交直传动电力机车主电路
电力机车和电动车组传动方式的分类及特点
电力机车和电动车组传动方式的分类及特点电力机车和电动车组的传动方式按照供电电源的性质及所采用的牵引电动机的不同，理论上可以分为直-直流传动、交-直流传动、交-直-交流传动、交-交流传动和直-交流传动等。
1.直-直流传动方式直-直流传动方式就是使用直流电源供电、直流牵引电动机驱动的传动方式，结构示意图如图1。
受电器从接触网或者第三轨上获取电能，通过直流电压调节装置对直流电压进行调节，从而达到调节直流(脉流)牵引电动机转速和转矩的目的。
图 1 直-直流传动方式示意图调压装置可以是：（1）电阻器：特点是简单、可靠。
维修方便，对使用和维护工人技术要求低。
但是电阻调速是有级的，调速过程中电阻器有能耗，能量损失大，调速性能差，在大功率场合长期调速运行，不仅损失的能量很大，还可能引起地铁隧道或周围环境温度升高。
（2）斩波器：用大功率电力电子器件构成，特点是效率高，调速性能好。
直-直流传动方式的主要特点是调速简单方便，但是直流供电电压低限制了其应用场合，并且直流牵引电动机体积大、维护工作量大、经济性能指标差。
早期的工矿电机车、城市有轨电车、无轨电车和地铁动车大多采用直-直流传动方式。
此外直流电流的回流会对线路周围的金属结构产生电蚀。
2. 交-直流传动方式交-直流传动方式就是使用交流电源供电、直流牵引电动机驱动的传动方式，结构示意图如图2。
受电器从接触网获取交流电能，通过整流调压装置对输出直流电压进行调节，从而达到调节直流牵引电动机转速和转矩的目的。
图2 交-直流传动方式示意图交-直流传动方式是我国电力机车长期使用的一种电力机车传动方式，国产韶山（SS）系列和进口的6K、8K电力机车等均采用这一传动方式，这些机车的主要差别在于调压整流方式和控制方式的不同。
这种传动方式的主要特点是接触网采用单相交流供电，可以大大提高电网的供电能力，减少牵引变电所的数量。
从技术上看，其缺点主要是因为采用直流牵引电动机所引起的。
3. 交-直-交流传动交-直-交流传动方式就是使用交流电源供电，中间经过降压整流变成直流，然后再将直流逆变成为频率和电压幅值可调的交流电，驱动交流牵引电动机的传动方式。
SS4改型电力机车主电路
由真空接触器（电磁式）、无触点晶闸管开关、滤波电容、滤波电抗和故障隔离开关等电器组成。
在PFC装置中设有故障隔离开关119QS、129QS、159QS、169QS，当PFC故障或者不需使用而切除时将隔离开关打至“故”位。并通过其辅助联锁切断真空接触器的电磁线圈得电电路，使真空接触器处于分断状态，从而使PFC电路与牵引绕组完全隔离。与此同时，隔离开关的主刀对电容器进行放电。
--电机电枢（制动）电流（A）。
常规电阻制动中，当电机主励磁最大恒定后，制动电流将随机车速度的降低而减小，轮周制动力也随之而变化，为了克服在低速区时制动力的减小，加馈电阻制动是从电网吸收电能，通过相控主整流器向电机电枢补足 并保持恒定，以此获得理想的最大轮周制动力恒定值。
SS4改型电力机车电制动时电枢与励磁回路
（二）整流调压电路（Ⅰ架）
采用转向架独立供电：a1-b1-x1，a2-x2供电给整流器70V，70V给并联的第1、2位牵引电机供电；a3-b3-x3，a4-x4供电给整流器80V，80V给并联的第3、4位牵引电机供电。
额定网压时：
பைடு நூலகம்不等分三段半控桥式整流电路工作顺序（Ⅰ架为例）：
交直型电力机车主电路与辅助电路
平波电抗器如何减小电流的脉动？
磁场分路电阻如何减少磁场电流脉动？
三、整流线路（续１）
调速要求：
01
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调范围内。
02
问题：
03
直流电机如何调速的？
04
四、调速方式
调速调压：在额定电压之下，改变电机电枢电压Ｕd实现电机调速； 弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱磁场进步提高速度。
01
下面将参这五个方面的内容进行详细分析。
02
主电路设计考虑的内容（续１）
交直型电力机车采用脉流牵引电机（直流电机）。
问题：
激磁方式
直流电机的激磁方式有几种？各有何种特点？
一、牵引电机的连接与激磁方式
02
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；
并激（它激）
01
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；
QKT-18左旋到40º，TK39合,TK32合，TK31分， a1x1与o1-1,a2X2与o2-9电压相减。
U右=1040-1000=40(V)
U左=1040-7×125=165(V)
Ud=(0.9×40+ 0.9×165) /2=92.25(V) ΔUd= 0.9×165/2=56.25(V)
第一章 交直型电力机车主电路 和辅助电路
本章要点： 主电路设计考虑的主要因素 我国主要干线机车主电路 机车的牵引特性及制动特性 概念“粘着”、”“空转”、“滑行”、“辆重补偿” 主电路保护的种类与原理 机车辅助电路的结构与功能
第一节 概述
电力机车能量传递过程：
SS6B型电力机车
SS6B型电力机车SS6B电气线路第一节主电路一、SS6B型电力机车主电路的特点1．传动形式采用交一直传动方式，驱动为串励式脉流牵引电动机，调速特性控制较简单。
2．牵引电动机供电方式采用转向架独立供电方式，即一个转向架3台牵引电机并联，由一台主整流器供电。
全车鹏个3轴转向架，具有两台独立的无级调压相控主整流器。
此方式使电路、控制和结构比较简单，在运用上有一定的灵活性，当一台主整流器故障时，可切除一台转向架3台电机，机车保留l／2牵引能力，实现机车故障运行；前后两个转向架可进行各架轴重转移电气补偿，即对前转向架减荷后转向架增荷，以充分利用粘着，发挥最大牵引能力；实现以转向架供电为基础的电气系统单元化供电系统，装置简单。
3．整流调压电路方式SS6B型电力机车主电路采用不等分三段半控桥整流调压电路，即一段1/2U0桥、二、三段1／4U0桥的电路结构。
4．电制动方式机车电制动采用加馈电阻制动，每节车6台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半控桥式整流器供电。
每个转向架上的3台牵引电机电枢与各自的制动电阻串联后，并联在一起，再与相应的主整流器构成串联网路。
与常规电阻制动相比，加馈电阻制动的特点，是在低速区通过主整流器加馈注人制动电流的办法维持电制动力，可将最大制动力调速范围延仲至10km／h，能较方便地实现恒制动力控制，简化了主电路和控制电路。
5．测量系统机年全部采用霍尔传感器检测直流电流与直流电压信号。
其优点：一是实现直读仪表、过载保护及反馈控制三位合一，并可提高系统的控制精度；二是主电路强电系统与控制电路弱电系统实现电隔离，以利机车设备安全和乘务员人身安全；三是使司机台仪表接线插座化，便于保养和维修。
网压25 k V测量使用25000 V／100 V交流电压互感器，能直接测量接触网供电电压。
6．保护系统采用双接地继电器保护，每一台转向架电气供电回路单元各接一台主接地继电器，以利于查找和处理接地故障。
7．为提高机车功率因数和改善通讯干扰，机车设有PFC功率因数补偿装置。
SS9G型电力机车主辅电路分析
主电路分析一. 主电路的特点SS9型电力机车主电路如附图1所示。
电路具有以下特点：1. 主传动型式——采用交-直传动和串励式脉流牵引电动机，调速特性控制简单。
2. 整流调压与磁场削弱——采用三段不等分半控整流桥无级调压，其中一段占1/2 的整流电压，另两段占另1/2 的整流电压。
前者用于低速区，而后者用于高速区，以提高高速区的功率因素。
机车采用晶闸管分路来达到无级磁场削弱，可提高列车高速运行时的平稳性。
机车在整个调速区间均是无级的。
3. 电制动方式——电制动采用加馈电阻制动，在低速区可以有较大的制动力。
4. 牵引电动机供电方式——采用转向架独立供电方式，即每台转向架有三台并联的牵引电动机，由一组整流器供电。
优点是当一台转向架的整流电路故障时，可保持1/2 的牵引能力，实现机车故障运行；前后两个转向架可进行各架轴重转移电气补偿，即对前转向架减荷后转向架增荷，以充分利用黏着，发挥最大牵引能力；实现以转向架供电为基础的电气系统单元化供电控制系统，装置简单。
5. 测量系统——直流电流和电压的测量均采用霍尔传感器，交流电流和电压的测量采用交流互感器，使高压电路与测量控制系统隔离，以利与司机安全，并且使控制、测量、保护一体化，同时提高了控制精度。
6. 保护系统——机车采用双接地保护，每一台转向架电气回路单元各接一台主接地继电器，以利于查找接地故障。
二. 主电路的构成（一）网侧电路网侧电路见图3-1。
其主要功能是由接触网取得电能，因而属于25KV 电路。
网侧电路又称高压电路，在主变压器绕组AX 的 A 侧为高压部分，主要设备有受电弓 1 ~2AP 、高压隔离开关17QS、18QS、真空断路器4QF、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、避雷器5F、主变压器的高压绕组AX。
低压部分有：电流互感器9TA、网压表103PV、104PV、电度表105PJ、自动开关102QA、接地碳刷110E~160E 及变压器100TV。
交直型电力机车电气线路—电力机车电气线路概述
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
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
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。
交-直-交型电力机车网侧谐波对牵引变电所的影响及改进获奖科研报告
交-直-交型电力机车网侧谐波对牵引变电所的影响及改进获奖科研报告关键词：交直交，电力机车;牵引供电;谐波引言近年来，我国电气化铁路建设进入了高速发展阶段，交流传动的电力机车将逐步成为我国高速铁路和重载线路的主力车型，其核心是“交-直-交”型传动系统，其主电路拓扑和控制方式与传统的韶山系列交直电力机车有着明显不同，因此具有高功率因数、可实现能量的双向流动等优点，但谐波特性也有较大差别。
由于谐波特性的改变，这些新型动车组及机车与已有牵引供电系统存在匹配问题，我国对于交直交型电力机车谐波问题的研究尚处于起步阶段，为便于诸如神朔铁路等重载铁路的牵引供电系统的稳定，因此有必要对不同类型的电力机车的谐波特性进行实测和对比分析。
在国铁工程试验和机车运行效果表明，新型电力机车陆续发生一些故障，如：牵引变电所交直流屏上的充电模块出现烧损、牵引变电所电容器组过电压跳闸、电力机车RC阻容烧损、电磁干扰引起牵引变电所继电保护误动作等。
通过对神朔铁路府谷牵引变电所和陇海线华山变电所进行谐波测试、电容器组过电压跳闸前后的专题等测试工作，获得了交-直-交电力机车的谐波频谱、电铁谐波的特性、变电所无功动态补偿装置的补偿效果等资料。
本文简要介绍SS4G型交直、HXD型交直交电力机车的谐波特性及其对牵引供电系统的影响，并针对运行中出现的故障研究提出了技术改进措施。
1 交-直型和交-直-交型电力机车模型1.1 交直型电力机车主电路拓扑结构以韶山4改进型电力机车为例（以下简称SS4G型电力机车），主电路采用大功率晶闸管与二极管组成的不对称经济半控桥式整流电路（不等分三绕组，三段半控桥式整流调压电路）。
机车传动采用传统的直流传动方式，牵引电机为串励脉流牵引电动机。
机车基本特性和参数参见文献[1] ，主电路如下图1所示。
1.2 交直交型电力机车主电路拓扑结构HXD1、HXD2、HXD3型大功率电力机车的整流部分采用的是两电平4象限变流器，其主电路如图1所示。
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：
HXD2型电力机车电机隔离故障技术分析
ＨＸＤ２型电力机车电机隔离故障技术分析任延杰摘㊀要：对ＨＸＤ２型电力机车的牵引电机运行原理进行了简单的阐述，并选择某电力机务段为实例进行分析，探讨了ＨＸＤ２型电力机车电机隔离故障及其原因，并结合笔者工作实践经验，就ＨＸＤ２型电力机车电机隔离故障的处理对策进行了研究㊂关键词：ＨＸＤ２牵引电机；隔离故障；分析措施一㊁牵引电机主控制回路原理ＨＸＤ２电力机车采用的是交直交电传动式的主电路，受电弓受流源自牵引供电网，利用主断路器向主变压器输入２７．５ｋＶ交流电㊂在变压作用下主变压器牵引绕组实现２１００Ｖ交流电输出，利用预充电接触器向四象限整流器ＣＶＥ输入端进行电流输入㊂四象限整流器整流后，会有３７７５Ｖ的直流电压流向中间直流环节㊂三相逆变器流入电压后，ＰＷＭ脉宽调制会将直流电压转换为电压与频率可调控的三相交流输出，并将三相交流电源提供给牵引电机，从而有效控制三相异步牵引电机的速度参数㊂在ＨＸＤ２电力机车主牵引变流器各部分中，中间直流电路的作用在于二次滤波㊁储能与保护；三相逆变器则是实现直流与交流的ＶＶＶＦ转换，为异步牵引电机提供驱动力㊂考虑到该型号电力机车电路的运行方式，在牵引过程中电网会向电机输入能量，实现电能与机械能的转换；当处于再生制动工况时，异步牵引电机处于发电状态，在四象限整流器作用下中间直流回路会向牵引绕组馈电，从而向电网回馈制动过程中形成的电能，最终使机车再生电气制动得以实现㊂二㊁牵引电机隔离故障分析（一）功率模块故障功率模块质量㊁热循环等问题都有可能引发功率故障；再比如主变流器通风机震动，也会对功率模块的正常运行造成影响㊂根据功率模块的结构，源自整流器与逆变器等功率模块的牵引电机隔离故障大致原理相同㊂根据牵引电机主控制回路的运行模式，不难发现变流器功率模块如果出现故障，那么牵引电机主控制回路就会发生保护，进而导致电机隔离故障产生㊂（二）主接触器故障接触不良是该部分故障的一个主要特征㊂具体来讲，就是机车运行过程中主接触器发生故障后，回库检查却未发现异常㊂主接触器故障还有可能是控制系统反馈有误造成的，出现这类问题就会导致主接触器跳开㊂（三）列车管压力传感器故障列车压力管传感器在减压时容易发生故障，出现线性度不良等特征㊂对于４轴列车管压力传感器而言，通过压力值对比，其在运行过程中如果发现差异较大，那么就会发生隔离㊂（四）牵引控制单元故障牵引控制单元故障主要涉及两个部分，即电源板故障与接触不良㊂与此同时，受到风机震动的影响，牵引控制单元后部压力反馈线也时常会发生断裂，从而导致电机隔离故障发生㊂（五）牵引电机接线盒进水如果机车机械间维护不当，在雨季出现漏雨问题，那么雨水就会通过牵引电机大线进入到接线盒，进而发生短路并导致牵引电机隔离㊂对于牵引电机接线盒进水问题，在机车运行过程中应该做好接线盒维护措施，并做好机车机械间的漏雨防护，在发生故障后也要第一时间解决隔离问题才能够重新启动牵引电机㊂（六）牵引电机风机故障某机务段ＨＸＤ２电力机车运行后，据统计更换的牵引电机风机数量达到数百个㊂在大部分情况下，牵引电机风机发生故障，主要是受到以下两个因素的影响：①风机电机两端轴承的设计形式采用了免维护措施，但是在运行时这一设计形式与实际情况并不相符，从而导致牵引电机通风机电机轴承存在缺脂干磨㊁固死等问题；②牵引通风机电机后端波纹垫圈的弹力异常，从而导致电机轴向窜动㊂三㊁牵引电机隔离故障处理对策功率模块故障，应该加强其质量把控，在生产过程中如果发现问题就必须进行更换处理㊂如果功率模块发生热循环与主变流通风机震动导致的烧毁故障，那么应该对机车系统软件与主变流通风机进行整改；如果是因为灰尘造成功率模块污染而发生故障，则应该加强该模块的清理与养护㊂主接触器故障，主要应对措施为加大检修力度，做好维护工作，确保主接触器的运行工作达到一个良好的状态㊂其次，系统中与主接触器相关的程序也有一定的优化空间，可以对相关参数进行设置与调整，例如，反馈延时阈值等，从而改善主接触器运行状态㊂列车管压力传感器故障，首先，应该做好软件的更新工作，对偏差阈值进行及时的调整；其次，还应该进行信号处理装置的设置㊂牵引控制单元故障，则应该对其板卡质量进行强化，同时通过ＢＴＥ测试台做好测试工作，及时分析牵引控制单元运行中的潜在问题，及时联系供应商做好整改工作，严格控制其故障发生㊂牵引电机风机故障，现阶段主要应该从以下两个方面入手：首先，对电机后端波纹垫圈进行及时更换㊁对端盖结构进行优化改进以及对轴承进行更换；其次，在日常检修过程中，也要做好相应的试验工作，如果风机音响出现异常，则应该及时分析问题并对轴承进行更换处理㊂四㊁结语综上所述，ＨＸＤ２电力机车在运行过程中，牵引电机的运行状况在很大程度上决定了整个机车系统的运行状态㊂受到多方面因素的影响，机车在运行时难免会出现不同程度的故障㊂对于机务段机车维修工作人员，应该结合实际情况对故障问题及原因进行细致的分析，对故障进行处理，同时，采取有效的技术措施对机车系统进行优化，提高电机运行效率与质量，为机车的正常运行提供有力支持㊂参考文献：［１］马秀军，吴建东．ＨＸＤ２型电力机车电机隔离故障技术分析与探讨［Ｊ］．商情，２０１９（４７）．［２］丁元超．电力机车牵引电机的故障处理及维护保养［Ｊ］．建筑细部，２０１８（２９）．［３］王玉梅．ＨＸＤ２Ｂ型电力机车牵引电机隔离故障的判断与处理［Ｊ］．铁道机车与动车，２０１７（１１）．作者简介：任延杰，中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头西机务段㊂０２２。
第三章 电力机车交-直-交传动系统主电路
设逆变器直流输入电压为 U d，电阻性负载为‘Y’接，按表3u A0 、u B 0 、uC 0 如表3-2。 1的导通顺序，逆变器输出的相电压
表3-2 1800导通电压型逆变器输出相电压 0－π/3 π/3-2π/3 uAO uBO uCO +Ud/3 -2Ud/3 +Ud/3 +2Ud/3 -Ud/3 -Ud/3 2π/3-π +Ud/3 +Ud/3 -2Ud/3 π-4π/3 -Ud/3 +2Ud/3 -Ud/3 4π/3-5π/3 -2Ud/3 +Ud/3 +Ud/3 5π/3-2π -Ud/3 -Ud/3 +2Ud/3
1、整流器（也称电网侧变流器）：把来自接触网通过牵引变压 器接入的单相交流电转换为直流，通常采用四象限脉冲整流器； 2、中间直流环节：为整流滤波和平衡功率波动的储能电路； 3、逆变器：主电路结构如下图所示，是用 6个半导体开关器件 S1~S6组成的三相桥式逆变电件的通断，可以得到不路。按照 一定规律控制同频率的三相交流输出各半导体开关器件的通断， 可以得到不同频率的三相交流输出。 4、三相笼型异步牵引电动机：实现电能、机械能转变，牵引电 动机的转矩和转速，决定了机车（动车组）发挥的牵引力、电 制动力和运行速度，也是整个牵引系统综合的被控制对象。
3.3 交－直－交1800导通型逆变器
图3-4 所示为二电平电压源逆变器带三相电阻性负载。其中， S1 ~ S6是6个单向导电的功率半导体开关，每个功率开关反并联一 只续流二极管。
S1
C
S3
S5
RA
A B
C
RC
O
RB
S4
S2
图 3-4 三相电压型逆变器电阻负载原理电路
电力机车主电路
第二十二章电力机车主电路电力机车电气线路通常由三部分组成，即主电路、辅助电路和控制电路。
主电路是指将牵引电动机及其相关的电气设备连接而成的线路，该线路具有电压高、电流大的特点，因此亦称高压线路或牵引动力电路。
根据机车的运行情况，对机车提出了各种要求，以满足机车安全运行的需要。
主线路的结构将直接影响机车运行性能的好坏、投资的多少、维修费用的高低等重要经济指标。
本章通过对各型机车主电路单元电路的结构方式，如整流调压方式、供电方式、磁场削弱方式、电气制动方式的讨论过渡到具体机车的主电路。
学完本章应达到如下目标：1.掌握机车主线路的组成及结构特点；2.会分析SS型电力机车主线路原理；3.熟悉机车保护线路的原理，熟悉主型机车上采取的保护措施。
第一节概述一、机车电气线路的分类电力机车的电气线路就是将各电气设备在电方面连接起来构成一个整体，用以实现一定的功能。
整流器电力机车的电气线路通常都由三部分组成，分别是主线路、辅助线路和控制线路。
各种保护设在各线路之中，在电方面不独立存在。
主线路是指将牵引电动机及与其相关的电气设备（如：牵引变压器、调压开关、整流元件、转换开关等）用导线（或铜排）连接而成的线路。
由于该线路的电压为接触网电压与牵引电动机电压，电流为变压器绕组电流与牵引电动机电枢电流，因此该线路中的电压较咼、电流大，又称咼压线路。
辅助线路是指将辅助电机（如：劈相机、压缩机电机、通风机、油泵等）和辅助设备（如：取暖设备、电热玻璃等）及与其相关的电气设备连接而成的线路。
其工作电压视辅助电机类型而定，一般为交流380伏、220伏或直流几百伏。
控制线路是指司机控制器、低压电器及主线路、辅助线路中各电器的电磁线圈等所组成的线路。
通过控制线路可以使主线路和辅助线路中的电器协调动作。
该线路中一般采用低压直流电源，电压值为50〜110伏，所以又叫低压线路，我国生产的电力机车其控制线路的电压为110伏。
机车的三大线路在电方面基本上是相互独立的。
交直交电力机车
（a）整流工况
图5-9 基波相量图 （b）逆变工况 （c）考虑电网电阻RN
§5.2 交直交电力机车主电路
（1）整流（牵引）工况
矢量图如图5－9（a）所示。
设电源 uN U Nm sin N t ，且 iN I Nm sin N t 则有
uS1 U S1m sin(N t )
§5.2 交直交电力机车主电路
可见：
a、Ⅰ～Ⅳ区，均可us=0，即短路，→相当于开关斩波；
b、Ⅱ、Ⅳ区，同一般整流，但间断有us=0，→斩波式整流； c、Ⅰ、Ⅲ区，直流向LN反馈无功，→斩波式反馈；
d、具有开关、整流、反馈三种功能。
（电压源型的开关作用是并的，电流型则是串的，L贮能在直 流侧）
§5.2 交直交电力机车主电路
§5.2 交直交电力机车主电路
2、原理
原理框图：
uN(t)
iN(t)
id(t)
～
ud(t)
－
图5-3 理想脉冲整流器的输入与输出
输入端
u N 2U N sin t
iN 2I N sin t
（5-1）
理想情况，所有元件均无损耗，则输入功率PN（t）应等于输出 功率Pd，即 pn (t ) uN iN U n I n (1 cos2t ) U d id pd （5-2）
§5.2 交直交电力机车主电路
（4）能量变换（或传递） 由前述知：桥式整流经二极管D1～D4将电网交流整流成直 流，供给中间储能回路或负载；也可经GTO管Tl～T4将中间储 能回路或负载方面的直流能量逆变为交流，反馈给电网。 能量变换：若GTO管T1、T4或T2、T3交替导通，如使iN与uN反向， 则将负载侧直流逆变为交流，将能量反馈给电网；当iN与uN同 向时，则脉冲整流器从电网获取能量，经整流向负载侧提供 直流。
电力机车控制第五章 交-直-交型电力机车电气线路
第四节 HXD3型电力机车控制监视系统使用
第四节 HXD3型电力机车控制监视系统使用
三、微机显示屏显示和使用说明
1．运行模式（主显示画面） （1）主变流器状态画面。
（2）开关状态画面。
（3）风机状态画面。 （4）辅助电源画面。
（5）故障履历画面。
第四节 HXD3型电力机车控制监视系统使用
2．维护模式（辅助显示画面） （1）密码输入画面。 （2）设定菜单画面。
3．状态菜单画面
4．试验状态画面
第五节 HXD3型电力机车控制电路
一、控制电源电路 二、预备电路
1. 机车的常规司机指令控制
2．机车故障复位、空气紧急制动、过分相、警惕装置控制和定速
控制 3．机车微机显示屏和故障显示灯
第五节 HXD3型电力机车控制电路
4．中间直流电路
5．牵引逆变器和牵引电动机供电电路
第二节 HXD3型电力机车主电路
三、主电路保护电路
1．主变压器牵引绕组过流保护
2．主接地保护电路 3．牵引电动机过流保护 4．原边电压保护 5．瞬时过电压保护 6．牵引变流器的检修安全联锁保护 7．其 他
第三节 HXD3型电力机车辅助电路
一、辅助变流器及辅助电动机供电电路
第六节 HXD3型电力机车操纵与试验
第六节 HXD3型电力机车操纵与试验
7．机车过分相时的控制操作 8．冗余控制与故障隔离运行 （1）微机控制柜TCMS的冗余控制。 （2）牵引电动机、主变流器故障隔离运行。
十三、其他辅助设备的控制
第六节 HXD3型电力机车操纵与试验
一、HXD3电力机车操纵
1．机车起动前的准备 2．升弓、合主断以及各辅助电动机的启动
3．机车的起动操作
HXD3型电力机车电路分析
HXD3型电力机车电路分析摘要随着交流技术，微机控制技术的发展，交流传动系统的研究和开发已引起世界各国的高度重视。
交流传动系统无论是在性能指标，装置体积，设备维护还是节能乃至环保等均体现出巨大优势。
HXD3型电力机车主传动系统和副主传动系统均采用了交流传动技术和微机网络控制技术，整个电气系统的设计起点高，技术领先的原则，并充分考虑大型货运电力机车的实际需要，采用先进，成熟，可靠的技术，按照标准化，系列化，模块化，信息化的总体要求，进行全方位设计的。
本文对HXD3型电力机车电气系统的组成做了简要的阐述，对机车整体的电路部分按照主电路，辅助电路，控制电路分类做了系统的分析，并对其中关键电气部件做了说明。
关键词：HXD3; 电路分析；电力机车；交流传动技术HXD3型电力机车电路图目录摘要 ....................................................................................................................................... - 0 -第一章绪论 ........................................................................................................................... - 3 -1.1电力机车的概念 ......................................................................................................... - 3 -1.2历史沿革..................................................................................................................... - 4 -1.3电力机车的类型 ......................................................................................................... - 4 -1.4选题意义..................................................................................................................... - 5 -第二章HXD3电力机车电气系统的组成 ............................................................................ - 6 -2.1电气系统的设计概念 ................................................................................................. - 6 -2.2电气系统的组成 ......................................................................................................... - 6 -2.3HXD3电力机车的电气线路 ........................................................................................ - 7 -2.3.1主电路及其部件 ...................................................................................................... - 8 -(1)网侧电路................................................................................................................... - 9 -(2)主变压器................................................................................................................. - 10 -(3)牵引变流器和牵引电动机电路............................................................................. - 10 -(4)保护电路................................................................................................................. - 11 -2.3.2辅助电路................................................................................................................ - 11 -(1)三相辅助电路......................................................................................................... - 11 -(2)辅助变流器............................................................................................................. - 12 -(3)辅助变流器供电电路............................................................................................. - 13 -(4)辅助电动机电路..................................................................................................... - 13 -(5)辅助电动机电路的保护系统................................................................................. - 13 -2.3.3控制电路................................................................................................................ - 15 -(1)控制电源电路（DC110V电源装置）................................................................... - 15 -(2)DC110V电源装置电气系统构成........................................................................... - 16 -(3)电源输入电路......................................................................................................... - 17 -(4)DC110V输出回路................................................................................................... - 18 -(5)控制电路................................................................................................................. - 19 -(6)DC110V电源装置控制系统................................................................................... - 20 -HXD3型电力机车电路图分析(7)司机指令与信息显示电路..................................................................................... - 22 -(8)机车逻辑控制和保护电路..................................................................................... - 23 -(9)辅助变流器控制电路............................................................................................. - 23 -(10)牵引变流器控制电路........................................................................................... - 24 -(11)机车照明电路和辅助设备控制........................................................................... - 24 -结论 ................................................................................................................................. - 25 -致谢 ................................................................................................................................. - 26 -参考文献 ......................................................................................................................... - 27 -HXD3型电力机车电路图第一章绪论1.1电力机车的概念英文名称：Electric locomotives电力机车是指从外界撷取电力作为能源驱动的铁路机车，电源包括架空电缆、第三轨、电池等。
交流传动电力机车主变流器原理及功能介绍
交流传动电力机车主变流器原理及功能介绍摘要：本文详细介绍大功率交流传动电力机车主变流器的电路原理、结构特点、工作方式、理论基础、安全保护方法与实施情况。
关键词：交流传动；机车主变流器；四象限整流器、PWM逆变器。
一、引子大功率交流传动电力机车主变流器是机车交流传动系统的核心构成。
在正常的牵引/制动工况下，主变流器内的牵引控制单元接收司机控制指令，控制各变流器单元实现电源从工频、高压不可控单相交流电源到三相可控变压、变频的交流电源的转化，拖动异步牵引电动机，实现对牵引电机的控制。
二、主变流器的电路原理大功率交流传动电力机车采用交—直—交电传动方式，主变压器的次边牵引绕组向主变流器中的四象限脉冲整流器供电，实现电源从交流到直流的转换；四象限脉冲整流器输出形成一个中间直流电路，变流器直流环节实现二次谐波吸收、直流储能、各种保护；中间直流电路向电压型牵引逆变器供电，实现直流到3相交流的VVVF变换，拖动一台异步牵引电动机，实现机车牵引电机轴控方式。
牵引时能量从电网流向电机，电能转化为机械能；制动时过程相反，机械能转化为电能回馈电网。
主变流器内部设置有向加热装置提供交流电源的接口，使机车电传动系统可以根据需求进行合理配置。
主变流器电路原理如上图1所示，按照功能可分为：四象限变流电路（输入电路）、中间直流电路、VVVF逆变电路（输出电路）。
2.1四象限变流器2.1.1 四象限变流器电路构成如图1所示，四象限变流器通过主变压器的牵引绕组得电，每组四象限变流电路由1个充电电阻、1个预充电接触器、一个主接触器及1个四象限变流器构成，四象限脉冲整流器由一个功率模块单元构成，其每一臂IGBT模块组成。
四象限变流器将交流电变换成直流电向中间回路供电。
2.1.2 四象限变流器工作原理正常情况下，主变流器刚启动工作时，中间电压为零，所以首先开始预充电，此时主接触器断开，预充电接触器闭合，四象限以自然整流方式向中间回路电容充电，预充电电阻的作用在于限制充电电流。
HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路
第五节HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路、控制电路、行车安全综合信息监控系统电路和空气管路系统电路组成。
一主电路机车主电路主要由网侧电路、主变压器、主变流器及牵引电动机等组成,具体电路附后，见Traction Circuit 3W3RA217R11。
1网侧电路网侧电路由 2 台受电弓AP1、AP2、2 台高压隔离开关QS1、QS2、1 个高压电流互感器TA1、1 个高压电压互感器TV1、1 台主断路器QF1、1 台高压接地开关QS10、1 台避雷器F1、主变压器原边绕组AX、1 个低压电流互感器TA2 和回流装置EB1～6 等组成。
接触网电流通过受电弓AP1 或AP2 进入机车，经高压隔离开关QS1 或QS2 和主断路器QF1，通过高压电流互感器TA1 进入车内，经25kV 高压电缆与主变压器原边1U 端子相连，经过主变压器原边，从1V 端子流出，通过 6 个并联的回流装置EB1～EB6，从轮对回流至钢轨。
2 主变流器和牵引电动机电路机车采用两组主变流器UM1、UM2，分别由主变压器的牵引绕组2U1~2V6 供电，主变流器再分别给牵引电动机M1、M2、M3 和M4、M5、M6 供电。
两套主变流器的电路完全相同，以下就主变流器UM1 的电路进行说明。
主变流器UM1 内部可以看成由 3 个独立的"整流—中间电路—逆变"环节（称为牵引变流器）构成。
每组牵引变流器分别有 2 个接触器、1 个输入电流互感器、1 个充电电阻、1 个四象限整流器、中间电路、1 个PWM 逆变器、2 个输出电流互感器等组成。
机车 6 组牵引变流器的主电路和控制电路相对独立，分别为 6 个牵引电动机提供交流变频电源。
当其中一组或几组发生故障时，可通过TCMS 微机显示屏，利用触摸开关将故障的牵引变流器切除，剩余单元仍可继续工作, 实现整车的冗余控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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、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。
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
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
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
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。
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。
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。
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；
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；
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）
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
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
第一章 交直型电力机 车主电路和辅助电路
第一章 交直型电力机车主电路和辅助电 路
本章要点：
➢ 主电路设计考虑的主要因素 ➢ 我国主要干线机车主电路 ➢ 机车的牵引特性及制动特性 ➢ 概念“粘着”、“空转”、“滑行”、“轴
重补偿” ➢ 主电路保护的种类与原理 ➢ 机车辅助电路的结构与功能
ห้องสมุดไป่ตู้
第一节 概述
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；
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？
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。
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：
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。
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。
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。
一、电力机车能量传递过程：
27.5kv单 相接触网
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
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
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。
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；
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
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；