第2篇2交直型电力机车电路
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交直型电力机车的功率因数
(2)无级调压具有快速性，有利于更好地利用机车的惯性，特 别是在山区线路，坡道多变的情况下，由于无级调压的快 速性可节省电能2％~3％。
(3)采用相控调压，可取消笨重的有触点式调压开关，调压时 不必切换主电路，故不需要限流元件，也不会有电弧产生。
§1 概述
3、相控整流调压的缺点： 交直型整流机车的最大缺点之一是功率因数
输出电压越低，功率 因数越低。
§3 半控整流电路的功率因数
u
id
wt
i u
i Id
wt
假设：L=∞，整流电流平直，不 考虑换向重叠角γ，则电流i为方 ud 波。
i1 wt
§3 半控整流电路的功率因数
• 根据电压的波形，可以计算出整流电压的平均值:
U d
1
2U sintdt
2 2 U 1 cos
§3 半控整流电路的功率因数
i Id wt
2
an
Id cos ntdt
交直型电力机车的功率因数
§1 概述
1、交直型电力机车的电路结构
单相交流电
二极管整流：SS1
单相整流电路
桥式 整流
不控整流：有级调速 半控整流：无级调速
全控整流：再生制动
可见，我国绝大多数电力机车均采用桥式整流电路， 也就是相控整流调压方式。
§1 概述
2、相控整流调压的优点：
(1)实现牵引电机端压平滑无级调节．可以减少调压过程中的 电流冲击，使牵引电机力矩变化平滑，在机车起动时可以 较好地利用轮轨粘着力，一般可使起动牵引力提高8％~10 ％；在运行中可以获得机车工作范围内的任意牵引力和机 车速度；
DF
cos1
cos
2 3
换向重叠角取决于电压级位、变压器漏抗、负载电流。
(3)采用相控调压，可取消笨重的有触点式调压开关，调压时 不必切换主电路，故不需要限流元件，也不会有电弧产生。
§1 概述
3、相控整流调压的缺点： 交直型整流机车的最大缺点之一是功率因数
输出电压越低，功率 因数越低。
§3 半控整流电路的功率因数
u
id
wt
i u
i Id
wt
假设：L=∞，整流电流平直，不 考虑换向重叠角γ，则电流i为方 ud 波。
i1 wt
§3 半控整流电路的功率因数
• 根据电压的波形，可以计算出整流电压的平均值:
U d
1
2U sintdt
2 2 U 1 cos
§3 半控整流电路的功率因数
i Id wt
2
an
Id cos ntdt
交直型电力机车的功率因数
§1 概述
1、交直型电力机车的电路结构
单相交流电
二极管整流：SS1
单相整流电路
桥式 整流
不控整流：有级调速 半控整流：无级调速
全控整流：再生制动
可见，我国绝大多数电力机车均采用桥式整流电路， 也就是相控整流调压方式。
§1 概述
2、相控整流调压的优点：
(1)实现牵引电机端压平滑无级调节．可以减少调压过程中的 电流冲击，使牵引电机力矩变化平滑，在机车起动时可以 较好地利用轮轨粘着力，一般可使起动牵引力提高8％~10 ％；在运行中可以获得机车工作范围内的任意牵引力和机 车速度；
DF
cos1
cos
2 3
换向重叠角取决于电压级位、变压器漏抗、负载电流。
交直型电力机车电气线路—电力机车电气线路概述
在干线上使用多机牵引时，可以由几名司机各操纵一台机车相互 配合，也可以由一名司机在一台机车上操纵，而将各台机车通过机车 两端的多芯电缆插头使其电气线路连接起来，实现由一名司机操纵多 台机车，称后一种运行方式为机车的重联运行。司机操纵的那台机车 称为本务机车，非操纵机车称为重联机车。
机车采用重联运行可以减少乘务人员，在干线电力机车上，一般
二、过电压保护 过电压是指对电气设备绝缘有危险的电压 升高，它是由系统的电磁能量发生瞬间突变 所引起的。机车过电压有大气过电压和操作 过电压两种，见图1。为了防止大气过电压 带来的危害，在机车顶部装有放电间隙或氧 化锌避雷器；为了防止操作过电压带来的危 害在变压器二次侧绕组并联阻容吸收装置。
图1 过电压保护
采用两台机车重联，由于一台机车故障后，会对整列列车运行产生较
大影响，所以采用一组乘务人员操纵本务机车，而在重联机车上设专
人进行监视，发现故障时及时予以处理。
三、控制电路
机车控制电路是一种逻辑线路，属于低压直流小功率电路，主要 由司机控制器、低压电器、主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈和 联锁、开关等构成，通过司机台上的按键开关和司机控制器手柄位置 操纵，完成对主电路、辅助电路中各电气设备工作的控制，从而实现 机车牵引、制动的操纵和控制。
控制电路是机车三大线路中最复杂的部分，就机车运行中出现的 故障而言，控制电路中故障也较多。因此，熟练地掌握控制电路原理 ，就能在平时对机车进行全面保养，在发生故障时能迅速准确的进行 分析与处理，以确保行车安全。
电力机车电气线路概述
1
电气线路的组成及功能
2
机车电气线路中的保护
3
电气线路常用的联锁
4
电力机车的重联运行
1 电气线路的组成及功能
机车采用重联运行可以减少乘务人员，在干线电力机车上，一般
二、过电压保护 过电压是指对电气设备绝缘有危险的电压 升高，它是由系统的电磁能量发生瞬间突变 所引起的。机车过电压有大气过电压和操作 过电压两种，见图1。为了防止大气过电压 带来的危害，在机车顶部装有放电间隙或氧 化锌避雷器；为了防止操作过电压带来的危 害在变压器二次侧绕组并联阻容吸收装置。
图1 过电压保护
采用两台机车重联，由于一台机车故障后，会对整列列车运行产生较
大影响，所以采用一组乘务人员操纵本务机车，而在重联机车上设专
人进行监视，发现故障时及时予以处理。
三、控制电路
机车控制电路是一种逻辑线路，属于低压直流小功率电路，主要 由司机控制器、低压电器、主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈和 联锁、开关等构成，通过司机台上的按键开关和司机控制器手柄位置 操纵，完成对主电路、辅助电路中各电气设备工作的控制，从而实现 机车牵引、制动的操纵和控制。
控制电路是机车三大线路中最复杂的部分，就机车运行中出现的 故障而言，控制电路中故障也较多。因此，熟练地掌握控制电路原理 ，就能在平时对机车进行全面保养，在发生故障时能迅速准确的进行 分析与处理，以确保行车安全。
电力机车电气线路概述
1
电气线路的组成及功能
2
机车电气线路中的保护
3
电气线路常用的联锁
4
电力机车的重联运行
1 电气线路的组成及功能
最新交直型电力机车主电路与辅助电路
M1 M2 M3
o2
9 x2
48
45 43 41
39
46 44 42 40
D5 Lp2 M4 M5 M6
D6 D2
图１-２ SS1机车主电路原理
一、SS1型机车主电路（续2）
1. 调压过程 QKT-18组合开关和TK26反向开关组合，使 变压器的不变绕组和可调绕组分段正接和反 接，改变整流器的输入电压，从而实现了33 级整流电压。
四、调速方式（续４)
由上可知： 有级调速分有级调压调速和有级弱磁调节速两 种；无级调速也分为无级调压和无级弱磁两种。
二者比较： 无级调速可实现牵引电流和牵引力的连续调节； 有级调速在级间变换时有电流冲击和机械冲击。
五、电气制动
两类制动：
① 机械制动：常备制动，低速时投入；
② 电气制动：一般高速时投入效果好； ➢ 电阻制动
• 能耗电阻制动：稳定可靠，多用。SS1-SS4 • 加馈电阻制动：在低速时可获大的制动力.SS5
➢ 再生制动
向电网回馈能量，功率因数低控制复杂。8K（２台）、 SS5、SS7。
习题
１、机车主电路设计时要考虑那几方面的因数？ 主要涉及机及主电那些方面？
２、画出串激直流电机和并激直流电机牵引时的 牵引力（Ｆ）与速度力（Ｖ）关系曲线，并说 明其特点。
二、供电方式（续２）
③ 部分集中（架控） 同一转高架上的电机由一套整流器供电。 特点：简化了电路和变化器结构，粘着利用
较为充分，同时实现一定的冗余。
实际应用：SS1、SＳ3机车采用集中供电；其它部分 机车由部分集中供电，其中6K机车上有一个转
向架上两台电机分别由两套不同的整流器供电；
没有交直型车采用独立供电。
交直交型电力机车电气线路—交直交型电力机车主线路
网侧电路
1 网侧电路的组成 2 网侧电路的电流路径 3 网侧电路主要高压设备的功能 4 网侧电路的保护
1 网侧电路的组成
HXD3型电力机车网侧电路由受电弓AP1、AP2， 高压隔离开关QS1、QS2，高压电流互感器TA1，高 压电压互感器TV1，主断路器QF1，高压接地开关 QS10，避雷器F1，主变压器原边绕组AX，低压电流 互感器TA2 和回流装置EB1～6 等组成。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 牵引变压器
牵引变压器主要电气参数：
（1）原边绕组
（3）辅助绕组
额定容量/kVA ：8 900
额定容量/kVA ：600
额定电压/kV ：25
额定电压/V：470
额定电流/A ：356
额定电流/A ：2×638
（2）牵引绕组
短路阻抗 ：5%
额定输出容量//kVA ： 6×1 383 （4）谐振电抗器
0 0
6N 5N
4N 3N
2N
1N
20
40
7N 8N
9N
13N
10N
11N
12N
60
80
100
120
n 电力机车特性及其特性曲线
2. HXD3电力机车制动特性控制曲线（23t轴重）
600
500
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
120
n 电路分析
电路（课件）、部件（位置）图片
Ｐａｎｔｏｇｒａｐｈ
1 主电路结构
2 网侧电路
网侧电路由受电弓1AP、2AP，车顶高压隔离开关1QS、 2QS，主断路器QF（带接地装置）、避雷器1F、高压电压互感 器TV、原边电流互感器1TA、回流电流互感器2TA、接地装置 1E～6E和能耗表等组成，如图6.2所示。
交直交型电力机车电气线路—交直交型电力机车辅助线路
6） APU整流、逆变单元
26
指令序列控制：负责管理整个主变换装置的动作，进行保护检测运 算、接触器控制运算、对整流器以及逆变器的控制指令运算以及TCMS 的通信控制运算。整流器控制：根据网线电压、输入电流以及直流电压信号，对整流器进行PWM运算控制，确保输出直流电压稳定。 逆变器控制：根据直流电压、输出电流、主电动机转速以及扭矩指令，对逆变器进行PWM运算控制。
3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用
2）整流器单元\逆变器单元
3）整流器单元\逆变器单元
23
CAPACITOREF332162EYQ0736CAP.3200+3200μFVOLT.3300VDCMASS 60kgnichicon
DC 2800V
DC 2800V
505A
510A
控制功能包含：指令序列控制，整流器控制，逆变器控制。
功能简介： 控制单元主要分为接口部分和控制运算部分，从外部传输进来的信号经过接口部分传送到控制运算部分，进行处理。然后，根据控制运算的结果，经过接口部分，对外部进行相应的控制。
3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用
7） CI\ APU控制单元
HXD1C型机车辅助电路概述
HXD1C型电力机车辅助电路主要为机车的辅助设备（如牵引风机、冷却塔风机等）和生活服务设备（如卫生间、冷藏箱等）提供电源。按每个辅助机组/辅助设施的使用要求，辅助电气系统分成4个负载组。 ① 辅助逆变器变频变压供电支路，负载包括6个牵引通风机组和2个冷却塔通风机组； ② 辅助逆变器恒频恒压供电支路，负载有压缩机、水泵、油泵、空调等； ③ 主变压器辅助绕组供电220V/50Hz支路，负载包括蓄电池充电机、电炉、前窗玻璃加热器、撒砂加热器等； ④ 蓄电池充电机直流负载供电支路，负载包括照明灯、辅助压缩机、冷藏箱等。
26
指令序列控制：负责管理整个主变换装置的动作，进行保护检测运 算、接触器控制运算、对整流器以及逆变器的控制指令运算以及TCMS 的通信控制运算。整流器控制：根据网线电压、输入电流以及直流电压信号，对整流器进行PWM运算控制，确保输出直流电压稳定。 逆变器控制：根据直流电压、输出电流、主电动机转速以及扭矩指令，对逆变器进行PWM运算控制。
3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用
2）整流器单元\逆变器单元
3）整流器单元\逆变器单元
23
CAPACITOREF332162EYQ0736CAP.3200+3200μFVOLT.3300VDCMASS 60kgnichicon
DC 2800V
DC 2800V
505A
510A
控制功能包含：指令序列控制，整流器控制，逆变器控制。
功能简介： 控制单元主要分为接口部分和控制运算部分，从外部传输进来的信号经过接口部分传送到控制运算部分，进行处理。然后，根据控制运算的结果，经过接口部分，对外部进行相应的控制。
3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用
7） CI\ APU控制单元
HXD1C型机车辅助电路概述
HXD1C型电力机车辅助电路主要为机车的辅助设备（如牵引风机、冷却塔风机等）和生活服务设备（如卫生间、冷藏箱等）提供电源。按每个辅助机组/辅助设施的使用要求，辅助电气系统分成4个负载组。 ① 辅助逆变器变频变压供电支路，负载包括6个牵引通风机组和2个冷却塔通风机组； ② 辅助逆变器恒频恒压供电支路，负载有压缩机、水泵、油泵、空调等； ③ 主变压器辅助绕组供电220V/50Hz支路，负载包括蓄电池充电机、电炉、前窗玻璃加热器、撒砂加热器等； ④ 蓄电池充电机直流负载供电支路，负载包括照明灯、辅助压缩机、冷藏箱等。
电力机车工作原理
4.牵引特性
整流器电力机车的牵引特性曲线可借助磁化曲线， 通过速度特性计算式（1-3）和牵引力特性计算式（1-7） 计算求得。
5.机车总效率特性 机车总效率与机车速度的关系称为机车的总效 率特性。根据整流器电力机车工作原理，机车能量 的传递经过机车变压器、整流装置、平波环节、电 －机能量转换、齿轮传动等主要部分，故机车总效 率为：
4.简化了主线路。
交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率 范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因 数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我 国铁路发展的必然趋势。新的铁路技术政策也 明确指出我国牵引动力将在十年之内，实现由 直流传动向交流传动的转变。
谢谢收看
④环节——电抗器，有三大作用。降低电机、 电缆中的高频成分，控制噪声的传播，抑制电机 启动过程中的谐波分量；保证频繁断开电机电路 时不损坏变频器；通过三相霍尔电流传感器对变 频器输出端采取完善的短路保护措施。
系统的工作特点：
1.功率/体积比大。
2.交流电机维修量小。 3.机车具有优异的牵引和制动运行性能。
1000
k
机车的轮周功率： 根据功能原理：
P F V
j
（kN）
P
j
mP
C
故得出机车牵引力特性计算公式为：
m F k 1000
U I V
D a d
C
E I U I 或根据电动机功率方程式：
D a d d
a
M
表示成：
Fk
2m
C
C
1000 D
M
式中： V——机车速度； M——牵引电动机轴输出转矩； ηd——牵引电动机效率； ηc——传动装置效率； Ω——牵引电动机轴速度（rad/s）; m——机车配用电动机数目，对于个别传动 机车为机车动轴数； Fk——机车轮周牵引力(kN)。
3、交直电力机车
成都机务段职教科
成都机务段职教科
第三章 电力机车概述
一、电力机车的基本组成：
主电路部分 电气 部分 电力机车
：高电压、大电流
压缩机
（升弓压缩机）外均
辅助电路部分：380V、220V交流、除辅助
为三相异步电动机
控制电路部分：110V直流 机械部分：车体、转向架、车体支撑装置、牵引缓冲装置。 空气管路部分：风源系统、辅助管路系统、控制管路系统、
交—直电力机车的传动控制
梁成鹰
成都机务段职教科
第一部分 交直电力机车传动
交流电气化线路 交直电力机车（直流车） 电力机车主电路系统
成都机务段职教科
交流电气化铁路
一、电气化铁路基本组成：
牵引网
牵引供电装置 变电所 电力机车
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
成都机务段职教科
1、改变牵引电机端电压UD ： 可通过改变一次侧、二次侧电压的方式进行有 级调速（调压开关）或利用晶闸管整流元件，通 过改变晶闸管移相角（触发角）的方法改变整流 输出电压，从而进行平滑无级调速。
2、改变磁通量ф ： 即磁削弱调速，也称励磁调节。
成都机务段职教科
二、交直、交直型电力机车基本工作原理：
成都机务段职教科
1、中抽式全波整流（图a）
工作原理： 当变压器二次侧电压正半周a点高电位时： a→VD1→PK→M→O，此时VD2承受反向电压 而截止。 当变压器二次侧电压负半周b点高电位时: b点→Vd2→PK→M→0，此时VD1反向截止。
成都机务段职教科
轨电车采用。
成都机务段职教科
2、交—直传动：
电力机车工作原理
电力机车按供电电流制——传动型式分为四类，即直流供电——直流牵引电动机的直直型电力机车；交流供电——直（脉）流牵引电动机的交直型电力机车；交流供电——变流器环节——三相交流异步电动机的交直交型电力机车和交流供电——变频环节——三相交流同步电动机的交交型电力机车。
本章着重分析前三种电力机车的工作原理及工作特点，并推导电力机车的基本特性，通过学习所要达到的目标：1、会分析电力机车的工作原理，2、掌握交直型、交直交型电力机车的特点，3、熟记电力机车的基本特性。
第一节直直型电力机车工作原理一、基本工作原理直流电力机车是现代电力机车中最为简单的一种。
它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机，其工作原理如图１－１所示。
目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。
图１-１所示为一般工矿用四轴电力机车的电传动装置示意图。
工作过程为：机车由受电弓从接触网取得直流直流电力机车工作原理二、直流电力机车的特点通过分析直流电力机车的工作原理，可以得出直流电力机车具有以下特点：１、机车结构简单，造价低，经济性好；２、采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便；３、控制简单，运行可靠；４、供电效率低。
由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500伏～3000伏。
传输一定功率时电流较大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低。
５、基建投资大。
为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。
６、效率低，有级调速。
由于机车使用调压电阻进行启动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。
随着电力电子技术的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速。
综上所述，直流电力机车由于受牵引电动机端电压的限制，网压不可能太高，从而限制了机车功率的进一步提高。
随着现代铁路运输事业的发展，直流电力机车显然已不适应干线大功率的要求。
电力机车工作原理
三相异步电动机的固有机械特性
sn
D
0
C
sN nN
?几个关键点 ： ?起动点 ：A ?最大转矩点 ：B ?额定工作点 ：C
sm nm
B
10
A TN Tst
Tem Tmax
第一章 电力机车工作原理 ?电动（0<S<1) ，发电(s<0)，制动(s>1)三种运行状态
第一章 电力机车工作原理
人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、 p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或 电抗的机械特性称为人为机械特性。
? 第一节 直直型电力机车工作原理
第一章 电力机车工作原理
? 一、直-直型电力机车工作原理
第一章 电力机车工作原理
? 直流电力机车的特点： ? （1）结构简单，造价低，经济性好。 ? （2）牵引性能好，调速方便。 ? （3）控制简单，运行可靠。 ? （4）供电效率低。 ? （5）基建投资大。 ? （6）效率低，有级调速。
第一章 电力机车工作原理
异步 电 动 机 的 矩 速 特 性
第一章 电力机车工作原理
? 运行特性： ? 要求:恒转距启动,恒功率运行。 ? 图中，额定功率以下采用恒磁通控制，额定
功率以上采用恒功率控制。
第一章 电力机车工作原理
? 2、直流电力机车的基本特性： ? （1）速度特性 ? 定义：机车运行速度与牵引电动机电枢电流的
第一章 电力机车工作原理
? 系统的工作特点： ? （1）功率/体积比大。 ? （2）交流电机维修量小。 ? （3）机车具有优良的牵引和制动运行性
能。 ? （4）简化了主电路。 ? （5）减少了对信号和通信设备的干扰。
第一章 电力机车工作原理
? 三、电力机车的硬件配置 ? 1、车顶高压设备： ? 功能：通过弓网接触，使机车获得电能。 ? 2、车内变流设备： ? 功能；实现电能形式的转换，以满足调速和
sn
D
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C
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?几个关键点 ： ?起动点 ：A ?最大转矩点 ：B ?额定工作点 ：C
sm nm
B
10
A TN Tst
Tem Tmax
第一章 电力机车工作原理 ?电动（0<S<1) ，发电(s<0)，制动(s>1)三种运行状态
第一章 电力机车工作原理
人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、 p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或 电抗的机械特性称为人为机械特性。
? 第一节 直直型电力机车工作原理
第一章 电力机车工作原理
? 一、直-直型电力机车工作原理
第一章 电力机车工作原理
? 直流电力机车的特点： ? （1）结构简单，造价低，经济性好。 ? （2）牵引性能好，调速方便。 ? （3）控制简单，运行可靠。 ? （4）供电效率低。 ? （5）基建投资大。 ? （6）效率低，有级调速。
第一章 电力机车工作原理
异步 电 动 机 的 矩 速 特 性
第一章 电力机车工作原理
? 运行特性： ? 要求:恒转距启动,恒功率运行。 ? 图中，额定功率以下采用恒磁通控制，额定
功率以上采用恒功率控制。
第一章 电力机车工作原理
? 2、直流电力机车的基本特性： ? （1）速度特性 ? 定义：机车运行速度与牵引电动机电枢电流的
第一章 电力机车工作原理
? 系统的工作特点： ? （1）功率/体积比大。 ? （2）交流电机维修量小。 ? （3）机车具有优良的牵引和制动运行性
能。 ? （4）简化了主电路。 ? （5）减少了对信号和通信设备的干扰。
第一章 电力机车工作原理
? 三、电力机车的硬件配置 ? 1、车顶高压设备： ? 功能：通过弓网接触，使机车获得电能。 ? 2、车内变流设备： ? 功能；实现电能形式的转换，以满足调速和
第2篇2交直型电力机车电路
四、调速方式（续３)
主电路设计考虑的内容
弱磁调速：
① 激磁绕组并电阻调速：SS1、SS3、SS4、 SS6；
② 相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式： ➢ 6K、 SS7是复励电机，由他励绕组的相
控电路励磁； ➢ 8K、SS5是串励电机、由分路晶闸管弱磁；
方式①为有级、方式②为无级。
四、调速方式（续４)
三、整流线路
主电路设计考虑的内容
50Hz单相交流整流，SS1采用二极管不控整 流；其它机车多用半控桥整流且是二段桥、三段 桥甚至四段桥。
Lp
单相 整
交流 流
输入
器
M
Rf
Lf
图１－１整流器的简化线路图
主电路设计考虑的内容
三、整流线路（续１）
Ｌp－平波电抗器，减小电流脉动，改善电 机换相性能。 Ｌf－激磁绕组。 Ｒf－磁场分路电阻，减小磁场电流脉动。
二、机车电路分类（续3）
② 直流辅助电路
功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电； 特点：直流110V供电，有蓄电池作后备电源； 包括：DC110V交直流变换电源、蓄电池、车灯、空调
等。 此外，用于客车牵引的机车上有DC600V直流电源供客
车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务系统供 电。
二、机车电路分类（续4）
二、机车电路分类
机车电路
主电路 辅助电路 控制电路
二、机车电路分类（续１）
1. 主电路
功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换； 特点：大功率、高电压、大电流； 主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机
二、机车电路分类（续2）
2. 辅助电路（有两类） ① 交流辅助电路
功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等； 特点：三相380V交流供电,功率较小； 包括：单／三相变换器、通风电机、压缩电机等
交直交型电力机车工作原理
交直交型电力机车工作原理
首先是电能供给。
电力机车通过集电弓接触架空线或第三轨，将输送
电网供给的交流电能转换为直流电能。
直流电能通过集电弓进入电力机车，进而供给给牵引控制装置和牵引电动机。
同时，交流电能也经过变流装置
转换为所需的直流电能。
接下来是牵引能量转换。
牵引控制装置接收来自供电系统的电能，将
其转变为适合电动机使用的电压和电流。
电力机车的牵引电动机通常为直
流串励电动机或异步电动机。
牵引电动机通过牵引传动装置将电能转化为
机械能，并传递给动轮，从而推动机车行驶。
最后是传动。
交直交型电力机车采用多级传动系统，将机动车轴的转
速转化为牵引电动机的合适转速。
传动系统一般由曳引变速器、串级齿轮
传动和联轴器组成。
曳引变速器可以根据需要调整转速比，以适应机车行
驶的不同条件。
齿轮传动通过多级传动系统将电动机的高速低扭矩转化为
牵引电机的低速大扭矩，提供机车行驶所需的力量。
联轴器用于连接各传
动装置，保证传动正常运行。
总体来说，交直交型电力机车的工作原理是将输送电网提供的电能转
换为适合牵引电动机驱动的能源，并通过多级传动系统将机械能传递给动轮，以推动机车前进。
这种工作原理使得电力机车具有高效节能、环保、
运行平稳的特点，广泛应用于城市轨道交通、高速铁路等领域。
交直传动电力机车主电路
交直传动电力机车主电路介绍交直传动电力机车是一种运用交流和直流电力传输方式的机车。
其主电路是机车电力系统的核心组成部分，负责接收、传输和转换电力。
本文档将详细介绍交直传动电力机车主电路的结构、功能以及关键组件。
结构交直传动电力机车主电路由多个部分组成，包括交流电源、直流电源、控制电路、逆变器、换相器等。
交流电源交流电源是机车电力系统的主要供电来源，采用的是交流电源的原因是交流电可以更轻松地传输长距离，并且通过变压器可以方便地升压或降压。
交流电源通常由变电站或电网提供，经过整流装置将交流电转换为直流电供给机车。
直流电源直流电源由交流电源通过整流装置转换而来，直流电源主要供给机车内部的直流电动机。
直流电源具有稳定的电压特性，能够提供给直流电动机所需的稳定电流。
控制电路控制电路是机车电力系统中的重要组成部分，负责调节电力传输和控制机车运行。
控制电路通常包括电力传输开关、保护装置、信号处理装置等。
通过控制电路，机车驾驶员可以控制机车的速度、方向以及实施紧急制动等操作。
逆变器是交直传动电力机车主电路中的关键组件，负责将直流电源转换为交流电源。
逆变器采用高效的电力转换技术，能够将直流电转换为需要的交流电频率和电压，以供给交流电动机使用。
换相器换相器是交直传动电力机车主电路的另一个重要组成部分，负责实现交流电动机的换相操作。
换相器将交流电源的相位和频率转换为电动机所需的电流波形，以控制电动机的转动方向和速度。
功能交直传动电力机车主电路的主要功能包括以下几个方面：主电路负责将外部供给的电力传输到机车各个部件中，包括直流电动机、交流电动机、辅助设备等。
通过电力传输，机车能够获得所需的动力以推动车辆运行。
电力转换主电路中的逆变器和换相器负责将直流电源转换为交流电源，以供给交流电动机使用。
通过电力转换，机车能够实现高效的电能利用，并且灵活控制交流电动机的运行状态。
控制机车运行通过控制电路，机车驾驶员可以对机车进行速度、方向和制动等操作。
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分析。
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的联接与激磁方式
交直型电力机车采用脉流牵引电机（直 流电机）。
１、激磁方式 问题： ① 直流电机的激磁方式有几种？各有
何种特点？
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续１）
① 串激 特点：起动力矩大、恒功性能好，有“牛 马”特性，并联时负载分配较易均衡，但 特性较软，防空转能力差；
问题： ① 平波电抗器如何减小电流的脉动？ ② 磁场分路电阻如何减少磁场电流脉动？
四、调速方式
主电路设计考虑的内容
调速要求：
在不中断主电路的情况下，尽量使牵 引力变化平滑，有尽可多的级位均匀分布 在整个调速范围内。
问题： ① 直流电机如何调速的？
四、调速方式（续１）
主电路设计考虑的内容
分两步：
① 调压调速：在额定电压以下，改变电机电 枢电压Ｕd实现电机调速；
四、调速方式（续３)
主电路设计考虑的内容
弱磁调速：
① 激磁绕组并电阻调速：SS1、SS3、SS4、 SS6；
② 相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式： ➢ 6K、 SS7是复励电机，由他励绕组的相
控电路励磁； ➢ 8K、SS5是串励电机、由分路晶闸管弱磁；
② 并激（他激） 特点：特性较硬，防空转性能好，但是其 它性能（起动和恒功）较差；
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续2）
③ 复激 部分绕组是与电枢串联，部分绕组为他激。 特点：兼有串激和并激的优点，但电机结构
和控制复杂。 实际情况：机车多用串激电机、６K/SS7机车
采用了复激电机，没有采用并激的。
用较为充分，同时实现一定的冗余。
实际应用：SS1、SS3机车采用集中供电；其它部 分机车由部分集中供电，其中6K机车上有一 个转向架上两台电机分别由两套不同的整流
器供电；没有交直型车采用独立供电。
二、供电方式（续3）
主电路设计考虑的内容
说明：随着电力电子技术的发展和高 速重载的需求，新型的交直流机车 开始采用轴控技术，这样整车的粘 着利用充分，同时在一轴故障整车 的牵引力影响不大。
第2篇 直流传动控制原理
第2章 交直型电力机车电路
概述 交直型机车主电路 交直型机车负载 交直型机车电气制动 交直型机车保护电路 交直型机车辅助电路
第一节 概述
一、电力机车能量传递过程：
车上 受电弓
交流
牵引 变压器
牵引 整流器
直流
牵引电机
电能
转向架
机械能
机车车辆
二、机车电路分类
机车电路
3. 控制电路（有两类） ① 电器控制
功能：完成电路和气路的开关及逻辑互锁； 特点：电动或气动的逻辑开关． 包括：继电器、电控阀、气动开关等。
近年来生产机车上的逻辑联锁已由逻辑控制 单元（LCU)完成。
二、机车电路分类（续5）
② 电子控制
功能：配合主辅助电路完成机车的控制； 特点：弱电控制、控制复杂； 包括：给定积分器、特性控制、防空转／防滑、移
二、供电方式（续１）
② 独立供电（轴控） 每一个牵引电机由一套独立的整流器供 电。
特点：机车的粘着利用好，一台电机故障时 不影响其它电机的运行。但变压器、整 流器及控制复杂。
二、供电方式（续２）
主电路设计考虑的内容
③ 部分集中（架控）
同一转向架上的电机由一套整流器供电。 特点：简化了电路和变流器结构，粘着利
相控制、功率放大、脉冲变压器等控制单元。
三、主电路设计考虑的内容
主要考虑因素：
① 满足机车牵引中的起动、调速和制动的基 本要求；
② 功率大、控制复杂、工作条件差，体积、 重量受到限制；
③ 牵引性能的好坏、技术难易程度，维护费 用及可靠性。
三、主电路设计考虑的内容（续１）
更具体 来讲五个方面： ① 牵引电机联接与激磁方式； ② 牵引电机的供电方式； ③ 整流线路； ④ 调速方式； ⑤ 电气制动方式。 下面将参照这五个方面的内容进行详细
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续４）
实际应用：普遍采用电机并联方式，只 有8K机车采用电机串联。
二、供电方式
主电路设计考虑的内容
① 集中供电（车控） 整台机车牵引电机由一套整流器供电。
特点：变压器结构简单，集中冷却简化了通 风设备，但一台电机故障时，影响整车 工作；
主电路设计考虑的内容
二、机车电路分类（续3）
② 直流辅助电路
功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电； 特点：直流110V供电，有蓄电池作后备电源； 包括：DC110V交直流变换电源、蓄电池、车灯、空调
等。 此外，用于客车牵引的机车上有DC600V直流电源供客
车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务系统供 电。
二、机车电路分类（续4）
三、整流线路
主电路设计考虑的内容
50Hz单相交流整流，SS1采用二极管不控整 流；其它机车多用半控桥整流且是二段桥、三段 桥甚至四段桥。
Lp
单相 整
交流 流
输入
器
MRfLf Nhomakorabea图１－１整流器的简化线路图
主电路设计考虑的内容
三、整流线路（续１）
Ｌp－平波电抗器，减小电流脉动，改善电 机换相性能。 Ｌf－激磁绕组。 Ｒf－磁场分路电阻，减小磁场电流脉动。
② 弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱 磁场进步提高速度。
问题： ① 为何要先调压后弱磁？
主电路设计考虑的内容
四、调速方式（续2)
调压调速： ① 有触点调压：SS1、８Ｇ机车； ② 有触点与相控结合调压：SS3； ③ 无触点相控调压：SS4、SS5、6K、8K等；
其中方式①为有级调压，方式②和③为无 级调压。
主电路 辅助电路 控制电路
二、机车电路分类（续１）
1. 主电路
功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换； 特点：大功率、高电压、大电流； 主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机
二、机车电路分类（续2）
2. 辅助电路（有两类） ① 交流辅助电路
功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等； 特点：三相380V交流供电,功率较小； 包括：单／三相变换器、通风电机、压缩电机等
说明：斩波地铁机车中，有采用它激电机，但其激 磁电流控制是按电枢电流规律控制的。
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续３）
２、电机联接方式 ① 串联
特点：主电路开关电器少、简化主电 路结构，电机负荷分配均匀，但防 空转性能差；
② 并联
特点：防空转性能好，整车粘着利用 充分，但主电路结构复杂；
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的联接与激磁方式
交直型电力机车采用脉流牵引电机（直 流电机）。
１、激磁方式 问题： ① 直流电机的激磁方式有几种？各有
何种特点？
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续１）
① 串激 特点：起动力矩大、恒功性能好，有“牛 马”特性，并联时负载分配较易均衡，但 特性较软，防空转能力差；
问题： ① 平波电抗器如何减小电流的脉动？ ② 磁场分路电阻如何减少磁场电流脉动？
四、调速方式
主电路设计考虑的内容
调速要求：
在不中断主电路的情况下，尽量使牵 引力变化平滑，有尽可多的级位均匀分布 在整个调速范围内。
问题： ① 直流电机如何调速的？
四、调速方式（续１）
主电路设计考虑的内容
分两步：
① 调压调速：在额定电压以下，改变电机电 枢电压Ｕd实现电机调速；
四、调速方式（续３)
主电路设计考虑的内容
弱磁调速：
① 激磁绕组并电阻调速：SS1、SS3、SS4、 SS6；
② 相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式： ➢ 6K、 SS7是复励电机，由他励绕组的相
控电路励磁； ➢ 8K、SS5是串励电机、由分路晶闸管弱磁；
② 并激（他激） 特点：特性较硬，防空转性能好，但是其 它性能（起动和恒功）较差；
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续2）
③ 复激 部分绕组是与电枢串联，部分绕组为他激。 特点：兼有串激和并激的优点，但电机结构
和控制复杂。 实际情况：机车多用串激电机、６K/SS7机车
采用了复激电机，没有采用并激的。
用较为充分，同时实现一定的冗余。
实际应用：SS1、SS3机车采用集中供电；其它部 分机车由部分集中供电，其中6K机车上有一 个转向架上两台电机分别由两套不同的整流
器供电；没有交直型车采用独立供电。
二、供电方式（续3）
主电路设计考虑的内容
说明：随着电力电子技术的发展和高 速重载的需求，新型的交直流机车 开始采用轴控技术，这样整车的粘 着利用充分，同时在一轴故障整车 的牵引力影响不大。
第2篇 直流传动控制原理
第2章 交直型电力机车电路
概述 交直型机车主电路 交直型机车负载 交直型机车电气制动 交直型机车保护电路 交直型机车辅助电路
第一节 概述
一、电力机车能量传递过程：
车上 受电弓
交流
牵引 变压器
牵引 整流器
直流
牵引电机
电能
转向架
机械能
机车车辆
二、机车电路分类
机车电路
3. 控制电路（有两类） ① 电器控制
功能：完成电路和气路的开关及逻辑互锁； 特点：电动或气动的逻辑开关． 包括：继电器、电控阀、气动开关等。
近年来生产机车上的逻辑联锁已由逻辑控制 单元（LCU)完成。
二、机车电路分类（续5）
② 电子控制
功能：配合主辅助电路完成机车的控制； 特点：弱电控制、控制复杂； 包括：给定积分器、特性控制、防空转／防滑、移
二、供电方式（续１）
② 独立供电（轴控） 每一个牵引电机由一套独立的整流器供 电。
特点：机车的粘着利用好，一台电机故障时 不影响其它电机的运行。但变压器、整 流器及控制复杂。
二、供电方式（续２）
主电路设计考虑的内容
③ 部分集中（架控）
同一转向架上的电机由一套整流器供电。 特点：简化了电路和变流器结构，粘着利
相控制、功率放大、脉冲变压器等控制单元。
三、主电路设计考虑的内容
主要考虑因素：
① 满足机车牵引中的起动、调速和制动的基 本要求；
② 功率大、控制复杂、工作条件差，体积、 重量受到限制；
③ 牵引性能的好坏、技术难易程度，维护费 用及可靠性。
三、主电路设计考虑的内容（续１）
更具体 来讲五个方面： ① 牵引电机联接与激磁方式； ② 牵引电机的供电方式； ③ 整流线路； ④ 调速方式； ⑤ 电气制动方式。 下面将参照这五个方面的内容进行详细
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续４）
实际应用：普遍采用电机并联方式，只 有8K机车采用电机串联。
二、供电方式
主电路设计考虑的内容
① 集中供电（车控） 整台机车牵引电机由一套整流器供电。
特点：变压器结构简单，集中冷却简化了通 风设备，但一台电机故障时，影响整车 工作；
主电路设计考虑的内容
二、机车电路分类（续3）
② 直流辅助电路
功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电； 特点：直流110V供电，有蓄电池作后备电源； 包括：DC110V交直流变换电源、蓄电池、车灯、空调
等。 此外，用于客车牵引的机车上有DC600V直流电源供客
车车厢内空调、采暖、照明及旅客信息服务系统供 电。
二、机车电路分类（续4）
三、整流线路
主电路设计考虑的内容
50Hz单相交流整流，SS1采用二极管不控整 流；其它机车多用半控桥整流且是二段桥、三段 桥甚至四段桥。
Lp
单相 整
交流 流
输入
器
MRfLf Nhomakorabea图１－１整流器的简化线路图
主电路设计考虑的内容
三、整流线路（续１）
Ｌp－平波电抗器，减小电流脉动，改善电 机换相性能。 Ｌf－激磁绕组。 Ｒf－磁场分路电阻，减小磁场电流脉动。
② 弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱 磁场进步提高速度。
问题： ① 为何要先调压后弱磁？
主电路设计考虑的内容
四、调速方式（续2)
调压调速： ① 有触点调压：SS1、８Ｇ机车； ② 有触点与相控结合调压：SS3； ③ 无触点相控调压：SS4、SS5、6K、8K等；
其中方式①为有级调压，方式②和③为无 级调压。
主电路 辅助电路 控制电路
二、机车电路分类（续１）
1. 主电路
功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换； 特点：大功率、高电压、大电流； 主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机
二、机车电路分类（续2）
2. 辅助电路（有两类） ① 交流辅助电路
功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等； 特点：三相380V交流供电,功率较小； 包括：单／三相变换器、通风电机、压缩电机等
说明：斩波地铁机车中，有采用它激电机，但其激 磁电流控制是按电枢电流规律控制的。
主电路设计考虑的内容
一、牵引电机的连接与激磁方式（续３）
２、电机联接方式 ① 串联
特点：主电路开关电器少、简化主电 路结构，电机负荷分配均匀，但防 空转性能差；
② 并联
特点：防空转性能好，整车粘着利用 充分，但主电路结构复杂；