电力机车电路

1、3-3 3-3 电力机车电路电力机车电路 电力机车能量传递过程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 27.5kv单 相接触网 交流 直流 机械能 电能 一、机车电路分类一、机车电路分类 1、主电路、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 辅助电路（有两类）辅助电路（有两类） 交流辅助电路交流辅助电路 功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等供电；功能：给主电路的通风

2、、冷却辅助电机等供电； 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：变换器、通风电机、压缩电机等主要有：变换器、通风电机、压缩电机等 直流辅助电路直流辅助电路 功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设 备供电；备供电； 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、车交直流变换电源，蓄电池、车 灯、空调。灯、空调。 此外，用于客车牵引的机车上有此外，用于客车牵引的机车上有DC600VDC600V直流电源供

3、客直流电源供客 车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务系统车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务系统 供电。供电。 控制电路（有两类）控制电路（有两类） 电器控制电器控制 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近年来生产机车上的逻辑联锁已由逻辑控制 单元（单元（LCU)LCU)完成。完成。 电子控制电子控制 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、

4、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、含有：给定积分器、特性控制、防空防滑、 移相控制、功率放大、脉冲变压器等控制移相控制、功率放大、脉冲变压器等控制 单元。单元。 二、机车主电路二、机车主电路 主电路主要考虑以下五个方面：主电路主要考虑以下五个方面： 电机连接与激磁方式；电机连接与激磁方式； 电机的供电方式；电机的供电方式； 整流线路；整流线路； 调速方式；调速方式； 电气制动方式。电气制动方式。 （一）牵引电机的连接与激磁方式（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。交直型电力机车采用直流脉流牵引电机。 、激磁方式、激磁方式

5、串激串激 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特性，并联时负载分配较易 均衡，但特性较软，防空转能力差；均衡，但特性较软，防空转能力差； 并激（它激）并激（它激） 特点：特性较硬，防空转性能好，但是其特点：特性较硬，防空转性能好，但是其 它性能（起动和恒功）较差它性能（起动和恒功）较差； 复激复激 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，但电机结构特点：兼有串激和并激的优点，但电机结构 和控制复杂。和控制复杂。 实际情况：机车多用串激电机、实际情况：机车多用串激电

6、机、K K机车机车/SS7/SS7 采用了复激电机，没有采用并激的采用了复激电机，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。磁电流控制是按电枢电流规律控制的。 、电机联接方式、电机联接方式 串联串联 特点：主电路开关电器少、简化主电特点：主电路开关电器少、简化主电 路结构，电机负荷分配均匀，但路结构，电机负荷分配均匀，但 防空转性能差；防空转性能差； 并联并联 特点：防空转性能好，整车粘着利用特点：防空转性能好，整车粘着利用 充分，但主电路结构复杂充分，但主电路结构复杂； 实际应用：普遍采用电机

7、并联方式，只实际应用：普遍采用电机并联方式，只 有有8K8K机车采用电机串联。机车采用电机串联。 （二）供电方式（二）供电方式 集中供电（车控）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，影响整通风设备，但一台电机故障时，影响整 车工作；车工作； 独立供电（轴控）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。

8、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。 部分集中（架控）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，粘着利用较特点：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为充分，同时实现一定的冗余。 实际应用：实际应用：SS1SS1、S S3 3机车采用集中供电；其它机车采用集中供电；其它 部分机车由部分集中供电，其中部分机车由部分集中供电，其中6K6K机车上有机车上有 一个转向架上两台电机分别由两套不同的整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

9、型车采用独立供电流器供电；没有交直型车采用独立供电。 随着的发展和高速重载的需求，新型的交直流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用充分，同时在一轴故障整车的牵引力影响 不大。不大。 （三）整流线路（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；采用二极管不控整流； 其它机多用半控桥整流且是二段桥、三桥甚至其它机多用半控桥整流且是二段桥、三桥甚至 四段桥。四段桥。 整流器的简化线路图 p p平波电抗器，减小电流脉动，改善电机换相性

10、能。平波电抗器，减小电流脉动，改善电机换相性能。 f f激磁绕组。激磁绕组。 f 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。 （四）调速方式（四）调速方式 调速要求：在不中断主电路的情况下，尽量调速要求：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，改变电机电调速调压：在额定电压之下，改变电机电 枢电压枢电压d d实现电机调速；实现电机调速； 弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱 磁场进步提高速度。磁场进步

11、提高速度。 1、调压调速：、调压调速： 有触点调压，有触点调压，SS1SS1、机车；、机车； 有触点与相控结合调压，有触点与相控结合调压，SS3SS3； 无触点相控调压，无触点相控调压，SS4SS4、SS5SS5、6K6K、8K8K等；等； 其中方式其中方式为有级调压，方式为有级调压，方式和和为无为无 级调压级调压。 2、弱磁调速：、弱磁调速： 激磁绕组并电阻调速，激磁绕组并电阻调速，SS1SS1、SS3SS3、SS4SS4、 SS6SS6； 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。 6K6K、 SS7 SS7 是复励电机，由它励绕组的相是复励电机，由它励绕组的

12、相 控电路励磁；控电路励磁； 8K8K、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； 方式方式为无级、方式为无级、方式为有级。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速两种；无级调速也分为无级调压和无级 弱磁两种。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调节；有级调速在级间变换时有电流冲击 和机械冲击。和机械冲击。 （五）电气制动（五）电气制动 两类制动： 机械制动：常备制动，低速时

13、投入；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。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.SS5 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（ 台）、台）、SS5、SS7。 三、主电路保护三、主电路保护 思考： p 为何要主电路要保护？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。 p 主电路保护类型有那些？主电路保护类型有那

14、些？ 短路、过载、接地和过压保护。 1、主电路短路保护、主电路短路保护 （）电网侧电路短路保护（）电网侧电路短路保护 电网侧绕组电网侧绕组X的的A端或中间任何一点接地，短路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；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；检测：网侧电流互感器的网侧绕组； 电流超过电流超过400A时，互感器二次电流超过时，互感器二次电流超过lA，电，电 流继电器动作，接通主断路器的分闸线圈，主断流继电器动作，接通主断路器的分闸线圈，主断 路器分断。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；短路电流很大主断路器及变电所油

15、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。不会跳闸，由牵引变电所执行保护。 （）二次侧绕组短路（）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；部或外部接线短路； 检测：网侧电流互感器的网侧绕组；检测：网侧电流互感器的网侧绕组； 电流超过电流超过400A400A时主断路器动作分断。时主断路器动作分断。 但在但在9 9级以下绕组短路及一小段绕组短路时，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，二次侧短路由于一、二次绕组匝比太

16、大，二次侧短路 电流虽高达数万安，但网侧电流还达不到电流虽高达数万安，但网侧电流还达不到 400A400A整定值，主断路器不会跳闸。整定值，主断路器不会跳闸。 （）硅整流器击穿短路（）硅整流器击穿短路 定义：整流元件击穿引起的短路；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绕组；检测：网侧电流互感器的网侧绕组； 动作：一次侧电流超过动作：一次侧电流超过400A400A时主断路器动时主断路器动 作分断动作。（作分断动作。（SS1SS1整流器有较大的短路过整流器有较大的短路过 载能力。）载能力。） 过渡硅机组二极管击穿采用快速熔断器保过渡硅机组二极管击穿采用快速熔断器保 护护 （）

17、牵引电动机闪络（）牵引电动机闪络 定义：牵引电机换向器换向恶化可能导致定义：牵引电机换向器换向恶化可能导致 闪络短路，闪络短路， 检测：电枢回路中的过流继电器动作；检测：电枢回路中的过流继电器动作； 动作：主断路器分断。动作：主断路器分断。 2 2、主电路过载保护、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，牵引电机回路牵引或制动时，牵引电机回路 超过最大值；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 3、主电路接地保护、主电路接地保护 p问题：为何设主

18、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。主电路中，不同电位两点同时接地时，发生短路。 p问题：接地继电器的接入点的如何选择？问题：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。选择整流电路的负极接入。 p问题：为何要串入问题：为何要串入DC110V蓄电池？蓄电池？ 为了消除死区，保证任何一点接地时可以动作。为了消除死区，保证任何一点接地时可以动作。 4 4、主电路过电压保护、主电路过电压保护 （）过电压的种类（）过电压的种类 大气过电压：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：

19、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（）过电压吸收 n 网侧放电间隙网侧放电间隙 n 功能：功能：110mm放电间隙，当遭雷击时，放电间隙，当遭雷击时， 放电间间隙击穿，将大气过压限制在放电间间隙击穿，将大气过压限制在 90kV以下；以下； n 问题：放电间隙动作后不能自恢复，问题：放电间隙动作后不能自恢复， 变电所跳闸变电所跳闸 n 现有氧化锌避雷器。现有氧化锌避雷器。 n 二次侧二次侧RC网络网络 n 功能：功能：C网络将内部操作过电压及网络将内部操作过电压及 被放电间隙释放的过电压进行吸收，被放电间隙释放的过电压进行吸收， 将

20、二次侧最高电压限制在将二次侧最高电压限制在4.5kV。 n 整流器换向整流器换向RC 吸收吸收 n 功能：吸收整流元件和换向过电压，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电阻同时可以均压和释放电容电压 的作用。的作用。 四、机车辅助电路四、机车辅助电路 、机车辅助电路分类、机车辅助电路分类 直流辅助电路直流辅助电路 供车上电器控制和电子控制的直流电源。供车上电器控制和电子控制的直流电源。 交流辅助电路交流辅助电路 供车上空压机、通风机、油泵电机、空调供车上空压机、通风机、油泵电机、空调 的三相交流电源。的三相交流电源。 客车供电辅助电路客车供电辅助电路 1.1.供客车用电的供客车用电的DC600VDC600V直流电源。直流电源。 、直流辅助电源、直流辅助电源 n 通常用的是通常用的是DC110V,DC110V,在地铁或其它轨道车辆中在地铁或其它轨道车辆中 也有用也有用DC24V,DC24V,并且有蓄电池作后备电源。供并且有蓄电池作后备电源。供 电网没电时，给控制系统供电；电网没电时，给控制系统供电； n 传统相控电源传统相控电源 n 正常时整流器负载供电，同时给蓄电池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，蓄电池给负载组