交直型電力機(jī)車主電路和輔助電路

第一章交直型電力機(jī)車主電路和輔助電路第一章交直型電力機(jī)車主電路和輔助電路本章要點：主電路設(shè)計考慮的主要因素我國主要干線機(jī)車主電路機(jī)車的牽引特性及制動特性概念“粘著”、“空轉(zhuǎn)”、“滑行”、“軸重補(bǔ)償”主電路保護(hù)的種類與原理機(jī)車輔助電路的結(jié)構(gòu)與功能近年來生產(chǎn)機(jī)車上的邏輯聯(lián)鎖已由邏輯控制單元（LCU)完成。功率大、控制復(fù)雜、工作條件差，體積、重量受到限制；２、畫出串激直流電機(jī)和并激直流電機(jī)牽引時的牽引力（Ｆ）與速度力（Ｖ）關(guān)系曲線，并說明其特點。電氣制動：一般高速時投入效果好；此外，用于客車牽引的機(jī)車上有DC600V直流電源供客車車廂內(nèi)空調(diào)、采暖、照明及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)供電。此外，用于客車牽引的機(jī)車上有DC600V直流電源供客車車廂內(nèi)空調(diào)、采暖、照明及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)供電。功能：給電器控制、電子控制及照明、空調(diào)設(shè)備供電；第一章交直型電力機(jī)車主電路和輔助電路其中方式①為有級調(diào)壓，方式②和③為無級調(diào)壓。交直型電力機(jī)車采用脈流牽引電機(jī)（直流電機(jī)）。有觸點與相控結(jié)合調(diào)壓：SS3；三、主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容（續(xù)１）特點：兼有串激和并激的優(yōu)點，但電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。6K、SS7是復(fù)勵電機(jī)，由他勵繞組的相控電路勵磁；包括：繼電器、電控閥、氣動開關(guān)等。第一節(jié)概述

一、電力機(jī)車能量傳遞過程：車上受電弓牽引變壓器牽引整流器轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)機(jī)車車輛27.5kv單相接觸網(wǎng)交流直流機(jī)械能電能二、機(jī)車電路分類機(jī)車電路主電路輔助電路控制電路二、機(jī)車電路分類（續(xù)１）主電路功能：牽引和制動時，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換；特點：大功率、高電壓、大電流；主要包括：牽引變壓器、整流器、牽引電機(jī)二、機(jī)車電路分類（續(xù)2）輔助電路（有兩類）交流輔助電路功能：給主電路的通風(fēng)、冷卻輔助電機(jī)等；特點：三相380V交流供電,功率較??；包括：單／三相變換器、通風(fēng)電機(jī)、壓縮電機(jī)等二、機(jī)車電路分類（續(xù)3）直流輔助電路功能：給電器控制、電子控制及照明、空調(diào)設(shè)備供電；特點：直流110V供電，有蓄電池作后備電源；包括：DC110V交直流變換電源、蓄電池、車燈、空調(diào)等。此外，用于客車牽引的機(jī)車上有DC600V直流電源供客車車廂內(nèi)空調(diào)、采暖、照明及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)供電。二、機(jī)車電路分類（續(xù)4）控制電路（有兩類）電器控制功能：完成電路和氣路的開關(guān)及邏輯互鎖；特點：電動或氣動的邏輯開關(guān)．包括：繼電器、電控閥、氣動開關(guān)等。近年來生產(chǎn)機(jī)車上的邏輯聯(lián)鎖已由邏輯控制單元（LCU)完成。二、機(jī)車電路分類（續(xù)5）電子控制功能：配合主輔助電路完成機(jī)車的控制；特點：弱電控制、控制復(fù)雜；包括：給定積分器、特性控制、防空轉(zhuǎn)／防滑、移相控制、功率放大、脈沖變壓器等控制單元。三、主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容主要考慮因素：滿足機(jī)車牽引中的起動、調(diào)速和制動的基本要求；功率大、控制復(fù)雜、工作條件差，體積、重量受到限制；牽引性能的好壞、技術(shù)難易程度，維護(hù)費用及可靠性。三、主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容（續(xù)１）更具體來講五個方面：牽引電機(jī)聯(lián)接與激磁方式；牽引電機(jī)的供電方式；整流線路；調(diào)速方式；電氣制動方式。下面將參照這五個方面的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析。滿足機(jī)車牽引中的起動、調(diào)速和制動的基本要求；激磁繞組并電阻調(diào)速：SS1、SS3、SS4、SS6；同一轉(zhuǎn)向架上的電機(jī)由一套整流器供電。功能：牽引和制動時，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換；其中方式①為有級調(diào)壓，方式②和③為無級調(diào)壓。特點：電動或氣動的邏輯開關(guān)．包括：給定積分器、特性控制、防空轉(zhuǎn)／防滑、移相控制、功率放大、脈沖變壓器等控制單元。包括：繼電器、電控閥、氣動開關(guān)等。機(jī)車輔助電路的結(jié)構(gòu)與功能此外，用于客車牽引的機(jī)車上有DC600V直流電源供客車車廂內(nèi)空調(diào)、采暖、照明及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)供電。功率大、控制復(fù)雜、工作條件差，體積、重量受到限制；功能：牽引和制動時，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換；直流電機(jī)的激磁方式有幾種？各有何種特點？部分繞組是與電樞串聯(lián)，部分繞組為他激。特點：直流110V供電，有蓄電池作后備電源；一、牽引電機(jī)的聯(lián)接與激磁方式交直型電力機(jī)車采用脈流牽引電機(jī)（直流電機(jī)）。１、激磁方式問題：直流電機(jī)的激磁方式有幾種？各有何種特點？主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)１）串激

特點：起動力矩大、恒功性能好，有“牛馬”特性，并聯(lián)時負(fù)載分配較易均衡，但特性較軟，防空轉(zhuǎn)能力差；并激（他激）特點：特性較硬，防空轉(zhuǎn)性能好，但是其它性能（起動和恒功）較差；主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)2）復(fù)激部分繞組是與電樞串聯(lián)，部分繞組為他激。特點：兼有串激和并激的優(yōu)點，但電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。實際情況：機(jī)車多用串激電機(jī)、６K/SS7機(jī)車采用了復(fù)激電機(jī)，沒有采用并激的。說明：斬波地鐵機(jī)車中，有采用它激電機(jī)，但其激磁電流控制是按電樞電流規(guī)律控制的。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)３）２、電機(jī)聯(lián)接方式串聯(lián)特點：主電路開關(guān)電器少、簡化主電路結(jié)構(gòu)，電機(jī)負(fù)荷分配均勻，但防空轉(zhuǎn)性能差；并聯(lián)特點：防空轉(zhuǎn)性能好，整車粘著利用充分，但主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜；主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)４）實際應(yīng)用：普遍采用電機(jī)并聯(lián)方式，只有8K機(jī)車采用電機(jī)串聯(lián)。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容包括：繼電器、電控閥、氣動開關(guān)等。機(jī)車的牽引特性及制動特性我國主要干線機(jī)車主電路直流電機(jī)的激磁方式有幾種？各有何種特點？在不中斷主電路的情況下，盡量使?fàn)恳ψ兓交斜M可多的級位均勻分布在整個調(diào)速范圍內(nèi)。特點：三相380V交流供電,功率較小；特點：機(jī)車的粘著利用好，一臺電機(jī)故障時不影響其它電機(jī)的運行。特點：兼有串激和并激的優(yōu)點，但電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。此外，用于客車牽引的機(jī)車上有DC600V直流電源供客車車廂內(nèi)空調(diào)、采暖、照明及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)供電。有觸點調(diào)壓：SS1、８Ｇ機(jī)車；有觸點調(diào)壓：SS1、８Ｇ機(jī)車；二、機(jī)車電路分類（續(xù)4）特點：電動或氣動的邏輯開關(guān)．其它機(jī)車多用半控橋整流且是二段橋、三段橋甚至四段橋。8K（２臺）、SS5、SS7。二、供電方式集中供電（車控）

整臺機(jī)車牽引電機(jī)由一套整流器供電。特點：變壓器結(jié)構(gòu)簡單，集中冷卻簡化了通風(fēng)設(shè)備，但一臺電機(jī)故障時，影響整車工作；主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容二、供電方式（續(xù)１）獨立供電（軸控）每一個牽引電機(jī)由一套獨立的整流器供電。特點：機(jī)車的粘著利用好，一臺電機(jī)故障時不影響其它電機(jī)的運行。但變壓器、整流器及控制復(fù)雜。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容二、供電方式（續(xù)２）部分集中（架控）同一轉(zhuǎn)向架上的電機(jī)由一套整流器供電。特點：簡化了電路和變流器結(jié)構(gòu)，粘著利用較為充分，同時實現(xiàn)一定的冗余。實際應(yīng)用：SS1、SS3機(jī)車采用集中供電；其它部分機(jī)車由部分集中供電，其中6K機(jī)車上有一個轉(zhuǎn)向架上兩臺電機(jī)分別由兩套不同的整流器供電；沒有交直型車采用獨立供電。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容二、供電方式（續(xù)3）說明：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和高速重載的需求，新型的交直流機(jī)車開始采用軸控技術(shù)，這樣整車的粘著利用充分，同時在一軸故障整車的牽引力影響不大。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容三、整流線路

50Hz單相交流整流，SS1采用二極管不控整流；其它機(jī)車多用半控橋整流且是二段橋、三段橋甚至四段橋。

圖１－１整流器的簡化線路圖主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容三、整流線路（續(xù)１）

Ｌp－平波電抗器，減小電流脈動，改善電機(jī)換相性能。Ｌf－激磁繞組。Ｒf－磁場分路電阻，減小磁場電流脈動。問題：平波電抗器如何減小電流的脈動？磁場分路電阻如何減少磁場電流脈動？主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容四、調(diào)速方式調(diào)速要求：在不中斷主電路的情況下，盡量使?fàn)恳ψ兓交斜M可多的級位均勻分布在整個調(diào)速范圍內(nèi)。問題：直流電機(jī)如何調(diào)速的？主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容交直型電力機(jī)車采用脈流牽引電機(jī)（直流電機(jī)）。特點：簡化了電路和變流器結(jié)構(gòu)，粘著利用較為充分，同時實現(xiàn)一定的冗余。一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)１）特點：電動或氣動的邏輯開關(guān)．6K、SS7是復(fù)勵電機(jī)，由他勵繞組的相控電路勵磁；向電網(wǎng)回饋能量，功率因數(shù)低，控制復(fù)雜。直流電機(jī)的激磁方式有幾種？各有何種特點？功能：配合主輔助電路完成機(jī)車的控制；功能：牽引和制動時，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換；調(diào)壓調(diào)速：在額定電壓以下，改變電機(jī)電樞電壓Ｕd實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速；功能：牽引和制動時，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換；特點：主電路開關(guān)電器少、簡化主電路結(jié)構(gòu)，電機(jī)負(fù)荷分配均勻，但防空轉(zhuǎn)性能差；功能：給電器控制、電子控制及照明、空調(diào)設(shè)備供電；激磁繞組并電阻調(diào)速：SS1、SS3、SS4、SS6；有觸點調(diào)壓：SS1、８Ｇ機(jī)車；四、調(diào)速方式（續(xù)１）分兩步：調(diào)壓調(diào)速：在額定電壓以下，改變電機(jī)電樞電壓Ｕd實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速；弱磁調(diào)速：在端壓達(dá)到額定電壓后，削弱磁場進(jìn)步提高速度。問題：為何要先調(diào)壓后弱磁？主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容四、調(diào)速方式（續(xù)2)調(diào)壓調(diào)速：有觸點調(diào)壓：SS1、８Ｇ機(jī)車；有觸點與相控結(jié)合調(diào)壓：SS3；無觸點相控調(diào)壓：SS4、SS5、6K、8K等；其中方式①為有級調(diào)壓，方式②和③為無級調(diào)壓。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容四、調(diào)速方式（續(xù)３)弱磁調(diào)速：激磁繞組并電阻調(diào)速：SS1、SS3、SS4、SS6；相控弱磁，相控弱磁有兩種不同的形式：6K、SS7是復(fù)勵電機(jī)，由他勵繞組的相控電路勵磁；8K、SS5是串勵電機(jī)、由分路晶閘管弱磁；方式①為有級、方式②為無級。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容四、調(diào)速方式（續(xù)４)由上可知：有級調(diào)速分有級調(diào)壓調(diào)速和有級弱磁調(diào)節(jié)速兩種；無級調(diào)速也分為無級調(diào)壓和無級弱磁兩種。二者比較：

無級調(diào)速可實現(xiàn)牽引電流和牽引力的連續(xù)調(diào)節(jié)；有級調(diào)速在級間變換時有電流沖擊和機(jī)械沖擊。主電路設(shè)計考慮的內(nèi)容五、電氣制動兩類制動：機(jī)械制動：常備制動，低速時投入；電氣制動：一般高速時投入效果好