈上的电磁转矩为 （2.7） 式中D为电枢的直径（m）。由于导体A中电流的实际方向是自左向右，根据左手定则，导体A在N极下所受力的方向是向左的；而导体X电流的实际方向是自右向左，导体X在S极下所受力的方向是向右的。这样作用在线圈上的电磁转矩的方向为逆时针方向，其结果使电枢为逆时针方向转动。当导体A转到S极下、而导体X转到N极下时，由于电刷B1和B2是静止的，电流总是从正极性电刷B1流入，由负极性电刷B2流出。图2.4直流电动机物理模型图 因此，转到N极下的导体的电流总是从左向右流，转到S极下的导体电流总是从右向左流。所以，导体A和导体X的电流随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向。可见，由于换向片的作用，线圈内的电流实际上是交变电流。根据前述以左手定则判断，那么作用在线圈上的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，及 其电磁转矩的方向保持不变，并使直流电动机继续朝同一方向旋转。此时换向片所起的作用是将外电路的直流电流改变为线圈内的交变电流，即所谓的逆变作用。这就是直流电动机的原理。2.4直流电动机的起动、调速和制动 1.直流电动的起动 直流电动机接上电源之后，电动机转速从零到达稳定转速的过程称为起动过程。起动过程是一种过度过程，情况较为复杂。直流电动机起动的原则是：应在起动电流不超过允许值的情况下，获得尽可能大的起动转矩。电动机拖动负载的基本要求是：（1）起动转矩Tst足够大， Tst（1.11.2)TL（2）起动电流要小，使Is（2.02.5）IN（3）起动设备要简单、可靠、经济直流电动机的起动方式有三种：（1）直接起动（小型电机）（2）电枢回路串电阻起动（3）降电压起动。2. 直流电动机的调速电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。调速方法：（1）机械调速：指通过改变变速机构传动比以改变转速的方法，特点是：调速时必须停，多为有级调速，同生活中如变速自行车原理基本相似。（2） 电气调速:指通过改变电动机有关电气参数电动机转速的方法，特点是简化机械传动与变速机构，调速时不需停车，在运行中便可以调速，可实现无级调速，必要时还可采用各种反馈环节提高机械特性硬度，以便提高拖动系统静态与动态运行指标，易于实现电气控制自动化。（3）电气机械调速:指上述两种方法都采用的混合调速法。1）电枢串电阻调速电枢回路串电阻调速时，所串的调速电阻通过很大的的电枢电流，会产生很大的损耗。串入调速的电阻越大，机械特性越软，在低速运行时，不大的负载变动，就会引起较大的转速变化，即转速的稳定性差。2）降低电源电压调速电力机车基速以下的调速主要是降压调速，由于其良好的稳定性，在高低转速时不超载等特性，可以实现无级调速。当电源电压降低时，电动机机械特性的硬度不变，转速随负载变化的幅度较小，转速稳定性较好。当电源电压连续变化时，转速也连续变化，与串电阻调速相比，其转速调节要平滑的多。3）弱磁调速 保持直流电动机的电源电压不变，电枢回路也不串电阻，降低电动机的磁通时，可以使电动机的转速上升。3.直流电动机的制动电动机的制动分机械制动和电气制动两种，机械制动，即刹车，它是用磨擦力产生阻转矩实现制动的。其特点是损耗大，多用于停车制动，如起重类机械的抱闸；电气制动，是使电动机变直流发电机将系统的机械能或位能负载的位能转变为电能，消耗在电枢电路的总电阻或回馈电网。电动机的制动有两种情况：（1）使系统迅速减速停车。这时的制动是指电动机从某一转速迅速减速到零的过程（包括只降低一段转速的过程），在制动过程中电动机的电磁转矩T起着制动的作用，从而缩短停车时间，以提高生产率（2）限制位能性负载的下降速度。这时的制动是指电动机处于某一稳定的制动运行状态。此时电动机的电磁转矩T起到与负载转矩相平衡的作用。电动机制动的方法：能耗制动、反接制动、倒拉反转制动和回馈制动等。3韶山8型电力机车主辅电路结构研究3.1韶山8型电力机车主电路特点主电路是产生机车牵引力和制动力的主体电路，也称动力电路。它主要由受电弓、主断路器、主变压器、硅整流装置、牵引电机、高压电器柜、稳定电阻柜及电路保护装置组成。韶山8型电力机车采用不等分三段桥相控调压，微机控制的恒流准恒速特性控制，低位平杆牵引装置，其主电路的特点如下：1） 主传动采用串励脉流电动机驱动。电动机的速度采用端电压无级调压和无级磁场削弱方式进行调速。2） 电压调节与磁场削弱电压调节采用三段半空桥相控整流无级调压；磁场削弱采用晶闸管分路的无级调节。因而机车在整个调速区内均是无级的。3） 供电方式电动机的供电按转向架独立供电，即一组整流器对同一转向架的两台并联电动机供电。当一组整流器故障时，可保持机车1/2的牵引力；当一台电机故障时，可保持机车牵引力的3/4。4） 动力制动采用加馈电阻制动，在低速区可以有较大的制动力。5） 测量系统电流、电压的测量采用传感器方式，可使高压与测量控制系统隔离。6） 保护主电路中设有各级电流的短路和过载保护，过高压、接地、小齿轮滞缓等保护。3.2韶山8型电力机车主电路韶山8型电力机车主电路从结构和功能上可以分为以下六部分：网侧（25kV）电路、整流调压电路、牵引电路、制动电路、测量电路、保护电路。韶山8型电力机车主电路如附图一所示。其各部分电路具体分析如下：3.2.1网侧（25kV）电路结构网侧电路主要功能是由接触网取得电能，因而属于25kV电路，又称高压电路。其主要设备有受电弓A、受电弓隔离母线、主断路器、高压电压互感器、高压电流互感器、避雷器、主变压器高压绕组。单相工频交流电从接触网流入升起的受电弓，经主短路器QF，主变压器的高压绕组AX，进入车体轮对钢轨返回变电所。高压电压互感器1TV是检测机车所在位置接触网典雅的电器，变比为25000/100V。图3.1网侧电路原理图它接在主断路器之前，二次侧通过保护用自动开关QA，接网压表1PV、2PV及电度表PJ的电压线圈。升起受电弓，就可判断接触网是否有电。主断路器QF除接通和开段机车的总电源外，当主电路发生短路、过流、接地等故障时，起最后一级保护作用。在主断路器的隔离闸刀一端（71号线）接有避雷器F，用以抑制操作过电压及雷击过电压。电流互感器1TA和2TA都用以测量主变压器的网侧电流，但作用不同。电流互感器1TA主要用作短路电流的检测，是保护用互感器，用以驱动过电流继电器5KC动作，因而对其饱和度有较高要求，对其检测精度要求比测量用互感器低。它接在高压绕组的A端，即使主变压器高压绕组对地短路也能保护。互感器2TA用来检测机车正常运行时的工作电流要求有较高的测量精度，负载为电度表PJ的电流线圈。它安装于高压线圈的X端，以降低互感器的耐压要求。机车每一轴装有接地电刷1E-4E，用以构成回流电路，以防止电流流过车轴轴承产生电蚀。轮对的另一端装有速度传感器SD1-SD4，用以检测轮对的速度。 3.2.2整流调压电路结构 韶山8型电力机车的整流调压电路由两个独立的单元组成，分别向相应的转向架上两台并联的牵引电动机供电。现以其中端转向架的整流调压单元来说明其调压过程。 网侧25KV电压经变压器降压，牵引绕组a1b1x1、a2x2的绕组电压已降至686.8V，其中a1b1、b1x1绕组电压为343.4V。这些绕组与相应的整流元件构成了三段不等分整流桥。对半控桥来说，在忽略电抗压降与电阻压降时，整流电压Ud、绕组电压U2与相控角间有下面的关系 （3.1）改变相控角的大小，即可改变整流电压值。a b c 图3.2整流电压波形我们先交替控制晶闸管V10、V11使牵引绕组a2x2供电的整流桥开放。例如在正半波的某一时刻，触发晶闸管V11，这时电流由牵引绕组的a2V7V2V1导线1平波电抗器牵引电动机电枢励磁绕组导线3V12V11x2牵引绕组a2，二极管V1、V2、V12起到续流的作用。同理，在负半波的某一相位角，触发晶闸管V10，电流则由牵引绕组x2V10V2V1导线1平波电抗器牵引电动机电枢绕励磁绕组导线3V9V8a2牵引绕组x2,二极管V1、V2、V9起到续流作用。当相控角由变至时，整流电压由0逐渐上升至整流电压Ud的1/2。在整流过程，第二段桥的元件交替导电，第一段桥的整流管V1、V2起到续流的作用整流电压波形如图3.2（a）所示。当晶闸管V11、V12将满开放，但还未满开放时，投入绕组a1b1段的整流桥，即交替触发晶闸管V3、V4；同时继续减小晶闸管V10、V11的相控角直至满开放，即在电压过零点时触发晶闸管V10、V11,这时控制晶闸管V3、V4的相控角，即电压继续上升。当电源为正半周时，若在相控角时触发晶闸管V4，则电流由牵引绕组a1V1导线1平波电抗器牵引电动机电枢励磁绕组V12V11x2牵引绕组a2V7V4b1牵引绕组a1。与上述不同的是有二段牵引绕组即a1b1、a2x2投入了工作。当电源为负半周时，与上不同的是整流元件V2、V3导电，V1、V4截止。随着晶闸管V3、V4相控角减小，整流元件将由整流电压的1/2增大到3/4。整流电压波形如图3.2（b）所示。 当绕组a1b1段整流桥将满开放时，投入b1x1段的整流桥，其过程与前类似。整流电压由整个整流电压的3/4增大至全部整流电压，整流电压波形如图3.2所示。 另外，当晶闸管未触发时，即在相控角这一段时间内牵引电动机的电流将通过二极管元件V1、V2、V7、V8、V9续流。电阻19R为整流桥的负载电阻，以实现晶闸管整流电路的空载高压试验。3.2.3牵引电路韶山8型电力机车牵引工况的简化图如图3.3所示。图3.3牵引工况简化图由图可知，韶山8型电力机车装有4台牵引电动机，对每一电机各有一条电机支路。第一转向架的1M和2M并联，由整流器器1V供电；第二转向架的3M和4M牵引电动机支路并联，由主整流器2V供电，两组电路完全相同，并互不相关。由于各电动机支路，电气设备的连接相同，仅以电动机1M支路为例以说明。图3.4表示机车端向前牵引时的电路。（1） 牵引电动机绕组的连接韶山8型电力机车采用同一转向架两台电动机背向布置方式，其相对旋转方向应相反。以第一转向架前进方向为例，从电动机1M的非整流子侧看去，应为逆时针转向，从电动机2M的非整流子侧看去应为顺时针转向。同样第二转向架电动机3M为逆时针转向，电动机4M为顺时针转向。为保证上述电动机的转向，各电动机的电枢绕组与主极绕组的相对接线方式应为:1MA11B21、D11D212MA12B22、D22D123MA13B23、D13D234MA14B24、D24D14（2）电机支路的连接图3.4电动机支路连接图电动机支路的电流途径是：正极母线1或2平波电抗器1L-4L线路接触器1KM-4K电枢电流传感器1SC-4SC位置转换开关“牵制”鼓1QPR、2QPR位置转换开关“前后”鼓1QPV、2QPV电流传感器5SC-8SC电机隔离开关1QS-4QS位置转换开关1QPR、2QPR负极母线3、4。在主极绕组上并联了固定分路电阻1R-4R，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的交变磁通减小，从而减小涡流损耗，改善电动机的换向和主极温声。（3）机车的方向控制 机车的的方向控制由位置转换开关1QPV和 2QPV完成。欲改变电动机的转向，就得电动机电枢电流的方向，或者改变励磁电流的方向，SS8型机车是利用位置转换开关改变励磁电流方向来实现的。以牵引电动机1M为例当机车在端向前位时，励磁电流由D11流入，D21流出，当端向后位时，励磁电流由15D21D1116，但必须注意，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 3.5机车反向电路原理图坏机车。 （4）库用电路为了试验与保修的方便，机车在进库检修时并没有接触网为其供电，这时就需要库用电源为其供电，库用电源都为直流。库用开关为双刀双掷开关，在运行位时，主刀与牵引电路隔离，相应辅助接点接通手电弓电磁阀,方可升弓；放于库用位时，相应辅助触点开段，不能升弓，其主刀将库用插座1XS或2XS的库用电源分别与母线1、3连接，只要合上某一电动机相应的接触器合刀开关，即可使电动机得点，达到动车和试验电机转向的目的。(5)磁场消弱电路当电机端电压达到最高值后，要求机车继续加速时，就要进行磁场磁场消弱控制。SS8型机车采用晶闸管分路，来实现从满磁场到最深消弱磁场的连续平滑控制。3.2.4制动电路韶山8型机车采用加馈电阻制动。在电阻制时，各励磁绕组串联后由励磁电源供电。电机的电枢电路除串有制动电阻外，还串入一段整流桥，其制动工况的简化电路如图3.6所示。图3.6制动工况简化电路图（1） 制动电路的连接电阻制动时，位置转换开关1QPR、2QPR转至制动位，将电机1M4M的励磁绕组串联起来，并在电枢中串入制动电阻5R8R；电机1M和2M并联后与整流器串联，整流器作为加馈电源。由于电枢电路中串有整流器，因而电阻制动时，电枢电流方向与牵引时相同。机车进行电阻制动时，列车的方向不变，电机已从电动机状态转换至发电状态，为保证电枢电流的方向，制动时励磁电流的方向应与牵引时相反。电阻制动优点：1）提高列车运行的安全性。2）减少了闸瓦与轮缘磨损。3）提高了列车下坡运行速度。缺点：低速时制动效果差。加馈电阻制动原理 图3.7加馈制动原理图加馈电阻制动的等值电路如图3-7所示。 在励磁电流IL的作用下，产生了主磁极通，电机电枢在轮对的驱动下产生电势E，由于电枢电路中串有整流器的整流电压,所以有如下关系 （3.2）式中机车速度常数制动电流为 （3.3）机车的制动力为 (3.4)式中常数。加馈电阻制动可分为两个速度控制区：（1） 高速区制动电流的最大值，受整流元件、制动电阻、电枢电流的最大值限制。在高速区，由于电机电势很高，因而式（3.2）中的整流电压必须等于0，即晶闸管处于封锁状态。制动电流的通路为主整流器二极管平波电抗器制动电阻二极管。当机车速度高于73km/h时，随着速度增加，必须减少励磁电流值，以保证制动电流不超过规定值。以保证制动电流不超过规定值。当速度为73km/h时，励磁电流达到最大值。在高速区，随着励磁电流的减小，主极磁通相应减小，因而机车最大制动力随着机车速度增大而减小。（2）加馈区在加馈区，励磁电流已达最大值，为维持机车的最大制动力，应保持最大制动电流。由于机车速度降低，牵引电机的电势不足以维持最大制动电流，制动力将随机车速度线性下降。这时半空桥开始工作，相当于牵引电机电势再串联一个整流电压。调节整流电压的大小，以维持制动电流达到某一数值。3.2.5测量电路韶山8型机车中需测量的参数有电网电压、电机电枢电压、直流电流、励磁电流、网侧牵引电力、机车速度等。表3.1测量电路元件表测量种类名称/型号原理网侧电压高压电压互感器TBY1-25, 25KV/100V变压器电机电枢、励磁电流电 流 传 感 器TQG4A, 1000A/200mA霍尔效应电机电枢电压电 压 传 感 器TQG3A,2000V/80mA霍尔效应网侧电力电度表PJ机车速度脉冲速度传感器DF16 n=f/N3.2.6保护电路韶山8型电力机车设有短路保护、过载保护、过电压保护、欠压保护及主电路接地保护等。3.3辅助电路为保证电力机车的正常运行，机车设有三相交流辅助电路和辅助机械装置。由于平波电抗器、主变压器的油散热器、整流装置、牵引电机和制动电阻等，它们在运行时发出大量的热量需要进行强迫风冷，所有这些设备都需要三相鼠笼式异步电动机来驱动。为此需要把机车单相交流电变换成三相交流电源辅助机械使用现在我们存在三种方法：（1）采用旋转式劈相机；（2）采用电容器分相法；（3）采用半导体静止逆变器。韶山8型机车辅助电路亦是采用传统的单三相供电系统。3.3.1单三相供电系统劈相原理旋转式劈相机是采用鼠笼式异步电动机。按定子绕组结构不同，可分为Y型结构和T型结构两种，如图3.8所示即为星型结构的联结形式。 图3.8 劈相机Y型联结 图3.9 启动工况当定子绕组D1D2端接到单相电源上，OD1、OD2绕组中的电流就产生一个大小随时间作正弦变化，而空间位不动的脉振磁场。如果用某种方法使转子R转起来，这时劈相机就作为一台单相异步电动机运行。一个脉振磁场可以分解成两个幅值相同而转向相反的旋转磁场；与转子转向一致的旋转磁场称为正转磁场，与转子转向相反的旋转磁场称为反转磁场。因而转子以几乎两倍于同步转速的速度切割反转磁场，并在转子导体中感应出几乎两倍于电网频率的电流，此电流所产生的磁场抵消反转磁场，因此在电机气隙内只剩下一个正转磁场。它切割OD3、OD2和OD1三相绕组，感应出三相电势。于是就将单相电源“劈”为可以驱动三相异步电动机的三相电源。OD1和OD2绕组称为劈相机的电动相绕组OD3 图3.10 劈相机供电系统原理图绕组称为发电相绕组。发电相负担三相负载的一部分功率，而负载其余功率则直接由电网供电。劈相机启动需要采用特殊的方法，常用的启动方法是分相启动法。分相启动法是在发电相接入电阻，如图3.9所示，使两相电流之间有一相位差，从而产生旋转磁场，在转子上产生启动力矩。当转速达到某一数值时将电阻切除。图3.10表示劈相机正常工况，在发电相和电源之间并联电容，以改善劈相机输出三相电压的对称性。劈相机实质上是一种本身只输出一相电流的异步电机。劈相机工况实际上是三相异步电机在不对称条件下运行的一个特例。 异步电机进入劈相机工况一般应具备以下两个条件： 1）电机轴上的机械负载不变； 2）三相电网中D3相缺相，使D3相的电流反相输出。只要具备上述条件，一般的三相异步电动机同样具有劈相机功能。（1）劈相机分相起动过程如图3.11所示。韶山8型电力机车采用旋转式劈相机，型号为YPX2-280M-4，380V，57KW。采用电阻分相起动，通过其相应的接触器15KM控制劈相机的运转与停止。起动电阻53R的通断由接触器29KM控制，起动过程由劈相机起动继电器1AK监测并控制起动电阻回路的开断。1AK的工作电源（DC110V）从导线454经13KT联锁由导线281引入。劈相机启动原理劈相机起动过程如下：当按下劈相机按键开关后，接触器29KM闭合，起动电阻投入，15KM闭合劈相机开始起动，这时劈相机起动继电器监测劈相机发电相电压（由导线261、262引入）来间接反映劈相机的转速，当劈相机转速达到约0.9nH，也即1AK测得其发电相电压接近于比较电压（额定网压下，该电压值约为220V，由导线201、206引入）时1AK动作，使29KM主触头打开，断开起动电阻（53R）回路，劈相机起动完成，同时1AK失去工作电源处于闭置状态。（2）通风机电动机电容分相起动劈相机故障时，特设第一牵引通风机电动机3MA兼作劈相机，采用电容分相起动。在机车运行中，劈相机一旦发生故障，为保证其它辅机继续工作，可切除劈相机，而以起动电容23C对牵引通风机电动机3MA直接进行分相起动。这时要把劈相机故障转换开关15QS打向“1FD（2）”位，即把1AK监测劈相机发电相电压的引入线转接到3MA的第三相上，同时必须把闸刀开关5QP倒向起动电容位（因起动电阻不能起动通风机）。起动过程仍由起动继电器1AK控制，起动完成后1AK常开联锁闭合，使29KM线圈失电，其主触头打开，切除起动电容。在运用中以3MA替代劈相机作电容分相起动时，司机的操纵与使用劈相机时相同。需要说明的是3MA电容分相起动后，实现单三相供电系统功能的同时，仍能担负自身的通风任务。图3.11劈相机起动电路（3）库用电源电路机车在库内可通过辅助电路入库插座13XS引车入库的380V单相或三相电源。此时，将6QP倒向“库用”位。可使用的库内电源有两种：1）库内三相电源一般在段内不需起动劈相机，直接起动辅机时使用。把库内三相电源接到库用插座13XS的207、208、209三点上，通过6QP及导线203与209之间的连接母线直接为辅助电路提供三相电源。2）库内单相电源当库内具有大容量电源时，可将单相电源送至库用插座13XS的207、208两点上，经6QP给辅助电路提供单相电源，此时须使用劈相机实现单三相供电系统。若只使用库内单相电源，也可拆开导线203与209之间的连接母线，这样做有两个目的：一是从安全角度考虑，使库用插座13XS的第三点（209点）不带电：二是若电源线误接至接点208、209上时，避免劈相机走单相。3.3.2负载电路（1）三相负载电路（见图3.12）当劈相机起动完毕后，辅助电路导线201、202、203即可提供三相不对称电源，这时各辅机可依次投入工作。图3.12三相负载电路韶山8型电力机车三相负载有：压缩机电动机1、2MA二台，牵引风机电动机3、4MA二台，制动风机电动机5、6MA二台，变压器风机电动机8MA一台，