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1、第一章 交直型电力机车主电路和辅助电路本讲稿第一页，共二十九页第一章 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主电路设计考虑的主要因素我国主要干线机车主电路我国主要干线机车主电路机车的牵引特性及制动特性机车的牵引特性及制动特性概念概念“粘着粘着”、“空转空转”、“滑行滑行”、“轴重轴重补偿补偿”主电路保护的种类与原理主电路保护的种类与原理机车辅助电路的结构与功能机车辅助电路的结构与功能本讲稿第二页，共二十九页第一节概述n一、电力机车能量传递过程：车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆27.5kv单相接触网交流直流机械能电能本讲稿第三页，共二十九页n二、机车
2、电路分类机车电路主电路辅助电路控制电路本讲稿第四页，共二十九页n二、机车电路分类（续）1.主电路功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换；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；特点：大功率、高电压、大电流；主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机主要包括：牵引变压器、整流器、牵引电机本讲稿第五页，共二十九页n二、机车电路分类（续2）2.辅助电路（有两类）交流辅助电路功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等；功能：给主电路的通风、冷却辅助电机等；特点：三相特点：三相380V380V交流供电交流供电,功率较小；功率较小；包括：单三相变换器、通风电机、压缩电机等包括：单三相变
3、换器、通风电机、压缩电机等本讲稿第六页，共二十九页n二、机车电路分类（续3）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；功能：给电器控制、电子控制及照明、空调设备供电；特点：直流特点：直流110V110V供电，有蓄电池作后备电源；供电，有蓄电池作后备电源；包括：包括：DC110VDC110V交直流变换电源、蓄电池、车灯、空调等。交直流变换电源、蓄电池、车灯、空调等。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。本讲稿第七页，共二十九页n二、机车电路分类（续4）3.控制电路（有两类）电器控制功能：完成电路和气路的开关及逻辑互锁
4、；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。本讲稿第八页，共二十九页n二、机车电路分类（续5）电子控制功能：配合主辅助电路完成机车的控制；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；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、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。功率放大、脉冲变压器等控制单元。本讲稿第九页，共二十九页三、主电路设计
5、考虑的内容主要考虑因素：满足机车牵引中的起动、调速和制动的基满足机车牵引中的起动、调速和制动的基本要求；本要求；功率大、控制复杂、工作条件差，体积、功率大、控制复杂、工作条件差，体积、重量受到限制；重量受到限制；牵引性能的好坏、技术难易程度，维护费牵引性能的好坏、技术难易程度，维护费用及可靠性。用及可靠性。本讲稿第十页，共二十九页三、主电路设计考虑的内容（续）更具体 来讲五个方面：牵引电机联接与激磁方式；牵引电机联接与激磁方式；牵引电机的供电方式；牵引电机的供电方式；整流线路；整流线路；调速方式；调速方式；电气制动方式。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。本讲稿第十一页，共二
6、十九页一、牵引电机的联接与激磁方式交直型电力机车采用脉流牵引电机（直流电机）。、激磁方式问题：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本讲稿第十二页，共二十九页一、牵引电机的连接与激磁方式（续）串激特点：起动力矩大、恒功性能好，有特点：起动力矩大、恒功性能好，有“牛牛马马”特性，并联时负载分配较易均衡，但特性，并联时负载分配较易均衡，但特性较软，防空转能力差；特性较软，防空转能力差；并激（他激）特点：特性较硬，防空转性能好，但是其特点：特性较硬，防空转性能好，但是其它性能（起动和恒功）较差它性能（起动和恒功）较差；主电路设计考虑的内容本讲稿第十三页，共二十九页一、牵引电机的
7、连接与激磁方式（续2）复激部分绕组是与电枢串联，部分绕组为他激。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，但电机结构特点：兼有串激和并激的优点，但电机结构和控制复杂。和控制复杂。实际情况：机车多用串激电机、实际情况：机车多用串激电机、K/SS7K/SS7机车机车采用了复激电机，没有采用并激的采用了复激电机，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。主电路设计考虑的内容本讲稿第十四页，共二十九页一、牵引电机的连接与激磁方式（续）、电机联接方式串联特点：主电路开关电器少、简化主电特点：主电路开关电器少、简化主电路结构，电机
8、负荷分配均匀，但防路结构，电机负荷分配均匀，但防空转性能差；空转性能差；并联特点：防空转性能好，整车粘着利用特点：防空转性能好，整车粘着利用充分，但主电路结构复杂充分，但主电路结构复杂；主电路设计考虑的内容本讲稿第十五页，共二十九页一、牵引电机的连接与激磁方式（续）实际应用：普遍采用电机并联方式，只实际应用：普遍采用电机并联方式，只有有8K8K机车采用电机串联。机车采用电机串联。主电路设计考虑的内容本讲稿第十六页，共二十九页二、供电方式集中供电（车控）整台机车牵引电机由一套整流器供电。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，集中冷却简化了通特点：变压器结构简单，集中冷却简化了通
9、风设备，但一台电机故障时，影响整车风设备，但一台电机故障时，影响整车工作；工作；主电路设计考虑的内容本讲稿第十七页，共二十九页二、供电方式（续）独立供电（轴控）每一个牵引电机由一套独立的整流器供每一个牵引电机由一套独立的整流器供电。电。特点：机车的粘着利用好，一台电机故障时特点：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、整不影响其它电机的运行。但变压器、整流器及控制复杂。流器及控制复杂。主电路设计考虑的内容本讲稿第十八页，共二十九页二、供电方式（续）部分集中（架控）同一转向架上的电机由一套整流器供电。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
10、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用较为充分，同时实现一定的冗余。实际应用：实际应用：SS1SS1、SS3SS3机车采用集中供电；其它部分机车机车采用集中供电；其它部分机车由部分集中供电，其中由部分集中供电，其中6K6K机车上有一个转向架上两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台电机分别由两套不同的整流器供电；没有交直没有交直型车采用独立供电型车采用独立供电。主电路设计考虑的内容本讲稿第十九页，共二十九页二、供电方式（续3）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
11、的牵引力影响不大。主电路设计考虑的内容本讲稿第二十页，共二十九页三、整流线路50Hz50Hz单相交流整流，单相交流整流，SS1SS1采用二极管不控整流；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、三段桥甚其它机车多用半控桥整流且是二段桥、三段桥甚至四段桥。至四段桥。图整流器的简化线路图主电路设计考虑的内容本讲稿第二十一页，共二十九页三、整流线路（续）p p平波电抗器，减小电流脉动，改善电平波电抗器，减小电流脉动，改善电机换相性能。机换相性能。f f激磁绕组。激磁绕组。f f磁场分路电阻，减小磁场电流脉动磁场分路电阻，减小磁场电流脉动。问题：平波电抗器如何减小电流的脉动？磁场分路电阻如
12、何减少磁场电流脉动？主电路设计考虑的内容本讲稿第二十二页，共二十九页四、调速方式调速要求：调速要求：在不中断主电路的情况下，尽量使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。布在整个调速范围内。问题：问题：直流电机如何调速的直流电机如何调速的？主电路设计考虑的内容本讲稿第二十三页，共二十九页四、调速方式（续）分两步：调压调速：在额定电压以下，改变电机电调压调速：在额定电压以下，改变电机电枢电压枢电压d d实现电机调速；实现电机调速；弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱弱磁调速：在端压达到额定电压后，削弱磁场进步提高速
13、度。磁场进步提高速度。问题：为何要先调压后弱磁？主电路设计考虑的内容本讲稿第二十四页，共二十九页四、调速方式（续2)n调压调速：有触点调压：有触点调压：SS1SS1、机车；、机车；有触点与相控结合调压：有触点与相控结合调压：SS3SS3；无触点相控调压：无触点相控调压：SS4SS4、SS5SS5、6K6K、8K8K等；等；其中方式其中方式为有级调压，方式为有级调压，方式和和为无为无级调压级调压。主电路设计考虑的内容本讲稿第二十五页，共二十九页四、调速方式（续)n弱磁调速：激磁绕组并电阻调速：激磁绕组并电阻调速：SS1SS1、SS3SS3、SS4SS4、SS6SS6；相控弱磁，相控弱磁有两种不同
14、的形式：相控弱磁，相控弱磁有两种不同的形式：6K6K、SS7 SS7是复励电机，由他励绕组的相控是复励电机，由他励绕组的相控电路励磁；电路励磁；8K8K、SS5SS5是串励电机、由分路晶闸管弱磁；是串励电机、由分路晶闸管弱磁；方式方式为有级、方式为有级、方式为无级。为无级。主电路设计考虑的内容本讲稿第二十六页，共二十九页四、调速方式（续)由上可知：有级调速分有级调压调速和有级弱磁调节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速两种；无级调速也分为无级调压和无级弱磁两种。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无级调速可实现牵引电流和牵引力的连续调节
15、；有级调速在级间变换时有电流冲击调节；有级调速在级间变换时有电流冲击和机械冲击。和机械冲击。主电路设计考虑的内容本讲稿第二十七页，共二十九页五、电气制动两类制动：机械制动：常备制动，低速时投入；机械制动：常备制动，低速时投入；电气制动：一般高速时投入效果好电气制动：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。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加馈电阻制动：在低速时可获大的制动力.SS8再生制动 向电网回馈能量，功率因数低，控制复杂。向电网回馈能量，功率因数低，控制复杂。8K（台）、台）、SS5、SS7。主电路设计考虑的内容本讲稿第二十八页，共二十九页习 题、机车主电路设计时要考虑那几方面的因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？数？主要涉及机及主电那些方面？、画出串激直流电机和并激直流电机牵引、画出串激直流电机和并激直流电机牵引时的牵引力（）与速度力（）关系曲时的牵引力（）与速度力（）关系曲线，并说明其特点。线，并说明其特点。、分析牵引电机有级电压调速和有级弱磁、分析牵引电机有级电压调速和有级弱磁调速时的电流和牵引力冲击情况。调速时的电流和牵引力冲击情况。本讲稿第二十九页，共二十九页