韶山8型電力機(jī)車主變流器的設(shè)計(jì)及仿真研究

1、電力牽引與電力傳動(dòng)設(shè)計(jì)報(bào)告書韶山8型電力機(jī)車主變流器的設(shè)計(jì)及仿真研究題 目：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：學(xué) 院：專業(yè)班級(jí)： 2014年01 月目錄一、 ss8型電力機(jī)車簡(jiǎn)介1二、ss8型電力機(jī)車主電路的介紹4（一） 網(wǎng)側(cè)電路4（二） 整流調(diào)壓電路6（三） 牽引電路81. 牽引電動(dòng)機(jī)繞組的聯(lián)結(jié)92. 電動(dòng)機(jī)支路的電連接103. 機(jī)車的方向控制114. 庫用電路125. 磁場(chǎng)削弱電路12（四） 制動(dòng)電路141、 制動(dòng)電路的連接152、 加饋電阻制動(dòng)的原理153、 故障電路17（五） 測(cè)量電路17（六） 保護(hù)電路設(shè)計(jì)181、 過壓保護(hù)電路182、過流保護(hù)電路203、欠壓保護(hù)電路21三、變流電路的選擇及仿真2

2、1（一）方案論證211、 單拍式雙開口橋式整流調(diào)壓電路222、 調(diào)壓開關(guān)8級(jí)相控?zé)o級(jí)調(diào)壓電路223、 不等分三段橋23（二）電路仿真231、參數(shù)設(shè)置232、 仿真過程及結(jié)果25四、 心得體會(huì)30五、 參考文獻(xiàn)31 電力牽引與傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)目的電力牽引與傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)是電氣工程、自動(dòng)化專業(yè)本科生選修的一門專業(yè)選修課。通過電力牽引與傳動(dòng)控制課程的學(xué)習(xí)，對(duì)電力機(jī)車有了一個(gè)全面的了解。本課程設(shè)計(jì)就是為了更深入地全面理解電力牽引主電路、輔助電路及控制電路的工作過程及其傳動(dòng)控制設(shè)計(jì)方法。要求同學(xué)獨(dú)立完成課題設(shè)計(jì)任務(wù)，寫出課程設(shè)計(jì)說明書，畫出主電路原理圖，說明工作原理，并進(jìn)行相應(yīng)仿真設(shè)

3、計(jì)。希望同學(xué)們認(rèn)真閱讀課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，認(rèn)真查閱資料，完成好設(shè)計(jì)文檔，圓滿完成本次課程設(shè)計(jì)。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本次課程設(shè)計(jì)設(shè)置以不同電力牽引車型為分組，要求每個(gè)人可以自行選取一題作為自己課程設(shè)計(jì)任務(wù)，經(jīng)指導(dǎo)教師登記確認(rèn)后方可設(shè)計(jì)（題目確認(rèn)后，一般不得變更）。設(shè)計(jì)任務(wù)、指標(biāo)內(nèi)容及要求(1）自行選取一種既有電力機(jī)車（如ss8, ss9）或電動(dòng)車組（如crh2系列）， 根據(jù)其主要指標(biāo)和主電路原理圖，設(shè)計(jì)主變流器；(2)器件可以選取scr或igbt,對(duì)所選器件進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證；(3）當(dāng)所選取的器件不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行均壓均流設(shè)計(jì)（器件串并聯(lián)）；(4）完成器件阻容保護(hù)電路設(shè)計(jì)；(5）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行

4、過流、過壓、欠壓等保護(hù)電路設(shè)計(jì)；(6）對(duì)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行仿真。三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求（1）課程設(shè)計(jì)報(bào)告是對(duì)所承擔(dān)課題的總結(jié)論述?；緝?nèi)容要求如下：a) 目錄b) 設(shè)計(jì)課題名稱及要求c) 設(shè)計(jì)內(nèi)容和方案論述，給出機(jī)車主電路原理圖并分析d) 變流器件選型及其說明e) 阻容保護(hù)電路設(shè)計(jì)f) 過流、過壓、欠壓等保護(hù)電路設(shè)計(jì)g) 電路仿真h) 課程設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方法。i) 相關(guān)仿真圖。j) 收獲與體會(huì)。k) 參考文獻(xiàn)。（2）報(bào)告要求：不得在網(wǎng)上直接下載、拷貝。報(bào)告字?jǐn)?shù)、頁數(shù)不作具體要求，以內(nèi)容論述全面、簡(jiǎn)練、生動(dòng)、清晰為原則。四、考核辦法及成績(jī)?cè)u(píng)定a).考核成績(jī)：成績(jī)分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五

5、檔，綜合下面幾個(gè)方面，給出各同學(xué)的考核成績(jī)。 2013年12月11日 1、 ss8型電力機(jī)車簡(jiǎn)介韶山8型電力機(jī)車是“八五”期間國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。原設(shè)計(jì)用于廣深準(zhǔn)高速鐵路，現(xiàn)在用于我國主要干線鐵路牽引提速旅客列車。1998年6月24日，經(jīng)高速試驗(yàn)改進(jìn)的韶山8 001號(hào)機(jī)車在京廣線許昌小商橋創(chuàng)造了239.6km/h的當(dāng)年中國鐵路第一速的記錄。ss8型電力機(jī)車是工頻交流晶閘管相控機(jī)車，機(jī)車總圖如圖11所示。該機(jī)車采用b0-b0軸式，總重88t，軸重22t。ss8型電力機(jī)車吸收ss5型電力機(jī)車的技術(shù)，并改進(jìn)提高，把機(jī)車持續(xù)功率提高到3600kw，機(jī)車的最高速度170km/h，以適應(yīng)鐵路主要技術(shù)政策

6、的要求。ss8型電力機(jī)車這要技術(shù)特點(diǎn)為：1、 機(jī)車主電路采用不等分三段半控橋，轉(zhuǎn)向架電機(jī)并聯(lián)供電，采用晶閘管分路的無級(jí)磁場(chǎng)削弱電路，實(shí)現(xiàn)全運(yùn)行區(qū)段無級(jí)調(diào)速的特性。2、 機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)采用加饋電阻制動(dòng)，在低速區(qū)，以保持強(qiáng)大的制動(dòng)力。3、 采用微機(jī)控制系統(tǒng)，控制功能有：特性控制；空轉(zhuǎn)（滑行）保護(hù)控制；速度分級(jí)控制系統(tǒng)的制動(dòng)配合控制；過相分段的操縱控制以及診斷、監(jiān)測(cè)顯示功能。4、 機(jī)車設(shè)有列車供電系統(tǒng)，可向旅客列車提供空調(diào)、采暖、茶爐、照明等功能電源。5、 機(jī)車可安裝速度分級(jí)控制系統(tǒng)，與車載微機(jī)進(jìn)行通信、查詢，并執(zhí)行牽引至電制動(dòng)的優(yōu)先轉(zhuǎn)換、常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)。6、 轉(zhuǎn)向架為輪對(duì)空心軸六連桿彈性傳動(dòng)裝置

7、，減輕了簧下質(zhì)量。牽引裝置為推挽式低位平牽引桿，牽引點(diǎn)高220mm。7、 采用900kw脈流電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)為全疊片結(jié)構(gòu)，雙h絕緣。8、 采用dk-1型制動(dòng)機(jī)，具有空電聯(lián)合制動(dòng)功能，并能實(shí)現(xiàn)列車的電空制動(dòng)系統(tǒng)的電指令直通控制。9、 經(jīng)風(fēng)洞模擬試驗(yàn)的機(jī)車外形，可減小風(fēng)阻。10、 車體為整體承載結(jié)構(gòu)，采用有限元分析優(yōu)化設(shè)計(jì)。韶山八型電力機(jī)車主要性能參數(shù)uic軸式bobo軌距1,435毫米輪徑1200毫米（半磨耗）軸重22噸通過最小曲線半徑125米機(jī)車長(zhǎng)度16,300毫米（車體長(zhǎng)度）17,516毫米（車鉤中心線距）機(jī)車寬度3,100毫米機(jī)車高度4,040毫米（受電弓座面至軌面）整備重量88噸受流電壓交

8、流25kv（50hz）傳動(dòng)方式交直流電牽引電動(dòng)機(jī)zd115 4最高速度239.6 km/h（試驗(yàn)）170 km/h（營(yíng)運(yùn)）持續(xù)速度100 km/h牽引功率3,600千瓦牽引力210 kn（最大）126 kn（持續(xù)）制動(dòng)方式加饋電阻制動(dòng)制動(dòng)功率2700 kw制動(dòng)力130kn列車制動(dòng)電空制動(dòng) 本文主要介紹的是韶山8型電力機(jī)車主電路的功能、主電路各部分的結(jié)構(gòu)和功能以及對(duì)主電路中的變流電路三段不等分半控橋進(jìn)行仿真研究。通過做這些對(duì)韶山8型電力機(jī)車的主電路及其控制過程有一個(gè)更深的了解，為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)做好鋪墊。圖1-1二、ss8型電力機(jī)車主電路的介紹 韶山8型電力機(jī)車的主電路電路的特點(diǎn)如下： （1）主傳

9、動(dòng)采用串勵(lì)脈流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的速度采用端電壓無極調(diào)壓和五級(jí)磁場(chǎng)削弱的方式進(jìn)行調(diào)速。 （2）電壓調(diào)節(jié)和磁場(chǎng)削弱電壓調(diào)節(jié)采用三段半控橋相控整流無級(jí)調(diào)壓；磁場(chǎng)削弱采用晶閘管分路的無極調(diào)節(jié)。因而機(jī)車在整個(gè)調(diào)速區(qū)內(nèi)均是無級(jí)的。 （3）供電方式電動(dòng)機(jī)的供電按轉(zhuǎn)向架獨(dú)立供電，即一組整流器對(duì)同一轉(zhuǎn)向架的兩臺(tái)并聯(lián)電動(dòng)機(jī)供電。當(dāng)一組整流器故障時(shí)，可保持機(jī)車1/2的牽引力；當(dāng)一臺(tái)電機(jī)故障時(shí)，可保持機(jī)車牽引力的3/4。 （4）動(dòng)力制動(dòng)采用加饋電阻制動(dòng)，在低速區(qū)可以有較大的制動(dòng)力。 （5）測(cè)量系統(tǒng)電流、電壓的測(cè)量采用傳感器方式，可使高壓與測(cè)量控制系統(tǒng)隔離。 （6）保護(hù)主電路中設(shè)有各級(jí)電流的的短路和過載保護(hù)，過電壓、

10、接地、小齒輪滯緩等保護(hù)。下面對(duì)主電路各部分結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行一一介紹。（1） 網(wǎng)側(cè)電路網(wǎng)側(cè)電路，顧名思義，就是指機(jī)車和接觸網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系的那部分電路。機(jī)車通過受電弓把電能引入到機(jī)車內(nèi)，網(wǎng)側(cè)電路就是電能流經(jīng)的第一個(gè)通道。網(wǎng)側(cè)電路為25kv高壓電路，其具體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。單相工頻交流電流從接觸網(wǎng)流入升起的受電弓，經(jīng)主斷路器qf、主變壓器的高壓繞組ax，進(jìn)入車體、輪對(duì)、鋼軌，返回變電所。高壓電壓互感器1tv是檢測(cè)機(jī)車所在位置接觸網(wǎng)電壓的電器，變比為25000v/100v。它接在主斷路器之前，二次側(cè)通過保護(hù)用自動(dòng)開關(guān)qa，接網(wǎng)壓表1pv、2pv及電度表pj的電壓線圈。升起受電弓，判斷接觸網(wǎng)是否有電。主斷路

11、器qf除接通和開斷機(jī)車的總電源外，當(dāng)主電路發(fā)生短路、過流、接地等故障時(shí)，起最后一級(jí)保護(hù)作用。在主斷路器的隔離閘刀一端（71號(hào)線）接有避雷器f，用以抑制操作過電壓及雷擊過電壓。電流互感器1ta主要用作短路電流的檢測(cè)，是保護(hù)用的互感器，用以驅(qū)動(dòng)過電流繼電器5kc動(dòng)作，因而對(duì)其飽和度要求較高，對(duì)其檢測(cè)精度要求比測(cè)量用互感器的要求要低。它接在高壓繞組的a端，即使主變壓器高壓繞組對(duì)地短路也能保護(hù)?；ジ衅?ta用來檢測(cè)機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)的工作電流，要求有較高的測(cè)量精度。負(fù)載為電度表pj的電流線圈。它安裝于高壓線圈的x端，以降低互感器的耐壓要求。機(jī)車每一個(gè)軸端裝有接地電刷1e4e，用以構(gòu)成回流電路，以防止電流流

12、過車軸軸承產(chǎn)生電蝕。輪對(duì)的另一個(gè)軸端裝有速度傳感器sd1sd4，用以檢測(cè)輪對(duì)的轉(zhuǎn)速。圖2-2（2） 整流調(diào)壓電路整流調(diào)壓電路有兩個(gè)獨(dú)立的單元組成，分別向相應(yīng)轉(zhuǎn)向架上兩臺(tái)并聯(lián)的牽引電動(dòng)機(jī)供電?，F(xiàn)以i端轉(zhuǎn)向架的整流調(diào)壓?jiǎn)卧獊碚f明其調(diào)壓過程。 我們?cè)陔娏﹄娮蛹夹g(shù)這么課中學(xué)到，在忽略電抗壓降和電阻壓降時(shí)，整流電壓、繞組電壓和相控角a之間有下面的關(guān)系=0.45（1+cos a）改變相控角的大小就可以改變整流的電壓值。先交替控制晶閘管v10、v11使?fàn)恳@組a2x2供電的整流橋開放。例如在正半波的某一時(shí)刻，觸發(fā)角為30度，觸發(fā)v11，這是電流流經(jīng)晶閘管v11、二極管v1、v2、v12，這三個(gè)二極管起到續(xù)流

13、的作用，同理，在負(fù)半波的30度的相位角， 觸發(fā)晶閘管v10，則電流經(jīng)由v10、v1、v2、v9，二極管v1、v2、v9起續(xù)流作用。當(dāng)相控角由180度變至0度時(shí)，整流電壓由0上升至整個(gè)整流電壓的一半。當(dāng)晶閘管v10、v11即將滿開放時(shí)，投入繞組a1-b1段的整流橋，即交替觸發(fā)晶閘管v3、v4，觸發(fā)角均為30度；同時(shí)繼續(xù)減小晶閘管v10、v11的相控角直至滿開放。分析v3、v4工作過程與v10、v11的類似。由此輸出的整流電壓便是兩段整流橋輸出電壓的疊加。隨著晶閘管v3、v4相控角的減小，整流電壓將由整個(gè)整流電壓的1/2增大到3/4。當(dāng)繞組a1-b1段整流橋?qū)M開放時(shí)，投入繞組b1-x1段的整流橋

14、，其過程與前類似。這時(shí)整流電壓由整個(gè)整流電壓的3/4增大至全部整流電壓。當(dāng)晶閘管未觸發(fā)時(shí)，即在相控角30度這一段時(shí)間內(nèi)，牽引電動(dòng)機(jī)的電流將流過二極管元件v1、v2、v7、v8、v9續(xù)流。電阻19r為整流橋的負(fù)載電阻，以實(shí)現(xiàn)晶閘管整流電路的空載高壓試驗(yàn)。整流調(diào)壓電路的原理圖如圖2-1。整流電壓的波形詳見本文的第三部分。圖2-1（3） 牽引電路ss8型電力機(jī)車的牽引電路如圖2-3所示。圖2-31. 牽引電動(dòng)機(jī)繞組的聯(lián)結(jié)ss8型電力機(jī)車裝有四臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，對(duì)每一電機(jī)各有一條電機(jī)支路。一個(gè)轉(zhuǎn)向架上有兩臺(tái)電機(jī)，為了便于機(jī)車轉(zhuǎn)向架的互換，因此同一轉(zhuǎn)向架上的兩臺(tái)電機(jī)是背向布局的，因此在行駛的過程中，它們的轉(zhuǎn)

15、向應(yīng)該是相反的。以第一轉(zhuǎn)向架前進(jìn)的方向?yàn)槔?，從電?dòng)機(jī)1m的非整流子側(cè)看去，應(yīng)為逆時(shí)針方向，從電動(dòng)機(jī)2m的非整流子側(cè)看去應(yīng)為順時(shí)針轉(zhuǎn)向。同樣對(duì)于第二轉(zhuǎn)向架電動(dòng)機(jī)3m為逆時(shí)針轉(zhuǎn)向，電動(dòng)機(jī)4m為順時(shí)針轉(zhuǎn)向。為保證上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，各電動(dòng)機(jī)的電樞繞組與主極繞組的相對(duì)接線方式應(yīng)該是：1m-a11b21、d11d21；2m-a12b22、d22d12；3m-a13b23、d13d23；4m-a14b24、d24d14。2. 電動(dòng)機(jī)支路的電連接下面僅以一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作過程進(jìn)行分析。由圖2-3、2-4可知，電流流經(jīng)的方向是這樣的：正極母線1#平波電抗器1l線路接觸器1km1m電流傳感器1sc位置轉(zhuǎn)換開關(guān)“牽制”

16、鼓1qpr位置轉(zhuǎn)換開關(guān)“前后”鼓1qpv主極繞組位置轉(zhuǎn)換開關(guān)“前后鼓1qpv電流傳感器5sc電機(jī)隔離開關(guān)1qs位置轉(zhuǎn)換開關(guān)1qpr負(fù)極母線3#。平波電抗器的作用是抑制單相相控整流電路中的諧波成分，改善電機(jī)工況。線路接觸器1km的作用防止位置轉(zhuǎn)換開關(guān)帶電轉(zhuǎn)換；過流保護(hù)；防止并聯(lián)電機(jī)環(huán)流。 電流傳感器1sc、電壓傳感器1sv分別用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)電樞的電流值和電壓值，作為顯示、控制信號(hào)。位置轉(zhuǎn)換開關(guān)“牽制”鼓1qpr用于機(jī)車牽引、制動(dòng)工況轉(zhuǎn)換。位置轉(zhuǎn)換開關(guān)“前后”鼓1qpv用于機(jī)車換向工況轉(zhuǎn)換。電流傳感器5sc用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)電流。電動(dòng)機(jī)(單刀雙擲開關(guān))隔離開關(guān)1qs用于切除因電機(jī)故障或該電機(jī)的通

17、風(fēng)機(jī)故障時(shí)該電機(jī)的電路。固定分路電阻1r分流電樞電流中的交流分量，(使電機(jī)機(jī)座及主極中的交變磁通減小，從而減少渦流損耗，)改善電動(dòng)機(jī)的換向和主極溫升。接地繼電器1ke保護(hù)按轉(zhuǎn)向架供電電路，區(qū)分接地故障部位。其他電機(jī)分析過程類似。圖2-43. 機(jī)車的方向控制機(jī)車的方向控制由位置轉(zhuǎn)換開關(guān)1qpv和2qpv完成。ss8型電力機(jī)車?yán)梦恢棉D(zhuǎn)換開關(guān)改變勵(lì)磁電流的方向以實(shí)現(xiàn)機(jī)車的方向控制。下面以牽引電動(dòng)機(jī)1m為例來說明其工作原理。工作原理圖如圖2-5所示。當(dāng)機(jī)車在端向前位時(shí)：勵(lì)磁電流15 d11 d21當(dāng)機(jī)車在端向后位時(shí)：勵(lì)磁電流15d21d1116這樣，勵(lì)磁電流的方向就改變了。必須注意的是，機(jī)車運(yùn)行中若

18、要改變方向，必須在機(jī)車停車后才能轉(zhuǎn)換，否則會(huì)損壞機(jī)車。圖2-54. 庫用電路 機(jī)車在庫內(nèi)動(dòng)車時(shí)，由庫用電源供電。庫用開關(guān)7qs、8qs為雙刀雙擲開關(guān)，有兩個(gè)位置，如圖2-4所示。在運(yùn)行位時(shí)，其主刀與牽引電路隔離，相應(yīng)輔助接點(diǎn)接通受電弓電磁閥，方可升弓；在庫用位時(shí)，相應(yīng)的輔助接開斷，不能升弓，其主刀將庫用插座1xs或2xs的庫用電源分別與母線1、3連接，將某一電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的接觸器(1km4km)和刀開關(guān)(1qs4qs)合上，即可用該電動(dòng)機(jī)牽引機(jī)車動(dòng)車。5. 磁場(chǎng)削弱電路 當(dāng)電機(jī)端電壓達(dá)到最高值后，要求機(jī)車?yán)^續(xù)加速時(shí)，就要進(jìn)行磁場(chǎng)削弱控制。ss8型電力機(jī)車采用晶閘管分路，來實(shí)現(xiàn)從滿磁場(chǎng)到最深削弱磁場(chǎng)

19、的連續(xù)平滑控制。磁場(chǎng)削弱電路的原理圖如圖2-6所示。下面以牽引電動(dòng)機(jī)1m為例來說明磁場(chǎng)削弱的工作原理。在圖2-6中，(a)和(b)為滿磁場(chǎng)工作情況，這時(shí)的分路晶閘管v13、v14聯(lián)接的整流橋處于滿開放輸出狀態(tài)，晶閘管v13、v14不參與工作。(c)和(d)為磁場(chǎng)削弱晶閘管v13、v14參與工作情況。當(dāng)電源正半周時(shí)，相當(dāng)于工況，在v13未觸發(fā)時(shí)，與(a)相同，元件v7、v11、v12處于導(dǎo)通狀態(tài)。在某一時(shí)刻觸發(fā)晶閘管v13，由于勵(lì)磁繞組的電阻壓降，點(diǎn)15的電位高于點(diǎn)3的電位，因而v13觸發(fā)后，二極管v12承受反壓而截止。此時(shí)流過勵(lì)磁繞組的電流被分流，即電樞電流直接由晶閘管v13進(jìn)入整流橋，原勵(lì)磁

20、繞組中的電流經(jīng)固定分路電阻繼續(xù)流動(dòng)，按指數(shù)曲線下降。當(dāng)電源電壓過零時(shí)，由于元件v8、v9的導(dǎo)通，晶閘管v11因承受反向電壓而截止，使晶閘管v13的電流通路被截?cái)喽刂?。這時(shí)電樞電流將全部流經(jīng)勵(lì)磁繞組。圖2-6（4） 制動(dòng)電路ss8型電力機(jī)車采用加饋電阻制動(dòng)。在電制動(dòng)時(shí)，各勵(lì)磁繞組串聯(lián)后由勵(lì)磁電源供電。電機(jī)的電樞電路除串有制動(dòng)電阻外，還串入一段整流橋，其制動(dòng)工況簡(jiǎn)化電路如圖2-7所示。圖2-71、 制動(dòng)電路的連接電制動(dòng)時(shí)，位置轉(zhuǎn)換開關(guān)1qpr、2qpr轉(zhuǎn)至制動(dòng)位，將電機(jī)1m4m的勵(lì)磁繞組串聯(lián)起來，并在電樞電路中串入電阻5r8r；電機(jī)1m和2m并聯(lián)后與整流器iv串聯(lián)，電機(jī)3m和4m并聯(lián)后與整流器2

21、v串聯(lián)，整流器作為加饋電源。4臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁繞組串聯(lián)后由整流器1v的第二段整流橋和勵(lì)磁繞組a5x5供電。下面以i轉(zhuǎn)向架為例分析加饋制動(dòng)的工作過程。2、 加饋電阻制動(dòng)的原理加饋制動(dòng)的等效電路如圖2-8所示。在勵(lì)磁電流il的作用下，產(chǎn)生了主磁通，電機(jī)電樞在輪對(duì)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生電勢(shì)e，由于電樞電路中串有整流器的整流電壓ud，所以有如下關(guān)系式： ec1式中機(jī)車速度c1常數(shù) 制動(dòng)電流iz為:機(jī)車的制動(dòng)力b為bcziz式中cz常數(shù)加饋制動(dòng)可分為兩個(gè)速度控制區(qū)： 在高速區(qū)，正半周的某一時(shí)刻，電流的方向?yàn)椋簒5接觸器6km二極管v7電機(jī)隔離開關(guān)1qsd21 d11電機(jī)隔離開關(guān)2qsd12d22電機(jī)隔離開關(guān)4qs d

22、24d14電機(jī)隔離開關(guān)3qsd13d23接觸器5km 3#二極管v12晶閘管v11a5勵(lì)磁繞組x5；在負(fù)半周的某一時(shí)刻，電流流經(jīng)的方向?yàn)椋篴5晶閘管v10電機(jī)隔離開關(guān)1qsd21d11電機(jī)隔離開關(guān)2qsd12d22電機(jī)隔離開關(guān)4qsd24d14電機(jī)隔離開關(guān)3qsd13d23接觸器5km3#二極管v9二極管v8接觸器6kmx5勵(lì)磁繞組a5接觸器。在高速區(qū)，隨著勵(lì)磁電流的減小，主極磁通相應(yīng)減小，機(jī)車的最大制動(dòng)力隨機(jī)車速度增加而減小。在加饋區(qū)，勵(lì)磁電流已經(jīng)達(dá)到最大值。為了維持機(jī)車最大的制動(dòng)力，應(yīng)保持最大的制動(dòng)電流。由于機(jī)車速度降低，牽引電機(jī)的電勢(shì)不足以維持最大的制動(dòng)電流，制動(dòng)力將隨機(jī)車速度線性下降。

23、這時(shí)繞組a1x1、a3x3投入工作，半控橋晶閘管輪流導(dǎo)電，相當(dāng)于牽引電機(jī)的電勢(shì)再串聯(lián)一個(gè)整流電壓。調(diào)節(jié)整流電壓的大小，以維持制動(dòng)電流達(dá)到某一數(shù)值。圖2-83、 故障電路當(dāng)某一臺(tái)牽引電機(jī)或制動(dòng)電阻故障時(shí)，將隔離開關(guān)1qs4qs之一置向下位置(制動(dòng)故障位)，這時(shí)通過隔離開關(guān)的聯(lián)鎖觸點(diǎn)，開斷相應(yīng)的線路接觸器1km4km，故障電機(jī)的電樞將被隔離，主極繞組被隔離開關(guān)開路。當(dāng)牽引風(fēng)機(jī)和制動(dòng)風(fēng)機(jī)之一故障時(shí)，則將相應(yīng)轉(zhuǎn)向架的電機(jī)切除。（5） 測(cè)量電路 網(wǎng)側(cè)電壓測(cè)量：網(wǎng)側(cè)電壓用高壓電壓互感器(變比25kv100v)1tv測(cè)量，通過司機(jī)臺(tái)交流電壓表顯示。電機(jī)電樞電流和勵(lì)磁電流測(cè)量：采用電流傳感器1sc8sc作測(cè)量

24、元件(型號(hào)為tqg4a，1000a200ma)。它們的具體測(cè)量范圍如下：1pa(1sc)1m電樞電流2pa(3sc)3m電樞電流3pa(2sc)2m電樞電流4pa(4sc)4m電樞電流5pa(5sc)1m勵(lì)磁電流6pa(6sc)2m勵(lì)磁電流7pa(7sc)3m勵(lì)磁電流8pa(8sc)4m勵(lì)磁電流電機(jī)電樞電壓測(cè)量：采用電壓傳感器14sv作測(cè)量元件（型號(hào)為tqg3，1000v80ma)。它們的測(cè)量范圍如下：3pv(1sv)1m電樞電壓4pv(2sv)2m電樞電壓5pv(3sv)3m電樞電壓6pv(4sv)4m電樞電壓網(wǎng)側(cè)電力測(cè)量：采用交流電度表pj作測(cè)量元件(型號(hào)為dj-6，額定電壓為100v，額

25、定電流為1a，過載電流為5a)。機(jī)車速度測(cè)量：采用速度傳感器作為測(cè)量元件。(型號(hào)df16型)（6） 保護(hù)電路設(shè)計(jì)1、 過壓保護(hù)電路主電路中的過電壓產(chǎn)生的形式主要有兩種：一種是大氣過電壓，主要形式為雷擊；另一種是操作過電壓，有的是高壓側(cè)耦合過來的，有的是在牽引電路中產(chǎn)生。跟距離上兩種情況，可將過電壓保護(hù)分成兩種方式，一種是裝避雷器，另一種是安裝rc網(wǎng)絡(luò)吸收器再并聯(lián)壓敏電阻。避雷器f接于主斷路器主觸頭之后，為金屬氧化物避雷器。根據(jù)中南地區(qū)雷擊的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沖擊波電壓為90kv，工頻放電電壓為65kv。主要用于防止主斷路器分段和合閘過程的過電壓，也用于防護(hù)雷擊的過電壓。其示意圖如2-9，f為避雷器

26、。圖2-9操作過電壓保護(hù)電路通過阻容耦合和壓敏電阻并聯(lián)用以抑制牽引繞組側(cè)過電壓。通過給它們?cè)O(shè)置合適的參數(shù)可以將電壓限制到牽引繞組電壓的2倍以下。其示意圖如2-10所示。圖2-102、過流保護(hù)電路 網(wǎng)側(cè)短路保護(hù)：通過電流互感器、繼電器、主斷路器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)流經(jīng)高壓電流互感器超過規(guī)定值時(shí)，過流繼電器動(dòng)作，主斷路器分?jǐn)?。其結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。整流器側(cè)短路保護(hù)：當(dāng)牽引繞組發(fā)生短路時(shí)，可以在牽引繞組的引線上設(shè)置交流互感器檢測(cè)出短路電流信號(hào)，然后通過電氣控制柜發(fā)出信號(hào)，使主斷路器分?jǐn)?，已達(dá)到保護(hù)的目的。其結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。硅元件擊穿保護(hù)：硅整流器每一橋臂中串有快速熔斷器以實(shí)現(xiàn)元件擊穿的短路保護(hù)。牽引電機(jī)

27、過載和環(huán)火保護(hù)：當(dāng)電機(jī)環(huán)火和過載時(shí)，可以由和電機(jī)串聯(lián)的一個(gè)電流互感器檢測(cè)電流，然后通過電氣控制柜發(fā)送信號(hào)驅(qū)動(dòng)主斷路器關(guān)斷或者封鎖三段半控橋整流電路。制動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁電路單獨(dú)供電。發(fā)生過載時(shí)，和勵(lì)磁電路串聯(lián)的電流互感器檢測(cè)電流，以同樣的方式關(guān)斷主斷路器和封鎖勵(lì)磁的整流器。圖2-11圖2-123、欠壓保護(hù)電路當(dāng)網(wǎng)壓過低時(shí)，將影響機(jī)車輔助機(jī)組的正常工作，為此需要設(shè)置一個(gè)最低網(wǎng)壓保護(hù)值，當(dāng)電網(wǎng)電壓低于某值時(shí)，微機(jī)收到高壓互感器的信號(hào)后，發(fā)出一個(gè)接點(diǎn)信號(hào)，接通導(dǎo)線494和496，使18ka欠壓繼電器吸合并自鎖，同時(shí)在劈相機(jī)按鍵開關(guān)合上時(shí)，經(jīng)導(dǎo)線通過二極管30v、欠壓隔離開關(guān)14qs、34ka繼電器、18ka

28、使導(dǎo)線465有電，跳開主斷路器。電網(wǎng)電壓持續(xù)10s，u在17.5kv和19kv之間，發(fā)出跳主斷信號(hào)，u2小于17.5kv時(shí)，立即發(fā)出跳主斷信號(hào)。欠壓保護(hù)電路原理如圖2-13所示。圖2-13三、變流電路的選擇及仿真（一）方案論證1、 單拍式雙開口橋式整流調(diào)壓電路這種電路在ss1型電力機(jī)車上使用。由于電源的每一周期只有半周有電流流過，所以主變壓器繞組利用率低，變壓器體積大。其電路原理圖如圖3-1所示。圖3-12、 調(diào)壓開關(guān)8級(jí)相控?zé)o級(jí)調(diào)壓電路這個(gè)電路的整流部分采用橋式全波整流、低壓側(cè)調(diào)壓開關(guān)與晶閘管相控整流相結(jié)合的調(diào)壓方式，大范圍內(nèi)依靠調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓，調(diào)壓開關(guān)級(jí)間通過晶閘管相控整流實(shí)現(xiàn)了8級(jí)相控?zé)o極

29、調(diào)壓，獲得了相當(dāng)于8段橋相控?zé)o級(jí)調(diào)壓特性，有較小的諧波分量和較高的功率因數(shù)，對(duì)外諧波干擾小。為實(shí)現(xiàn)級(jí)間相控，由兩條晶閘管橋臂和兩條二極管橋臂構(gòu)成的半控小整流橋，作為級(jí)間相控橋以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，同時(shí)又起到8個(gè)級(jí)位轉(zhuǎn)換的作用。這種電路主要用于ss3型電力機(jī)車。但是，由于大規(guī)模依靠調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓，開關(guān)的開斷會(huì)有很大的電壓沖擊，容易造成主電路過壓的現(xiàn)象。電路原理圖如圖3-2所示。圖3-23、 不等分三段橋 綜合上述兩種電路的優(yōu)缺點(diǎn)，而且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前我國生產(chǎn)的韶山系列電力機(jī)車的整流電流大部分都采用這種電路。由于需要工作在大電壓和大電流的工作環(huán)境，而目前在所有電力電子器件中，晶閘管能承受的電壓

30、和電流容量是最高的，而且工作可靠，因此變流器件就選擇晶閘管。因此把電路稱作不等分三段半控橋。該電路的原理圖及工作原理前面已經(jīng)敘述過，這里就不再贅述。（二）電路仿真1、參數(shù)設(shè)置根據(jù)不等分三段半控橋電路的結(jié)構(gòu)，我設(shè)計(jì)了如下仿真電路：兩個(gè)交流電源ac：設(shè)置為25000v，模擬接觸網(wǎng)的電壓。變壓器t1副邊電壓設(shè)置為686.8伏，三繞組變壓器的兩個(gè)副邊電壓設(shè)置為343.4伏。二極管v1、v2、v7、v9、v12的參數(shù)設(shè)置相同，僅以v2來說明如下：圖3-3 晶閘管的參數(shù)設(shè)置的也都一樣，僅以v10來說明。圖3-4 電阻r1、r2、r3設(shè)置為800歐。變壓器t1的副邊代表原電路的a2、x2端，三繞組變壓器t1的兩個(gè)副邊代表原電路的a1、b1、x1端。2、 仿真過程及結(jié)果 因?yàn)槭紫瓤刂苬10、v11的通斷，觸發(fā)角為30度，因此需要設(shè)置觸發(fā)脈沖的參數(shù)。正半波的某一周期，觸發(fā)v11，觸發(fā)參數(shù)的設(shè)