四节机车电气制动

⑤
８K机车制动时，全
控桥再生接电机；半控桥
整流控制励磁电流。
25kV
⑥ 作业：
⑦ １、分析恒制动力，加馈 电阻制动过程，写出其电 网消耗功率表达式；
⑧ ２、分析再生制动时不对 称触为何可提高功率因数。
2(B0-B0) 8×800kW T6
T11
T13
PC
Lp1
Ud
M1
T12
T14
M2 Rst
T21 D23
DC600V
DC110V
３ ① 机、车交上的流除辅辅助助压缩电机 源
采用直流驱动外，其它
辅助系统都用三相鼠笼
电动机来驱动。辅助交 流电路有三类。
② 电容分相起动ຫໍສະໝຸດ Baidu８Ｇ）
380V
Cr 起动电容 O
S起动开关
Cp分相电容
电容分相起动
电机单相供电
其中 :
1 C p 2 fx c
xc
xk
(
2 x1 x2'
. 1
检测：牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器 动作；制动时，电机电流超过460A；
动作：牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器 57－62动作、主断路器分断；制动时，电机电流超 过460A,制动过流继电器79、80动作,励磁回路交流侧 电交接触器84打开。
二、主电路接地保护（自学）
问题１：为何设主路接地保护？ 主电路中，不同电位两点同时接地时，发生短 路。
380V
D1 电动绕组
R
O
发电绕组 S1
Rs起动
D2
电阻
D3
S2 C补偿 电容
Y型劈相机
原理：起动后，负序磁场 被削弱，气隙中只有正 序磁场，在三相绕组中 感应三相电势。
３ ➢ Ｔ、型劈交相机流辅助电源(续２)
原理：两个绕组空间相差
90度，匝数比为:
U
n
Z
W
25kV
Nzw:NUV 3:1
因此，得到如图的三 相感应电势相量图．
问题２：接地继电器的接入点的如何选择？ 选择整流电路的负极接入。
问题３：为何要串入DC110V蓄电池？ 为了消除死区，保证任何一点接地时可以动作。
二、主电路过电压保护
１、过电压的种类
大气过电压：来自大气雷击的过电压，可达数百万伏， 由接触网或直接侵入车顶。（外部过电压）
操作过电压：硅元件换向或电所开关分合引起，电压幅 度较大气过压低。（内部过电压）
PM
T221
D241
Lf1 Lf2 Rsh
第五节 主电路保护
问题：
1. 主电路保护类型有那些？
2.
短路、过载、接地和过压保护。
２为何要主电路要保护？
主电路电气设备在短路、过载、接地和过 压故障发生时，不至发生损坏或者减少损坏。
第五节 主电路保护(续１)
一、主电路短路保护
１、电网侧电路短路保护 ➢ 定义：电网侧绕组ＡX的A端或中间任何一点接地； ➢ 特征：短路阻抗很小，短路电流很大，上升很快； ➢ 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； ➢ 动作：电流超过400A时，互感器二次电流超过l０A，电
③ 整流器换向RC 吸收 ④ 功能：吸收整流元件和换向过电压，电阻Ｒ同时可
以均压和释放电容电压的作用。 ⑤ 问题：１换向过电压的产生？ ⑥ 其它电力电子器件过电压吸收原理讨论： ⑦Ｃ ⑧ ＲＣ ⑨ ＲＣＤ。
第六节 机车辅助电路
１、机车辅助电路分类
① 直流辅助电路 ② 供车上电器控制和电子控制的直流电源。 ③ 交流辅助电路 ④ 供车上空压机、通风机、油泵电机、空调的三相交
流电源。 ⑤ 客车供电辅助电路
⑥ 供客车用电的DC600V直流电源。
２、直流辅助电源
① 通常用的是DC110V,在
地铁或其它轨道车辆中
也有用DC24V,并且有
L
蓄电池作后备电源。供
T21
D23
电网没电时，给控制系
Cd
统供电；
② 传统相控电源
③
正常时整流器负载
T221
D241
相控整流器
滤波器 相控直流电源
供电，同时给蓄电池组
充电；电网无电或启动
时，蓄电池给负载供电。
DC110V
控制系统 电器和电
子负载
蓄电池组
负载
２、直流辅助电源（续１）
③ 新型的开关电源
体积和重量是相控的1／5;
电源的脉动小，调节速度
快
L1
L2
D1
D2
Cd1
Cd2
D4 整流器
输入波滤
逆变
高频变
压器
整流
开关电源辅助电源
输出 滤波器
蓄电池组
２、过电压吸收
① 网侧放电间隙
② 功能：110mm放电间隙，当遭雷击时，放电间间隙 击穿，将大气过压限制在90kV以下；
③ 问题：放电间隙动作后不能自恢复，变电所跳闸．
④ 现有氧化锌避雷器。
二 ① 、二次主侧R电C网路络 过电压保护
② 功能：Ｒ1C1-R4C4构成网络将内部操作过电及被 放电间隙释放的过电压进行吸收，将二次侧最高电 压限制在4.5kV。
没有加馈制动，可ＯＡ下降，
是能耗电阻制动。如采加馈 o
制动，α<90º, Ｕd为正，
可恒制动力制停。
if最大 调Ud
Ud最大 B调if
Ud=Udmax
If=ifmax C
V
四、再生制动（续5）
５、提高功率因数方法
① 采用不对称触发；
② 采用多段桥串联；
③ 加装功率因数补偿器。
④ ６、再生制动主电路
DE:机车结构速度限制
B(制动力) o
1 23 4
A B C D E V(速度)
三、电阻制动（续6）
3、分级制动的效果
在低速时，RZ由 1.0005Ω降至0.6Ω时，恒 磁通控制，制动力增大；
4、加馈制动效果
在低速时，可通过加馈制 动恒制动力制停。
加馈制动效果
Rz=0.6Ω
B
Iz=840A A’
四节机车电气制动
三、电阻制动（续2）
３、电阻制动范围 制动时的基本方程：
其中：Cm-电机转矩常数 Ce-电势常数 得到转矩表达式：
if
Iz
M2
能耗电阻制动
if
Iz
M2
+ Ud 加馈电阻制动
Uz Uz
三、电阻制动（续３）
将制动力矩与转速转换至制动力和速度：
B 2m Dk
Mz
(kN)
v601D0k3 n(km/h)
四、再生制动
１、再生制动的优点
① 节能10-15%； ② 制动范围宽，防滑性能好；
２、再生制动的不足
① 功率因数低，仅6G仅0.5; ② 谐波成份多，对电网污染大； ③ 控制系统复杂； ④ 采用全桥对控制可靠性要求高；丢失触发脉冲
时容易发生再生颠覆。 ⑤ 对线路要求较高。
四、再生制动（续１）
1
12 0 . 58
1
)
xk
x1 x2 ' ; 1
r1 x1
x1、x 2 定子和转子漏抗
r1 定子绕组的直流电阻
３ ③ 旋、转交劈相流机 辅助电源(续１)
先通过劈相机将单相 电变为三相，再供辅助 电机使用。
特点：过载能力强，便宜， 输出电压只在一网压下 对称。辅助电机容量大。
➢ Ｙ型劈相机
加馈
if最大 调Ud
A
Ud最大 调if
B
Ud=0
Ud=Udmax
If=ifmax
C
V
四、再生制动（续4）
② AB段：调节逆变输出电 压ud
保持励磁电流最大ifmax不变，控 B
制α，调节Ud，保持恒制动力；
加馈
③ AD段：加馈电阻制动
D
A
④
到Ａ点时速度很低，Ｅ
Ud=0
很小，α＝90º,Ｕd=0。如
３、再生制动的原理
再生制动条件： ① 全控桥； ② α>90º; ③ 励磁电流反向；
id
-
T2
L
a1 x1
ud
T3 +
E
if M2
Rst
其中：
Ｕm-a1x1绕组的电压峰值 Ｅ－发电机电势，ΣＲ－电枢回路电
阻之和，含稳定电阻Rst。
四、再生制动（续２）
Ｒst-稳定电阻的作用
电枢回路的电阻很小， Ud的微小变化会引起Ｉd的 变化很大，使控制困难。Rst 可以减少Ｉd 对Ｕd的敏感 性。但Rst太大会影响制动能 量的回收效果，所以要综合 考虑。
A
G
F
Rz=1.0005Ω Iz=840A
o
V
三、电阻制动（续7)
5、电阻制动主电路
Iz1
Iz2
IIzz6
M1
Rz1 M2
Rz1
M6
Rz6
Uz Uz Uz
Lf1
Lf2
Lf6
SS1机车6台电机共用一个整流电流，励磁绕组串联。
三、电阻制动（续8)
SS9电制动电路简化原理图
三、电阻制动（续9)
SS9 机车电制动特性曲线 B=f(v)
作。（SS1整流器有较大的短路过载能力。） 过渡硅机组二极管击穿采用快速熔断器保护；
４、牵引电动机闪络
定义：牵引电机换向器换向恶化可能导致闪络短路， 检测：电枢回路中的过流继电器57—62动作； 动作：主断路器分断。
二、主电路过载保护
问题：过载与短路差别？
定义： 牵引或制动时，牵引电机回路超过最大值；
➢ 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； ➢ 动作：电流超过400A时主断路器动作分断。 ➢ 但在9级以下绕组短路及一小段绕组短路时，由于一、
二次绕组匝比太大，二次侧短路电流虽高达数万安， 但网侧电流还达不到400A整定值，主断路器不会跳 闸。
一、主电路短路保护（续２）
３、硅整流器击穿短路
定义：整流元件击穿引起的短路； 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； 动作：一次侧电流超过400A时主断路器动作分断动
T1
D2
Cd1
T2 D4
整流器
输入波滤
逆变
静止逆变器
3相AC380V
原理：先整流稳压为 DC600V直流，再逆变 为三相交流。
４、客车辅助供电电源
于在SS7E,SS9客车机车上还配有两 个DC600V,300kW
客车供电电源,供整个列车车箱内空调 和茶炉供电。
L
T1
D1
Cd
T2
D2
相控整流器
滤波器 客车辅助电源
其中： m-电机的个数 μ-齿轮传动比 η-电机效率与齿轮传动效率之积
Dk-机车动轮直径
三、电阻制动（续４）
或者：
三、电阻制动（续５）
２、制动范围
制动必须在OABCDE范围内 安全运行。安全运行区由５ 条限制曲线构成：
OA:最大励磁电流限制 AB:粘着限制曲线 BC:最大制动电流限制
CD:牵引电机的安全换向限制
８Ｋ机车Rst=0.45Ω消耗 1/3的制动功率
id
T2
L
a1 x1
ud
T3 +
E
if M2
Rst
四、再生制动（续3）
４、再生制动调节过程
再生制动分３个过程：
① BC段：调节励磁电流if B
高速时为了提高功率因数保 持Ud最大，调节励磁电流调节 制动力，随速度减小，励磁电 流逐渐增大至最大值。高速时 o 控制受安全换向和制动功率限 制。
流继电器8动作，接通主断路器4的分闸线圈，主断路器分 断。 ➢ 变电所动作：短路电流很大主断路器及变电所油开关均会 跳间；当车顶母线、瓷瓶对地放电或短路时，主断路器4 不会跳间，由牵引变电所执行保护。
一、主电路短路保护（续１）
２、二次侧绕组短路
➢ 定义： 主变压器二次侧绕组的整段或一段由于内部或 外部接线心短路；
V W
uWv
uuW
U
V
uvU
T型劈相机及电压向量图
３、交流辅助电源(续２)
L1
③ 三相静止逆变器
④ 特点：三相电压和电流 完全对称，辅助电机容 量小；可以实现软起动 和变负载运行，减少冲 击、噪声和能耗。
⑤
最早8K车使用，
现在ss7E。交流车普
遍采用。一台车上有多
台辅助逆变器，一台故
障时其负载分由其逆变