呼和浩特职业学院教案首页 课题 第五章电力机车辅助电路 授课时间 授课对象 授课学时 熟悉旋转劈相机的起动方法： 2、理解SS4G、SS机车辅助线路的工作原理及保护，掌握其分析方法： 3、能理解和分析SS4G、SS机车列车供电电路。 教学目的 熟悉旋转劈相机的起动方法： 教学重点 2、 理解SS机车辅助线路的工作原理及保护，掌握其分析方法： 1、熟悉旋转劈相机的起动方法： 教学难点 2、理解SS:机车辅助线路的工作原理及保护，掌握其分析方法： 启发式，引导文，多媒体演示，视频演示 教学方法 第一节电力机车的辅助设备 第二节SS4G辅助电路 第三节韶山8型机车辅助电路 教学步骤 一、单一一三相供电系统 二、负载电路 及 三、保护电路 内容提要 第三节列车供电系统 备注
第五章电力机车辅助电路 本章主要介绍电力机车辅助线路的作用、组成和辅助设备的设置等内 容，以SS型机车为代表讲述其辅助线路的工作原理、分析方法，并讨论SS 型机车的列车供电系统。通过学习要达到的要求是： 1、熟悉旋转劈相机的起动方法： 2、理解SS机车辅助线路的工作原理及保护，掌握其分析方法： 3、能理解和分析SS机车列车供电电路。 第一节电力机车的辅助设备 电力机车的辅助设备是为保证主线路中各电气设备的正常工作而设置 的。辅助线路是指将辅助设备及其相关的电气设备连接而成的线路。辅助 线路能否正常工作，直接影响主线路能否正常工作，亦即影响机车的正常 工作。 辅助线路中的设备主要有分相设备、空气压缩机组、通风机组、油泵 及其它设备如取暖设备、通风设备、电热玻璃、热饭电炉、空调等。本节 将介绍辅助设备的设置、辅助机组的起动、旋转劈相机的起动及辅助电路 的组成等基本原理。 一、辅助线路组成 电力机车的辅助线路主要由电源电路、负载电路、保护电路组成。电 源电路由主变压器辅助绕组提供单相380V和220V交流电源，再由劈相机劈 成三相交流电源供给辅助机组。负载电路包括三相负载电路和单相负载电 路。其中三相负载主要有空气压缩机电动机、通风机电动机、油泵电动机， 通过三相交流接触器控制其工作。单相负载主要有一些加热、取暖元件， 由转换开关控制其工作。保护电路主要是在辅助电路发生过流、接地、过 电压、欠电压和单机过载故障时，使相应电器动作，从而达到及时保护的 电路。 2
二、分相设备 在单相交流供电的电力机车上，若选用三相异步电动机作为辅助电机， 机车内须设有分相设备，以便将单相电转变为同频率的三相电供给三相电 机。分相设备主要有旋转劈相机、静止劈相机两种。静止劈相机是由晶闸 管构成的一种变流器，由整流器与逆变器两部分组成，这种变流器又称为 辅助电源。这里我们仅介绍旋转式异步劈相机的启动工作原理。 1.旋转劈相机的起动 旋转劈相机的结构与原理已在第十章中介绍过，它可以视为单相电动 机与一个三相发电机的组合体，旋转劈相机的起动可分为直接起动和间接 起动两种方式。劈相机直接起动的原理线路如图23-1所示。在接入单相电 源时，闭合接触器A,电流一路通过CC,-C绕组，另一路经CC,C绕组再 经接触器A、起动电阻R到C与电源构成回路。前一回路可近似看作纯电感 负载，其电流滞后电源电压为90°，而后一回路为电阻一一电感负载，其 电流滞后电源不到90°，当电阻值较大时，电流可与电压相位接近，这样， 两个支路的电流间就有一个相位差。此外，由于两回路绕组在空间布置上 有一角度差，这就满足了单相电动机起动的两个基本条件，在电机内将产 生一椭圆形的旋转磁场，使电枢转动。当电机电枢转动起来以后，在定子 三相绕组中产生三相感应电势，由C、C2、C输出三相交流电，C一C、C-C 称为电动相，C。C称为发电相。在劈相起动起来后，可以使线路中的接触 器A断开，切除起动电阻R。国产电力机车均采用直接启动的方式
图23-1穷相机直接起动的原理 三、辅助设备的设置和起动 1、辅助设备的设置 电力机车上的各种辅助设备是为了保证机车正常运行和实现各种辅助 功能而设置的，其中主要是保证主线路各电气设备的正常工作。根据机车 的要求，一般有以下辅助设备： (1)分相设备。前已述及在单相交流供电的电力机车上，若选用了三相 异步电动机作为辅助电机，机车内须设有分相设备，以便将单相电转变为 三相电供给三相电机。分相设备是辅助线路的关键设备，同时又是辅助电 路的薄弱环节，为了提高电力机车的可靠性，通常电力机车设置有两台劈 相机的共同工作，或者设置一台劈相机，由一台通风机兼做劈相机用，这 样如果劈相机出现故障，另一台劈相机或通风机仍能保证辅助电路的正常 工作。 (2)空气压缩机及其驱动电机（简称压缩机组）。空气压缩机的作用是产 生电力机车上用压缩空气（也称风源），其压缩空气不仅要提供机车上所有 风动电器（如受电弓、主断路器、两位置转换开关、电空接触器、各种阀等） 的操纵控制，更重要的是空气制动系统的动力源，故电力机车上设置有2 台空气压缩机，有一定储备，以保证系统工作的可靠性，从而保证行车的
安全。 (3)通风机及其驱动电机（简称通风机组）。通风机用以冷却牵引电动 机、整流硅机组、牵引变压器散热器、平波电抗器、制动电阻及其它设备。 (④)循环油泵。油泵用来使牵引变压器的冷却油强迫进行循环，以进行 变压器内部的冷却。 (⑤)其它辅助设备。主要有用来改善工作条件而设置的取暖、通风设备， 此外还有电热玻璃、热饭电炉等设备。 2、辅助机组的起动 机车上的辅助机组一般不需要调速，因此采用直接起动的方式，缩短 起动时间，但是直接起动时起动电流较大，若所有辅机同时起动，将会因 为从电网取用电流过大而使网压过分降低，严重时会导致辅机起动失败。 所以，常用辅助机组分别起动的方式解决电机同时起动带来的电流冲击问 题，分别起动不致使网压过分降低。也有的机车采用电阻降压的起动方式 起动辅助电机，以减小起动电流，缺点是增加了附加设备。 机车上的辅助电机一般不需要调速。也有的机车为加强对主线路某些 设备的通风冷却，在牵引运行时，使通风机全速工作，当机车由牵引转入 惰行时，仍使通风机以半速运转，其缺点是使相应的线路复杂了。 鉴于机车辅助电机的工作条件一般都较差，因而对电机的要求也较高， 在选用电机时应有一定的裕量。另外，在实际运用中，辅助线路的故障也 不少，为了能在发生故障的情况下使机车维持运行，保证铁路运输畅通， 在辅助线路中也应设置故障运行线路。 第二节SS4G辅助电路 SS4改型电力机车辅助电路采用传统的单一一三相供电系统，辅机均采 用三相异步电动机拖动。电源来自主变压器的辅肋绕组a6-b6一x6,其中 5
a6一x6的额定电压为399.86V,b6一x6的额定电压为226V。单相交流电源从 a6一x6经库用转换刀开关235QS至导线201、202给各辅机及窗加热、取暖设 备供电。机车在库内可通过辅助电路库用插座294XS引入380V单相或三相 电源，将235QS、投向库用位，辅助电路设备即可由库内电源供电 一、单一一三相供电系统 (一)劈相机分相起动 SS4改型电力机车采用型号为YPX一280M一4、380V、57kW的劈相机。 劈相机的运转与停止通过其相应的接触器201KM控制。劈相机是单 相电动机与三相发电机的组合，起动时必须在第二电动相绕组与发电相绕 组间接入起动电阻263R进行分相起动，起动电阻的接通与开断由接触器 213KM来执行。由劈相机起动继电器283AK监测起动过程并控制起动电阻回 路的开断，283AK的工作电源(DC110V)从导线531经533KT常开联锁由导线 281引入。当按下劈相机按键开关后，接触器213KM闭合，起动电阻投入， 210K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279、280引入）来间接反映劈相机的转速：当劈相机转速达到约 0.9H,也即283AK测得其发电相电压接近于比较电压（额定网压下，该电压 值为220V,由导线202、206引入)时，283AK动作，其常开联锁闭合，导线 561、568连通，则劈相机起动中间继电器566KA得电，使213KM及劈相机起 动延时时间继电器533KT失电，213KM主触头打开，开断了起动电阻(263R) 回路，劈相机起动完成。同时，533KT常开联锁开断了导线531与281通路， 使283K失去工作电源处于闭置状态。劈相机起动电阻有三个抽头，即备有 两组，当一组烧损可换另一组使用，此时只需把导线232换接至另一抽头即 可。 (二)通风机电动机电容分相起动 第一台牵引通风机电机3A的电容分相起动电路是为劈相机发生故 6
障而特设的电路。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，即可切除劈相机，而以起动电容253C对风机电机3MA直接进行分 相起动。这时，要把劈相机故障转换开关242QS打向0”位，即把283AK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 296QS倒向起动电容位（因起动电阻不能起动通风机）。起动过程由起动继电 器283AK控制，起动完成后283AK常开联锁闭合，使213KM线圈失电，其主触 头打开切除起动电容。在运用3MA替代劈相机作电容分相起动时，司机操纵 与使用劈相机时相同，由于两节车的辅助电路未重联，因此可以一节车做 劈相机电阻分相起动，另一节车（劈相机故障）做3M电容分相起动。必须强 调的是采用电容分相起动通风机电动机时，网压不得低于22kV且必须是在 劈相机故障状态下进行。 (三)劈相机起动系统的常见故障 劈相机起动电阻甩不开的故障处理，该故障的现象是：起动电阻长 期接入，劈相机“嗡嗡”声不息，劈相机起动中继电器566KA不吸合，213KM 不打开。 原因：劈相机起动继电器283AK不动作或发生卡位故障导致其常开联 锁不闭合。 临时处理办法： 283AK故障可人为按下起动继电器的凸出键而让其动作，常开联锁闭合 使566KA吸合，切断213KM线圈电源，甩开起动电阻。 二、三相负载电路 当劈相机起动完毕后，辅助回路导线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。 SS4改型电力机车三相负载有：压缩机电动机2MA,牵引通风机电机3、 4MA,制动风机电动机5、6MA二台，变压器风机电动机7MA,变压器油泵8MA 7
一台。各辅助电动机均通过其相对应的交流接触器203KM212KM进行分合控 制。为了改善劈相机供电系统的三相电源对称性，在3~5MA电动机的D2、 D3之间接入移相电容247一252C,随电动机作负载投入而投入。 235QS为库用转换刀开关，机车在电网下，235QS倒向“运行位，则主 变压器辅助绕组a6一x6通过导线204、205经235QS与导线201、202连接，从 而给辅助电路提供380V单相电源。若机车处在库内时，235QS须倒向“库用” 位，此时可使用的库内电源有两种： 1.库内三相电源 一般在机务段内不起劈相机，直接起动辅机时使用。把库内三相电源 接到库用插座294XS的207、208、209三点上，通过235Qs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 仅在制造厂或大修厂库内电源容量大时使用。单相电源送至库用插座 294XS的207、208两点上（为插座上部两点位置），经235QS给辅助电路提供 单相电源，此时须使用劈相机实现单一三相供电系统。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，使库用插座上的第三点(209点)不带电：二是若电源线误 接至接点208、209上时，避免劈相机不能正常起动而受损。 三、单相负载电路 (一)380V单相负载电路 由导线201、202供电，一路经自动开关232QA至导线264给窗加热玻璃 273H、274H提供380V单相交流电源：另一路经自动开关233QA至导线给壁 炉及脚炉提供单相380V电源。243QS为窗加热开关，245QS为取暖开关，共 有三个位置：中间0位为关断，1位为脚炉、壁炉同时开，“2位为开 通壁炉、关断脚炉。自动开关232QA、233QA分别作电路的过载保护用
(二)220V单相负载电路 该电路负载包括司机室空调及热饭电炉。该220V电源取自导线202、 206,一路经转换开关240QS、空调稳压器278AS供空调机280EV使用，自动 开关230QA作该电路的过载保护：另一路经转换开关238QS至220V电源插座 292XS,该插座亦可供热饭电炉使用，自动开关229QA作该电路的过载保护。 中间继电器284KE所起作用是：机车在电网下时，连通导线206一b6而接通 220V电路回路：机车在使用库内电源时，连通导线206-200（地线），使机 车在库内亦可获得220V电源。 四、保护电路 (一)零压保护 零压保护是接触网供电的失压保护，由接在主变压器绕组6一x6两端 的零压变压器281TC、电阻261R、整流装置290U、电容256C及零压时间继电 器286KE组成。当电网正常供电时，286KE吸合：当电网失压时286KE失电动 作，其常闭联锁闭合，经563KA零压中间继电器将接通主断路器的分闸电路， 并显示信号。因电网失压后，变压器辅助绕组两端电压不是突变至零，而 是随时间衰减的，所以在此电路中串有两个稳压管，截压50V,主要作用是 使零压时间继电器286KE在电网失压后能在2s的时间内动作，以达到保护的 准确性及必要性（供电网故障重合闸为2$），排除电网失电后重合闸时劈相 机处于单相堵转合闸及短暂脱弓乱跳闸。在稳压管两端并接有电容256C, 其作用主要是在零压时间继电器286KE吸合过程中，在286KE常闭联锁打开 的瞬间，利用电容的反突变特性，使加在286KE线圈上的电压有一衰减过程 (使286KE吸合的电流不是突然变小，而是随时间衰减)。所以并接电容256C 的目的就是为了帮助零压时间继电器能可靠吸合，避免在此过程中出现“衔 铁振荡”现象。 零压保护电路同时还起到保护阀287YV的交流保护作用，即保护阀
287YV由二路送电：一路从控制电路电源线531经主电路入库转换开关20QP、 50QP联锁，车顶门行程开关297QP联锁送至287YV线圈：另一路由零压保护 电路给287YV供电，由此构成保护阀的双电源送电状态。即使出现控制电路 切断而机车高压供电依然存在的情况，287V仍得电，门联锁锁闭，各室门 打不开，达到确保人身安全的目的。 (二)接地保护 在变压器辅助绕组x6与地之间设有辅助电路接地保护电路。这个系统 由辅接地继电器285KE、整流元件91U、限流电阻262R、电容257C、辅接地 故障开关237QS组成。辅接地保护属有源保护装置，支路经110V控制电源后 接地。当辅助电路某点接地时，辅接地保护系统形成回路，285KE动作吸合， 其辅助联锁使主断路器分闸线圈得电跳闸，司机台辅接地信号显示。此时 285KE常闭联锁开断，回路串入电阻262以免出现大电流而烧损接地继电 器。同时经由285KE自身联锁和恢复中间继电器562KA联锁接通“自锁“回路， 保持信号记忆。故障解除后，借助主断路器合闸操作，562KA常闭联锁断开 使285KE恢复。在限流电阻262R两端并接电容257C的目的是为了使285KE动 作时能可靠吸合，以提高保护系统的可靠性。 237QS是辅接地保护故障隔离开关，若确定辅助电路有一点接地且不 能排除时，可切断保护电路，使机车作故障运行，此时要求司机严密监视 各辅机工作状态，以确保行车安全。 (三)辅机过载保护 S$4改机车辅机为自动开关过流保护。自动开关具有两种保护功能， 即瞬时电磁脱扣的短路保护功能和热脱扣动作的过载保护功能。当发生短 路故障时，自动开关在0.5s内开断：过载保护具有反时限特性，过载电流 愈大，动作时间愈短，过载电流较小，则保护动作时间较长。该保护的特 点是：分断能力较高，保护动作时，能自动切断故障电路，有效地保护串 10