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、维修费用的髙低等重要经济指标。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: 掌握机车主线路的组成及结构特点 2.会分析SS8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 、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高、电流大,又称高压线路 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。它们之间通过电磁、机械或
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 SS8 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高、电流大，又称高压线路。 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。它们之间通过电磁、机械或
电空传动相联系 对机车主线路的基本要求 根据机车的运行情况,对机车的电气线路提出一定要求,机车主线路本身应 满足以下几方面的要求 1由于主线路是高压线路,因此在升弓带电情况下,要保证工作人员与高压 带电部分隔离 2.能快速接通和断开电路 3.在网压波动的允许范围内能可靠地工作,具有一定的过载能力,对地有 良好的绝缘 4.能改变机车的运行方向,能进行起动和调速。 5.尽可能作到起动平稳、调速平滑、减少冲击。 6.在故障情况下有维持运行的故障线路 7.有防空转保护装置 8.有充分的保护。 9.有电气制动的机车应能可靠地进行牵引一一制动转换,并保证电气制动 的电气稳定性和机械稳定性。 10.应有使机车入库的低压电源及入库线路。 电力机车主线路是非常重要的。机车主线路要进行功率传递,其结构决定了 机车的类型,同时在很大程度上也决定了机车的基本性能,直接影响机车性能的 优劣、投资的多少、维修费用的高低等技术经济指标。 三、电力机车主线路的组成 电力机车主线路一般均由以下几部分组成: 1.变压器一次侧线路 2.变流调压线路; 3.负载线路; 保护线路 第二节电力机车主线路结构分析 衡量电力机车主线路性能,一般从以下六个方面进行考察
电空传动相联系。 二、对机车主线路的基本要求 根据机车的运行情况，对机车的电气线路提出一定要求，机车主线路本身应 满足以下几方面的要求： 1.由于主线路是高压线路，因此在升弓带电情况下，要保证工作人员与高压 带电部分隔离。 2．能快速接通和断开电路。 3．在网压波动的允许范围内能可靠地工作，具有一定的过载能力，对地有 良好的绝缘。 4．能改变机车的运行方向，能进行起动和调速。 5．尽可能作到起动平稳、调速平滑、减少冲击。 6．在故障情况下有维持运行的故障线路。 7．有防空转保护装置。 8．有充分的保护。 9．有电气制动的机车应能可靠地进行牵引——制动转换，并保证电气制动 的电气稳定性和机械稳定性。 10．应有使机车入库的低压电源及入库线路。 电力机车主线路是非常重要的。机车主线路要进行功率传递，其结构决定了 机车的类型，同时在很大程度上也决定了机车的基本性能，直接影响机车性能的 优劣、投资的多少、维修费用的高低等技术经济指标。 三、电力机车主线路的组成 电力机车主线路一般均由以下几部分组成： 1．变压器一次侧线路； 2．变流调压线路； 3．负载线路； 4．保护线路。 第二节 电力机车主线路结构分析 衡量电力机车主线路性能，一般从以下六个方面进行考察：
变流调压方式 整流器电力机车的变流调压方式有高压侧调压低压侧不可控整流、低压侧调 压不可控整流、晶闸管移相调压和晶闸管级间平滑调压等几种方式, 相控调压的基本原理已在第二十章中详述,其基本特点是可以使输出电压平 滑调节,实现所谓的无级调压。相控调压可以分为全控整流调压、半控整流调压 两类,其中在无再生制动情况下以半控整流调压为好,主要表现在功率因数的改 善方面。低压侧调压与半控整流调压相结合就是晶闸管级间相控平滑调压,其主 要解决的问题也在于提高机车的功率因数。 供电方式 供电方式可分为集中供电、半集中供电及独立供电等几种方式 图22-1为典型的集中供电线路,它是由一套调压整流装置给所有的牵引电 机供电。集中供电线路在配线和总体布置上都比较简单,整流装置的容量较大, 缺点是当各牵引电动机在特性上出现差异时在并联电机支路中有环流存在,当该 机车由其它机车拖动与原运行方向相反时,牵引电动机将依靠剩磁发电,其中发 电机电势较髙的一个电机将通过其它电机形成自励回路,最后造成牵引电机并联 自励发电短路,为此在机车线路中都加设了线路接触器。此外,当一组整流器故 障时,将使整台机车的功率降低一半。 图22-1集中供电线路
一、变流调压方式 整流器电力机车的变流调压方式有高压侧调压低压侧不可控整流、低压侧调 压不可控整流、晶闸管移相调压和晶闸管级间平滑调压等几种方式， 相控调压的基本原理已在第二十章中详述，其基本特点是可以使输出电压平 滑调节，实现所谓的无级调压。相控调压可以分为全控整流调压、半控整流调压 两类，其中在无再生制动情况下以半控整流调压为好，主要表现在功率因数的改 善方面。低压侧调压与半控整流调压相结合就是晶闸管级间相控平滑调压，其主 要解决的问题也在于提高机车的功率因数。 二、供电方式 供电方式可分为集中供电、半集中供电及独立供电等几种方式。 图 22-1 为典型的集中供电线路，它是由一套调压整流装置给所有的牵引电 机供电。集中供电线路在配线和总体布置上都比较简单，整流装置的容量较大， 缺点是当各牵引电动机在特性上出现差异时在并联电机支路中有环流存在，当该 机车由其它机车拖动与原运行方向相反时，牵引电动机将依靠剩磁发电，其中发 电机电势较高的一个电机将通过其它电机形成自励回路，最后造成牵引电机并联 自励发电短路，为此在机车线路中都加设了线路接触器。此外，当一组整流器故 障时，将使整台机车的功率降低一半。 图 22-1 集中供电线路
图222半集中供电线路 半集中供电线路如图22-2所示,机车主线路有两组整流装置,每组整流器 给一半牵引电动机供电,这种供电线路的特点是每组整流器的容量可以相对小 些,但当一组整流器故障时,也将使整台机车的功率降低一半。对于Co-Co、Bo-B 轴式的机车,半集中供电也叫做转向架独立供电。 (a)变压器二次侧共用绕组式b)变压器二次侧独立绕组式 图22-3独立供电线路 图22-3所示两种独立供电线路,其共同特点是可以避免上述两种电路存在 的缺陷。即当各电机特性有差异时不会形成环流,若一组整流器故障时,仅切除 相应的一台牵引电动机而不影响其它支路,机车功率下降要少一些。图22-3(a) 所示电路为变压器二次侧共用绕组式供电线路,当这种线路中的整流元件为可控 元件时,若一组整流器换向时,其余各支路整流元件的阳极电压均下降为元件的 正向压降。这样,各整流支路就会发生逐个换向的现象,造成各支路输出平均电 压不相等,电动机特性差异增加。为克服上述缺点可采用图22-3(b)所示的变压 器二次侧独立绕组式供电线路,这种线路还使变压器二次侧绕组中的电流减小 但却使变压器绕组增加了许多,绕组间还有绝缘方面的要求。 三、磁场削弱方式 磁场削弱的方式有改变励磁绕组匝数的励磁绕组分段法、励磁绕组串-并联 转换法和改变励磁电流的电阻分路法及晶闸管分路法四种方式,其中常用的是后 两种。 电阻分路法是在励磁绕组旁并联电阻使流过励磁绕组中的电流减小,达到磁 场削弱的目的,通常用两个电阻实现三级磁场削弱。晶闸管分路法是在励磁绕组 旁并联晶闸管,对牵引电动机的励磁电流根据要求的β值进行旁路,从而达到削 弱磁场的目。晶闸管分路加上相控调压可以实现机车的全无级调速
图 22-2 半集中供电线路 半集中供电线路如图 22-2 所示，机车主线路有两组整流装置，每组整流器 给一半牵引电动机供电，这种供电线路的特点是每组整流器的容量可以相对小一 些，但当一组整流器故障时，也将使整台机车的功率降低一半。对于 C0-C0、B0-B0 轴式的机车，半集中供电也叫做转向架独立供电。 （a）变压器二次侧共用绕组式 （b）变压器二次侧独立绕组式 图 22-3 独立供电线路 图 22-3 所示两种独立供电线路，其共同特点是可以避免上述两种电路存在 的缺陷。即当各电机特性有差异时不会形成环流，若一组整流器故障时，仅切除 相应的一台牵引电动机而不影响其它支路，机车功率下降要少一些。图 22-3(a) 所示电路为变压器二次侧共用绕组式供电线路，当这种线路中的整流元件为可控 元件时，若一组整流器换向时，其余各支路整流元件的阳极电压均下降为元件的 正向压降。这样，各整流支路就会发生逐个换向的现象，造成各支路输出平均电 压不相等，电动机特性差异增加。为克服上述缺点可采用图 22-3(b)所示的变压 器二次侧独立绕组式供电线路，这种线路还使变压器二次侧绕组中的电流减小， 但却使变压器绕组增加了许多，绕组间还有绝缘方面的要求。 三、磁场削弱方式 磁场削弱的方式有改变励磁绕组匝数的励磁绕组分段法、励磁绕组串-并联 转换法和改变励磁电流的电阻分路法及晶闸管分路法四种方式，其中常用的是后 两种。 电阻分路法是在励磁绕组旁并联电阻使流过励磁绕组中的电流减小，达到磁 场削弱的目的，通常用两个电阻实现三级磁场削弱。晶闸管分路法是在励磁绕组 旁并联晶闸管，对牵引电动机的励磁电流根据要求的β值进行旁路，从而达到削 弱磁场的目。晶闸管分路加上相控调压可以实现机车的全无级调速
四、电气制动方式 电气制动方式有电阻制动和再生制动。目前,大功率电力机车都配备有电气 制动 电阻制动线路如图224所示,制动时一般将牵引电动机接为它励,各牵引 电机的电枢分别与制动电阻接成独立回路,各牵引电机的励磁绕组串联后由一半 控桥供电。电动机转为发电机运行,电能消耗在制动电阻中 图22-4电阻制动线路 图225加馈电阻制动线路 为了使电阻制动在低速区也获得最大恒制动力特性,近年来在机车上又采用 了加馈电阻制动方式,线路如图22-5所示。从电路中可以看出,制动力是靠整 流桥相控输出整流电压Ua,对制动电路实施电流加馈,以维持制动电流不变(= (Ua+E)/R),实现恒制动力特性。 采用再生制动时,牵引电机励磁电路与电阻制动时相同,所不同的是电枢回 路,如图22-6所示,牵引电机作为发电机运行,变流器此时作为逆变器,将发 电机的电能反馈到接触网中去。变流器必须采用全控整流线路或中抽式可控整流 线路才能实现逆变要求。此外,在牵引电机电枢回路中还应串再生稳定电阻Rw
四、电气制动方式 电气制动方式有电阻制动和再生制动。目前，大功率电力机车都配备有电气 制动。 电阻制动线路如图 22-4 所示，制动时一般将牵引电动机接为它励，各牵引 电机的电枢分别与制动电阻接成独立回路，各牵引电机的励磁绕组串联后由一半 控桥供电。电动机转为发电机运行，电能消耗在制动电阻中。 图 22-4 电阻制动线路 图 22-5 加馈电阻制动线路 为了使电阻制动在低速区也获得最大恒制动力特性，近年来在机车上又采用 了加馈电阻制动方式，线路如图 22-5 所示。从电路中可以看出，制动力是靠整 流桥相控输出整流电压 Ud，对制动电路实施电流加馈，以维持制动电流不变(I= （Ud+E）/R)，实现恒制动力特性。 采用再生制动时，牵引电机励磁电路与电阻制动时相同，所不同的是电枢回 路，如图 22-6 所示，牵引电机作为发电机运行，变流器此时作为逆变器，将发 电机的电能反馈到接触网中去。变流器必须采用全控整流线路或中抽式可控整流 线路才能实现逆变要求。此外，在牵引电机电枢回路中还应串再生稳定电阻 Rw