1、SS4 改 电力机车2目录1、电力机车主电路组成： .22、电力机车辅助电路组成 .53、电力机车控制系统 .8SS4 改 电力机车是 “六五”科技攻关项目，1985 年 9 月问世，主型货运干线机车。SS4 是八轴 2（B0-B0） ，两节车重联组成。两节车之间，主电路在车顶用软辫线连接传递 25kV 电压，控制电路用三根 43 芯电缆连接，辅助电路则各自单用。采用转向架供电、三段不等分绕组与四段半控桥整流、采用加馈电阻制动、三级磁场削弱等。1、电力机车主电路组成：1、主电路结构1、网侧高压： 单相工频 25kV 经受电弓、车顶母线进入车体，经主变压器、车体、转向架、车轮到钢轨回流。车体与转
2、向架间软线连接，转向架与轮轴间电刷联接。组成：牵引变压器、牵引电动机及其相关电气设备；特点：高电压、大电流、控制复杂、工作条件差等；作用：传递功率，实现电能向动能的转换。对主电路的基本要求：满足起动、调速、制动要求，保证牵引电机转矩、转速独立可调，且范围宽。采用无级调压，无再生制动用半控，因此可改善功率系数。2、牵引电机供电方式转向架独立供电。两车各有一主变压器，都有两个副边，每个副边接一整流装置向同一转向架的两并联电机供电（先串平波电抗器再并联） 。优点：灵活性大，一主整流器故障，只须切除对应两电机，机车保留 3/4 的牵引力；对同车前后转向架轴重转移电气补偿，即对轴重较轻的前转向架电机供较
3、小电流或电压，以充分利用粘着力；转向架电气系统单元化。缺点：一组故障时，功率降低一半。3、调速与磁场削弱方式：起动及低速时调电机端压、高速时用削磁来调速。削磁方式：电阻分流（三级） 。4、电制动方式：加馈电阻制动、再生制动。5、牵引电动机型式及联结方式：串励6、检测及保护方式1 检测：交流侧：交流电压、电流互感器，测网压、变压器一次电流。直流侧：直流电压、电流互感器或传感器，检测牵引电机端压、电枢电流、励磁MMMM.3电流（电气制动状态） 。2 保护种类：过流（含短路和过载） 、接地、过压、欠压及其它保护。方式：切断机车总电源、切断故障电路电源等，或仅给司机信号引起注意。电力机车的功率系数，
4、“交-直” 环节，使电力机车具有功率系数的特殊性。功率因数与功率系数1、交流电路（ , 正弦） ，有功 P 与视在 S 之比，叫功率因数。 “交-直”机UI车，电压正弦，电流畸变（理想情况下为矩形波） 。牵引变压器原边有功 P 与视在 S 之比叫功率系数，用 来表示。2、功率系数的物理意义（1）定义 （4-1） S电压正弦，电流非正弦基波、谐波，其与电压同频基波产生有功功率、不同频谐波只产生无功功率。因此(4-2)(1)(1)coscsUIIP式中，U 为正弦有效值，I 为电流总有效值，I(1) 为基波电流有效值, 为基波电流的相位系数， 为基波电流的有功分量。引入电流1cos(1)sI波形畸
5、变系数（亦即电流基波系数） ，则有 ()(1) 1cso(4-3)I可见： 畸变， 无畸变，有 。通常情况， 1cos1cos。（2）浅析 ：一是基波电流与电压不同相， ；二是电流畸变有谐波，11s。提高 ，一是使 与 同相，二是使电流接近正弦。理想情况：硅(1)IU元件正向管压降为零；直流侧 Ld=；变压器绕组漏抗、电阻忽略不计；变压器次边电压正弦。2、三段不等分桥式整流电路采用不等分三段绕组、四段半控桥整流。优点：无级平滑调压，功率系数 较高，谐波电流干扰降低。 图示电路，变压器副边 ax1、bx2 两段，其 ax1段半控桥，bx2 段中抽式半控桥，故实际上是三段不等分（电压比例为1：1：
6、2） 。D1D4 提供续流通道。 ab Mudcx1 T3D3 T1D1 22T44.T5T6.x2iTu14图 4-12 三段不等分半控桥电路图 4-13 三段不等分半控桥波形第一段，低压调节（大桥调压） 。绕组 ax1、T1、T2、D1 、D2 工作，D3、D4 联通电路；T3T6 均关断。据波形，整流电压平均值(4-29)1 1110coscos2sin0.924daxaxdUtdU 式中，Uax1 为 ax1 段电压有效值，是副边总电压有效值的一半（即 0.5U2） 。可见: 1= ，Ud=0 ；1=0，Ud=0.9Uax1=0.5Ud0。即 1 由 0，Ud 从00.5Ud0。第二段
7、，中压调节（小桥调压） 。大桥满开放（即 1=0） ，绕组bc、T3 、T4、及 D3、D4 投入工作，整流电压平均值为 (4-30)2 20 0021coscos.5.9.5(5cos)8ddbddUUU式中，Ubc 为 bc 段电压有效值，为副边总电压有效值的四分之一（即0.25U2。可见:2=，Ud=0.5Ud0；2=0，Ud=0.75Ud0。即 2 从0，Ud 从 0.5Ud00.75Ud0。第三段，高压调节，前两段桥满开放（即 1=0、2=0） ，绕组cx2、T5 、T6 也工作，整流电压平均值为（3 3020 031cos1cos.75.9.75(7cos)8ddxd dUUU4-
8、31）式中，Ucx2 为 cx2 段电压有效值，为副边总电压有效值的四分之一（即0.25U2） 。可见：3=， Ud=0.75Ud0；3=0，Ud=Ud0。即 3 从0，Ud 从 0.75Ud0Ud0。按前述方法，可求出 ，并得 =f(Ud/Ud0) 曲线，见后图 4-14 的曲线 5 所示。比较曲线 4、5 可见，三段比两段的 高，且波形畸变小，故被“交-直”机车广泛用。SS4 改、SS8、SS34000 等机车采用三段不等分桥调压。8K 机车亦之，不同的是第一段桥为全控桥，类似半控桥工作，可再生制动；第一段全桥移相 /20，当 1=0 时再顺序开放第二段桥。3、牵引、制动电路三段绕组，中抽
9、两段空载均 335V，另一段空载 670V，副边总电压共 1 340V。电机固定电阻削磁 0.96，而级电阻削磁同 SS3，分别为0.7、0.54、0.45。电阻制动。一节车四电机主极串联，由主变压器励磁绕组经可控硅整流他励（电流反向，使电机电势反向）供电，各电机电枢与各 RZ 串成回路。两级电阻制动。高速时 RZ 为 1，而低于 34km/h 时短接 2/5 为0.6，保证在 20km/h 左右低速区有大制动力，使低速区的制动力提高iT10u tt0iTi t0iT2 iT2iT4iT1iT3iT24iT6iT13iT5Id2KT 3Id4KT IdKT565。SS4 下坡道电阻制动时，采用
10、恒速控制为主、恒励磁控制为辅的控制方式。4、主电路保护原边：主断路器采用新型真空断路器，优点是固有分闸时间短、结构简单、分闸时无需压缩空气，因而不象空气断路器那样易受压缩空气污染以及导致的高压瓷瓶内部闪络甚至于击穿的恶性事故。副边：仍采用阻容吸收电路保护。整流器：内部短路或外部短路（如电机环火）由串联的快速熔断器保护。牵引电机：过流、接地保护用同型号（利于通用化）的电压型继电器。其接地保护与 SS3 不同，每转向架电气单元均接一个接地继电器，利于查找接地故障。 关于检测:主电路直流电流、电压检测全互感化，使主、控间电气隔离，还使复杂的驾驶台仪表接线插座化，其同一检测量作指示、过流保护、反馈控制
11、三用。交流网压 25kV 首次使用高精度 25kV/100V 交流电压互感器，并与特制的防振直读式单相电度表配合，使机车有功电能测量比较满意。（1）不等分三段绕组供电、三段半控桥整流。（2）一节车主变压器的两个副边绕组，分别向前、后转向架供电，便于轴重转移电气补偿。（3）加馈电阻制动。以 33km/h 为界，高于为纯电阻制动（同 SS4，但 RZ不变，调 IL 来调 B） ，低于为加馈电阻制动。 （注意：加馈电阻制动时，同转向架电机（2 台）的电枢串制动电阻后并联，再按前、后转向架接对应主整流器；一节车 4 电机）励磁绕组串联后由变压器副边专用绕组经半控桥整流器供电（励磁方向与牵引时相反） 。
12、调制动力由调主整流器 实现。当某电机或 RZ故障时，拉下相应的隔离开关，甩开对应的电机电枢回路。（4）有功功率补偿。在主变压器副边装 PFC 装置（两节车共 4 组） ，通过LC 串联谐振滤波，降低 3 次谐波含量，提高 。2、电力机车辅助电路组成“单-三”相异步劈相机供电，三相异步电动机负载。电源：变压器副边辅助绕组 a6-b6-x6（中抽式） ，其中 a6-x6 额压为400V，而 b6-x6 额压为 226V。设有库用插座，在库内可用 380V 的单、三相库内电源供电。1、单-三相供电系统异步劈相机电阻分相起动，电压继电器监测起动过程及控制切除起动电阻。注意：劈相机参数有调整，以克服 S
13、S1、SS3 劈相机起动电流较大、分相起动后切除起动电阻的自起动性能较差等缺点。 。 。 。 。 。 。 .。 。 。VMGD1D2D34201KM2526271QA20120328KC 24QS279803MAD3414053KT53165820 283AK213KM2316R23235C264R96QS28P. . 2816（1）劈相机分相起动电路说明接触器 201KM 控制劈相机的运转与停止。接触器 213KM 将起动电阻263R 接入第二电动相 D2 与发电相 D3 之间。电压继电器 283AK 监测起动过程并控制起动电阻的开断，其工作电源（直流 110V）从导线 531 经 533K
14、T 常开联锁由导线 281 引入。劈相机起动过程按下主驾驶台上劈相机按键213KM 闭合（接入 263R） 201KM闭合（接入电源）劈相机开始起动；283AK 监测发电相电压（由导线279、280 引入）间接反映劈相机转速，当达约 0.9 倍额定转速时（即 283AK 测得发电相电压接近比较电压（额定网压下约为 220V，由导线 202、206 引入） ） ，283AK 动作213KM 失电断开 263R，起动完成；起动后，283AK 失去工作电源处于闭置状态。 （注意：设有备用起动电阻，一组烧坏可换另一组，若两组均烧损则通过闸刀开关 296QS 倒向 233 改用电容分相起动。 ）（2）通
15、风电动机电容分相起动劈相机故障备用电路:第一牵引通风电动机、分相起动电容。劈相机出故障切除劈相机，以 253C 对第一牵引通风电动机进行分相起动。这时，劈相机故障转换开关 242QS 打向“1” 位，即把 283AK 接入到第一通风电动机的第三相上（从导线 3MAD3、3MAD4 引入） ，同时闸刀开关 296QS 倒向 233 位接入起动电容。起动过程：仍由 283AK 控制，起动完后 283AK 动作使 213KM 失电断开起动电容。此后它既是一台通风电机，又是一台劈相机。网压 19kV 以上，该电动机能分相起动；网压 22kV 以上，该机能起动所有其他辅助机组。注意：机车两节车的辅助电路
16、不重联，则一节车用劈相机电阻分相起动，另一节车（其劈相机故障时）用第一牵引通风机电动机电容分相起动。 2、三相负载电路劈相机起动后，辅助电路导线 201、202、203 提供三相不完全对称电源，各辅助机组依次间隔陆续投入工作。（1）三相负载（一节车）压缩电动机 1 台，牵引风机电动机 2 台，制动风机电动机 2 台，变压器风机电动机 1 台，变压器油泵 1 台。各辅助电动机由各自的交流接触器进行通断控制。为改善对称性，在两台牵引风机电动机及第一台制动风机电动机的二、三相间接入移相电容，随其投入使用而一并投入。（2）接触器7采用 3TB 系列三相交流继电器，其中变压器风机、油泵电动机的接触器额定
17、工作电流 75A，而其余额定工作电流均 170A。3TB 系列纯直流控制，结构简单，机械寿命长，可靠性高。（3）库用插座 294XS 和库用转换开关 235QS（如图 5-7 所示)机车线路上运行，235QS 倒向“运行”位，变压器副边辅助绕组 a6-x6 通过导线 204、205 经 235QS 与导线 201、202 连接，提供单相 380V劈相机。机车在库内，235QS 倒向“库用”位：输入单相 380V。由库用插座 294XS 的 207、208 输入，经 235QS 及导线201、202 供电给劈相机。209 不带电，若误从 208、209 输入，也可避免劈相机的不正常起动及造成的损
18、坏。在制造厂和大修厂时使用。输入三相 380V。由 294XS 的 207、208、209 输入，经 235QS 及导线209 与 203 连接母线直接为辅助电路供电。段内时使用。3、单相负载电路（1）380V 单相负载电路一路给窗加热玻璃，另一路给壁炉、脚炉供电。有自动开关作电路过载保护。（2）220V 单相负载电路司机的空调、热饭电炉。有自动开关作电路过载保护。4、保护电路（1）零压保护是接触网供电的失压保护，电路如图 5-8 所示。组成：零压变压器 281TC、整流 290U、电容 256C 及零压时间继电器286KT。 图 5-8 SS4 改型辅助电路保护原理：电网正常供电，导线 20
19、4、205 的 380V 交流电压281TC261R290U零压时间继电器 286KT 吸合；电网失压，286KT 失电动作，其常闭联锁闭合，经零压中间继电器将接通主断路器分闸电路，并显示零压信号。改进型零压保护装置：保证网失电 2 秒内断开主断路器，以避免牵引变电所故障重合闸（间隔 2 秒）引起主、辅电路的冲击。网压消失，a6-x6 端压随时间衰减到零，两稳压管（稳压 50V）串，使 286KT 在网失压 2 秒内动作，以达。 。 。 20120203204205a6x6 21025C260R2072089235QS。294XS.。 。 . .204205 21025C60Ra6x61123
20、6QS237QS2026R257C285KE191U2285KE36A40285KE46 281TC22136R214215290U86KT256C1724286KT28YV8KE2189531235QS20QP5708保护的准确性。稳压管并电容 256C，电压不跃变，使 286KT 线圈上电压有一衰减过程（即吸合电流随时间衰减） ，使 286KT 的常闭触头可靠吸合，无抖动。另：零压保护电路还起门联锁保护闸 287YV 的交流保护作用。 287YV 两路供电，即使出现控制电路切断而机车高压供电依然存在的情况，287YV 仍得电，门联锁锁闭，各室门打不开，达到确保人身安全的目的。（2）接地保护
21、绕组的 x6 与地间接辅助电路接地保护电路，如图 5-8 示。组成：辅接地继电器 285KE、整流 291U、限流 262R、电容 257C、故障隔离开关 237QS 等。支路由导线 464 经 110V 控制电源接地，属有源保护装置。工作原理：当辅助电路某点接地，接地保护系统形成回路，285KE 动作吸合，主断路器分闸线圈得电跳闸，驾驶台辅接地信号显示。此时 285KE 常闭触头断开，串入 262R 限流，避免大电流烧损接地继电器；同时接通“自锁” 回路，保持信号记忆。故障解除后，借助主断路器合闸操作使 285KE 恢复，保持信号消失。262R 两端接电容 257C，是为了使 285KE 动
22、作时可靠吸合，以提高保护系统的可靠性。另：辅接地保护故障隔离开关 237QS，在辅助电路一点接地且不能排除时，切除保护电路，使机车作故障运行。 （3）过压保护同主电路过压保护，即在 a6-x6 两端并 RC（图中 255C、260R） ，吸收过电压。（4）过流保护过流继电器保护，如图 5-6 中的 282KC。当辅助电路短路超过 2 800A 时，过流继电器 282KC 吸合动作使主断路器分闸，并显示辅过流信号。（4）辅机过载保护7 台三相异步电机，均接三相自动开关。自动开关，以热脱扣和电磁脱扣方式进行保护。短路保护：是电磁脱扣方式，保护动作及时，可在 0.5 秒内动作，切断故障支路。过流保护
23、：是热脱扣方式，有反时限特性：故障电流大，动作时间短；反之相反。注：自动开关脱扣动作后，需间隔 23 分钟后才能恢复接通。 3、SS4 改型电力机车控制系统1、控制系统SS4 改不等分三段绕组、三段半控桥，无移相桥向开关桥过渡，控制较SS4 简单。但采用恒速、恒流双环控制，速度外环是主反馈，电流内环是局部反馈。控制器（调速手轮）：给定速度（电压）与速度反馈（电压）比较，经速度 PI 调节得电流信号，再与电流反馈比较，然后由电流 PI 调节输出控制形成触发脉冲。则一旦给定速度，也就给定了相应的电流。控制的基本原理相似于SS4。注意：当调速手轮在 6 大级以上时，可三级削磁调速，由换相手柄来控制。
24、SS4 用两条反馈支路，两个 PI 调节器，恒值控制两个量。恒流、恒速双闭环自动控制系统：9结构框图：如图所示。速度主反馈，电流局部反馈。给定速度 un 与速度反馈 unf 比较，偏差un 经速度 PI 输出 ui 电流调节信号；ui 与电流反馈 uif 比较，ui 经电流 PI 输出直流控制电压 uc 去控制产生触发脉冲，从而控制牵引电机端电压，保证在给定速度下运转。2（B0B0） ，每个转向架有一套控制系统，如图 6-38 所示。 最大（饱和限幅决定） ，ui 最大，经电流调节器控制 Ud 迅速增大，Id 也迅速增大至最大起动电流。第二阶段：加速。随 Idui；因控制电路电磁惯性 Id 超
25、调ui改变极性（为负） ，电流调节器控制 Ud 开始，Id 回到恒定，但大 IdM 电磁M 负载 电机加速。第三阶段：最大电流加速起动（双环起动过程主要阶段） 。速度调节器仍饱和，仍单闭环恒流控制。Id 恒在最大，电机恒加速，电机反电势及端压线性增大。第四阶段：双闭环控制。电机 n 达给定值，因起动电流大于负载电流及列车惯性，n 继续上升而超调，un 改变极性，速度调节器退出饱和起调节作用，系统进入双闭环控制。速度调节主导，电流调节紧跟其输出而变化。速度调节，ui 开始Id 从最大迅速。第五阶段：n 达最高后，Id到小于负载电流，n 开始下降，当 n 等于给定时，电机的转矩和电压方程式都达到平
26、衡。至此，起动调节过程结束。 调速调节：与起动相似，只是速度起点和终点不同，而 n 和 Id 达稳定前的过程相同。2、控制元件函数发生器非线性控制，如图 6-13 示机车轮缘 N=f（V）特性。机车起动时，随V，电机 I 应随 N有所减小，以免 FF 粘 max 而发生空转。 机车粘着限制 三段折线模拟粘着曲线 SS4 改车粘着力极限控制装置：电路如图 6-14。比例放大器 A1：输入uiV，当 ui 从零开始变化时，经电位器 W2、W3 提供的 u2、u3 使 D2、D3动 轮un 电 流 检 测 扰 动放 大 器移 相 器电 流 调 节 器uiiu+- uc IdUdLdnfn+-转 速
27、调 节 器 电 流 反 馈转 速 反 馈 nif .M0v uo1ui2i1i3ui(V)abc010均截止，反馈电阻为 Rf1=R1，比例放大系数 K1=R1/R，得特性图的 oa 段；随uiu01 变负，W2、W3 提供的 u2、u3 减小，首先使 D2 导通，反馈为R1R2，K2=Rf2/R 减小，有特性图的 ab 段；同理，随 ui，D3 也导通，有 D2、D3 均导通，反馈为 R1R2 R3 ，K3=Rf3/R 更小，有特性图的 bc 段。这里 A1 输出为三段折线，同理可得多段折线，其逼近曲线的精度提高。 比例放大器 A2：，输入除 u01 外，还有经 WZ 稳压后由 W4 提供的电压，二电压极性相反，合成有近似图 6-15 粘着限制曲线。所以，A1、A2 组成粘着限制曲线函数发生器。.ui 。 A2+-+-A1.。 。RR123D23u2WW4Wz+Euo1 uo23
