《机车电传动系统》课程教学资源（教材讲义）第二十三章电力机车辅助电路.doc_大学文库

第二十三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、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220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。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、静止劈相杋两种。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C-C-C2绕组

第二十三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SS8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SS8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SS8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SS8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。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C1-C4-C2绕组

另一路经CC-C3绕组再经接触器A、起动电阻R到C2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C1、C2、C输出三相交流电,C1一C C2-C称为电动相,C3C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 R 图23-1劈相机直接起动的原理三、辅助设备的设置和起动、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。前己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杋用,这样如果劈相杋岀现故障,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

另一路经C1-C4-C3绕组再经接触器A、起动电阻R到C2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——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C1、C2、C3输出三相交流电，C1一C4、 C2-C4称为电动相，C3-C4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劈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杋车维持运行,保证铁路运输畅通,在辅助线路中也应设置故障运行线路。第二节韶山8型机车辅助电路 SS机车辅助电路亦是采用传统的单一三相供电系统,辅机均采用三相异步电动机拖动。电源来自主变压器的辅助绕组a-b-x6,其中a6-x的额定电压为389V,a-b的额定电压229V。机车在库内可通过辅助电路库用插座13SX引入380V单相或三相电源,将6QP投向库用位,则辅助电路设备即可由库内电源供电。SS机车设有列车供电装置,可供客车车厢空调、采暖、照明、开水炉等电器的用电需要。供电采用集中整流,分散逆变。SS机车辅助电路原理图见附图二。、单一一三相供电系统 1、劈相机分相起动(见图23-2) SS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lAK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

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。第二节韶山8型机车辅助电路 SS8机车辅助电路亦是采用传统的单—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助绕组a6-b6-x6，其中a6 -x6的额定电压为389V，a6-b6的额定电压229V。机车在库内可通过辅助电路库用插座13SX引入380V单相或三相电源，将6QP投向库用位，则辅助电路设备即可由库内电源供电。SS8机车设有列车供电装置，可供客车车厢空调、采暖、照明、开水炉等电器的用电需要。供电采用集中整流，分散逆变。SS8机车辅助电路原理图见附图二。一、单——三相供电系统 1、劈相机分相起动（见图23-2） SS8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

在变压器辅助绕组x与地之间设有辅助电路接地保护电路。这个装置由辅接地继电器 KE、整流元件12U、限流电阻52R、电容27℃、辅接地故障开关13QS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,3KE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52R以免出现大电流而烧损接地继电器。同时接通“自锁”电路,保持信号记忆。故障解除后,借助主断路器合闸操作,使3KE恢复。13αS是辅接地保护故障隔离开关。 2、辅机过载保护 SS机车辅机过载保护采用自动开关保护,各辅机三相回路均接有相应的三相自动开关1~11QA,15QA。当出现辅机单相、短路、堵转等情况引起过流时,由装置的电流互感器检测电流信号,经保护电子控制插板的电路作用,相应的自动开关将进行保护动作,切断三相电源并显示故障信号。辅机的过载保护用自动开关是热脱扣和电磁脱扣的方式执行保护任务的。该自动开关具有反时限特性,既自动开关动作时间与过载电流成反比关系。短路故障的保护是通过电磁脱扣的方式执行的,该方式动作及时,一旦发生短路故障,自动开关能在此期0.5S内进行保护动作,切断故障支路。辅机的过流保护是通过热脱扣形式执行的,该方式保护动作的时间长短由本支路中故障电流的大小决定:故障电流越大,则保护动作的时间越短; 故障电流越小,则保护动作的时间越长。自动开关脱扣动作后,需间隔约2~3min后, 才能恢复接通 3、过电压保护采用跨接在辅助绕组a6-x两端的RC过电压保护电路,由电阻51R、21C组成,吸收过电压 4、过电流保护辅助电路过电流保护采用过电流继电器10KC,在辅助绕组短路或其它原因造成辅助电路短路,其电流超过2800A时,则10KC吸合动作使机车主断路器分闸,并显示辅过流信号。 5、安全联锁 SS3型机车设有安全门锁装置,由门锁保护阀Y控制。当Y得电时,控制风缸风经Y 通向升弓风缸,同时锁闭钥匙箱,安全锁钥匙无法取出:当YV失电时,切断风源,钥匙箱上司机电钥匙插孔露出解锁,安全锁钥匙才能取出从而开启各室门。保护阀线圈由双路供路由控制电源线454→主电路入库转换开关7αS、8QS联锁→车顶门行程开关τQP联锁

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。这个装置由辅接地继电器 3KE、整流元件12U、限流电阻52R、电容27C、辅接地故障开关13QS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，3KE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52R以免出现大电流而烧损接地继电器。同时接通“自锁”电路，保持信号记忆。故障解除后，借助主断路器合闸操作，使3KE恢复。13QS是辅接地保护故障隔离开关。 2、辅机过载保护 SS8机车辅机过载保护采用自动开关保护，各辅机三相回路均接有相应的三相自动开关1～11QA，15QA。当出现辅机单相、短路、堵转等情况引起过流时，由装置的电流互感器检测电流信号，经保护电子控制插板的电路作用，相应的自动开关将进行保护动作，切断三相电源并显示故障信号。辅机的过载保护用自动开关是热脱扣和电磁脱扣的方式执行保护任务的。该自动开关具有反时限特性，既自动开关动作时间与过载电流成反比关系。短路故障的保护是通过电磁脱扣的方式执行的，该方式动作及时，一旦发生短路故障，自动开关能在此期0.5Ｓ内进行保护动作，切断故障支路。辅机的过流保护是通过热脱扣形式执行的，该方式保护动作的时间长短由本支路中故障电流的大小决定：故障电流越大，则保护动作的时间越短；故障电流越小，则保护动作的时间越长。自动开关脱扣动作后，需间隔约２～３min后，才能恢复接通。 3、过电压保护采用跨接在辅助绕组a6-x6两端的RC过电压保护电路，由电阻51R、21C组成，吸收过电压。 4、过电流保护辅助电路过电流保护采用过电流继电器10KC，在辅助绕组短路或其它原因造成辅助电路短路，其电流超过2800A时，则10KC吸合动作使机车主断路器分闸，并显示辅过流信号。 5、安全联锁 SS8型机车设有安全门锁装置，由门锁保护阀YV控制。当YV得电时，控制风缸风经YV 通向升弓风缸，同时锁闭钥匙箱，安全锁钥匙无法取出；当YV失电时，切断风源，钥匙箱上司机电钥匙插孔露出解锁，安全锁钥匙才能取出从而开启各室门。保护阀线圈由双路供电：一路由控制电源线454→主电路入库转换开关7QS、8QS联锁→车顶门行程开关7QP联锁

ⅣV线圈。另一路由asx→204、205导线引入→4T降压→1lu整流→导线217→Y线圈。即使出现控制电路切断而机车高压供电依然存在的情况,ⅣV线圈仍有一路交流供电安全锁的钥匙仍无法取出,各室门依然打不开,从而达到确保人身安全的目的。但该装置在运用中出现一些问题,如在靠近司机室正司机端的高压柜门锁在打开门时只要按下锁扣按钮,钥匙照样能取出,锁闭门时用强力关门照样可以升弓合闸。再如运行途中若出现钥匙折断在钥匙箱孔中,则控制风路无法开通,造成升不起弓,因此运用部门在升弓风路上加了冗余,在ⅣV进出风管路上并联一个风管用一个阀门控制,正常情况下阀门关闭不起作用,ⅣV环节出现故障时则阀门打开,短接管短接钥匙箱风路,从而保证了升、降弓的正常工作。第三节列车供电系统长期以来,我国普通客车一直采用轴驱式发电机供电,软卧空调车有利用柴油发电机和轴驱式发电机两种。轴驱式空调客车供电方案,由于其效率低,且停电时不能发电,从而限制了该供电方式的发展。随着客车空调装置的普遍使用,从80年代起,我国开始硏制使用柴油机发电车提供三相380V交流电对空调列车集中供电,但是根据我国的能源政策, 在电气化区段采用发电车供电,从发展的角度是不合理的,所以自1998年科研部门开始研究机车向旅客列车供电技术。目前这一系统已研制成功,在SS型电力机车上使用列车供电系统组成及工作原理该系统包括电力机车向旅客列车供电的电源装置,DC600/AC380V兼容供电空调客车, 该客车上包括客车充电器、空调采暖用逆变电源,列车安全供电控制监测装置(集控供电控制器、客车漏电检测器等)。在电气化区段运行时采用电力机车集中供电(DC600V),客车分散变流供电方式。在非电气化区段运行时,仍采用现用大功率发电车三相交流供电方式。图23-6所示为空调列车供电原理图 (1)电气化区段系统运行方式:电气化区段,SS型机车列车供电装置将受电弓接受的25KV单相交流电,经降压整流,滤波成600V直流电压,分两路向空调客车供电。空调客车通过配电柜供电选择开关将其中一路600V直流送入空调逆变电源装置(简称逆变器)及直流110V电源装置〈简称充电器〉。逆变器将600V直流逆变成三相50肛Z交流电向空调、电开水炉等三相交流电器负载供电。DCll0V充电器将600V直流变换成110V直流,给蓄电池充电的同时向照明、供电控制等负载供电 (2)非电气化区段系统运行方式:非电气化区段,内燃机车牵引兼容空调客车时可采用现用大功率发电机系统供电,其输出为双路380V三相50HZ。空调车只需通过配电柜供电

→YV线圈。另一路由a6x6→204、205导线引入→4T降压→11u整流→导线217→YV线圈。即使出现控制电路切断而机车高压供电依然存在的情况，YV线圈仍有一路交流供电，安全锁的钥匙仍无法取出，各室门依然打不开，从而达到确保人身安全的目的。但该装置在运用中出现一些问题，如在靠近司机室正司机端的高压柜门锁在打开门时只要按下锁扣按钮，钥匙照样能取出，锁闭门时用强力关门照样可以升弓合闸。再如运行途中若出现钥匙折断在钥匙箱孔中，则控制风路无法开通，造成升不起弓，因此运用部门在升弓风路上加了冗余，在YV进出风管路上并联一个风管用一个阀门控制，正常情况下，阀门关闭不起作用，YV环节出现故障时则阀门打开，短接管短接钥匙箱风路，从而保证了升、降弓的正常工作。第三节列车供电系统长期以来，我国普通客车一直采用轴驱式发电机供电，软卧空调车有利用柴油发电机和轴驱式发电机两种。轴驱式空调客车供电方案，由于其效率低，且停电时不能发电，从而限制了该供电方式的发展。随着客车空调装置的普遍使用，从80年代起，我国开始研制使用柴油机发电车提供三相380V交流电对空调列车集中供电，但是根据我国的能源政策，在电气化区段采用发电车供电，从发展的角度是不合理的，所以自1998年科研部门开始研究机车向旅客列车供电技术。目前这一系统已研制成功，在SS8型电力机车上使用。一、列车供电系统组成及工作原理该系统包括电力机车向旅客列车供电的电源装置，DC600/AC380V兼容供电空调客车，该客车上包括客车充电器、空调采暖用逆变电源，列车安全供电控制监测装置(集控供电控制器、客车漏电检测器等)。在电气化区段运行时采用电力机车集中供电(DC600V)，客车分散变流供电方式。在非电气化区段运行时，仍采用现用大功率发电车三相交流供电方式。图23-6所示为空调列车供电原理图。（1）电气化区段系统运行方式：电气化区段，SS8型机车列车供电装置将受电弓接受的25KV单相交流电，经降压整流，滤波成600V直流电压，分两路向空调客车供电。空调客车通过配电柜供电选择开关将其中一路600V直流送入空调逆变电源装置(简称逆变器)及直流110V电源装置〈简称充电器〉。逆变器将600V直流逆变成三相5OHZ交流电向空调、电开水炉等三相交流电器负载供电。DC110V充电器将600V直流变换成110V直流，给蓄电池充电的同时向照明、供电控制等负载供电。 (2)非电气化区段系统运行方式：非电气化区段，内燃机车牵引兼容空调客车时可采用现用大功率发电机系统供电，其输出为双路380V三相50HZ。空调车只需通过配电柜供电

《机车电传动系统》课程教学资源（教材讲义）第二十三章 电力机车辅助电路

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