1、SS9G型电力机车主辅电路分析主电路分析一 . 主电路的特点SS9型电力机车主电路如附图 1所示。电路具有以下特点：1.主传动型式采用交 -直传动和串励式脉流牵引电动机，调速特性控制简单。2.整流调压与磁场削弱采用三段不等分半控整流桥无级调压，其中一段占 1/2 的整流 电压，另两段占另 1/2 的整流电压。前者用于低速区，而后者用于高速区，以提高高速 区的功率因素。机车采用晶闸管分路来达到无级磁场削弱，可提高列车高速运行时的平 稳性。机车在整个调速区间均是无级的。3.电制动方式电制动采用加馈电阻制动，在低速区可以有较大的制动力。4.牵引电动机供电方式采用转向架独立供电方式， 即每台转向架有三
2、台并联的牵引电动机，由一组整流器供电。优点是当一台转向架的整流电路故障时，可保持 1/2 的牵引能力，实现机车故障运行；前后两个转向架可进行各架轴重转移电气补偿，即对前转向 架减荷后转向架增荷，以充分利用黏着，发挥最大牵引能力；实现以转向架供电为基础 的电气系统单元化供电控制系统，装置简单。5.测量系统直流电流和电压的测量均采用霍尔传感器， 交流电流和电压的测量采用交 流互感器，使高压电路与测量控制系统隔离，以利与司机安全，并且使控制、测量、保 护一体化，同时提高了控制精度。6.保护系统机车采用双接地保护，每一台转向架电气回路单元各接一台主接地继电 器，以利于查找接地故障。二. 主电路的构成（
3、一） 网侧电路网侧电路见图 3-1。其主要功能是由接触网取得电能，因而属于 25KV 电路。网侧电路 又称高压电路，在主变压器绕组 AX 的 A 侧为高压部分，主要设备有受电弓 1 2AP 、高压 隔离开关17QS、18QS、真空断路器4QF、高压电压互感器 6TV、高压电流互感器 7TA、避 雷器5F、主变压器的高压绕组 AX。低压部分有：电流互感器9TA、网压表103PV、104PV、电度表105PJ、自动开关102QA、 接地碳刷 110E160E 及变压器 100TV。网侧电流从接触网流入升起的受电弓， 经主断路器4QF、高压隔离开关17QS（或18QS）、主变压器的高压绕组 （AX
4、）进入车体， 通过车体与转向架的软连线、 接地电刷 110E160E、 轮对、钢轨，返回变电所。高压电压互感器 6TV 接在主断路器主触头之前，在其二次侧通 过保护用自动开关 102QA，接有安装与司机室内的网压表 103PV、104PCV，电度表105PJ的电压线圈。升起受电弓，就可判断接触网是否有电。在接地端 X 处，接有交流电流互感器9TA （ 300A/5A），为电度表提供电流信号。在主断隔离开关与主阀之间接有避雷器 5F，用于抑制操作过电压及运行时的雷击过电 压。高压电流互感器 7TA 是原边电流的测量装置，其作用为原边的过流保护。高压隔离开 关 17QS、 18QS 用于隔离故障受
5、电弓。（二） 整流调压电路整流调压电路分为两个独立的单元， 分别向相应的转向架供电。 现以其中一个调压供电 单元，说明其调压过程。图 3-1 网侧电路原理图图3-2为I端转向架单元的整流调压简化电路。牵引绕组 al-bl-xl、a2-x2电压有效值均为686.8V，其中a1-b1、b1-x1为343.4V ,与相应的整流器构成三段不等分整流桥。先开放由牵引绕组 a2-x2 供电的整流桥的晶闸管 T5、 T6 ，顺序移相，整流电压由零逐渐升至1/2Ud。整流电流由二极管 D1、D2和D5、D6续流。在电源正半周时，电流由牵引绕组a2 T5 t D1 t导线71平波电抗器宀牵引电动机电枢宀主极绕组
6、宀导线 72宀D5宀D4tx2ta2,当电源负半周时，电流由牵引绕组 x2t D3t D2t D1 t导线71t平波电抗器t牵引电动机电枢t主极绕组t导线 72t D6tT6t a2Tx2。这时第二段桥的元件交替导电，第一段桥的整流管 D1、D2起续流作用。当晶闸管 T5、 T6 将满开放，但还未满开放时，投入绕组 a1-b1 段的整流桥，触发 T1、 T3，而T5、T6继续维持满开放。当电源为正半周时，若在相控角 a时触发T3,则电流由alT D1 t导线 71t平波电抗器t牵引电动机电枢t主极绕组t导线 72tD5 tD4tx2t a2tT5tT3tblTal。当电源为负半周时， 则电流由
7、blTT1t导线71t平波电抗器t牵引电动机电枢T主极绕组T导线 72t D6tT6ta2Tx2tD3tD2talTbl。与前面不同的是 T1、D2 导通， T3、 D1 截止。 T1、 T3 顺序移相，整流电压在 1/2Ud 至 3/4Ud 之间调节。图 3-2 整流调压电路简化原理图当绕组 a1-b1 段整流桥将满开放时，投入绕组 b1-x1 段的整流桥，其过程与前类相似。T2、T4顺序移相，整流电压在 3/4Ud至Ud之间调节。在整流器的输出端并联了电阻 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，起序流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。（三
8、） 磁场削弱电路SS9型电力机车以改善高速区的牵以前转向架为例， 从78 和 79，串入三对3-3所示，、为满当电机电压达到最高值后，要求机车继续加速时，就要进行磁场削弱。 采用晶闸管无级分路， 来实现从满磁场到最深削弱磁场的连续平滑控制， 引功能。 磁场无级削弱电路也是按转向架分为两个相同而独立的部分。 电枢和磁场绕组的连接点 14、 24、 34分别到第二段桥的二个桥臂中点 磁场分路晶闸管。现以牵引电动机 1M 为例来说明磁场无级削弱的工作原理。如图T11 、 T12磁场的工作情况。这时与分路晶闸管联接的整流桥处于满开放输出状态，晶闸管 不参与工作，正半波元件 T5、 D5、 D4 导通，
9、负半波 D3、 D6、 T6 导通，与前述的情况相 同。图3-3的、为磁场削弱绕组上的晶闸管 T11、T12参与工作的情况。当电源正半周时，相当于的工况。在 T11未触发时，元件 T5、D5、D4处于导通状态；在某一时刻触 发晶闸管T11因T11加有正向压降，其值等于励磁绕组上的压降， D5受反向电压作用而迅速截止，电枢电流经 T11、 D4 构成回路，此时流过励磁绕组的电流被分流，励磁电流仅靠 励磁绕组电感储存的电能释放来维持，由固定分路绕组 14R 构成续流电路，电流将按指数曲线下降，原来励磁绕组中的电流减少。电压过零时，即电源为负半波的工作情况如图 3-3的所示。由于元件 T6、D6的导
10、通使元件 D5、 D4 因反向电压而截止，而流经元件 T11 的电流无通路而截止，在 T12 触发后 将励磁绕组再次分流。图 3-3 磁场无级削弱电路原理图因此， 元件 T11、T12 导电时间的长短， 决定了分路时间的长短。 调节晶闸管 T11、T12 移相触发角，就能达到所需的磁场削弱系数。（四） 牵引电路SS9 型电力机车牵引工况的简化电路如图 3-4 所示。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 1M 、2M 、3M 牵引电动机并联，由主整流器 70V 供电。第二转向架的 4M、5M 、6M 牵引电动机并联，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
11、电动机共有 4 个绕组，即电枢绕组、补偿绕组、附加极绕组和主极绕组。前 3 个 绕组在电机出厂前已固定连接， 简称之为电枢绕组； 因此对外连接的就只有电枢绕组和主极 绕组，串励电机的转向取决于这两个绕组的连接方式。由于三轴转向架第一台牵引电机与第二、第三台牵引电机布置方向一致，其相对旋转 方向相同。以第一转向架前进方向为例，从 1M 、2M、3M 电机非换向器端看去，电枢旋转方向应为顺时针方向；第一转向架与第二转向架反向布置，因此第二转向架 4M、5M 、6M电机为顺时针方向。由此，各牵引电机的电枢与主极绕组的相对接线方式是：1M ： A11A12 D11D12 2M ：A21A22 D21D
12、22 3M：A31A32D31D324M ： A41A42 D42D41 5M：A51A52D52D51 6M：A61A62 D62D61 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” 换向鼓接线。牵引支路的电流路径是；正极母线 71或81 t平波电抗器 11L61L t线路接触器12KM62KM t电枢t电流传感器 111SC161SCt位置转换开关的 “牵”一“制”鼓107QPR 或108QPRt位置转换开关的“前”一“后”鼓 107QPV或108QPV t主极磁场绕组t “前”“后”鼓107QPV或108QPVt电流传感器 113SC163SCt电机开关隔离
13、 19QS69QSt“牵”一“制”鼓 107QPR或108QPRt负极母线7282。图 3-4 牵引电路简化原理图由于单相相控电路整流电压波形有很大波动，即含有相当大的高次谐波电压，因此必须在电动机支路中串有平波电抗器 11L61L 以抑制该支路中谐波电流分量，改善电动机的 换向。否则电动机将不能工作。线路接触器 12KM62KM 有三个主要作用：一是当牵引电动机过流或其他故障时开断 该支路，保护电动机；二是防止位置转换开关带电运转， 因而在位置转换开关动作之前，线 路接触器必须先开断电路； 三是与牵引电机隔离开关配合完全隔离电机。 若没有线路接触器， 假如某一电机发生烧损造成接地，则接地故障
14、无法隔离，机车无法运行。在主极绕组上并联了固定分路电阻 14R64R ,其作用是将电枢电流中的交流分量分流， 使电机机座及主极中因交变磁通的涡流损耗减少，改善电动机的换向和主极温升。牵引电机隔离开关 19QS69QS 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。 在牵引工况， 若牵引电机之一故障或相应通风 机故障时，将相应牵引电机隔离开关置中间位，其相应常开联锁接点打开接触器 12KM62KM 线圈之一，使得该电机支路与供电电路完全隔离，不投入工作。在牵引电路中，牵引电机主极绕组与接地电器相连，处于低电位，而电枢 A11A61 点 及附加
15、极绕组处于高电位。库用开关 20QS、 50QS 为双刀双投开关，有两个位置。当在运行位时，其主刀与主电 路隔离，相应辅助接点接通受电弓电磁阀，方可升弓；放在库用位，不能升弓，其主刀将库 用插座 30XS 或 40XS 的库用电源分别与 2M 或 5M 电机正、负两端相连接，即可在库内动 车。刀开关上设有接同 1KM61KM 线圈的辅助连接点， 在库用位时可通过 11KM61KM 使 相应电机得电，达到动车、旋轮和试验转向的目的。每台牵引电机电枢电流、磁场电流和电机电压将用电流传感器 111SC161SC 、113SC163SC 和电压传感器 112SV162SV 测量，电压传感器接在 1M6
16、M 的电枢两端。传 感器除提供司机室电压表、电流表的信号外， 还提供电子系统的反馈信号， 可实现高、 低压 电路的隔离。机车的方向控制由转换开关的方向开关 103QPV、108QPV 完成。利用 107QPV 、108QPV的转换改变励磁电流方向，从而改变电机的转向。 以牵引电动机 1M 的励磁绕组为例， 当机 车在I端向前位时，励磁电流由 D11流入,D12流出；而I端向后位时，励磁电流由 14D12 t D11t 15。必须注意，机车运行中若要改变方向，必须在机车停车后才能转换，否则 会损坏机车。接地继电器 97KE 、 98KE 分别保护各自的按转向架供电的电路，以区分接地故障的部位。（
17、五） 制动电路SS9型电力机车采用了加馈制动电阻。 在电制动时，各励磁绕组串联后由励磁电源供电，而电机的电枢电路除串有制动电阻外， 还串入了一段整流电源。 其制动工况的简化电路如图 3-5 所示。图 3-5 电制动电路简化原理图电制动时，位置转换开关 1 07QPR、 1 08QPR 转至制动位，将牵引电机的电枢和励磁绕组隔离开，并将惦记 1M6M 的励磁绕组串联起来。在电枢电路中串入制动电阻 1 3R63R ， 并联后与上面的一段整流器串联作为加馈电源，I端的下面一段整流器串联与励磁绕组 a5x5 相连作为励磁电源。电枢电路中，由于串有整流器，因而电枢电流方向应与牵引时相同，所以控制时的励
18、磁电流应与牵引相反（由“牵”“制”转换开关保证） ，以改变电机电势的方向。加馈电阻制动分为两个速度控制区：1.高速区由于惦记电势很高， 足以位置一定的制动电流， 所以无需电源参与工 作，主整流器仅起到续流作用，晶闸管处于封锁状态。制动电流的通路为主整流 器二极管t平波电抗器 （11L61L 牵引电机（1M6M 制动电阻（13R63R）T二极管。2.加馈区励磁电流已达到最大值。为维持最大制动力应保持最大的制动电流。 于机车速度降低，牵引电机的电势不足以维持最大制动电流。这时 a1-x1 投入工 作，半控桥的晶闸管轮流导通，相当于牵引电机电势再串联一个整流电压。调节 整流电压的大小，以维持制动电流
19、达到某一数值。当一台牵引电机或制动电阻故障时，将隔离开关 19QS69QS 之一置向故障位，这时相 应的线路接触器 12KM62KM 之一打开，相应的惦记被隔离，主极绕组被隔离开关开路。 当牵引风机或制动风机之一故障时，则将相应转向架的电机切除，剩下半台车的电机工作。接地继电器97KE对整流器70V、I端转向架电机的电枢电路及励磁电路进行接地保护。而接地继电器98KE仅对整流器80V、n端转向架电机的电枢进行接地保护。（六） 保护电路机车主电路有短路保护、过载保护、过电压保护及主电路接地保护等 4 个方面。机车主保护器件为主断路器 4QF,其分断的故障除主主电路的短路、牵引电机过载或环火、主电
20、路接地之外，还有辅助电路过载、短路、辅电路接地、接触网停电或离弓超过 0.3S的欠压保护等。1.短路保护短路保护器件为网侧主断路器 4QF。短路故障和过载的性质相似，仅仅是短路故障电流的数值较大， 上升的剃度较大， 因此要求故障发生后至保护器件 4QF 动作开断的时间 （保 护动作时间）尽可能短，使被保护的对象（电器或电器设备）本身能承受这个期间的短 路电流的冲击而不至损坏。（ 1） 网侧短路保护当流经高压电流互感器 7TA（ 300A/5A ）的电流超过整定值 520A时，过流继电器101KC （整定值 8.7A ，允差 5%）动作，主断路器 4QF 分断。这种故障往往是车内 25KV 高压
21、电路的对地短路， 包括主变压器高压绕组的击穿， 导电杆 的对地短路等。但车顶设备对地短路则不起作用，需由牵引变电所的油开关跳闸来进行保护。（ 2） 整流器侧短路保护整流器侧短路保护有下面几种：a.牵引绕组短路；b.整流元件击穿形成的内部短路；c.整流器母线间的短路。当产生上述短路时，牵引绕组引线上的电流互感器 176TA、177TA、186TA、187TA （整定值4400A ）7微机柜短路保护组件t逻辑控制单元（ LCU ）7主断路器4QF分断。2.过载保护（ 1） 牵引工况电机的过载和环火保护当电机环火和过载时， 由直流传感器111SC161SC检测电流t微机柜保护组件， 然后 分二路：
22、1 路至逻辑控制单元（ LCU ）7主断路器 4QF 分断；另一路封锁整流桥 70V、 80V 。过载整定值 I=1520A 。（ 2） 制动工况的过载保护电枢电路过载及环火时， 由直流传感器111SC161SC检测电流t微机柜保护组件， 然 后分二路；一路至逻辑控制单元（ LCU）7主断路器4QF分断；另一路封锁整流桥 70V、 80V 。励磁电路过载时，由直流传感器113SC163SC检测电流t微机柜保护组件， 然后分二路：一路至逻辑控制单元（LCU ）t接触器92KM动作；另一路封锁励磁整流桥。制动电流过载整定值 I=1150A励磁电流过载整定值 I=1130A 。3.过电压保护( 1)
23、 大气过电压及操作过电压保护 过电压形成于雷击过电压或操作过电压，主要保护形式有：避雷器5F 避雷器5F接于主断路器的隔离开关与主阀之间，为金属氧化物避雷器。主要用于防止主断路器分断和合闸过程的操作过电压，也用于机车运行 中的雷击过电压，标准冲击波电压为 105KV 。阻容保护一一在牵引绕组侧设有 RC网络吸收器(71C82C, 73R84R)，电容为交流电容器(1700V、18卩f),电阻由两只6.2 Q电阻并联而成，阻值为 3.1 Qo压敏电阻一一牵引绕组侧还并联有压敏电阻 138RV、139RV、148RV、149RV，用以抑制牵引绕组侧的过电压，过电压主要由大气过电压或操作过电压产生。
24、阻 容保护和压敏保护可将过电压限制到牵引绕组峰值电压的 2倍以下。( 2) 牵引电机的过电压保护牵引电机电压由微机柜限压环节进行限制，使整流器的整流电压输出不超过 1185V，允差 2.5%。( 3) 整流装置换向过电压保护主整流装置的每一晶闸管和二极管元件上均并联 RC 阻容保护，用于限制整流元件换向 过程中产生的过电压，以保护元件本身。4.接地保护牵引工况时，由图 3-4可知，接地保护按“转向架供电单元”设置，所以除网侧电路外， 主电路中任一点接地，接地继电器均能动作，无“死区” 。制动工况时，由图 3-5可制接地保护装置也是分区设置，不同的是I端接地保护除保护 I端转向架的电机电枢电路外
25、， 还保护6台电机的励磁电路。n端的接地保护仅保护n端转向架的电枢电路。主电路接地故障时，通过 97KE 、 98KE 的联锁触点使主断路器 4QF 开断。I端(n端)接地保护装置由开关 95QS (96QS)、电阻191R (192R)、193R (194R)、195R (196R),电容197C (198C)及接地继电器 97KE (98KE )和110V电源组成。接地继电器吸引线圈(20C时为120Q )流过0.15A左右的电流就能动作，相当于电压 为18V。因此电阻193R (194R)为限流电阻；电阻 191R (192R)为线圈的放电电阻，以 防止断续接地时产生的过电压；电容 19
26、7C (198C)则是抑制线圈二端因接地接通瞬间引起 的尖峰过电压。如接地故障不能排除，而且主电路只有一点接地时，则可将开关 95QS (96QS)置于故障位，将接地保护隔离。通过电阻 195R (196R)接地，维持故障运行，此时接地故障电流流入大地。(7)测量电路SS9 型电力机车主电路测量包括网压、电机电压、直流电流、励磁电流、网侧牵引电路等 几部分，分述如下：1.网侧测量网压信号的测量用高压电压互感器 6TV(25KV/100V 、 100V2 A， 1 级 0；指示用交流电压 表103PV , 104PV ( 0160V、1.5级0,该表为双针表，一根针显示网压， 实际刻度040KV
27、 , 在19KV及29KV处有红色标志；另一根显示控制电源电压。电压表 103PV、104PV分别置于两端司机台上。2.电机电流、电压和励磁电流测量机车主电路采用了 12只电流传感器，分别测量 1M6M 电机的电枢电流和磁场电流， 6 只 电压传感器，分别测量 1M6M 电机电枢的电压，然后将测量的信号送入微机柜。3.网侧牵引电路测量使用DJ16型电力机车交流电度表 105PJ,额定电压100V，额定电流1A，过载电流5A。电压信号由高压电压互感器 6TA（25KV/100V ）次级线圈输出（ LMZJ-0.5 ， 300A/5A 、0.5级）。该电度表刻度已考虑互感器变化，将指示数乘以 10
28、0即实际电度数。直流传感器的电压和电流信号不但作为显示信号，还作为自动调节系统的控制信号。4.机车速度测量 机车的速度由装于轮对轴端的速度传感器检测，信号送入微机柜和监控装置供机车控制 用，并在微机显示屏及速度表上显示机车速度。三、主电路优化改进机说明SS9 型电力机车为了降低主电路的故障发生率， 从 0112号机车开始进行主电路优化改进，以上所述均为优化改进以后机车的电路，优化改进设计进图 3-6 所示。从图3-6可以看出，SS9型电力机车从112号机车开始，取消了 93KM和91KM，增加两 个晶闸管T12、T14，与二极管 D3、D4组成励磁绕组整流桥。112号机车以前是通过牵引 接触器
29、 93KM 与励磁接触器 91KM 的开闭来形成不同的整流桥：当机车处于牵引状况时， 93KM闭合（91KM必须断开），整流元件D3、D4、T5、T6与93KM 一起组成牵引整流桥， 将 a2-x2 牵引绕组的交流电压整流成脉动直流电给牵引电动机供电； 相应机车牵引工况电路 简化原理图见图 3-7 所示。当机车处于电制动状况时， 91KM 闭合（ 93KM 必须断开），整流元件 D3、 D4、 T5、 T6 与 91KM 、 92KM 一起组成励磁整流桥，将 a5-x5 励磁绕组的交流电压整流成直流电给牵引 电动机主极绕组提供励磁电流；相应机车电制动工况电路简化原理图见图 3-8 所示。图3-
30、6SS9型电力机车主电路改进设计示意图112号以前112号机车以后（含 112号）图 3-7 牵引工况电路简化原理图（ 112号以前）图 3-8 电制动电路简化原理图（ 112号以前）辅助电路分析SS9型电力机车除44号、45号机车以外辅助电路均采用传统的劈相机供电系统， 44号、 45号机车采用静止三相辅助逆变器供电系统。本节重点介绍 SS9型电力机车的劈相机系统辅助电路原理。一、劈相机系统辅助电路SS9型电力机车劈相机供电系统分为两大部分：一是传统的单三相供电系统；二是列 车供电系统。辅助电路原理图如附图 2所示。(一)单一三相供电系统 劈相机单一三相供电系统辅机均采用三相异步电动机拖动，
31、电源来自主变压器的辅助绕组 b6-c6-x6，其中b6-c6额定电压为389V , x6-c6额定电压为 229V，单相交流电源从 b6-x6经 库用转换开关235QS至导线201、202给各辅机及窗加热、取暖设备供电，机车在库内可通 过辅助电路库用插座 294XS弓I入280V单相或三相交流电源，将 235QS投向库用位，则辅 助电路设备可由库内电源供电。图3-9劈相机启动原理图1劈相机进行电阻分相启动。启动原理图见图 3-9SS9型电力机车设置两台劈相机，型号为 JP402A，第一台劈相机为电阻分相启动，第二台劈相机及所有辅机为三相启动，劈相机分相启动时必须在第二电动机绕组与发电相绕组间接入启动电阻 263R进行分相启动，启动电阻的接通与开断由接触器 213KM来执行，启动过程由劈相机启动继电器 283AK检测并控制启动电阻回路的开断。 283AK的工作电源(DC110V )从逻辑控制单元(LCU )经导线281引入，当按下劈相机扳键开关后，接触器 213KM闭合，启动电阻投入，201闭合，劈相机开始启动，这时劈相机启动继电器检测劈相机发电相电压 (由导线279,280引入)，当283AK测得劈相机发电相电压接近于比较电压(额定网下，
