毕业设计（论文）-SS3B、SS4改主辅电路的比较.doc

SS3B、SS4改主辅电路的比较学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）摘要随着铁路提速和运营生产的市场化,机车运行负荷逐年增加,为了有效保证机车的运行安全,机车检修必须从定期维修向状态维修转变,以提高机车检修的速度和质量,降低机车检修成本,更重要实现检修自动化、数字化,完成对机车检修数据进行有效的记录管理,建立机车关键设备的状态参数数据库,从而实现对机车状态有效控制.机车辅机试验台便是负责对直流电机、交流电机、劈相机等机车辅机综合性能的试验检修测试的设备之一.为适应机车检修水平现代化的发展步伐,本文研究设计了基于PLC和触摸屏技术控制的机车数字化辅机试验台,作为常规的手动开关和继电器控制试验台的升级换代产品,通过人机界面(HMI)触摸屏完成对直流电机、交流电机、劈相机的试验检测操作.要求本试验台可以动态显示试验对象参数和故障状态,自动存储试验结果,实时打印文字图表,有多种表达形式的试验记录和故障信息,有自动保护功能、预置参数功能、信息实时上传和下载功能.同时,试验台增加了密级和登记操作管理等智能化功能,实现记名记车检修,从而有效提高辅机试验的自动化程度和机车检修生产管理水平.现场安装试验表明,该系统操作简便,可靠性高,具有重要的推广应用价值.Ss3b电动机的主辅电路和ss4改电动机电路的比较。本文章重点从这两个方面进行阐述。为进一步的电路比较提供了参考。关键字：主辅电路；制动方式；工作原理；控制电路- 1 -SS3B、SS4改主辅电路的比较目录摘要- 1 -引言11.绪论21.1SS3B型电力机车21.1.2机车主要参数21.2中国铁路韶山3B(SS3B)型电力机车-改进31.3 SS3B型电力机车的特点31.4SS4改电力机车41.5 SS4改型电力机车特点52.SS3B、SS4改主电路的比较62.1SS3B主电路的特点分析62.1.1机车主要性能特点62.1.2技术特点72.2SS4改主电路的分析及特点82.2.1网侧高压电路及其特点82.2.2整流调整电路82.2.3牵引供电电路92.2.4加馈电阻制动电路112.2.5PFC电路122.2.6保护电路133.SS3B、SS4改辅助电路的比较153.1SS3B辅助电路的特点分析153.1.1交流辅助机组工作原理153.2SS4改辅助电路223.2.1.单一三相供电系统223.2.2三相负载电路233.2.3单相负载电路243.2.3保护电路243.3辅机过载保护装置故障处理26结束语27致谢28参考文献29I西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）引言电力机车辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，是提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等。机车辅助电源系统由三相交流辅助电源和直流电源系统组成。早期的电力机车三相交流辅助电源装置采用旋转劈相机方式，这种电源装置体积大、重量重、响应性差、效率低、噪声大，故障率高，需经常检查、维修。随着电力电子和开关器件的发展，采用IGBT的新型辅助逆变系统正在替代传统的劈相机三相交流系统。辅助逆变系统不仅为机车各辅助电机提供对称三相电源，同时可满足辅助电机软启动、软制动，不受电网波动影响。为防止因辅助供电设备故障而影响机车正常运行，辅助逆变系统同时设置各种故障保护及冗余功能。机车直流电源系统主要由整流装置、蓄电池组成，为机车的控制系统及照明系统等提供所需直流电源，为蓄电池充电，在升弓前或高压设备、牵引变压器故障时，由蓄电池给上述设备供电。1.绪论1.1SS3B型电力机车SS3B型电力机车由两节完全相同的六轴机车通过机械、电气和制动空气管路采用固定重联方式，组成一个完整的十二轴重载货运机车，可在其中任意一节机车的司机室内对全车进行统一控制。两节机车亦可分开，作为一台六轴机车独立应用。每节机车均是在SS3型机车基础上，取消一个司机室。机车增加了列车控制网络（TCN）系统，不但减少了大量的硬联线，而且机车各主要部件的工作状态和故障信息均可在彩色液晶显示屏上显示，因此，提高了机车的先进性、可靠性以及使用与维修的方便性。机车设备布置与通风系统以单节车为单元。每节车划分为如下七大区域，即司机室、1号辅助室、1号高压室、变压器室、2号高压室、2号辅助室、3号辅助室、车顶设备和车下设备等。司机室设在每台机车的两端，重联端未设司机室。司机室主体结构和司机室内设备布置与SS4改机车规范司机室基本一样。最前端布置有操纵台，操纵台上设有司控器、制动机、各种仪表、开关和指示灯以及彩色液晶显示屏。操纵台右柜内布置有重联控制器。司机室顶部还装有空调装置。SS3B型机车主电路与SS3机车相比，增加了高压连接器、高压隔离开关、网压表、降压变压器、高压变压器、高压互感器用自动开关。受电弓、真空断路器均采用进口产品。辅助电路则每节机车压缩机采用一台螺杆式压缩机。采用三极自动开关代替辅保装置，保护辅机过流。机车控制电路与SS3型机车相比，机车控制采用了LCU、微机柜和网络控制技术。1.1.2机车主要参数额定功率：24800kW持续牵引力：2317.8kN启动牵引力：2470.9kN持续速度：48km/h最大速度：100km/h调压方式：晶闸管不等分三段半控桥平滑调压整流方式：单相不等分三段桥全波整流电制动功率：24000kW机车总重：2138t轴荷重：23t制动方式：加馈电阻制动控制方式：恒流准恒速控制轴式：2(C0-C0)传动方式：交直传动1.2中国铁路韶山3B(SS3B)型电力机车-改进SS3B型电力机车是在吸收国外先进技术的基础上，对SS3型机车进行了重大技术改造后而派生出的新型相控六轴干线电力机车，它具有以下特点： 1、 取消了中央支承牵引装置，采用低牵引平拉杆，降低了转向架与车体的牵引点高度，减少了轴重转移，并使每个转向架内各轴负荷均匀，提高了机车粘着利用系数。2、取消调压开关， 改为晶闸管不等分三段相控桥平滑调压。主变压器改为两个独立绕组，与两台整流器配合工作，分别对两个转向架独立供电。可实现恒流限速，轴重转移电气补偿，并加装了新型防空转装置，使机车粘着得以更充分利用。 3、取消两极电阻制动转换，采用加馈电阻制动，提高了低速区电制动性能，在 19km/h时，仍具有最大制动力（309kN）使列车在长大下坡道上仍可以较高速度运行。1.3 SS3B型电力机车的特点1、主电路为不等分三段半控桥式电路，采用晶闸管相控无级调压，恒流准恒速控制和加馈电阻制动。2、牵引电机采用具有补偿绕组的脉流串励四极电机，小时功率4800KW，为SS1机车的114%。3、转向架为C0式，采用不等轴距，平拉杆牵引装置及弹性轴箱拉杆。4、车体为框式整体承载结构，车内设备斜对称布置，采用大面积立式百叶窗车体通风方式。5、支承装置为全旁承式，叠片式橡胶弹簧旁承，并配有横向液压减振器。 1.4SS4改电力机车SS4改型电力机车是我国第三代电力机车的前驱产品，是在SS4型机车技术的基础上改进而成的8轴重载货运电力机车，93年起投入批量生产。该型机车遵循我国电力机车标准化、系列化、简统化的设计原则，大量应用了国外8K、6K、8G等机车的先进技术。SS4改型电力机车全长约32m，总功率6400kW，最高速度100km/h，起动牵引力628kN。它由两节完全相同的4轴电力机车通过内重联环节连接组成，每节车为一个完整系统，可在其中任一节车的司机室对全车进行统一控制,每节车有一个司机室，两节车通过中间走廊连通。两节车也可分开，作为一台四轴机车独立运用，SS4改机车具有外重联功能。机车主传动采用传统的交一直传动方式。转向架采用中央低位斜拉杆推挽式牵引装置，稳定性好、粘着率高；牵引电机采用ZD105型800kW脉流牵引电机，轴悬式双侧斜齿传动；采用有限元法优化设计的整体承载式车体结构，可承受2450kN的静压力时无永久变形，采用大顶盖结构，可以采用预布线和预布管工艺；机车主电路为不等分三段半控桥式电路，转向架独立供电，采用晶闸管分路的无级磁场削弱电路，可实现全运行区无级调速特性；机车设有空转、滑行保护装置和轴重转移补偿环节。在机车接收到空转信号时，先发出撒砂指令，以增加粘着。若空转仍然存在，则使电机自动减载，使机车恢复粘着。轴重转移补偿时，在电机电流大于额定流时进行补偿，在额定电流与起动电流之间补偿呈线性关系，最高补偿为5%；机车设有功率因素补偿装置，具有较高的功率因素和较小的谐波干扰电流，可大大改善电网的供电质量。机车设备布置采用双边走廊，分室斜对称布置，设备屏柜化、成套化等优点，使机车内部结构紧凑，接近容易，维修方便。韶山4改进型电力机车，代号SS4G。是在SS4、SS5和SS6型电力机车的基础上，吸收了8K机车一些先进技术设计的。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215200mm，轴式2（B0-B0），电流制为单相工频交流。由大同机车厂制造。用途：干线货运轴式：2(Bo-Bo)传动方式：交直传动持续功率：23200kW持续速度：51.5km/h持续牵引力：450kN最高速度：100km/h最大牵引力：628kN整备重量：292t首台投产年代：1993.91.5 SS4改型电力机车特点、机车持续功率，两节重联结构，轴列式为（00），并可用两台机车（节）重联运行。、采用不等分三段半控桥晶闸管相控调压。、大功率、整流管与晶闸管的应用。、采用加馈电阻制动（具有机车持续速度以下保持最大恒制动力的最良好的低速制动性能）。、采用功率因数补偿和三次谐波滤波装置，提高了功率因数，降低了谐波分量。、采用强迫自导向油循环和全铝板翅式油散热器，全去耦式新型主变压器。、具有空转滑行保护装置和轴重转移补偿装置，大大提高了机车粘着牵引力的发挥。、采用包含牵引控制、电制动控制、功率因数补偿控制、轴重转移补偿控制、空转滑行保护控制、空电联合制动控制等多功能的电子控制装置。、机车牵引、制动特性采用恒流准恒速控制，无级调速特性，级磁场削弱控制。、采用转向架牵引电机并联的独立供电调压整流电路，按独立电路设置过流、过压、接地保护装置。、型空气制动机的改进具有空电联合制动功能。、0转向架采用单元基础制动器， 推挽式低位斜杆牵引。、车体整体承载结构。采用预布线、预布管结构方式，中间通道具有自动关门器。 2.SS3B、SS4改主电路的比较2.1SS3B主电路的特点分析2.1.1机车主要性能特点2.1.1.1机车起动和牵引能力强由于机车功率大，粘着重量也大，所以，机车起动和牵引能力强。机车在4的直线坡道上可停坡起动10000t货物列车，并可按54km/h的均衡速度运行。机车在6的直线坡道上可停坡起动6000t货物列车，并可按64km/h的均衡速度运行。2.1.1.2机车技术先进机车控制系统采用了列车通讯网络先进技术，它将中央控制单元（CCU）、微机柜（TPW）、彩色液晶显示屏（DISP）、机车综合监测装置（TAX2）、逻辑控制单元（LCU）、制动逻辑控制装置（DKL）通过车辆总线MVB联络成通讯网络，并通过列车总线WTB将两节车的信息通过通讯网络联结起来。2.1.1.3机车可靠性高、互换性强、使用与检修及维护方便机车司机室设彩色液晶显示屏，机车主要设备的工作状态、故障信息均可在显示屏上显示，并可用便携式数据采集器通过LUC采集各种有关数据，因此，机车的使用与检修及维护方便；机车主要配件变压器、劈相机、平波电抗器、通风机、牵引电机等均与SS3型机车一样，有较好的通用互换性。2.1.2技术特点(1)、主电路为主变压器低压侧级间平滑调压、双拍全波桥式整流。由于采用调压开关与晶闸管相控相结合的级间平滑调压，加之采用恒流限制控制，使机车具有较好的加速特性。(2)、机车小时制功率为4800kW(持续制为4350kW)，比SS1型机车功率提高14.3%，因此机车具有较大的牵引力。机车轮周电制动功率达4000kW，比SS1型机车屯阻制动功率提高25%。两级电阻制动改善了机车低速工况下的制动能力。(3)、主变压器型号为TBQ3-7000/25，额定容量为6925kVA，牵引绕组电压为1111V+277.8Vx4的基本绕组和调压绕组二者组成，冷却方式为强迫油循环风冷。(4)、TKT3-3300/2200型调压开关与SS1型电力机车用调压开关结构相似，由于级间与晶闸管相控配合，因此对触头的开闭逻辑角度要求高，对相应零部件制造和开关组装精度要求高。(5)、TGZ3-3300/1550变流装置由整流二极管和晶闸管构成桥式整流电路，并兼具级间平滑调压功能。它只需要少量晶闸管就可以达到级间平滑调压的作用，使机车具有多段桥特性，从而提高机车功率因数。(6)、具有最早批量装车、技术比较成熟的第一代机车电子控制柜。它包括110V稳压电源系统及主回路级间相控电子系统等，其中有电子插件30块。(7)、采用小时制功率为800kW，具有补偿绕组、串励、4极的ZQ800-1型脉流牵引电动机，额定电压为1550V，持续制电流为495A。(8)、全车配有2台TZZ4型立式制动电阻柜，额定发热功率为2xl900kW。通风机将车体下的空气通过铁丝网吸迸过渡风道，经过冷却电阻带，然后从车顶吹出。平时电阻柜顶部的铝合金百叶窗是关闭的，防止雨雪及其他异物进入电阻柜，制动时气缸连杆将百叶窗打开。(9)、转向架的特点是一系采用轴箱螺旋钢弹簧与弹性定位拉杆悬挂结构，二系采用全旁承橡胶堆简单悬挂结构，采用中心销式传递牵引力的方式，轴箱轴承采用能承受轴向和径向的滚动轴承，牵引电机采取抱轴式悬挂、双侧刚性斜齿传动方式，构架受力和结构趋于合理。(10)、为了便车体减轻自重、满足轻量化要求，同时又增加结构的刚度和强度，传统的底架承载结构型式已不能满足要求，而代之以框架式整体承载结构形式。侧墙百叶窗是车内设备通风冷却的迸风窗口，百叶窗采用竖式结构，过滤除尘效果较好，外形美观大方。2.2SS4改主电路的分析及特点2.2.1网侧高压电路及其特点网侧高压电路的主要设备有受电弓lAP、空气断路器4QF、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、避雷器5F、主变压器8TM的高压(原边)绕组AX、PFC用电流互感器109TA，以及二节车之间的25kV母线用高压联接器2AP。低压部分有自动开关102QA、网压表103PV、电度表105PJ、PFC用电压互感器100TV，以及接地电刷110E、120E、130E和140E。这些电器设备所组成的电路主要用于检测机车网压和提供电度表用的电压信号。与以往的机车相比，该电路具有如下特点：1在25kV网侧电路中，加设了新型金属氧化物避雷器5F，以取代以往的放电间隙，作过电压和雷击保护。2在受电弓与主断路器之间，设置有网侧电压互感器(25kV100V)，便于司机在司机室内掌握受电弓的升降状况和网压的大小。3为提高机车的可靠性，实现机车的简统化、通用化设计，采用了传统的受电弓、空气断路器和网侧高压电压互感器。4增设有PFC控制用电压、电流互感器。2.2.2整流调整电路为实现转向架独立控制方式，每节车采用二套独立的整流调压电路，分别向相应的转向架供电。牵引绕组a1blxl和a2一x2供电给主整流器70V，组成前转向架供电单元；牵引绕组a3b3一x3和a4一x4供电给主整流器80V组成后转向架供电单元。以前转向架单元为例，整流电路为三段不等分整流调压电路。其中各段绕组的电压为：Ua2x2Ua1x12Ua1b12Ub1x1695V三段不等分整流桥的工作顺序如下所述：首先投入四臂桥，即触发T5和T6，投入a2一x2绕组。T5、T6、D3和D4顺序移相，整流电压由零逐渐升至Ud/2(Ud为总整流电压)，D1和D2续流。在电流正半周时，电流路径为a2D371号导线平波电抗器电机72号导线D1T6x2a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2T571号导线平波电抗器电机72号导线D2D1D4a2x2。当T5和T6满开放后，六臂桥投入。第一步是维持T5和T6满开放，触发T1和T2，绕组al、bl投入。电源处于正半周时，电流路径为a2D371号导线平波电抗器电机72号导线T2b1a1D1T6x2a2；当电流处于负半周时，电流路径为x2T571号导线平波电抗器电机72号线D2a1b1T1D4a2x2。此时，T1、T2、D1和D2顺序移相，整流电压在(1/23/4)Ud之间调节。当T1和T2满开放后，T1、T2、T5和T6维持满开放，并触发T3和T4、blxl绕组再投入。T3和T4顺序移相，整流电压在(3/41)Ud之间调节。当电源处于正半周时，电流路径为a2D371号导线平波电抗器电机72号导线T4x1a1D1T6x2a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2T571号导线平波电抗器电机72号导线D2a1x1T3D4a2x2。在整流器的输出端还分别并联了两个电阻75R和76R，其电阻的作用有两个：一是机车高压空载做限压试验时，作整流器的负载，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。2.2.3牵引供电电路机车的牵引电路，即机车主电路的直流电路部分。机车牵引供电电路，采用转向架独立供电方式。第一转向架的第一台牵引电机1M与第二台牵引电机2M并联，由主整流器70V供电；第二转向架的第三台牵引电机3M与第四台牵引电机4M并联，由主整流器80V供电。两组供电电路完全相同且完全独立。牵引电机支路的电流路径基本相同，现以第一牵引电机支路为例加以说明：其电流路径为正极母线71平波电抗器11L线路接触器12KM电流传感器111SC电机电枢位置转换开关的“牵制”鼓107QPR1位置转换开关的“前“后鼓107QPV1主极磁场绕组107QPV1牵引电机隔离开关19QS107QPR1负极母线72。与主极绕组并联的有固定分路电阻14R、一级磁削电阻15R和接触器17KM、二级磁削电阻16R和接触器18KM。14R与主极绕组并联后，实现机车的固定磁削级，其磁削系数为096。通过接触器17KM的闭合，投入15R，实现机车的I级磁削级，其磁削系数为070。通过接触器18KM的闭合，投入16R，实现机车的级磁削级，其磁削系数为054。当17KM和18KM同时闭合时，15R和16R同时投入，实现机车的级磁削级，其磁削系数为045。由于两轴转向架两台牵引电机为背向布置，其相对旋转方向应相反。以第一转向架前进方向为例，从1M电机非整流子侧看去，电枢旋转方向应为顺时针方向；从2M电机非整流子侧看去应为逆时针旋向。同样，第二转向架3M电机为顺时针方向，4M电机为逆时针方向。由此，各牵引电机的电枢与主极绕组的相对接线方式是：1M：A11A12D11D122M：A21A22D22D213M：A31A32D31D324M：A41A42D42D41上述接线方式为机车向前方向时的状况。当机车向后时，主极绕组通过“前“后”换向鼓反向接线。牵引电机故障隔离开关19QS、29QS、39QS和490s均为单刀双投开关，有上、中、下三个位置。上为运行位，中为牵引工况故障位，下为制动工况故障位。当牵引电机之一故障时，将相应牵引电机故障隔离开关置中间位，其相应常开联锁接点打开相应线路接触器，该电机支路与供电电路完全隔离。若误将隔离开关置向下位，则由于线路接触器已打开，虽然无电流，但导线14与16或24与26或34与36或44与46之一相连，故障电机在电位上并不能与主电路隔离，若为接地故障，则仍会引起接地继电器动作。库用开关20QP和50QP为双刀双投开关。在正常运行位时，其主刀与主电路隔离，其相应辅助接点接通受电弓升弓电磁阀，方可升弓；在库用位时，其主刀将库用插座30XS或40XS的库用电源分别与2M电机或3M电机的电枢正极引线22或32及总负极72或82连接，其辅助接点断开受电弓升弓电磁阀的电源线，使其在库用位时不能升弓。只要20QP或50QP之一在库用位，即可在库内动车。同时，通过相应的联锁接点可分别接通12KM和22KM或32KM和42KM，从而使1M或4M通电，以便于工厂或机务段出厂试验时试电机转向、出入库及旋轮。空载试验转换开关10QP和60QP为叁刀双投开关。当机车处于正常运行位时，10QP和60QP将1位和4位电压传感器112SV和142SV分别与1M和4M的电枢相连，其相应辅助接点接通12KM、22KM、32KM和42KM的电空阀；当机车处于空载试验位时，10QP和60QP将112SV和142SV分别与主整流器70V和80V的输出端相连，同时短接76R和86R，其相应辅助接点断开线路接触器12KM、22KM、32KM和42KM的电空阀电源线，使10QP或60QP置于试验位时电机与整流器脱开，确保空载试验时的安全性。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，其作用除提供电子控制的电机电流与电压反馈信号外，还通过电子柜处理之后，作为司机台电流表与电压表显示的信号检测。直流电压传感器设置在电枢两端，它有两个优点：一是在牵引与制动时，司机台均能看牵引电机电压；二是两台并联的牵引电机之一空转时，电枢电压的反应较快。另外，取消了传统的电机电流过流继电器，电机的过流信号由直流电流传感器经电子柜发出，而进行卸载或跳主断。牵引电机过流保护整定值为1300A+5%。2.2.4加馈电阻制动电路SS4改型电力机车与其它机型的主要不同之处是采用了加馈电阻制动电路，主要优点是能够获得较好的制动特性，特别是低速制动特性。加馈电阻制动又称为“补足电阻制动，它是在常规电阻制动的基础上而发展的一种能耗制动技术。根据理论分析可知，机车轮周制动力为B=CIz(N)式中C机车结构常数；电机主极磁通(Wb)；Iz电机电枢电流(A)。在常规的电阻制动中，当电机主励磁最大恒定后，电枢电流Iz随着机车速度的减小而减小。因此，机车轮周制动力也随着机车速度的变化而变化。为了克服机车轮周制动力在机车低速区域减小的状况，加馈电阻制动从电网中吸收电能，并将该电能补足到，Iz中去，以此获得理想的轮周制动力。机车处于加馈电阻制动时，经位置转换开关转换到制动位，牵引电机电枢与主极绕组脱离与制动电阻串联，且同一转向架的二台电机电枢支路并联之后，与主整流器串联构成回路。此时，每节车四台电机的主极绕组串联连接，经励磁接触器、励磁整流器构成回路，由主变压器励磁绕组供电。现以1M电机为例，叙述一下电路电流的路径：1当机车速度高于33kmh时，机车处于纯电阻制动状态。其电流路径为71母线11L平波电抗器12KM线路接触器111SC电流传感器1M电机电枢107QPR1位置转换开关“牵”一“制”鼓13R制动电阻73母线3D4D371母线。2当机车速度低于33kmh，机车处于加馈电阻制动状态。当电源处于正半周时，其电流路径为a2D371母线11L平波电抗器12KM线路接触器111SC电流传感器1M电机电枢107QPR1位置转换开关“牵”“制鼓13R制动电阻73母线T6x2a2；当电源处于负半周时，其电流路径为x2T571母线11L平波电抗器12KM线路接触器111SC电流传感器1M电机电枢107QPR1位置转换开关“牵一“制鼓13R制动电阻73母线D4a2x2。加馈电阻制动时，主变压器的励磁绕组a5x5经励磁接触器91KM向励磁整流器99V供电，并与1M4M电机主极绕组串联，且励磁电流方向与牵引时相反，由下往上。从励磁整流器的输出端开始，其电流路径为91母线199SC电流传感器90母线107QPR1位置转换开关“牵”“制鼓19QS107QPV1D12D11107QPV114母线107QPR229QS107QPV2D21D22107QPV224母线108QPR449QS108QPV4D41D42108QPV444母线108QPR339Qs108QPV3D32D3192KM励磁接触器82母线。负极母线82为主整流器80V与励磁整流器99V的公共点，由此形成两个独立的接地保护电路系统。第一转向架牵引电机1M和2M电枢、制动电阻及主整流器70V，组成第一转向架主接地保护系统，由主接地继电器97KE担负保护功能；第二转向架牵引电机3M和4M电枢、制动电阻及主整流器80V、励磁整流器99V组成第二转向架主接地保护系统，由主接地继电器98KE担负保护功能。制动工况时，当一台牵引电机或制动电阻故障后，应将相应隔离开关置向下故障位，则线路接触器打开，电枢回路被甩开，主极绕组无电流但有电位。为了能在静止状况下检查加馈制动系统是否正常，机车在静止时，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)。机车在此加馈制动电流的作用下，将有向后动车的趋势，这一点应引起高度重视，以利机车安全。2.2.5PFC电路SS4改型电力机车主电路设置有四组完全相同的PFC装置。该装置是通过滤波电容和滤波电抗的串联谐振，以降低机车的三次谐波含量，提高机车的功率因数。它主要由真空接触器(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。机车采用的电磁式真空接触器具有接通、分断能力大、电气和机械寿命长等优点。在电路中，采用该真空接触器的作用和目的主要有二点：一是当无触点晶闸管开关被击穿重燃时，利用其分断能力大的优势起电路的保护作用；二是采用该真空接触器之后，可简化机车的控制系统和机车的结构设计。在PFC电路中设置有故障隔离开关，在PFC电路出现接地时做隔离处理用。当故障隔离开关处于故障位时，一方面使PFC电路与机车主变压器的牵引绕组完全隔离；另一方面，通过其辅助联锁控制真空接触器主触头分断。同时，其主闸刀还将对电容器进行放电。为确保人身安全，当司机取出司机钥匙时，因在每组PFC电路中的滤波电容和滤波电抗上并联了一个低阻(800)，使得滤波电容上的电压能够快速放电。该电阻的投入是靠一高压继电器(116KM、126KM、156KM和166KM)来实现的。2.2.6保护电路SS4改型电力机车主电路保护包括：短路、过流、过电压及主接地保护等四个方面。现分述如下：2.2.6.1短路保护当网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA原边过流继电器101KC，使主断路器4QF动作，实现保护。其整定值为320A。当次边出现短路时，经次边电流互感器176TA、177TA、186TA及187TA电子柜过流保护环节，使主断路器4QF动作，实现保护。其整定值为3000A+5。在整流器的每一晶闸管上各串联一个快速熔断器，实现元件击穿短路保护之用。2.2.6.2过流保护考虑到牵引工况和制动工况时，牵引电机的状况不同，牵引电机过流保护的整定值和保护方式设置也不同。在牵引工况时，牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器111SC、121SC、131SC和141SC电子柜主断路器来实现的，其整定值为1300A+5。在制动工况时，牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器111SC、121SC、131SC和141SC电子柜励磁过流中间继电器559KA励磁接触器91KM来实现的。其整定值为1000A土5。此外，在制动工况时，还设有励磁绕组的过流保护，它是通过直流电流传感器199SC电子柜励磁过流中间继电器559KA励磁接触器91KM来实现的。其整定值为1150A5%。2.2.6.3过电压保护机车的过电压包括：大气过电压、操作过电压、整流器换向过电压和调整过电压等。大气过电压的保护主要采用两种方式：一是在网侧设置新型金属氧化物避雷器5F；二是在各主变压器的各次边绕组上设置RC吸收器。牵引绕组上的RC吸收器由71C与73R、72C与74R、81C与83R、82C与84R构成；励磁绕组上的C吸收器由93C与94R构成；辅助绕组上的RC吸收器由255C与260R构成。当机车主断路器4QF打开或接通主变压器空载电流时，机车将产生操作过电压，通过网侧避雷器5F和牵引绕组上的RC吸收器能够对此操作过电压进行限制。机车的主整流器70V和80V、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，以抑止整流器的换向过电压。另外，牵引电机的电压由主整流器进行限压控制，其限制值为1020V5。2.2.6.4接地保护牵引工况下，每“转向架供电单元”设一套接地保护系统，除网侧电路外，主电路任一点接地时，接地继电器均动作，无“死区。接地继电器动作之后，通过其联锁使主断路器动作，实现保护。制动工况下，具有两套独立回路，励磁回路属于第二回路。为消除“死区”，回路各电势均为相加关系。为此，励磁电流方向与牵引时相反，改为由下而上，故电枢电势方向亦相反，改为下正上负。当制动工况发生接地故障时，接地继电器动作，通过其联锁使主断路器动作，实现保护。第一转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器97KE、限流电阻193R、接地电阻195R、隔离开关95QS、电阻191R和电容197C组成；第二转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器98KE、限流电阻194R、接地电阻196R、隔离开关96QS、电阻192R和电容198C组成。其中191R与197C、192R与198C是为了抑止97KE或98KE动作线圈两端因接地故障引起的尖峰过电压而设置的。95QS和96QS的作用在于当接地故障不能排除，但仍需维持故障运行时，通过将其置故障位，使接地保护系统与主电路隔离，接地继电器不再动作而跳主断路器。此时，195R或196R与主电路相连，接地电流经此流至“地”。3.SS3B、SS4改辅助电路的比较3.1SS3B辅助电路的特点分析3.1.1交流辅助机组工作原理3.1.1.1异步劈相机工作原理异步劈相机是一种结构特殊，用途特殊的三相余部电机。实一种能实现单-三相变换的一度电机，用于一切由单相电源供电，而又以三相异步电机为负载的场合。在单相工频交流电力机车的辅助系统中，异步劈相机用来将主变压器辅助绕组供给的单相电源“劈成”三相，向辅助系统所有三相异步电机供电。异步劈相机的工况当定子绕组UOV接至单相电源时，单相电流IP由U相流入，从V相流出，该电流产生的磁场可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁场，分别成为正序旋转磁场和负序旋转磁场。当劈相机转子静止不动时，这两个旋转磁场在转子导体中感应出两个大小相等、方向相反的电动势和电流，而产生两个大小相等、方向相反的电磁转矩，其合成起动转矩为零，故劈相机不能自行起动，这是劈相机的一个特点，也是一个缺点。因此，如何经济、可靠地实现劈相机的起动，是劈相机运行中必须首先解决的问题。如果某种方法使劈相机的转子动起来，不达到额定转速n，那么和转子转向一致的定子正序磁场与转子的相对速度很小，而转子转向相反的定子负序磁场与转子的相对速度约为两倍同步转速，定子负序磁场切割转子导体，在转子导体中感应出数值较大，且频率为接近两倍电网频率的转子负序电动势和电流。由于转子漏抗的显著增大，是转子负序电流在相位上滞后于转子负序电动势90电角度，从而使转子负序电流建立的磁场几乎抵消了定子负序磁场，气隙中的剩余负序磁场很微弱，这种现象称为转子的阻尼作用。一异步电机的这种阻尼作用正是异步电机具有劈相机功能的基础。因此，当劈相机转子以额定转速转动时，可以认为气隙中只有正序磁场和正序磁通。当劈相机转动起来以后，若劈相机不予与外界电负载相连，称为劈相机空载工况。这时劈相机气隙中的正序磁场和磁通有两个作用：一是正序磁场和转子导体内感应的正序电流相互作用产生电磁转矩，用以克服转子的机械阻转矩及转子负序电流产生的电磁阻转矩，驱使转子沿着正序磁场的方向继续维持转动，这时劈相机实际上是作为一台单相异步电动机运行；二是正序磁场切割定子三相绕组，感应出三相电动势，从劈相机的三相负载端来看，它又是三相发电机，因此，从这两方面作用来看，劈相机是一台单相异步电动机和三相异步发电机的组合体，既可以在它的轴上接上机械负载，又可以在它的U、V、W三相输出端接上电负载。图2-1当劈相机与三相电负载接通后，因U、V两相负载直接与单相电源相连，不需要经过劈相机即可直接从单相电源获得负载电流IUM和IVM。W相负载电流IWM则由劈相机的W相提供，因为当电网W相缺相时，劈相机的W相电动势高于W相端电压，从而使W相电流反相，源源不断地向三相负载输出第三相电流IW，这时电机才真正进入劈相机工况运行。由于专用劈相机的轴上均不带机械负载，故劈相机负载前后的轴输出机械功率是不变的，所以它的气隙正序磁场也应保持不变。但W相输出电流IW产生的单相磁势将使气息磁场发生变化，这就需要从U相和V相输入相应的附加电流IU和Iv，以保持气隙正序磁场不变，而定子的负序磁场将随着W相电流IW的增加而增加，这些新增加的负序磁场同样由定子产生新的负序电流去抵消，仍然保持气息负序磁场几乎为零的特点。用数学关系来表示上述两个物理现象，可把劈相机负载是的钉子三相电流分解成两组：一组是劈相机空载时，仅在U、V相绕组中流过的单相电流，此电流与转子作用产生电磁转矩，以维持转子的继续转动，故称磁电流为电动机电流，习惯上将U、V相扰组成为劈相机的电动相绕组；另一组是劈相机负载后，在三相绕组中重新加入的三相电流Iu、Iv、Iw，该电流与转子作用产生电磁阻绕组。由此可知，当劈相机负载时，在劈相机的发电相绕组中仅有发电机电流IW流过，而在U、V电动阻扰组中同时存在着电动机电流Ip核发电机电流Iu、Iv，所以劈相机负载后的定子三相电流存在一定的关系。因此，劈相机无论是空载工况还是负载工况，其钉子三相电流都是不对称的，这种三相电流的不对称是劈相机负载后三相电压不对称的重要原因之一，这将直接影响辅助电动机的正常运行。如何在劈相机负载后或负载变化是保持其输出三相电压的对称性，也使劈相机运用中必须解决的核心问题之一。上述分析表明：劈相机实质上是一种本身只输出一向电流的异步电机。劈相机工况实际上是三相异步电机在不对称条件下运行的一个特例。异步电机进入劈相机工况一般应具备以下两个条件:电机轴上的机械负载不变；三相电网中W相缺相，使W相电流反相输出。只要具备上述条件，一般的三相异步电动机同样具有劈相机功能。对于多台异步电动机便会自动投入劈相机工况来启动后面的电动机，当后面的电动机完成后，该电机的劈相工况自动结束。异步劈相机的启动方法在单相电网中，劈相机不能自行启动，需采用特殊的启动方法，异步劈相机的启动方法有辅助电动机启动方法和分相启动法两种。辅助电动机启动法是在劈相机的转轴上安装一台辅助电动机，起动时先由辅助电动机劈相机转子转动，待劈相机转速达到一定值时，将劈相机投入单相电网，并切除辅助电动机电源。显然，这种启动方法需要增加设备，而且使劈相机结构复杂、维修困难，故一般都不采用这种方法。分相启动法分为电阻分相启动和电容分相启动两种，电阻分相启动具有线路简单、设备成本低等优点，因而得到广泛的应用，国产韶山系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相启动的方法。为了保证劈相机的可靠启动，应解决以下两个问题。启动电阻值应选择合适，以获得最大的起动转矩。由于启动电阻值的大小对发电相起动电流的幅值和相位影响极大，启动电阻过大或过小都会使两相磁势的合成磁场成为一个幅值变动、非恒速的椭圆型磁场，从而使起动转矩变小，因此，对不同型号的劈相机而言都有一个相应的启动电阻最佳值。控制好切除启动电阻的时刻当劈相机的起动转矩达到最大值时，应及时切除启动电阻，启动电阻切除过早或过晚，对启动电阻和劈相机都是不利的。所以，在劈相机转速低于临界转速，尚未启动起来而过早切除启动电阻，则会因劈相机启动失败，造成定子绕组流过单相大电流而烧损，这种故障习惯上称为“走单相”。反之，当劈相机转速达到最大转矩对应的转速以后，如不及时切除启动电阻，对劈相机和启动电阻也是不利的，这是因为随着转速的增加，流过启动电阻的发电相电流也随之增加，造成启动电阻过热而烧损或阻值增大；同时负序磁场随发电相电流IW的增加而增加，使转子导体中的负序电流增大，转子负序电流与气隙正序磁场相互作用产生100HZ的交变电磁转矩，使劈相机承受强烈的电磁振动。图2-2为了保证劈相机可靠启动和避免劈相机启动过程中有害的电磁振动，韶山系列电力机车上的劈相机是采用专门设计的启动继电器来控制启动电阻的切除时刻，它是根据劈相机在最大起动转矩对应的转速附近发电相电压将会急速增加的特点，正确利用发电相电压Uw与电网电压Uvu比值的变化来控制启动继电器动作，在最大转矩点切除启动电阻，以保证劈相机可靠启动，另外，在劈相机的实际使用时，还应注意以下几点：劈相机只允许空载启动，待劈相机启动完成后，才能逐个接通电动机负载。劈相机停止工作前应先断开电动机负载。劈相机运行中应特别防止接触网突然断电，劈相机转速下降到1200r/min以下不带启动电阻重新启动时，可能造成劈相机“走单相”故障的发生。劈相机启动时间不能太长，在最低网压（19kV）下启动时间不超过15s，在高网压（29kV）下要防止过早切除启动电阻，造成劈相机在低速大电流下单相堵转。在一般情况下，连续启动次数不应超过3次，如仍不能启动，则应查明原因消除故障后，方可再行启动。图2-3异步劈相机三相电压不对称的原因：使用由单相电源和劈相机组成的三相电源时，另一个需要解决的问题是，劈相机负载后如何输出三相电源电压的对称性，以使三相负载得到实际的电压和电流，保证辅助电动机的正常运行。实际上，如果劈相机的定子三相绕组为对称绕组，当劈相机空载时其输出地三相端电压是对称的，而在劈相机负载后，即使负载对称的，其输出三相端电压也是不对称的。此外，没有被完全抵消的气隙剩余负序磁场，也将在定子三相绕组中感应出负序电动势，这就进一步加剧了三相电压的不对称。3.1.1.2空气压缩机在电力机车风源系统中,空气压缩机组是必不可少的主要部件,空气压缩机组的选型及一些具体参数的选择,均与电力机车不同适用范围及实用工况有关,与地面通用型空气压缩机有许多不同之处,如要求结构紧凑,启动频繁,配套电机能适应机车上辅助电路供电特性,空压机冷却风排风口方向满足机车通风系统等。因此,电力机车压缩机的选型,应从以下几个方面考虑。1.2.1压缩机工作方式按工作原理分,压缩机可分为旋转叶片式、活塞式、螺杆式三大系列。旋转叶片式空气压缩机主要是利用叶片旋转过程中,叶片间体积的不断缩小,产生压缩空气。此类压缩机适用于供风量要求较低的车辆,通常是非制动用风(空气弹簧、撒砂、轮缘润滑、门控制),主要有KNORR公司的FZ系列。活塞式压缩机主要是通过曲轴带动活塞连杆机构使活塞在气缸内往复运动,经两级气缸压缩,产生压缩空气。此种压缩机在SS1,SS3,SS7A,SS4等型机车上选用,主要有V-2.4/9型、NPT5型、2-CD型、4VF-3/9型。螺杆压缩机分为单螺杆和双螺杆两大系列。单螺杆压缩机因最高排风压力为0.7kPa,不能用于机车主压缩机。双螺杆压缩机是一种双轴回转式容积式压缩机,电机通过联轴器直接驱动压缩机转子,转子为两个互相啮合的螺杆,具有非对称的啮合型面,并在一个铸铁壳体内旋转,即啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐减小,齿沟内的气体逐渐被压缩,产生压缩空气。此类压缩机在SS7D,SS7E,SS9型机车,“中华之星”高速动车组,“天梭”、“奥星”号交流传动机车上选用,主要有TSA-230系列、SL20-5系列、SL40-2系列。此类压缩机体积小、重量轻、振动及噪声小,是新设计电力机车压缩机选用的主流,在段既有电力机车也有部分开始改造为此类压缩机。1.2.2排气压力压缩机的排气压力一般与总风缸最高工作压力相等,而总风缸压力取决于列车管的压力,目前我国采用的列车管压力为500kPa和600kPa,分别用于货运和客运(或高坡区段的货运列车)两大系统。总风缸与列车管压差对制动机的缓解时间与常用全制动后的再充气时间有影响。我国电力机车主要采用DK-1型制动机,针对此种制动机的特性,我国标准规定电力机车总风缸压力为750900kPa,所以干线机车的空压机额定排气压力定为900kPa,压力范围为750900kPa是较为理想的。利用压缩机超负荷运用特点,可使排气压力提高1.1倍,即最大990kPa。1.2.3压缩机配套电机在以往电力机车上,压缩机绝大多数采用交流电机驱动,由变压器副边绕组供工频单相交流电经劈相机“劈”为工频三相来驱动,因此,其电源不仅受电网电压波动的影响,同时三相系统的不同工况也影响三相供电电压的不对称度,其电源的品质远较地面供电电源差。接触网电压波动范围为-24%16%,而不同工况下的电压不对称度最大可达6%。由此可见对于采用交流供电的电动机的容量选择,不能简单地根据压缩机额定工况下的轴功率除以传动效率和电动机效率来确定,应充分考虑低网压或网压严重不对称工况下,保证压缩机能正常工作。现在新设计的电力机车辅助系统供电方式大都采用辅助逆变器供电,所以空压机配套的电机必须适应逆变器特性。3.1.1.3异步电动机电动机是把电能转换成机械