电力机车知识

电力机车知识
受电弓是机车从接触网获得电能的部件，在机车车顶两端各装一台，机车运行时压缩空气通过车内各阀进入受电弓升弓装置气囊，升起受电弓，使受电弓滑板与接触网接触。

反之，排出升弓装置气囊内压缩空气，使受电弓落下。

为扩大ADD自动降弓的功能，保证机车的正常运行，在SS3B型固定重联电力机车上加装了弓网故障快速自动降弓装置。

弓网故障快速自动降弓装置的功能及特点
1)“自动降弓装置”的主要功能包括：
(1)在受电弓滑板出现断裂、拉大沟槽、磨耗到限等损坏或绝缘导管断裂时，实现快
速降弓。

(2)降弓动作的同时，能自动切断机车主断路器，避免带负载降弓产生拉弧火花而损
坏受电弓滑板和接触网导线。

(3)自动降弓的同时，可实现声响和指示灯报警，当与机车语音箱接口时，可同时实
现监控语音箱报警，便于乘务员了解情况，及时采取措施。

(4)可方便实现“自动降弓”和“正常降弓”功能的快速转换，即当“自动降弓装置”
自身发生故障时，不影响机车的正常运行及操作。

2)“自动降弓装置”的特点
(1)“自动降弓装置”降弓动作响应时间快（小于0.7秒）。

(2)降弓动作同时自动切断机车主断路器，响应时间小于0.2秒。

(3)机车车顶采用聚四氟乙烯管进行高低压隔离，安全可靠。

(4)工作温度–40℃～+70℃
(5)具有多种报警功能。

工作原理：当发生弓网故障，即碳滑条的气道或控制管路损坏漏气时，导致控制管路内的气压下降。

“自动降弓装置”检测到气压变化，给出控制信号，断开主断路器、切断机车升弓主气路、快排阀迅速排空受电弓气囊内的压缩空气、使受电弓迅速下降、发出报警信号，实现快速降弓。

复合外套无间隙金属氧化物避雷器由复合外套与氧化锌阀片组装而成。

复合外套是由硅橡胶伞套与绝缘支撑筒组成的，采用了真空灌封技术；是利用氧化锌阀片的非线性伏安特性，即在阀片两端出现过电压时，阀片呈低阻特性，使被保护的电气系统上电压限制在允许范围内。

在正常电压时，阀片呈高阻特性，阀片上所流过的电流仅有几百微安，使它被保护的电气系统与地有足够大的绝缘，起到保护机车运行中的大气过电压及操作过电压，使电气设备免受过电压损害，减少系统的跳闸率及事故率。

韶山3B型电力机车车顶上装有一台油浸式高压电压互感器，用于测量机车电网电压并做机车电度表的电压线圈电源。

一次额定电压U1n和二次额定电压U2n之比为额定电压比25000/100±0.5%。

韶山3B型固定重联电力机车车顶装有高压隔离开关，其主要作用是“当受电弓发生故障时，将其隔离，避免因受电弓带电造成其他事故”。

当受电弓故障时，并在落弓后，可在车内打开锁固机构，转动手轮，转动瓷瓶随之转动，打开隔离闸刀。

高压连接器主要作用是在两节电力机车连挂时，自动连接两节机车车顶的高压侧电路。

安装在两节机车尾部车顶，依靠机车连挂车钩的力量与车钩同时对接；分离时亦随机车
车钩脱开而自动分离。

结构特点：(1)高压连接器自身不带操作机构，连接与分离都随机车的车钩连挂同时
完成。

(2)连接器不带灭弧装置，因而必须在无电状态下进行分合操作。

(3)在连接状态下，触头的接触压力只与触头压力弹簧有关，不受机车运行状态的影响，故触头的接触压力基本上恒定不变，避免了触头的磨损和电蚀。

(4)导电触头为叉形结构，是线接触方式，工作状态稳定可靠，接触电阻小，散热性能好。

(5)A节与B节机车的连接器构造完全一致，具有良好的互换性。

动作说明：高压连接器的电气连接机构如下：支持瓷瓶将连接器固定在车顶并与车顶电气隔离，当两个连接器慢慢靠近时，由羊角的导向作用使各自的导电半环准确插入对方的叉形件中，同时叉形件上的拉力弹簧紧紧地把半环扣住，完成两节机车的对接。

由于两台连接器的相对位移由张力弹簧和复位弹簧来吸收调整，叉形件与半环的接触压力能保持不变，保证电气性能。

司机控制器是操纵机车运行的控制装置，控制着各执行机构的低压控制部件，实现机车各种运行工况。

司机控制器由上、中、下三层组成，上层（面板上）有推拉式调速手柄和换向手柄以及限位器。

中层为面板，下层主要为机械传动联锁装置、调速部分和换向部分的辅助触头组、调速电位器和接线插座。

辅助司机控制器是供调车作业时使用的主令控制器。

S650H型辅助控制器与S640H 型司机控制器结构基本相同。

所不同之处仅在于辅助司机控制器控制手柄调速范围小，即在调车作业时，机车在低速区运行。

手柄也仅有“前”、“0”、“后”三位置。

辅助司机控制器由上、中、下三层组成，上层（面板上）有调速手柄及限位器。

中层为面板，下层主要为机械定位装置、辅助触头组、调速电位器和接线插座。

调速手柄直接连接调速主轴，再通过连轴器连接调速电位器，调速手柄有“向前”、和“向后”两个区域，用于控制机车的运行方向和调节机车的速度。

司机通过调速手柄实现对辅助司机控制器的操作。

利用面板上限位器的缺口来保证调速手柄只有在处于“0”位时，才能插入和取出。

为了防止可能产生的误操作，确保机车的设备及运行安全，调速手柄和主司机控制器的换向手柄共用，一台机车只能有一个换向手柄。

为了保证夜间行车及调车时司机也能看清标牌，辅助司机控制器带有夜光照明功能，在夜间指示标牌会发出柔和的绿光。

司机控制器通过20芯插座与机车控制电路连接。

中央控制单元（Central Control Unit）连接有多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus,MVB)和绞线式列车总线（Wire Train Bus，WTB），主要完成机车各现场控制单元、数据采集单元和状态显示单元之间的信息交换，对机车控制主要组成部件进行实时监控，进行机车重联动态编组、通信协议转换，是机车控制的中枢信息处理平台。

CCU为双机冷备份冗余设计，在同一机箱中安装两套相同结构的控制系统。

每套控制系统由数据采集单元（SCU）、TCN网关组成。

CCU的TCN网关通过MVB总线获取数据采集单元的司机室控制命令、牵引控制单元的各种模拟量、逻辑控制单元的各种接触器状态、智能显示单元的轮径补偿和自检命令等数据帧，经过处理和转换后再把应答帧发送给以上各个控制单元；通过WTB总线传输数据帧到它车的CCU，再由该CCU传输到该车的各控制单元。

各设备的状态信息经由MVB、WTB总线由相反的方向传输到CCU汇总、处理，CCU 一方面做相应的机车控制逻辑处理，另一方面将各状态信息送至智能显示单元显示或在司机台指示灯上显示，供司机或维护人员观察和查阅。

数据采集单元（Signal Collect SCU）的主要功能为：获取司机室控制命令，通过MVB 总线传输到TCN网关处理；处理从MVB总线传输过来的各设备状态，驱动司机台指示灯
或输出至仪表上显示。

SCU包括三块输入输出板（可互换）和一块CAN/MVB板。

输入输出板由CPU、输入检测部分、输出驱动部分和通讯部分组成，通过CAN总线与CAN/MVB板通讯。

CAN/MVB 板完成CAN总线与MVB总线之间的协议转换，实现SCU与TCN网关通信。

TCN（Train Communication Network）网关提供WTB和MVB网络的集中通讯、控制和诊断功能，包括TCN过程和消息数据的调度、通讯和处理、故障和事件的诊断和记录等。

由三个智能模块和一个电源模块组成。

SS3B型重联电力机车在变压器室两端各设一个高压室，Ⅰ、Ⅱ端高压室室内电器设备基本相同，室内设备有高压电器柜、制动电阻装置、变流装置、Ⅰ端电源柜、Ⅱ端电空制动柜及牵引通风机组。

斜对称布置的Ⅰ、Ⅱ端高压室内各安装一个结构相同的高压柜。

SS3B型重联机车高压室内装设一个KH3型转换开关，转换开关有两组，一是方向转换开关，二是位置转换开关。

两组转换开关结构基本相同，仅在转换转鼓所带动的动静触头数量不同。

SS3B型重联电力机车在每台牵引电动机串励绕阻上并联一个可调的“磁场分路电阻”。

它在电路上起着旁路励磁电流交流分量，改善电机换向，调节本电阻可达到六台电机电流均匀分配的作用。

串励电流经并联电阻分流，削弱了励磁磁场。

其磁场削弱系数约为0.95。

SS3B型重联电力机车在每台高压电器柜顶板上各装一个TZX2A型磁场分路电阻器，每电阻器上装有供三台电机的固定分路电阻和Ⅰ、Ⅱ级磁场削弱电阻。

结构：该电阻由固定分路电阻元件、Ⅰ级磁场削弱电阻元件、Ⅱ级磁场削弱电阻元件、绝缘安装杆、框架、支板和连接母线组成。

电阻元件的结构可吸收因温度上升而引起的伸胀。

SS3B型重联电力机车上使用三种电空接触器，TCK7-600/1500型电空接触器，用来接通和开断牵引电机，每个接触器控制一台牵引电动机电枢支路、TCK7C-600/1500型电空接触器是用来控制电动机励磁绕组的电源通断，TCK7B-600/1500型电空接触器控制磁场削弱。

三种电空接触器结构基本相同，仅区别于个别零部件的增减。

结构：TCK7电空接触器由电空阀、传动气缸、绝缘杆、动、静触头及弧角、灭弧罩、吹弧装置、软连线等组成。

SS3B型重联电力机车上用2个TQG3A型电压传感器，安装在高压电器柜，用以测量牵引电动机电压。

电压传感器由霍尔元件、开口环形铁心、运算放大器、功率放大器及电阻等组成。

电压传感器除接线端子外露，其它元件均用绝缘材料固封在自熄式绝缘外壳内。

在霍尔元件电流端输入恒流I C 条件下，如霍尔元件上通过磁通则在元件上产生与磁通密度成正比的电流I S ，被测直流电压输入+HT –HT两端，它和磁心原边绕阻W1相连，在磁心上产生H P 磁场，在恒流I C作用下，霍尔元件产生电压U。

此电压信号终差动线性放大器及T1、T2 组成的功率放大器放大后产生I S 电流，I S 电流通过磁心二次W2 绕阻后在磁心上产生H S 磁场，H P、H S 两磁场方向相反，当H P =H S 时，霍尔元件工作在零磁通状态，达到动平衡，这时的I S 电流就反映出被测电压值。

SS3型固定重联型电力机车上共装7个电流传感器，用以测量6台牵引电机电流及电机励磁电流。

电流传感器工作原理与电压传感器相同。

被测电流直接穿过磁心内，并产生一次磁场H P ，霍耳元件产生的电流经放大I S 在W2 线圈上流过，并产生磁场H S ，当H P =H S 时达动态平衡，I S 值与原电流成正比。

TQG6B电流传感器采用了双霍耳元件，对称的两组线圈结构输出并联，可增强抗外磁场干扰的能力。

SS3B型重联型电力机车主电路安装了接地继电器。

TJJ2型接地继电器机车上共用2
只。

电路接地、接地继电器线圈有电。

吸合衔铁，主触头闭合，控制电路控制机车主断路器分断。

联锁触头同时闭合，给司机发出接地显示信号，接地继电器指示器在弹簧作用下跳出罩外。

当接地故障处理后，主断路器闭合时，恢复线圈有电，继电器恢复正常。

SS3B型固定重联型电力机车在两个高压室内分别安装一台变流装置。

结构：变流装置由整流管、晶闸管组件、触发脉冲装置、保护单元安装骨架及联接导线等组成。

变流装置柜体为长方形结构，由型钢、钢板制成骨架，用酚醛玻璃压制的立柱与柜格组成。

柜格以中隔离板为界分前后两排，变流装置内半导体组件（整流管、晶闸管）放置在柜内的前后两排。

即靠变压器室侧一排和靠高压室侧一排。

每个元件占一个格位置,每个半导体组件两端有T形安装托板,托板上套橡胶减振圈,推向安装导槽外面用阻燃塑压件阻容面板压紧,并用螺栓固定在立柱上,拆卸时只需卸去压板,解开元件两端软连线及晶闸管门板与阴极触发脉冲引线即可抽出组件。

SS3B型重联电力机车电制动采用电阻制动方式，在每台机车两个高压室内各装一套制动电阻装置。

它由电阻柜，过渡风道、制动风机组及风压继电器组成。

制动电阻柜内安装三套制动电阻，每组为一台牵引电动机做电制时的负载。

制动电阻柜的顶面四周用螺栓相连，密封装置内装设弹簧装置及密封填料，用来与车顶盖密封其机构。

风压继电器安装在过渡风道内，由通风机产生的风压直接为电阻元件冷却，因此在制动柜内的风压继电器采用正压式继电器。

电阻柜内并排三组分别对应一台牵引电机。

每组电阻由6个电阻元件串联，电阻柜内分6层分别安装在支持绝缘子上。

电源柜与机车上的蓄电池并联运行，向机车提供稳定的110V直流电源，并将DC110V 分别斩波成DC48V、DC24V和DC15V电源，为机车提供信号电源、仪表照明和显示器供电。

本柜由左、右两部分组成,一般左边称高柜部分,右边称低柜部分,呈L型布置。

其中低柜的上方是整流器组装,整流器组装的后部装有阻容板,整流器组装的左下方是电源变压器，右下方是电抗器。

低柜右下部装有两个20芯插座，电源柜与外部的控制连线由此连接；高柜的正上方装有ZS143B-00-00型110V电源控制箱，控制箱的左边是开关板，其中部和下部各装有一个钮子开关。

位于下部的钮子开关往左扳，是110V电源控制插件A投入工作；往右扳是110V电源控制插件B投入工作。

位于中部的电源钮子开关扳向A，表示A组开关电源投入工作；扳向B，表示B组开关电源投入工作。

控制插件箱的正下方是开关板组装，该部分从上到下依次布置有：蓄电池充放电电流表、输出电压表、照明灯开关、两排单极自动开关、整流输出和联接负载的单向双刀开关、电源柜铭牌、滤波电容、单极双向重联闸刀、接地线连接片。

开关板的后方安装了电阻板组装，它由控制变压器、起控制接地保护作用的中间继电器和电阻等组成；开关板组装的右后下方安装了分流器。

在开关板组装的下方是端子排，该部件主要负责对外交流线和蓄电池线的联接。

TPW17型微机柜适用于SS3B固定重联电力机车，装置实现牵引控制、电制动控制（加馈制动）、防空转/防滑行保护等功能。

牵引时有两级限压和三级手动有级磁场削弱控制，制动采用加馈电阻制动。

具有故障监控、故障记录和完善的高、低压自检功能。

具有初步故障诊断和智能控制功能。

控制系统采用三级分级结构：
⑴人—机对话级：主CPU为80486
实现人—机对话功能，本级由按键、彩色液晶显示屏组成。

⑵特性控制级：主CPU为80C186
实现机车调速控制、各种保护功能及故障诊断功能。

用FUPLA功能块语言编程,提高编程效率和程序的可靠性，便于以程序段的形式移植到其它类型机车上。

⑶变流器控制级：CPU为80C196
担负晶闸管触发脉冲控制。

采用汇编语言编程以满足变流控制级实时快速的要求。

特性控制级和变流器控制级由微机控制柜中的控制箱来实现。

控制装置以插件箱为基本控制单元，每个插件箱独立控制一个转向架。

1层插件箱控制Ⅰ端转向架。

2层插件箱控制Ⅱ端转向架。

1、2层插件箱布线稍有不同，不能互换。

1、2层中对应位置的插件相同，插件可以互换，但同一插件箱中的数字量入出A、B插件不能互换。

主要功能：1）牵引控制。

采用特性控制：即低速时的恒流控制和设定速度点的准恒速控制。

在粘着限制的范围内，机车先按特性的平直段恒流起动（90a），待机车速度升高进入特性的斜线段即准恒速控制区（450a-45V）后，机车按准恒速运行，同一级位速度变化范围约为10km/h。

2)制动控制
(1)采用加馈制动控制。

控制系统根据机车的速度首先自动调节励磁电流，使制动电流沿着给定的速度—电流曲线变化。

当励磁电流达到最大后，则进入加馈制动工况，通过调节电枢电流来维持制动电流。

最小电枢电流为70A。

(2)具有准恒速的特性，
3) 防空转、防滑行控制
防空转、防滑行控制可以保护机车在任何轨面条件下起动、加速、制动不擦伤轮轨,不发生牵引电机超速。

防空转、防滑行控制完全由软件实现,控制特性一致性好,控制参数调整和控制方式的修改较方便,实地调整后能较好地满足控制要求。

微机根据四个速度信号计算出速度差ΔV，加速度dv/dt和加速度变化率d2v/dt。

牵引工况的ΔV取同一转向架两轴的速度差，dv/dt、d2v/dt取本架的最大值作为控制值。

制动时，ΔV取全车最大速度和最小速度的差，dv/dt取全车加速度的最大值作为控制值。

牵引和制动工况有不同的减流曲线，并根据情况分别采用撒沙、减流等措施来预防和抑制空转及滑行。

减流速率固定，有快速和慢速恢复过程。

以免因电流恢复过快而造成再次空转。

电枢电流400A以下时不修正。

当过载情况发生时,先封锁触发脉冲,再发跳主断信号及过载指示信号。

励磁过载时跳励磁接触器。

司机台过载显示由节点控制电路自保护,插件面板过载显示由SBC板锁定,可以通过合主断或脉冲控制器插件面板上的按钮4S以上来清除。

SS3B型重联电力机车共设三个辅助室、辅助室内主要布置有机车上辅助系统所需的电机、电器。

——低压柜
I、II端低压电器柜内电器基本相同，仅个别电器根据机车需要有部分调整，每个低压电器柜是为半台机车辅机服务。

SS3B型固定重联型电力机车辅助电机接触器采用6C110、180型交流接触器，线圈电压DC110V。

SS3B型固定重联型电力机车辅助电机接触器采用AF185、110型交流接触器，线圈电压DC110V。

SS3型固定重联型电力机车断路器用作辅机的单相、堵转、短路、长时过载等故障保护，有TO-100BA型及TO-225BA型，是一种集电磁保护与热动保护于一体的保护电器。

SS3型固定重联型电力机车低压电器柜内装有JL14-21J 5A/8A型原边网侧电流继电器；
JL14-20辅机过流用电流继电器。

TZQ2A型电阻器是劈相机起动电阻器，串联在劈相机起动电路中。

当劈相机进行分相起动时，必须在第二电动相绕组与发电相绕组间接入起动电阻，以获得起动力矩进行分相起动。

起动完成后断开起动电阻。

TZQ2A电阻器由电阻元件、支架、绝缘安装和连接母线组成。

电阻元件的结构可吸收因温度上升而引起的伸涨。

该电阻器包含有两组起动电阻（其中一组备用），在运行途中，若发生起动电阻因故障损坏，可通过转换刀开关切除原来的电阻器而接入另一组，维持机车正常运行。

电空阀是通过电磁力来控制压缩空气管路的接通或切断，从而达到远距离控制气动装置的电器。

DK-1型机车电空制动机除采用传统的TFK1B电空阀外，为满足系统的性能也采用TFK电空阀。

中间继电器在电力机车控制电路中作为逻辑传递的一个环节元件，用于增加信号数量、量值放大以及开闭逻辑状态转换。

JT3系列时间继电器作为失电延迟动作的时间控制元件。

分成三个时间级：1s(0.3～0.9s)；3 s (0.7～3s)；5s(2.5～5s)。

电力机车可编程逻辑控制单元（Logical Control Unit），简称LCU，相当于通常的可编程控制器（PLC）。

SS3B固定重联电力机车逻辑控制单元是机车网络控制系统的组成部分，它通过MVB总线与其它设备相连协同工作，应用计算机控制技术、电力电子器件完成机车主回路、辅助回路电器的顺序操作功能，替代传统继电器有触点控制电路，实现机车逻辑控制。

它采用计算机控制，各项功能由软件设定，结构化硬件电路实现，简化顺序控制系统的设计、生产、调试过程，减少机车布线。

根据实际应用的需要配置硬件模块的数量，根据功能的需求修改软件。

LCU与电子控制系统一体化设计有以下几大优点：（1）LCU发出的指令直接控制接触器等外部负载，避免多级驱动；
2)简化机车有触点控制电路，减少外部连线，提高系统的可靠性；
(3）硬件通用，缩短了控制系统的设计、生产、调试周期；控制逻辑由软件实现，提高了控制系统的设计的灵活性；
(4）具有功能完全相同的A、B两组控制系统，可以任选一组工作，故提高了整车的可靠性。

逻辑控制单元硬件采用通用、模块化设计，由电源、LCU输入、LCU输出、LCU控制四种插件构成。

逻辑控制单元通过RS485串行通讯与电子控制系统和显示诊断装置交换信息。

主要特点(1)智能化模板：构成系统的主控板、开关量输入板、开关量输出板均以80C51、80C196单片机为核心自成系统，各单元具备自诊断功能。

(1)CAN总线连接：系统中各模板或单元以高速CAN总线连接，仅有两根信号线，
模块之间故障不会扩散，连线简单；根据需要容易实现模块级的冗余配置。

(2)DC110V开关量信号直接输入、直接输出，与机车信号电压等级一致。

输入、
输出信号与计算机隔离，每路输入信号吸收电流5mA，每路输出信号瞬时最大负载能力10.0A。

(3)采用多功能车辆总线MVB BUS与其它设备相连，构成先进的机车网络控制系统。

SS3B固定重联机车逻辑控制单元的Ⅰ端逻辑控制电子箱、Ⅱ端逻辑控制电子箱均由两套完全相同的微机系统构成，一套微机系统工作时，另一套微机系统处于冷备状态；工作故障时可以手动切换至另一机运行。