电力机车控制电路

SS4改电力机车控制电路分析
摘要
随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展，电力机车在产品的结构、形式、质量方面都有了很大的改进和提高，专业的对口，作为司乘人员，在铁路机务部门工作，必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本作用原理，和通过系统的分析与设计来提高自己的专业素质。

韶山4G型电力机车电气线路的设计与分析是选自机车运用的实际课题，涉及范围广，电力机车控制线路是一个复杂的系统，本课题要求学生在已学的机车线路基础上，整体分析SS4G电力机车控制电路，尝试根据实际情况对控制电路进行设计，使学生更好的理解电力机车的工作控制原理，培养学生运用所学的基础知识、专业知识，并运用其中的基本理论和技能来分析解决本专业内的相应问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。

通过对此课题的学习和设计，使学生能更好的理解电力机车控制电路的基本工作原理，掌握电力机车实际运用中的基本专业技能。

培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力，提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来综合分析解决本专业相应问题的能力，使学生树立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。

关键词：控制电路；受电弓；主断路器
目录
前言 (1)
第一章 SS4改电力机车控制电路基础知识
1.1 控制电路的概念 (3)
1.1.1 对控制电路的要求 (3)
1.1.2 电力机车的控制方法及其特点 (4)
1.1.3 电力机车电路通用符号及说明 (4)
1.2 联锁方法与重联电路 (5)
1.2.1常用联锁方法 (5)
1.2.2 迂回电路及其防护 (7)
1.2.3重联及重联电路 (7)
1.2.4控制电路逻辑关系表示 (8)
第二章 SS4改型电力机车控制电路主断路器、受电弓电器工作原理分析
2.1 整备控制电路 (9)
2.1.1受电弓控制 (9)
2.1.2 主断路器的合闸控制 (10)
第三章 SS4改型电力机车控制电路辅机启动环节控制分析
3.1 劈相机控制 (11)
3.2 压缩机控制 (11)
3.3 通风机控制 (12)
3.4 制动风机控制 (13)
3.5牵引控制 (14)
3.6 制动控制 (15)
3.7 风速延时控制 (15)
3.8 预备环节控制 (16)
第四章 SS４改电力机车控制电路预备调速控制分析
4.1 调速控制电路 (17)
4.1.1 零位控制 (17)
4.1.2 低级为延时控制 (18)
4.1.3 线路接触器控制 (18)
4.2 调速控制 (19)
4.2.1 励磁接触器控制 (20)
4.2.2 功补接触器控制 (20)
4.2.3 重联中间继电器控制 (21)
4.2.4 司机钥匙互锁控制 (21)
第五章电力机车控制电路保护电路分析
5.1 保护控制 (21)
5.1.1 原边过流 (21)
5.1.2 次边过流 (21)
5.1.3 牵引电机过流 (22)
5.1.4 主电路接地 (22)
5.1.5 辅助系统过流 (22)
5.1.6 辅助电路接地 (22)
5.1.7 零电压（失压……………………………………） 22
5.1.8 紧急制动 (23)
5.1.9 励磁过流 (23)
5.1.10 功补过流 (23)
5.1.11 故障保护的恢复控制 (23)
第六章 SS４改电力机车控制电路信号控制
6.1 信号控制电路 (23)
6.1.1 主显示屏的显示 (24)
6.1.2 辅显示屏的显示 (25)
6.2 照明控制电路 (27)
6.2.1 前照灯控制 (27)
6.2.2 副照明灯控制 (27)
6.2.3 各室照明控制 (27)
6.2.4 仪表照明控制 (27)
6.2.5 电风扇控制 (27)
总结 (38)
致谢 (3)
参考文献 (40)
前言
韶山4改进型电力机车，代号SS4G。

他在SS4、SS5和SS6型电力机车的基础上，又吸收了8K机车先进技术设计的。

机车由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均为一完整的系统。

它电路采用三段不等分半控调压整流电路。

采用转向架独立供电方式，且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。

电制动采用加馈制动，每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。

机车设有防空转防滑装置。

每节车有两个B0- B0转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，电机悬挂为抱轴式半悬挂，一系采用螺旋圆弹簧，二系为橡胶叠层簧。

牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体。

空气制动机采用DK-1型制动机。

机车功率持续6400kW，最大速度
100km/h，车长2×15200mm，轴式2（B0-B0），电流制为单相工频交流。

SS4G型电力机车的电气线路主要有如下五大部分组成,即主电路、辅助电路、有接点的控制电路、控制电路电源电路和电子控制电路。

S4G型性能，缺点是耗能较大；SS4G型还采用了三次谐波滤波以改善机车功率因机车采用不等分三段顺控半控桥，但牵引特性为恒流，准恒速特性控制，电阻制动为加馈电阻制动，其特性为准恒速限流控制，具有与再生制动相当的优良低速制动数，缺点是增加了系统的复杂性。

具有轴重转移的电气补偿控制环节和空转与滑行保护装置，以改善机车的粘着利用。

SS4G型电力机车辅助电路，都采用传统劈相机及电容分相起动通风机后备的双馈单——三相变流系统。

每节车只设一台劈相机，当该机因故障切除后，可用电容对第一台牵引见电动机直接分相起动。

然后该电机兼作“劈相机”，在网压22KV以上时，可逐一起动其它辅助机组，避免机破事故。

辅助电机的保护有两种方式，一部分采用三相自动开关，具有过载、短路复合脱扣保护功能，并可直接切除故障电路；另一部分机车采用了电子保护，具有单相、过载与短路保护功能，缺点是不能直接切除电路，而需借助于机车辅助机接触器切除或主断路器保护性断电。

SS4G型电力机车布置继承了韶山系列电力机车的传统优点，如双边走廊，分室斜对称布置，设备屏柜化、成套化等，结构紧凑，接近容易，维修方便。

在器件上有新的应用，如司机室采用双针电表有利多参数测量，新型遮阳帘，新型发光二极管式故障显示屏，主电路、辅助电路与控制电路分束隔开布线，采用新型冷压线簧接插件等。

电力机车是从接触网获取电能,用牵引电动机驱动机车,它可以利用风力、
水力、煤炭、石油及原子能等光鲜种一次能源，因此，与其他牵引动力相比，不但能源利用率高，节约了能源，而且还能合理利用一次能源。

由于电力机车在能源获取上不象其他机车那样受原动机的限制因此可以做到功率大，并且过载能力强，电力机车整备时间短，牵引列车启动平稳，加速快，及不受地理因素限制。

司机室配备空调、壁炉和脚炉，改善了乘务人员的工作环境。

SS4改进型电力机车(从159#车起)是八轴重载货运机车，由两节完全相同的四轴机车用车钩与连挂风挡连接组成，其间设有电气系统高压连接器和重联控制电缆，以及空气系统重联控制风管，可在其中任一节车的司机室对全车进行统一控制。

另外，在机车两端还设有重联装置，可与一台或数台SS4改进型机车连接，进行重联运行。

机车采用国际标准电流制，即单相工频制，电压为25kV。

采用传统的交—直传动形式，使用传统的串励式脉流牵引电动机。

机车具有四台两轴转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，采用转向架独立供电方式，全车四个两轴转向架，具有相应的四台独立的相控式主整流装置。

主整流装置采用三段不等分半控调压整流电路。

机车电气制动系统采用加馈电阻制动，使机车低速制动力得以提高。

机车辅助系统采用传统的旋转式劈相机单——三相交流系统。

机车设备布置采用双边纵走廊、分室斜对称布置，设备屏柜化，成套化。

机车通风采用车体通风方式，进风口为车体侧墙大面积立式百叶窗，各主要设备的通风支路采用串并联方式，来满足机车通风要求。

SS4改型电力机车样图：
第一章电力机车控制电路基础知识
1.1电力机车控制电路的概念
电力机车控制电路是三大线路中最为复杂的线路是一种逻辑电路属于低压小功率电路。

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及各电器的联锁、开关等组成，通过司机控制台上各扳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器设备工作的控制，从而完成对机车的牵引、制动的操纵和控制。

SS4改机车控制电源为110V，由全波半控桥式整流稳压装置提供。

该电路相当于内燃机车起机后的充电电路，其原理：电源变压器670TC的一侧通过库用闸刀从牵引变压器辅助绕组获取396V交流单相电源，经670TC降压到220V 后送入半控桥，再通过晶闸管VT1、VT2和二极管VD1、VD2半控桥式整流及671L、663C滤波后，成为直流电源。

通常情况下，110V整流电源与蓄电池并联运行，向机车控制电路提供110V电源。

但在起机前、既在降弓情况下，蓄电池供机车进行辅助压缩机打风、升弓、合主断路器及照明、低压试验用，有时作为机车故障时维持运行的控制电源。

控制电路各支路均有单极自动开关进行短路与过流保护，其对应关系为：控制电路变压器电源600QA、蓄电池601QA、受电弓602QA、主断路器603QA、司机控制器604QA、辅机控制605QA、前照明606QA、副前照明607QA、车内照明608QA、电子控制609QA、电扇空调610QA、自动信号611QA、自动停车612QA、无线电台613QA、逆变电源614QA、电空制动615QA、接地保护616QA、重联617QA、电炉229QA、空调230QA、窗加热232QA、取暖233QA、备用231QA、623QA。

（图9）
整流输出（蓄电池充电）经666QS与蓄电池并联，110V电源通过667QS接通负载。

当整流桥故障时，拉开666QS使整流桥与蓄电池脱开；当负载故障时，拉开667QS切断负载与电源联系。

1.1.2控制电路的要求
1、能改变机车运行状态，包括工况和方向的转换；
2、能对牵引力、制动力和速度进行调节；
3、能对各辅助机组的起动、运行和停止进行准确控制；
4、能保证主电路、辅助电路有效有序的工作。

5、能保证各电器按一定次序动作。

6、能显示一些故障现象。

7、在发生某一故障时能进行切除或采取相应措施维持机车运行。

8、重联运行时既能单独操纵，又能重联操纵。

9、具有一定的安全保护装置，确保人身和行车安全。

10、电气制动和空气制动应具有一定安全防护装置。

11、操纵简单、安全可靠、经济适用、维修方便。

1.1.3电力机车的控制方法及其特点
电力机车的控制方法视机车的类型不同而选用不同的方法，对于电压不高、功率不大的直流电力机车，可采用直接控制的方法，即用手动方法直接控制机车主电路而使机车运行，这种机车其控制电路就包括在主电路之中。

这种方法使机车电路简单、故障率低，但只能适用于一些城市电车及工矿用小功率电车。

对于高电压大电流的大功率机车，直接控制显然是不能满足要求的，而且具有极大的危险性，所以必须选用间接控制的方法。

所谓间接控制是指通过司机控制器及各种按键开关来控制一些低压电器，再通过这些低压电器去控制高压部分。

这种方法使弱点控制强电，还使操纵部分轻巧灵便，而且是操纵者与高压部分很好地隔离。

采用间接控制的方法有利于机车向自动化方向发展。

随着科学技术的发展，电力机车也得到不断发展，电力机车的自动化水平越来越高，自动控制环节越来越完善。

随着电力电子技术的发展、仪表的出现，为机车的自动控制提供了广阔的基础，使机车向全自动化方向发展成为可能，同时也使机车控制系统日趋复杂，必然对控制系统提出更高的要求。

1.2电力机车线路通用符号极其说明
由于电力机车电器线路中电器设备种类繁多，电路本身又较为复杂，为了读图方便起见，我们将电力机车电路中通用的符号按新国标总结如下, 对表中有关符号作几点说明：
1、各电器设备在电器线路中除按表内符号表示外，在符号旁边还应注明形影电气设备在电路中的代号。

如在接触器线圈旁注上205KM表示205号接触器的线圈，说明是同一电器在电路中不同位置的控制关系。

2、导线也是电器线路图中的一部分，特别是一些重要的导向应在电路图中表明导线代号，不同类型和不同作用的导向可用字母表示其不同。

3、常开联锁、常闭联锁是指在电器的工作线圈未通电、电器处于设防状态时的连锁位置而言，若其联锁是打开的即为常开联锁，若关闭则为常闭联锁。

当电器线圈通电而电器动作后，常开联锁闭合，常闭联锁打开。

在韶山系列电力机车电气线路中，联锁位置采用了通用的“上开下闭，左开右闭”的画法，即将常开联锁画在导线的左边和上边，将常闭联锁画在导线的右边和下边。

4、应当指出的是，并不是所有的电器连锁都有常开、常闭的概念。

对于某些组合电器的连锁连锁，这类联锁标出起所属电器的代号外，还应标明该联锁在何位置接通。

如韶山3型电力机车控制电路中的联锁旁注上
1WHq、1WHh就表示是两位只转换开关的联锁，前者表示1WH“向前”位时该联锁接通，后者表示1WH“向后”位时闭合，这类联锁又成位置联锁。

5、对于凸轮控制器或鼓形控制器，在电路图中将这类触头闭合次序展开为一个平面的触头闭合电路图，简称展开图。

在某工作位置若某导线对应的联锁是接通的，则在该导线下方以黑点表示；若断开，则无黑点表示。

6、有些复杂的电器在电路中不易标出工作位置和触头闭合次序，一般采用在电路旁附上工作位置的图表，如调压开关等组合电器的触头闭合表。

7、国产电力机车电路图中所示的接触元件和联锁触头的开、闭位置表示原则和操作位如下：司机控制器在零位；位置转换开关在机车1端前位、牵引位；各按键开关在水平位；空气断路器在开断位；各刀开关在运行位，各保护自动开关在开断位。

为便于大家读识控制电路图，现将SS4改型电力机车采用的主要部件的符号种类归纳如下：司机控制器AC；琴键开关SK；按钮开关SB;中间继电器KA；时间继电器KT；压力继电器、流速继电器KF；电压继电器AK；接触器KM；电磁阀YV；故障转换开关、功能转换开关QS；位置转换开关QP;电源开关SA;自动空气开关QA；过流继电器KC；接地继电器KE等。

1.2.1常用联锁方法
机车控制电路必须满足主电路和辅助电路的需求，如电器按一定次序动作，司机按一定顺序操作，因此必须设置一些联锁来满足控制电路的逻辑要求。

在考虑控制电路的联锁时，首先必须满足电路的要求，在此前提下应尽量减少联锁数目，因为多设一个联锁就使电路多一个发生故障的可能性，同时也增加了分析处理故障的难度。

另外对于需要有故障运行的电路，同样要在控制电路中做相应的考虑。

对于可能由于误操作造成事故的现象，也应在电路中设
法避免或设法补救。

因此在设置控制电路的联锁时应统筹兼顾，权衡处理。

机车上的联锁方法有两大类，即机械联锁和电器联锁：
1、机械联锁
为避免因司机的误操作造成的人身及设备不安全，须设置一些机械联锁来保证。

目前采用的机械联锁主要有：
（1）司机控制器换向手柄与调速手柄间的机械联锁。

（2）司机台上的按键开关和电钥匙的联锁
（3）换向手柄及电钥匙和电钥匙箱的联锁
2、电气联锁
电气联锁方法种类较多，我们介绍常用的几种，
（1）串联联锁
在某电器的工作线圈前串联若干其他电器的联锁，这些联锁称为串联联锁。

串联联锁是由多个条件来使一个电器通电，而其中任一条件的消失使电器线圈失电。

在电路中反要求满足多个条件才能接通另一电路的环节一般采用串联联锁电路。

但串联联锁越多，可靠性越低，因此，应尽量减少串联联锁的数量。

（2）并联联锁
在某个机器工作线圈前并联若干其他电器的联锁，这些联锁成为并联联锁。

并联联锁是多个条件中的任一条件够成该电器工作线圈得电，而只有全部条件消失该电器线圈才能失电。

这种联锁方法对电器动作顺序没有固定要求，电路中常用这种联锁作为双重供电线路以保证重要电路供电的可靠性。

另外，对于保护电器及显示器也采用此种方法。

（3）自持联锁
在某电器工作线圈前的电路中并联有该电器本身的常开联锁，这种联锁成为自持联锁。

自持联锁长用于电器工作的条件可能构成后又小时，但又需要在构成条件消失后，必须保持该电器持续工作的场合。

如电力机车劈相机启动中间继电器的联锁及劈相机接触器的联锁即为自持联锁。

（4）延时联锁
延时联锁是指某种电器的线圈得失电与其联锁动作不同步。

其实现方法有多种，如采用在电器铁心上加短路铜套，或在继电器本身某些联锁上加装钟表机构，二者的不同之处在于前者的所有联锁都具有延时性，后者仅加有钟表机构的联锁有延时而其他联锁不具有延时。

在要求有短暂延时时，也可以滞后动作的电器线路中多串一个要求先动作电器的常开联锁实现。

延时联锁有四种：（a）表示通电延时吸合的常开联锁；（b）表示断电延时断开的常开联锁（c）表示断电延时闭合的常闭联锁（d）表示通电延时断开的常闭联锁
（5）经济电阻线路
在有些电路中，为了使接触器或继电器可靠吸合，同时又提高本身的返电系数，即提高电器动作的灵敏度，可在电器工作线圈的控制电路中接入一些经济电阻，组成经济电阻电路。

在继电器闭合瞬间，电阻被继电器本身的常闭联锁短路，使继电器的安匝数得以提高，继电器能够可靠吸合，在继电器吸合后常闭联锁打开，电阻接入电路中，使流过继电器的电流减小，从而使继电器返电系数有所提高。

1.2.2迂电电路及其防护
某一电器或支路在某一时刻本不应该有电，但却通过其他支路“串电”，这种串电电路成为迂电电路。

迂电电路会引起电器的误动作，破坏电器动作的逻辑关系，造成电路工作紊乱。

迂电电路产生的原因主要是设计时考虑不周，在多条控制电路组合时产生。

在机车运用或检修中接错线也会形成迂电电路。

防止迂电路的主要方法是在电路中串入迂电二极管，利用二极管的单项导电性来满足要求，但是在日常检查中需注意二极管是否击穿。

1.2.3重联及重联电路
随着铁路运输的不断发展，在铁路干线电力牵引运行中，一台机车牵引有时往往满足不了运输的要求，就需要多机牵引。

采用多机牵引可以使线路的通过能力大大增加，提高铁路运输的经济指标。

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，也可以仅又一名司机在一台机车上操纵，而将各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，实现一名司机操纵多台机车。

我们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。

重联机车由于在电路上相互连接。

因此她们应该具有相同的电路，这样才能达到同步运行、减少内耗的目的，也就是说同型机车重联运行最方便。

在重联运行的电路中，必须防止由于一台机车的电器动作情况而影响另一台机车的电器动作。

有些机车电路在单机运行时是可靠的，但在重联时则可能引起迂电电路，
这也是需要在考虑重联电路时予以注意的。

此外，由于电力机车的司机室有两个，分为一端而二端，对于同一端的司机而言，两台机车重联时可能是顺向连挂，也可能是反向连挂，因此，从两台机车的反向器电路上应保证无论按什么连接方式，两机车的行驶方向一致。

重联机车发生某些故障时，应在本务机车上有信号显示。

机车采用重联运行显然可以减少乘务人员，在电动车组中一般只有一组乘务人员操纵一台机车即可。

在干线电力机车上，由于重联较少，因而一台机车故障后，会对整个列车运行产生较大影响，所以除一组乘务人员操纵一台机车外，在重联机车上可设专人进行监视，或发现故障时予以即使处理，这样既可以减少乘务人员，又减轻了乘务人员的劳动迁都，相应地提高了生产率。

对于多机牵引中各台机车均单独操纵时，虽然不能达到同步运转，但只要各位司机技术熟练，配合默契，仍可以得到较好的效果。

特别是采用补机在列车尾部推进的方式，既可以减轻钩拉力，在通过无电区时，又能分别断开从而保持一台机车的牵引力，对于列车运行也是有利的。

而采用重联运行的方式，正常运行时两台机车同步运转，能够较好地发挥机车功率，特别是在起动时，牵引力能较大地发挥。

但是，若在运行中一台机车因故障跳闸，在故障消除后时该机车恢复，有时须使另一台机车也要退佃启动初始状态，才能使故障机车恢复，这样就使全部机车丧失了牵引力。

因此，机车不见质量不高及工作不可靠的机车不宜进行重联运行。

1.2.4控制电路逻辑关系表示
为了便于对控制电路逻辑关系进行分析，我们采用下述方法描述电路的结构：
1、控制电路中的有关导线、开关、联锁和电器的工作线圈一律用该电器的各型机车规定代号表示。

2、控制电路中串联连接的元件用“.”表示其电路结构。

3、控制电路中并联连接的元件用“+”表示，并且用括号括起来。

4、描述控制电路一般从控制电源正极写起，但有时为了简明和叙述方便可从某一种药导线写起。

5继电器、电磁接触器、电空接触器等的常开联锁用该电器的代号书写，常闭联锁在该电器的代号上加一短直线，线圈用该电器的代号外加方框表示。

第二章SS4改型电力机车控制电路主断路器、受电弓电器工作原理分析
2.1整备(预备)控制电路
所谓整备控制是指机车动车前的各项准备性操作，如升受电弓、合主断路器、起动劈相机、空气压缩机、通风机，以及完成机车向前或向后、牵引或制动的操作。

2.1.1受电弓控制
受电弓的升起是由压缩空气进入升弓气缸，推动气缸内的活塞而产生的。

所以，要升起受电弓，必须具备足够压力的压缩空气。

压缩空气的开通与关闭是受电磁阀控制，具体控制过程如下：
1、电源由602QA自动开关提供，经主台按键开关的电联锁接点570QS，使导线531有电。

一路经20QP、50QP、297QP使保护阀287YV得电动作，开通了通向高压室门联锁阀的气路。

保护阀供电电路为:464•602QA•570QS•531•20QP•50QP•297QP•287YV•400 如图2-1：。