第一章 交直型電力機(jī)車主電路和輔助電路.ppt

1、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(diǎn)： 主電路設(shè)計(jì)考慮的主要因素 我國(guó)主要干線機(jī)車主電路 機(jī)車的牽引特性及制動(dòng)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,第一節(jié)概述,一、電力機(jī)車能量傳遞過程：,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)）,主電路 功能：牽引和制動(dòng)時(shí)，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換； 特點(diǎn)：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

2、機(jī)等； 特點(diǎn)：三相380V交流供電,功率較小； 包括：?jiǎn)稳嘧儞Q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(diǎn)：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(diǎn)：電動(dòng)或氣動(dòng)的邏輯開關(guān) 包括：繼電器、電控閥、氣動(dòng)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

3、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(diǎn)：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(jì)考慮的內(nèi)容,主要考慮因素： 滿足機(jī)車牽引中的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)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(fèi)用及可靠性。,三、主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容（續(xù)）,更具體 來講五個(gè)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(dòng)方式。 下面將參照這五個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析。,一、牽引電機(jī)的聯(lián)接與激磁方式,交

4、直型電力機(jī)車采用脈流牽引電機(jī)（直流電機(jī)）。 、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(diǎn)？,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)）,串激 特點(diǎn)：起動(dòng)力矩大、恒功性能好，有“牛馬”特性，并聯(lián)時(shí)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(diǎn)：特性較硬，防空轉(zhuǎn)性能好，但是其它性能（起動(dòng)和恒功）較差；,主電路設(shè)計(jì)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(diǎn)：兼有串激和并激的優(yōu)點(diǎn)，但電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。 實(shí)際情況：機(jī)車多用串激電機(jī)、K/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

5、，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(jì)考慮的內(nèi)容,一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)）,、電機(jī)聯(lián)接方式 串聯(lián) 特點(diǎn)：主電路開關(guān)電器少、簡(jiǎn)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(diǎn)：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(jì)考慮的內(nèi)容,一、牽引電機(jī)的連接與激磁方式（續(xù)）,實(shí)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(jì)考慮的內(nèi)容,二、供電方式,集中供電（車控） 整臺(tái)機(jī)車牽引電機(jī)由一套整流器供電。 特點(diǎn)：變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集中冷卻簡(jiǎn)化了通風(fēng)設(shè)備，但一臺(tái)電機(jī)故障時(shí)，影響整車工作；,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,二、供電方

6、式（續(xù)）,獨(dú)立供電（軸控） 每一個(gè)牽引電機(jī)由一套獨(dú)立的整流器供電。 特點(diǎn)：機(jī)車的粘著利用好，一臺(tái)電機(jī)故障時(shí)不影響其它電機(jī)的運(yùn)行。但變壓器、整流器及控制復(fù)雜。,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,二、供電方式（續(xù)）,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(diǎn)：簡(jiǎn)化了電路和變流器結(jié)構(gòu)，粘著利用較為充分，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一定的冗余。 實(shí)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(gè)轉(zhuǎn)向架上兩臺(tái)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(dú)立供電。,主電路設(shè)計(jì)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

7、用軸控技術(shù)，這樣整車的粘著利用充分，同時(shí)在一軸故障整車的牽引力影響不大。,主電路設(shè)計(jì)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。 圖整流器的簡(jiǎn)化線路圖,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,三、整流線路（續(xù)）,p平波電抗器，減小電流脈動(dòng)，改善電機(jī)換相性能。 f激磁繞組。 f磁場(chǎng)分路電阻，減小磁場(chǎng)電流脈動(dòng)。 問題： 平波電抗器如何減小電流的脈動(dòng)？ 磁場(chǎng)分路電阻如何減少磁場(chǎng)電流脈動(dòng)？,主電路設(shè)計(jì)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?，有盡可多的級(jí)位均勻分布在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)。 問題： 直流電

8、機(jī)如何調(diào)速的？,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,四、調(diào)速方式（續(xù)）,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d實(shí)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(chǎng)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(jì)考慮的內(nèi)容,四、調(diào)速方式（續(xù)2),調(diào)壓調(diào)速： 有觸點(diǎn)調(diào)壓：SS1、機(jī)車； 有觸點(diǎn)與相控結(jié)合調(diào)壓：SS3； 無觸點(diǎn)相控調(diào)壓：SS4、SS5、6K、8K等； 其中方式為有級(jí)調(diào)壓，方式和為無級(jí)調(diào)壓。,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,四、調(diào)速方式（續(xù)),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(lì)電機(jī)，由他勵(lì)繞組的相控電路勵(lì)磁； 8K、SS5是串勵(lì)電機(jī)、由分路晶閘管弱磁； 方式為有級(jí)、方式為無級(jí)。,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,四、調(diào)速方式（續(xù)),由上可知： 有級(jí)調(diào)速分有級(jí)調(diào)壓調(diào)速和有級(jí)弱磁調(diào)節(jié)速兩種；無級(jí)調(diào)速也分為無級(jí)調(diào)壓和無級(jí)弱磁兩種。 二者比較： 無級(jí)調(diào)速可實(shí)現(xiàn)牽引電流和牽引力的連續(xù)調(diào)節(jié)；有級(jí)調(diào)速在級(jí)間變換時(shí)有電流沖擊和機(jī)械沖擊。,主電路設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容,五、電氣制動(dòng),兩類制動(dòng)： 機(jī)械制動(dòng)：常備制動(dòng)，低速時(shí)投入； 電氣制動(dòng)：一般高速時(shí)投入效果好； 電阻制動(dòng) 能耗電阻制動(dòng)：穩(wěn)定可靠，多用。SS1-SS4 加饋電阻制動(dòng)：在低速時(shí)可獲大的制動(dòng)力.SS8 再生制動(dòng) 向電網(wǎng)回饋能量，功率因數(shù)低，控制復(fù)雜。8