呼和浩特职业学院教案首页 课题 第四章电力机车主电路 授课时间 授课对象 授课学时 1.掌握机车主线路的组成及结构特点： 教学目的 2.会分析SS:型电力机车主线路原理： 3.熟悉机车保护线路的原理，熟悉主型机车上采取的保护措施。 教学重点 会分析SS,型电力机车主线路原理 教学难点 机车保护线路的原理，熟悉主型机车上采取的保护措施 教学方法 启发式，引导文，多媒体演示，视频演示 1、机车电气线路的分类 2、对机车主线路的基本要求 教学步骤 3、电力机车主线路的组成 及 4、电力机车主线路结构分析 内容提要 5、SS型电力机车主线路分析 6、SS型电力机车主线路分析 备注
第四章电力机车主电路 电力机车电气线路通常由三部分组成，即主电路、辅助电路和控制电路 主电路是指将牵引电动机及其相关的电气设备连接而成的线路，该线路具有电压 高、电流大的特点，因此亦称高压线路或牵引动力电路。根据机车的运行情况，对机 车提出了各种要求，以满足机车安全运行的需要。主线路的结构将直接影响机车运行 性能的好坏、投资的多少、维修费用的高低等重要经济指标。本章通过对各型机车主 电路单元电路的结构方式，如整流调压方式、供电方式、磁场削弱方式、电气制动方 式的讨论过渡到具体机车的主电路。学完本章应达到如下目标： 1.掌握机车主线路的组成及结构特点： 2.会分析SS型电力机车主线路原理： 3.熟悉机车保护线路的原理，熟悉主型机车上采取的保护措施。 第一节概述 一、机车电气线路的分类 电力机车的电气线路就是将各电气设备在电方面连接起来构成一个整体，用以实 现一定的功能。整流器电力机车的电气线路通常都由三部分组成，分别是主线路、辅 助线路和控制线路。各种保护设在各线路之中，在电方面不独立存在。 主线路是指将牵引电动机及与其相关的电气设备（如：牵引变压器、调压开关、 整流元件、转换开关等)用导线（或铜排）连接而成的线路。由于该线路的电压为接触 网电压与牵引电动机电压，电流为变压器绕组电流与牵引电动机电枢电流，因此该线 路中的电压较高、电流大，又称高压线路。 辅助线路是指将辅助电机（如：劈相机、压缩机电机、通风机、油泵等）和辅助 2
设备（如：取暖设备、电热玻璃等）及与其相关的电气设各连接而成的线路。其工作 电压视辅助电机类型而定，一般为交流380伏、220伏或直流几百伏。 控制线路是指司机控制器、低压电器及主线路、辅助线路中各电器的电磁线圈等 所组成的线路。通过控制线路可以使主线路和辅助线路中的电器协调动作。该线路中 一般采用低压直流电源，电压值为50一110伏，所以又叫低压线路，我国生产的电力 机车其控制线路的电压为110伏。 机车的三大线路在电方面基本上是相互独立的。它们之间通过电磁、机械或电空 传动相联系。 二、对机车主线路的基本要求 根据机车的运行情况，对机车的电气线路提出一定要求，机车主线路本身应满足 以下几方面的要求 1.由于主线路是高压线路，因此在升弓带电情况下，要保证工作人员与高压带电 部分隔离 2.能快速接通和断开电路。 3.在网压波动的允许范围内能可靠地工作，具有一定的过载能力，对地有良好 的绝缘。 4.能改变机车的运行方向，能进行起动和调速。 5.尽可能作到起动平稳、调速平滑、减少冲击 6.在故障情沉下有维持运行的故障线路。 7.有防空转保护装置。 8.有充分的保护。 3
9.有电气制动的机车应能可靠地进行牵引一一制动转换，并保证电气制动的电 气稳定性和机械稳定性。 10.应有使机车入库的低压电源及入库线路。 电力机车主线路是非常重要的。机车主线路要进行功率传递，其结构决定了机车 的类型，同时在很大程度上也决定了机车的基本性能，直接影响机车性能的优劣、投 资的多少、维修费用的高低等技术经济指标 三、电力机车主线路的组成 电力机车主线路一般均由以下几部分组成： 1.变压器一次侧线路： 2.变流调压线路： 3.负载线路 4.保护线路。 第二节电力机车主线路结构分析 衡量电力机车主线路性能，一般从以下六个方面进行考察。 一、变流调压方式 整流器电力机车的变流调压方式有高压侧调压低压侧不可控整流、低压侧调压不 可控整流、晶闸管移相调压和晶闸管级间平滑调压等几种方式， 相控调压的基本原理己在第二十章中详述，其基本特点是可以使输出电压平滑调 节，实现所谓的无级调压。相控调压可以分为全控整流调压、半控整流调压两类，其 4
中在无再生制动情况下以半控整流调压为好，主要表现在功率因数的改善方面。低压 侧调压与半控整流调压相结合就是晶闸管级间相控平滑调压，其主要解决的问题也在 于提高机车的功率因数 二、供电方式 供电方式可分为集中供电、半集中供电及独立供电等几种方式。 图22-1为典型的集中供电线路，它是由一套调压整流装置给所有的牵引电机供 电。集中供电线路在配线和总体布置上都比较简单，整流装置的容量较大，缺点是当 各牵引电动机在特性上出现差异时在并联电机支路中有环流存在，当该机车由其它机 车拖动与原运行方向相反时，牵引电动机将依靠剩磁发电，其中发电机电势较高的 个电机将通过其它电机形成自励回路，最后造成牵引电机并联自励发电短路，为此在 机车线路中都加设了线路接触器。此外，当一组整流器故障时，将使整台机车的功率 降低一半。 下 图22-1集中供电线路
099 图22-2半集中供电线路 半集中供电线路如图22-2所示，机车主线路有两组整流装置，每组整流器给 半牵引电动机供电，这种供电线路的特点是每组整流器的容量可以相对小一些，但当 一组整流器故障时，也将使整台机车的功率降低一半。对于C,C、BB,轴式的机车， 半集中供电也叫做转向架独立供电。 (a)变压器二次侧共用绕组式(b)变压器二次侧独立绕组式 图22-3独立供电线路 图22-3所示两种独立供电线路，其共同特点是可以避免上述两种电路存在的缺 陷。即当各电机特性有差异时不会形成环流，若一组整流器故障时，仅切除相应的 台牵引电动机而不影响其它支路，机车功率下降要少一些。图22-3()所示电路为变 压器二次侧共用绕组式供电线路，当这种线路中的整流元件为可控元件时，若一组整 流器换向时，其余各支路整流元件的阳极电压均下降为元件的正向压降。这样，各整 流支路就会发生逐个换向的现象，造成各支路输出平均电压不相等，电动机特性差异
增加。为克服上述缺点可采用图22-36)所示的变压器二次侧独立绕组式供电线路， 这种线路还使变压器二次侧绕组中的电流减小，但却使变压器绕组增加了许多，绕组 间还有绝缘方面的要求。 三、磁场削弱方式 磁场削弱的方式有改变励磁绕组匝数的励磁绕组分段法、励磁绕组串-并联转换 法和改变励磁电流的电阻分路法及晶闸管分路法四种方式，其中常用的是后两种。 电阻分路法是在励磁绕组旁并联电阻使流过励磁绕组中的电流减小，达到磁场削 弱的目的，通常用两个电阻实现三级磁场削弱。晶闸管分路法是在励磁绕组旁并联晶 闸管，对牵引电动机的励磁电流根据要求的B值进行旁路，从而达到削弱磁场的目。 晶闸管分路加上相控调压可以实现机车的全无级调速。 四、电气制动方式 电气制动方式有电阻制动和再生制动。目前，大功率电力机车都配备有电气制动。 电阻制动线路如图22-4所示，制动时一般将牵引电动机接为它励，各牵引电机 的电枢分别与制动电阻接成独立回路，各牵引电机的励磁绕组串联后由一半控桥供 电。电动机转为发电机运行，电能消耗在制动电阻中。 40 图22-4电阻制动线路
图22-5加馈电阻制动线路 为了使电阻制动在低速区也获得最大恒制动力特性，近年来在机车上又采用了加 馈电阻制动方式，线路如图22-5所示。从电路中可以看出，制动力是靠整流桥相控 输出整流电压U,对制动电路实施电流加馈，以维持制动电流不变(I=(心+E)/R), 实现恒制动力特性。 采用再生制动时，牵引电机励磁电路与电阻制动时相同，所不同的是电枢回路， 如图226所示，牵引电机作为发电机运行，变流器此时作为逆变器，将发电机的电 能反馈到接触网中去。变流器必须采用全控整流线路或中抽式可控整流线路才能实现 逆变要求。此外，在牵引电机电枢回路中还应串再生稳定电阻w。 图22-6再生制动线路
五、牵引电动机型式及联结方式 牵引电动机型式主要有串励牵引电动机和复励牵引电动机。为更好的利用机车的 粘着力，一般采用全并联的联结方式。 六、检测及保护方式 为使机车乘务人员随时了解机车的运行状态，掌握牵引电动机的工作情况，机车 通常设有各种检测电路。机车主线路的交流侧通过电流、电压互感器对接触网电压、 一次侧电流进行检测，牵引电机电流的检测方式是用直流电流传感器检测牵引电机的 电枢电流和励磁电流（电气制动状态），检测的电流信号接到安装在司机台的电流表 上，直接向司机指示牵引电动机电流。电压的检测是用直流电压传感器，检测获得电 压信号后接到安装在司机台的电压表上，直接向司机指示牵引电机电压。 为了保证电力机车可靠运行，在机车的电气线路中必须设置一系列的保护，使机 车线路在发生故障时迅速切断相应电路，避免机车电气设备遭到损坏，或防止故障进 一步扩大。当机车故障不能及时排除时，还应能够方便地组成故障线路，使机车能在 故障情况下维持运行。 根据机车故障现象的不同性质，线路中的保护一般分为过流保护（包括短路和过 载保护)、接地保护、过电压保护、欠电压保护及其它一些特殊保护。保护的方式则 根据故障对机车线路、电气设备及对列车运行的影响大小而不同，有切断机车的总电 源，或切断故障线路的电源，也可以仅给司乘人员以某种信号引起注意，还可以在故 障发生后自动予以调整。 1.过流保护 过电流是指电气设备过载、设备及线路短路引起的电流剧增。过电流容易造成电 气设备的绝缘老化，设备烧损严重的引起失火。机车上通常用断路器、过载继电器、 自动开关和熔断器进行过电流保护
电力机车的短路保护一般采用高速自动开关或主断路器。在整流器机车上，变压 器的一次侧设有过流保护继电器，当变压器一次侧或二次侧发生短路时，均引起变压 器一次侧电流剧增，超过保护继电器动作值而使其动作时，使主断路器跳闸。 牵引电动机的过载保护多采用电磁式过载继电器。牵引电动机回路中的母线穿过 继电器铁心，当牵引电动机过载电流超过继电器动作值时，继电器动作，引起主新路 器跳闸。对于相控机车，用直流互感器检测牵引电动机电流，并把过载信号送入牵引 过载继电器，此时不仅要切断机车总电源，同时还要封锁电子触发线路。 电气制动时的牵引电动机过载也可用过载继电器，但一般不切断机车总电源，而 只切断励磁回路电源，同时封锁相应的电子触发线路。 辅助线路的过电流保护有两种保护方式，一种是通过过流继电器切断机车总电 源，另一种是切断辅助线路电源，后者对机车运行有利，但须增设一断路器。 对于控制线路及其它部件（如：电炉、电热玻璃等）的过载一般采用熔断器、自 动开关等进行保护。 2.接地保护 机车上电气设备或电气线路因绝缘破坏、飞弧或其他意外情况，使带电导体与金 属部分接触即为接地。根据接地点是否稳定分为“死接地”和“活接地”，与车体钢 结构直接接触的为“死接地”；裸露导线部分通过空气对钢结构放电或通过绝缘物表 面对钢结构爬电的为“活接地”。接地将导致短路故障而烧损设备或导线，因此在电 力机车的主线路和辅助线路必要时控制线路中必须设有接地保护。主要的接地保护手 段是采用接地继电器