交直电力机车主电路
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交直型电力机车主电路与辅助电路
问题：
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：
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：
交直电力机车
电压脉动系数（脉动程度）：交流分量幅值与直流分量之比
2 2 Ku 2 2 U2 2 3 2 0.66 3
U2
（4-12）
§4.1 交直电力机车主电路
注意：考虑其它谐波时，脉动系数Ku还会增大。
②电流脉动系数
电流脉动与整流电路负载性质有关： 纯阻负载：电流脉动与整流电压的脉动相同，Ki与Ku相同。
2、功率系数的物理意义
（1）定义
电压正弦，电流非正弦→基波、谐波，基波与电压同频 产生有功功率、谐波与电压不同频谐波只产生无功功率。因 此
P S
（4-1）
§4.1 交直电力机车主电路
式中，U为正弦有效值，I为电流总有效值，I(1)为基波电流有效 值, cos1为基波电流的相位系数，I (1) cos1 为基波电流的有功分 量。 引入电流波形畸变系数（亦即电流基波系数）ξ=I(1)/I， I (1) 则有 （4-3） cos1 cos1 可见：ξ↑→畸变↓，ξ=1→无畸变，有 cos1。通常情况，μ ＜ cos1 。 （2）浅析 ①μ＜1：一是基波电流与电压不同相，cos1 ＜1；二是电流畸 变有谐波，ξ＜1。 ②提高μ，一是使I(1)与U同相，二是使电流接近正弦。
I
P UI (1) cos1 I (1) cos1 S UI I
(4-2)
§4.1 交直电力机车主电路 二、理想整流电路
理想情况：硅元件正向管压降为零；直流侧Ld=∞；变压器 绕组漏抗、电阻忽略不计；变压器次边电压正弦。
（一）不可控整流电路
二极管整流，有级调速，如SS1机车。
1、中抽式整流电路
6、检测及保护方式
（1）检测 交流侧：交流电压、电流互感器，测网压、变压器一次电流。 直流侧：直流电压、电流互感器或传感器，检测牵引电机端压 、电枢电流、励磁电流（电气制动状态）。 （2）保护 种类：过流（含短路和过载）、接地、过压、欠压及其它保护。 方式：切断机车总电源、切断故障电路电源等，或仅给司机信 号引起注意。
第六章 交直电力机车控制电路
。。 。。
图6-6示两车重联，图（a）若被 操作车A故障不能吸合→两台车 .（ ） . J均不能得电打开，即被操纵车 A A 的故障转移到未被操纵车上； A A .（ ） . 反之，未被操纵车A因故障不能 J J J J 吸合，则两台车J仍正常工作， 即掩盖了未被操纵车的故障。 (b) (a) 图（b）则防止此情况。 图6-6 机车重联原理电路 （3）防止重联引起迂回电路。 （4）两车Ⅰ、Ⅱ端反向连挂时，反向器应使机车行驶方向一致。 （5）重联车故障时，本务车应有显示。 （6）运行中有机车故障跳闸，排除后恢复时需另一台也要回到 起动初态，使各车都丧失牵引力。（重联对机车质量及可靠性要求较
a
b
c
§6.2 控制的联锁方法与机车重联
特点：“与”逻辑控制，串联锁越多可靠性越差。 （2）并联联锁 由若干联锁并联来控制某一电器的工作线圈。如将图6-1 的a、b、c改为并联，a、b任意为吸合或c为释放状态时继电 器J都会得电吸合。 特点：“或”逻辑控制。（应用：双重供电控制以确保重要供 电的可靠性） J （3）自持联锁 电器工作线圈前的电路中并有该电器 本身的常开联锁。图6-2示， a合→J得电 吸合，J常开闭合保持供电（即使a失电）。 特点：受自身触头的制约。
R11=10k
进级，突加指令Ui （22.5V），A01输 出UC（-15V），D3 通、D4止，积分充 电电阻大，U0上升 慢（P2微调），需 6s达最大值10V； 退级，Ui由22.5V跃 变为0，A01输出
R10=10k P1=4.7k B
.
.
A。
-15V
2、间接控制方法
由司机控制器、按键开关或微机控制低压电器，再控制高 压部分。 特点：弱电控强电，操作轻巧灵便、安全可靠。 应用：铁道电气化电力机车。
图6-6示两车重联，图（a）若被 操作车A故障不能吸合→两台车 .（ ） . J均不能得电打开，即被操纵车 A A 的故障转移到未被操纵车上； A A .（ ） . 反之，未被操纵车A因故障不能 J J J J 吸合，则两台车J仍正常工作， 即掩盖了未被操纵车的故障。 (b) (a) 图（b）则防止此情况。 图6-6 机车重联原理电路 （3）防止重联引起迂回电路。 （4）两车Ⅰ、Ⅱ端反向连挂时，反向器应使机车行驶方向一致。 （5）重联车故障时，本务车应有显示。 （6）运行中有机车故障跳闸，排除后恢复时需另一台也要回到 起动初态，使各车都丧失牵引力。（重联对机车质量及可靠性要求较
a
b
c
§6.2 控制的联锁方法与机车重联
特点：“与”逻辑控制，串联锁越多可靠性越差。 （2）并联联锁 由若干联锁并联来控制某一电器的工作线圈。如将图6-1 的a、b、c改为并联，a、b任意为吸合或c为释放状态时继电 器J都会得电吸合。 特点：“或”逻辑控制。（应用：双重供电控制以确保重要供 电的可靠性） J （3）自持联锁 电器工作线圈前的电路中并有该电器 本身的常开联锁。图6-2示， a合→J得电 吸合，J常开闭合保持供电（即使a失电）。 特点：受自身触头的制约。
R11=10k
进级，突加指令Ui （22.5V），A01输 出UC（-15V），D3 通、D4止，积分充 电电阻大，U0上升 慢（P2微调），需 6s达最大值10V； 退级，Ui由22.5V跃 变为0，A01输出
R10=10k P1=4.7k B
.
.
A。
-15V
2、间接控制方法
由司机控制器、按键开关或微机控制低压电器，再控制高 压部分。 特点：弱电控强电，操作轻巧灵便、安全可靠。 应用：铁道电气化电力机车。
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
第三章 电力机车交-直-交传动系统主电路
0
u AB
t
1 Ud 3 2 Ud 3
0
t
u BO
0
u BC
0
Ud
t
t
u CA
u CO
0
t
0
0
t
0
/3
2 / 3
4 / 3
5 / 3
2
/3
2 / 3
4 / 3
5 / 3
2
图3-5 交－直－交1800导通型逆变器输出电压波形图(a)相电压(b)线电压
由图3-5可知： （1）1800导通型逆变器输出相电压为交流阶梯形电压波，正负 半周对称共6个台阶。故1800导通型逆变器也称为六阶梯波逆变 器。每个台阶代表一个功率元件的轮替为一拍，一个周期共6拍， 输出电相压也称六拍波； （2） 1800导通型逆变器输出线电压为矩形交流电压波； （3）三相相电压和三相线电压互差1200的对称； （4）逆变器输出电压的频率，可通过调整S1 ~ S6的导通周期 时间来改变。
图３-6是PWM变频器的主电路原理图，图中以IGBT全控 功率元件VT1、VT4，VT3、VT6，VT5、VT2 构成A、B、C三相桥臂，为简 化图形，与各开关元件并联的续流二极管未画出，三相电阻负 载‘Y’接。
Ud
Ud / 2
O
VT1
VT3
VT5
A
VT4
B
C
O
Ud / 2
VT6
VT2
若调整逆变器输出电流的频率，使电机磁场同步转速 n1 下 降，当 n1 n 时，转为异步发电机运行状态，逆变器成为整流器， 由电机向直流环节输出电能，对于电流型逆变器，电流方向不变， 900 只需调整整流器控制角 ，使直流环节电压反向，为上“－” 下“＋”，使发电机能量再转变为交流电能回馈电网，对电机而 言是制动过程，称为回馈制动，或“再生制动”，可见用电流型 逆变器实施再生制动简单、方便。 电压型逆变器由于直流回路中的并联电容，使得整流器输出 直流电压极性不能改变，因此不能象电流型逆变器那样调整控 制角方便地实现回馈制动。
u AB
t
1 Ud 3 2 Ud 3
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u BO
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u BC
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t
t
u CA
u CO
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2 / 3
4 / 3
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2 / 3
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图3-5 交－直－交1800导通型逆变器输出电压波形图(a)相电压(b)线电压
由图3-5可知： （1）1800导通型逆变器输出相电压为交流阶梯形电压波，正负 半周对称共6个台阶。故1800导通型逆变器也称为六阶梯波逆变 器。每个台阶代表一个功率元件的轮替为一拍，一个周期共6拍， 输出电相压也称六拍波； （2） 1800导通型逆变器输出线电压为矩形交流电压波； （3）三相相电压和三相线电压互差1200的对称； （4）逆变器输出电压的频率，可通过调整S1 ~ S6的导通周期 时间来改变。
图３-6是PWM变频器的主电路原理图，图中以IGBT全控 功率元件VT1、VT4，VT3、VT6，VT5、VT2 构成A、B、C三相桥臂，为简 化图形，与各开关元件并联的续流二极管未画出，三相电阻负 载‘Y’接。
Ud
Ud / 2
O
VT1
VT3
VT5
A
VT4
B
C
O
Ud / 2
VT6
VT2
若调整逆变器输出电流的频率，使电机磁场同步转速 n1 下 降，当 n1 n 时，转为异步发电机运行状态，逆变器成为整流器， 由电机向直流环节输出电能，对于电流型逆变器，电流方向不变， 900 只需调整整流器控制角 ，使直流环节电压反向，为上“－” 下“＋”，使发电机能量再转变为交流电能回馈电网，对电机而 言是制动过程，称为回馈制动，或“再生制动”，可见用电流型 逆变器实施再生制动简单、方便。 电压型逆变器由于直流回路中的并联电容，使得整流器输出 直流电压极性不能改变，因此不能象电流型逆变器那样调整控 制角方便地实现回馈制动。
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。
SS4改型电力机车主电路
查阅资料，画出ss4机车主电路原理图，简述其基本特点，如：调压方式、整流方式、供电方式、制动方式等一、SS4改型电力机车主电路的特点：1. 传动方式为交—直传动，串励脉流牵引电动机牵引；2. 转向架供电为独立供电方式；3. 不等分三段半控整流调压电路，有级磁场削弱；4. 加馈电阻制动，最大制动力延伸至11.5 km/h；5. 直流电流、电压测量传感器化；6. 双接地继电保护；7. 增设PFC功补装置。
二、主电路构成（一）网侧高压电路（25KV电路）主要设备：1.高压部分有受电弓1AP、高压连接器2AP、空气断路器4QF、避雷器5F、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、主变压器8TM原边绕组。
2.低压部分有自动开关102QA、网压表103PV、PFC用电压互感器100TV、PFC用电流互感器109TA、电度表105PJ，以及接地回流电刷110E、120E、130E、140E。
：3.电流回路：高压连接器2AP→另一节车的车顶母线主断路器4QF→高压电流互感器7TA→主变压器原边绕组A—X →PFC用电流互感器109TA→低压电流互感器9TA→车体→转向架构架→接地回流电刷（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：2211111133332222695.4a x a x a b b x a b b x U U U U U U V ======不等分三段半控桥式整流电路工作顺序（Ⅰ架为例）：首先投入4臂桥，触发T5和T6，投入a2-x2段绕组,T5和T6顺序移相。
整流输出电压0～12d U 变化，D1和D2续流。
正半周：a2（正）→D3→71号母线→平波电抗器→牵引电机线路接触器→牵引电机→牵引电机故障隔离开关→72号母线→D2→D1→73号母线→T6→x2（负）。