SS4改型电力机车主电路53038.docx

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SS4改型电力机车主电路53038

第三章主电路

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11.5km/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。

电路如下图所示：

3.电流回路：

接触网上的25KV单相工频交流电→受电弓1AP

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110E/120E/130/140E→车轴→轮对→钢轨→回流线→变电所

（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：

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～

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）。

负半周：

x2（正）→T5→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→D4→a2（负）。

当T5和T6满开放后，六臂桥投入，维持T5和T6满开放，触发T1和T2，在原有a2-x2段绕组的基础上再串联a1-b1段绕组。

整流电压

～

变化。

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→T2→b1（负）→a1（正）→D1→73号母线→T6→x2（负）。

负半周：

x2（正）→T5→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→a1（负）→b1（正）→T1→73号母线→D4→a2（负）。

当T1和T2满开放后，维持T1、T2、T5、T6满开放，触发T3和T4,则b1-x1段绕组再串入电路，整流电压

～

之间变化。

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→T4→x1（负）→a1（正）→D1→73号母线→T6→x2（负）。

负半周：

x2（正）→T5→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→a1（负）→x1（正）→T3→73号母线→D4→a2（负）。

电阻75R和76R的作用：

①高压空载限流试验时，作整流器70V的负载（只有75R作负载，76R被空载实验转换开关10QP短接），②机车正常运行时，可吸收部分过电压。

（三）牵引供电电路

1.转向架独立供电：

1M和2M并联工作，由整流器70V供电；3M和4M并联工作，由整流器80V供电。

2.牵引电机支路电流路径：

以1M为例：

正极母线71→平波电抗器11L→牵引电机线路接触器12KM→直流电流传感器111SC→1M电机电枢回路（A11→A12）→107QPR1“牵-制”鼓→107QPV1“前-后”鼓→1M电机励磁回路（D11→D12）→107QPV1“前-后”鼓→107QPR1“牵-制”鼓→牵引电机故障隔离开关19QS→负极母线72。

因同一转向架两牵引电机背向布置，则牵引电机相对旋向相反。

因此各牵引电机电枢回路和励磁回路的相对接线方式为（前方向）：

1M:

A11A12→D11D122M:

A21A22→D22D21

3M:

A31A32→D31D324M:

A41A42→D42D41

3.磁场削弱

以1M为例：

在牵引电机励磁绕组两端并联有固定分路电阻14R，固定磁场消弱系数β=0.96；可减小流过励磁绕组的交流分量，从而改善牵引电机的换向。

一级磁削电阻15R和磁场削弱接触器17KM；二级磁削电阻16R和磁场削弱接触器18KM。

当17KM动作闭合后，投入15R，实现Ⅰ级磁削，β=0.7；当18KM动作闭合后，投入16R，实现Ⅱ级磁削，β=0.54；当17KM和18KM都闭合时，15R和16R并联投入，实现Ⅲ级磁削，β=0.45。

4.牵引电机的故障隔离

牵引电机故障隔离开关19QS、29QS、39QS、49QS为单刀双掷开关。

上为“运行”位，下为“故障”位。

当某台牵引电机故障时（非接地故障）时，可将该台牵引电机的故障隔离开关拉“故障”位，其相应的联锁触头将切断该电机的线路接触器的电空阀得电路径，使线路接触器的电空阀不能得电而处于打开状态，该电机支路和供电电路隔离，不投入工作。

若为牵引电机接地故障，则拉至“中间”位，使牵引电机和主电路完全隔离，否则仍会引起主接地继电器跳闸，且运行中不得使用电阻制动。

5.库内动车

库用转换开关20QP、50QP为双刀双掷开关，正常运行时，主刀和主电路隔离，其辅助接点将保护电空阀287YV的得电电路连通，当287YV得电时，打开升弓气路，方可升弓。

机车在库内时，因无25KV的高压电源，但可将库内的110V直流电源引入牵引电机实现动车，以Ⅰ端为例：

则将20QP转库用位，其主刀之一将库用插座30XS的正极接线端和2M的电枢正极引线22号线连接。

20QP的另一主刀将Ⅰ端整流器的72号母线直接接车体。

所以库内动车人员只需引入110V直流电源的正极即可实现动车（库内110V电源的负极和钢轨相连），机车的运行方向可通过人为转换两位置转换开关实现。

此时20QP的联锁触头切断287YV得电电路，使287YV不能得电，则库内不能升起受电弓。

同时，20QP的联锁触头还接通牵引电机线线路接触器12KM、22KM的电空阀得电电路（给上司机钥匙、两位置转换开关转换到位时电路才能构通），使1M也可通电，便于机车出厂实验电机转向、出入库及旋轮。

保护电空阀287YV得电电路牵引电机线路接触器得电电路

6、空载试验

10QP和60QP为三刀双掷开关，正常运行时，10QP和60QP将直流电压传感器112SV和142SV分别和1M和4M的电枢相连，其相应辅助接点接通牵引电机线路接触器的电空阀的得电路径。

机车空载实验时，10QP和60QP将112SV和142SV分别和主整流器70V和80V的输出端相连，同时短接76R和86R，使75R作为Ⅰ端主整流器的负载，85R作为Ⅱ端主整流器的负载（75R，76R,85R,86R阻值为300Ω,且为2串结构，则空载实验时主整流器的负载阻值为600Ω）。

其辅助接点断开牵引电机线路接触器的电空阀得电路径，使牵引电机不能接入主电路，实现主整流器的空载实验。

注：

1、每一台牵引电机设有一台直流电流传感器和一台直流电压传感器。

作用有：

①给电子控制柜电流和电压反馈信号，作为机车速度调节控制和过流保护的依据；②通过电子控制柜处理后，作为司机台电流表和电压表显示的信号检测。

2、直流电压传感器设置在电枢两端有优点：

①牵引和制动时，司机台均能看到牵引电机电压；②两台并联的牵引电机之一空转时，电枢电压反应较快。

3、取消传统的电机电流过流继电器，电机过流信号由直流传感器检测经电子控制柜发出，而进行卸载或跳主断路器或断开接触器。

（四）加馈电阻制动电路

加馈电阻制动又称为“补足”电阻制动，是在常规电阻制动基础上发展的一种能耗制动，可实现机车“恒制动力”的控制。

机车的轮周制动力为：

--机车结构常数；

--电机主磁通（Wb）；

--电机电枢（制动）电流（A）。

常规电阻制动中，当电机主励磁最大恒定后，制动电流将随机车速度的降低而减小，轮周制动力也随之而变化，为了克服在低速区时制动力的减小，加馈电阻制动是从电网吸收电能，通过相控主整流器向电机电枢补足

并保持恒定，以此获得理想的最大轮周制动力恒定值。

SS4改型电力机车电制动时电枢和励磁回路

电制动时，通过两位置转换开关的转换，“牵引”→“制动”。

电枢回路和制动电电阻相串联（加馈时还和主整流器的一段大桥相连），每节车的4台牵引电机的励磁绕组串联后由励磁整流桥单独供电。

此时牵引电机做他励发电机运行，发出的电消耗在制动电阻上，使电枢绕组通过电流在主磁场中受力而产生制动转矩，对机车和后部车辆产生制动作用。

以1M为例：

1、电枢回路：

（1）当

33km/h时，机车处于纯电阻制动状态，电流路径为：

1M电机电枢A12（正）→107QPR1“牵-制”鼓→13号线→制动电阻13R→73号母线→D4→D3→71号母线→平波电抗器11L→牵引电机线路接触器12KM→12号线→直流电流传感器111SC→1M电机电枢A11（负）。

（2）当

33km/h时，机车处于加馈电阻制动状态，触发T5和T6，一段大桥投入，a2-x2绕组的交流电经整流输出后串入牵引电机电枢回路中，补足

。

正半周：

1M电机电枢A12（正）→107QPR1“牵-制”鼓→13号线→制动电阻13R→73号母线→T6→x2（负）→a2（正）→D3→71号母线→平波电抗器11L→牵引电机线路接触器12KM→12号线→直流电流传感器111SC→1M电机电枢A11（负）。

负半周：

1M电机电枢A12（正）→107QPR1“牵-制”鼓→13号线→制动电阻13R→73号母线→D4→a2（负）→x2（正）→T5→71号母线→平波电抗器11L→牵引电机线路接触器12KM→12号线→直流电流传感器111SC→1M电机电枢A11（负）。

2、励磁回路

每节车的4台牵引电机的励磁绕组串联，由励磁整流器99V供电。

99V的电源取自励磁绕组a5-x5。

额定网压时：

。

因要保持电枢电流方向不变（确保直流电流传感器在电制动时仍能检测制动电流的大小），则则励磁绕组电流方向和牵引时相反。

正半周：

a5（正）→91KM→D5→91号母线→199SC→90号母线→107QPR1→19QS→107QPV1→D12→D11→107QPV1→14号线母线→107QPR2→29QS→107QPV2→D21→D22→107QPV2→24号母线→108QPR4→49QS→108QPV4→D41→D42→108QPV4→44母线→108QPR3→39QS→108QPV3→D32→D31→108QPV3→92KM→82号母线→T12→x5（负）。

为能在静止状态下检查加馈电阻制动系统的正确性，机车静止时，系统仍能给出50A的加馈制动电流（此时励磁电流达到最大值930A），将有向后动车的趋势，实验时机车必须上闸。

（五）PFC电路

每节车设置有4组完全相同的PFC装置，并联在4个牵引绕组两端。

该装置通过滤波电容和滤波电抗的串联谐振，降低机车的三次谐波含量，提高机车的功率因数。

由真空接触器（电磁式）、无触点晶闸管开关、滤波电容、滤波电抗和故障隔离开关等电器组成。

在PFC装置中设有故障隔离开关119QS、129QS、159QS、169QS，当PFC故障或者不需使用而切除时将隔离开关打至“故”位。

并通过其辅助联锁切断真空接触器的电磁线圈得电电路，使真空接触器处于分断状态，从而使PFC电路和牵引绕组完全隔离。

和此同时，隔离开关的主刀对电容器进行放电。

为保证人身安全，司机取出钥匙后，通过控制PFC放电接触器116KM、126KM、156KM、166KM（中间继电器做接触器使用）闭合，在滤波电抗和滤波电容两端并联一个800Ω的电阻。

实现快速放电。

（六）保护电路（控制原理在整备控制电路中详讲）

1、短路保护

网侧短路：

通过高压电流互感器7TA（变比为200/5）和原边过流继电器101KC（动作值为8A）配合动作使主断路器4QF分闸。

整定值为320A。

次边短路：

经交流电流互感器176TA、177TA、186TA、187TA检测电流→电子柜。

经电子柜过流保护环节最终使主断路器4QF分闸。

整定值3000A±5%。

在整流器的每一晶闸管上各串联一个快速熔断器，实现元件的击穿短路保护。

2、过流保护

牵引工况：

由直流电流传感器111SC、121SC、131SC、141SC检测电流→电子柜，经电子柜过流保护环节最终使主断路器4QF分闸。

整定值为1300A±5%（牵引电流最大值为1096A）。

制动工况：

仍然由直流电流传感器111SC、121SC、131SC、141SC检测电流→电子柜,经电子柜过流保护环节最终使主断路器4QF分闸。

整定值为1000A±5%（制动电流最大值为775A）。

励磁过流：

由直流电流传感器199SC检测电流→电子柜→励磁过流中间继电器559KA得电动作→励磁接触器91KM断开。

整定值为1150A±5%（励磁电流最大值为930A）。

3、过电压保护

包括大气过电压、操作过电压、整流器换向过电压和调整过电压。

大气过电压保护：

一是设置避雷器5F（残压42KV），二是主变压器各次边绕组设置有RC吸收器。

牵引绕组由71C和73R，72C和74R，81C和83R，82C和84R进行保护；励磁绕组由93C和94R进行保护；辅助绕组由255C和260R进行保护。

当主断路器4QF分闸或合闸接通主变压器空载电流是时，机车将产生操作过电压，通过5F和RC吸收器能对操作过电压进行限制。

在主整流器70V和80V及励磁整流器99V的每一晶闸管及二极管上均并联有RC吸收器，进行整流器换向过电压吸收。

牵引电机的电压由主整流器进行限制。

限制值为1020V±5%。

4、接地保护

第一转向架供电单元由接地继电器97KE进行保护；第二转向架供电单元和励磁回路由98KE进行保护。

动作后接通跳主断电路，使主断路器4QF分闸。

97KE和98KE为有源保护（线圈的一端接控制电源110V的正极），全区域保护，动作值为18V。

193R、194R为限流电阻；191R和197C、192R和198C抑制97KE和98KE动作线圈两端因接地故障时引起的尖峰过电压。

95QS和96QS的作用在于当确认一点接地时且故障不能急时排除又需维持运行，将其至“故”位，使接地继电器和主电路隔离，接地继电器不再动作而由主断路器保护（在此过程中司机必须加强走廊巡视）。

195R和196R（7.5kΩ）和主电路相连，接地电流经此流至“地”。

97KE或98KE动作后，接通主断路器分闸电路，使主断路器4QF分闸，并且其联锁接点接通信号显示电路，在司机台上显示相应接地信号，当故障消除后，信号仍不能熄灭，只有通过主断路器“合”按扭时的恢复电路环节，使接地继电器上的恢复线圈短时得电，将指示杆吸入，继电器恢复正常状态，司机台上接地信号消失。