第一章 交直型电力机车主电路
和辅助电路
本章要点,
? 主电路设计考虑的主要因素
? 我国主要干线机车主电路
? 机车的牵引特性及制动特性
? 概念“粘着”、”“空转”、“滑行”、“辆
重补偿”
? 主电路保护的种类与原理
? 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
27.5kv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;
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
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
电;
特点:三相 380V交流供电,功率较小;
主要有:单/三相变换器、通风电机、压缩电
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
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;
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。
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;
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。
主电路设计考虑的内容
主要考虑因素,
① 满足机车牵引中的起动、调速和制动的基本
要求;
② 功率大、控制复杂、工作条件差,体积、重
量受到限制;
③ 牵引性能的好坏、技术难易程度,维护费用
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,
① 电机连接与激磁方式;
② 电机的供电方式;
③ 整流线路;
④ 调速方式;
⑤ 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“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;
② 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 ;
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。
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 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。
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
结构,电机负荷分配均匀,但防空
转性能差;
② 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 ;
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
8K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。
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;
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。
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。
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。
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,SS 3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
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。
图1-1整流器的简化线路图
L f



单 相
交 流
输 入
M
L p
R f
三、整流线路(续1)
L p-平波电抗器,减小电流脉动,改善电机
换相性能。
L f-激磁绕组。
R f-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,
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。
问题,
① 直流电机如何调速的?
四、调速方式(续1)
分两步,
① 调速调压:在额定电压之下,改变电机电枢
电压U d实现电机调速;
② 弱磁调速:在端压达到额定电压后,削弱磁
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,
① 有触点调压,SS1、8G机车;
② 有触点与相控结合调压,SS3;
③ 无触点相控调压,SS4,SS5,6K,8K等;
其中方式 ①为有级调压,方式②和③为无级调
压 。
四、调速方式(续3 )
弱磁调速,
① 激磁绕组并电阻调速,SS1,SS3,SS4,SS6;
② 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 ①为无级、方式②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
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、电气制动
两类制动,
① 机械制动:常备制动,低速时投入;
② 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(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?
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
牵引力(F)与速度力(V)关系曲线,并说
明其特点。
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。
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
控整流器 SS1
有触点与相控
结合 SS3
相控多段桥 SS4 相控多段桥无级弱 磁再生制动 SS5
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
电压,可实现 33级调压和3级磁场削弱,功率因数高。
图1 -2 SS1机车主电路简图
D 1
M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6
D 2
L p 1 L p 2
u
i n
一,SS1型机车主电路 (续1 )
图1 -2 SS1机车主电路原理
D 1
x 1
D 2
主 断 路 器
M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6
2 5 k V
C 0 - C 0 6 × 7 0 0 k W
1
o 1 o 2
9
x 2
D 3
D 4
T K 2 6
D 5
D 6
L p 1
L p 2
3 1
3 2
3 3
3 4
3 5
3 6
3 7
3 8
4 7
3 9
4 0
4 1
4 2
4 3
4 4
4 5
4 6
4 8
一,SS1型机车主电路(续 2)
1,调压过程
QKT-18组合开关和 TK26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,
改变整流器的输入电压,从而实现了 33级整
流电压 。
① 0级
开关 31-38全部断开,形成不了回路,Ud=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。
② 0-1级
QKT-18右旋 20o,TK31,TK39合,a1x1与 o1-1,a2X2与
o2-9电压相减。
U左 =1040-1000=40(V)
U右 =1040-1000=40(V)
Ud=0.9× 40=36(V)
问题,
① Ud中的系数 0.9是如何来的?
一,SS1型机车主电路(续 4)
② 1-2级
QKT-18左旋到 40o,TK39合,TK32合,TK31分,
a1x1与 o1-1,a2X2与 o2-9电压相减。
U左 =1040-7× 125=165(V)
U右 =1040-1000=40(V)
Ud=(0.9× 40+ 0.9× 165) /2=92.25(V)
Δ Ud= 0.9× 165/2=56.25(V)
一,SS1型机车主电路(续 5)
③ 16-17级
QKT-18左旋到 340o,TK47,TK48合,a1x1与 o1-
1,a2X2与 o2-9电压相减。
U左 =1040V
U右 =1040V
Ud=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。
④ 17-18级
QKT-18左旋到 340o,K47和 K46合,k48断开。
U左 =1040+ 125=1165V
U右 =1040V
Ud=0.9× (1165+1040)/2=992.5(V)
直至 33级,a1x1与 o2-9全部串联,a2X2与 o1-1
全部串联,电压相加。
Ud=0.9× (1000+1040)=1836(V)
一,SS1型机车主电路(续 5)
2、电压计算公式
由上述分析过程可知,第一级电压为 36V;
随后每级位增加一级,输出电压级增加,
0.9× 125/2=56.25V,
电压输出可写为,
U d=36+56.25× (n-1)56.25
其中,n=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,
① 保证调速时电流连续,
不中断主电路;
② 减少级间转换开关断开
时产生的电弧。
问题,
? 电弧是如何产生的?
1 0 4 0 V
D 3
8 × 1 2 5 V
D 4
K 3 1
K 3 2
I d
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
级位时输入电压正负半波相差 125V,会引起变
压器的直流磁化,影响变压器工作,但实际
证明影响不大。
问题,
① 直流磁化是如何影响变压器的?
习题
? 1, 试述 SS1型电力机车调压过程;
? 2、说明并分析过渡硅机组在调压过程中的作
用;
二、6G机车主电路
U d
ω t
ω t
ω t
ω t
U d
i N
i N
ω t
一 段 工 作 输 出 电 压 和 电 网 输 入 电 流 波 形
两 段 工 作 输 出 电 压 和 电 网 输 出 电 流 波 形
M 1 M 2 M 3
U d
2 5 k V
5 0 0 V
5 0 0 V
T 1
T 2
D 1
D 2
T 3
T 4
D 3
D 4
L p
C 0 - C 0 6 × 8 0 0 k W
6 G 机 车 一 个 转 向 架 主 电 路
R M 1
R M 2
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 。
2、调压过程
第一调节区:RM2闭锁( α 2=180o),RM1
的 T1,T2被触发逐渐开放,RM2的 D3和
D4续流,Ud由 0~450V调节;
第二调节区:RM2满开放( α 1=0o ),
RM2逐渐开放,Ud由 450~900V调节;