第四章交直電力機(jī)車主電路

第四章交直電力機(jī)車主電路第1頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述

組成：牽引變壓器、牽引電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)電氣設(shè)備。

特點(diǎn)：高電壓、大電流、控制復(fù)雜、工作條件差等。

作用：傳遞功率，實(shí)現(xiàn)電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。一、對(duì)主電路的基本要求

滿足起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)要求，保證牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速獨(dú)立可調(diào)，且范圍寬。（如：升弓帶電下……)二、主電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、變流調(diào)壓方式

變壓器高壓側(cè)自耦調(diào)壓，再整流，如早期6Y2、SS2機(jī)車。變壓器次邊分段調(diào)壓，再整流，如SS1機(jī)車（有級(jí)）。第2頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述

變流器調(diào)壓，如SS3～SS9機(jī)車（無(wú)級(jí)調(diào)壓）。相控調(diào)壓有全控、半控調(diào)壓。無(wú)再生制動(dòng)用半控，因可改善功率系數(shù)。2、供電方式（1）集中供電方式一組調(diào)壓整流（半波或全波）給所有牽引電機(jī)供電。電路配線、布置簡(jiǎn)單；整流容量大，電機(jī)可全并聯(lián)，防空轉(zhuǎn)性能好；整流并聯(lián)元件多，故障短路時(shí)分流圖4-1集中供電電路

好，對(duì)元件短路保護(hù)低些。電機(jī)特性差異→負(fù)載分配不均；被拖動(dòng)與原方向相反運(yùn)動(dòng)，電機(jī)因剩磁發(fā)電，高者通過(guò)其他電機(jī)形成自勵(lì)回路，造成并聯(lián)自勵(lì)發(fā)電短路（加設(shè)線路接觸器）；一臺(tái)電機(jī)環(huán)火，可引起另一臺(tái)電機(jī)環(huán)火。中抽半波整流，一組故障時(shí)電壓減半，功率也減半。

優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：第3頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述（2）半集中供電方式

兩組調(diào)壓整流裝置，每組給一半的電機(jī)供電。優(yōu)點(diǎn)：整流器容量小些。缺點(diǎn)：一組故障時(shí)，功率降低一半。注意：C0-C0、B0-B0軸式機(jī)車，半集中供電也叫轉(zhuǎn)向架獨(dú)立供電。

圖4-2半集中供電電路

(a)(b)圖4-3獨(dú)立供電電路

（3）獨(dú)立供電方式

一整流器對(duì)一電機(jī)獨(dú)立供電。圖（a）變壓器二次共用繞組中抽供電，繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但整流易出現(xiàn)各支路逐個(gè)換向→各輸出平均電壓不相等，加大了電機(jī)特性差異的后果。第4頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述

圖（b）變壓器二次獨(dú)立繞組供電，能克服（a）的缺點(diǎn)，二次電流減小，但繞組增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜及繞組間絕緣問(wèn)題。注意：現(xiàn)代交-直電力機(jī)車用半集中供電（交-直-交亦如此）。3、調(diào)速與磁場(chǎng)削弱方式調(diào)速：起動(dòng)及低速時(shí)調(diào)電機(jī)端壓、高速時(shí)用削磁來(lái)調(diào)速。削磁方式：電阻分流（三級(jí)）、可控硅分流（無(wú)級(jí)）。4、電制動(dòng)方式電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)。（見(jiàn)前述）5、牽引電動(dòng)機(jī)型式及聯(lián)結(jié)方式型式：串勵(lì)（常用）、復(fù)勵(lì)（6K、SS7）。第5頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述聯(lián)結(jié)方式：牽引電機(jī)并聯(lián)，更好利用粘著力。6、檢測(cè)及保護(hù)方式（1）檢測(cè)交流側(cè)：交流電壓、電流互感器，測(cè)網(wǎng)壓、變壓器一次電流。直流側(cè)：直流電壓、電流互感器或傳感器，檢測(cè)牽引電機(jī)端壓、電樞電流、勵(lì)磁電流（電氣制動(dòng)狀態(tài)）。（2）保護(hù)種類：過(guò)流（含短路和過(guò)載）、接地、過(guò)壓、欠壓及其它保護(hù)。方式：切斷機(jī)車總電源、切斷故障電路電源等，或僅給司機(jī)信號(hào)引起注意。第6頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述三、電力機(jī)車的功率系數(shù)

“交-直”環(huán)節(jié)，使電力機(jī)車具有功率系數(shù)的特殊性。1、功率因數(shù)與功率系數(shù)

交流電路（U、I正弦），有功P與視在S之比，叫功率因數(shù)。

“交-直”機(jī)車，電壓正弦，電流畸變（理想情況下為矩形波）。牽引變壓器原邊有功P與視在S之比叫功率系數(shù)，用μ來(lái)表示。2、功率系數(shù)的物理意義（1）定義（4-1）電壓正弦，電流非正弦→基波、諧波，其與電壓同頻基波產(chǎn)生有功功率、不同頻諧波只產(chǎn)生無(wú)功功率。因此

第7頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1概述

(4-2)式中，U為正弦有效值，I為電流總有效值，I(1)為基波電流有效值,為基波電流的相位系數(shù)，為基波電流的有功分量。引入電流波形畸變系數(shù)（亦即電流基波系數(shù)）ξ=I(1)/I，則有

（4-3）可見(jiàn)：ξ↑→畸變↓，ξ=1→無(wú)畸變，有。通常情況，μ＜。（2）淺析①μ＜1：一是基波電流與電壓不同相，＜1；二是電流畸變有諧波，ξ＜1。②提高μ，一是使I(1)與U同相，二是使電流接近正弦。

第8頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路

理想情況：硅元件正向管壓降為零；直流側(cè)Ld=∞；變壓器繞組漏抗、電阻忽略不計(jì)；變壓器次邊電壓正弦。一、不可控整流電路

二極管整流，有級(jí)調(diào)速，如SS1機(jī)車。（一）中抽式整流電路圖4-1原理電路。集中供電，每三臺(tái)電機(jī)并聯(lián)串PK后再并聯(lián)；M1～M6均串勵(lì)；變壓器副邊ao、bo兩段，其電壓大小相等而相位相反。理想情況:變壓器u2正弦、i2直流，u1正弦、iT方波；D1換流到D2瞬間（0、π、……）完成，即瞬間自然換相。

圖4-1中抽式整流電路

第9頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路1、整流電壓與電流分析有：整流電壓（4-4）式中，Ud為平均電壓，Ud0為理想空載電壓。整流平均電流（4-5）式中，R為直流電路的總電阻（6臺(tái)電機(jī)并聯(lián)的總電阻）。牽引變壓器：

副邊：電壓每段正弦有效值（4-6）電流每段矩形波有效值（4-7）

原邊：電壓正弦電流方波有效值

（KT變壓器變比）

（4-8）圖4-5整流電路波形

第10頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路2、整流元件的電壓電流參數(shù)（1）硅元件電流整流器電流有效值I=0.707Id=0.707（6IM）=4.242IM。（2）硅元件電壓中抽整流，D1導(dǎo)通時(shí)，D2反向電壓為變壓器副邊兩段繞組電壓之和，則整流元件反向峰值電壓為（代入U(xiǎn)2）

(4-9)可見(jiàn)：由電機(jī)電壓（即Ud)、電流選擇整流元件參數(shù)。3、牽引變壓器的計(jì)算容量副邊兩段，計(jì)算容量

（4-10）第11頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路原邊計(jì)算容量

（4-11）銘牌容量（標(biāo)志變壓器重量和尺寸的大?。┯?jì)算（4-12）整流功率Pd=UdId（6臺(tái)電機(jī)Pd=6UMIM）。4、機(jī)車功率系數(shù)變壓器原邊正弦電壓與方波電流同相位，據(jù)電流付氏級(jí)數(shù)可得（4-13）注意：當(dāng)忽略電路電阻和變壓器銅、鐵耗時(shí)，μ可表示為整流功率與變壓器副邊視在功率的比（4-14）

第12頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路可見(jiàn)：不可控中抽整流電力機(jī)車，功率系數(shù)較高；且在調(diào)壓過(guò)程中相位不變、電流畸變不變、功率系數(shù)不變。（注：對(duì)橋式整流，除整流管受反壓比中抽式小一半、變壓器原副邊及銘牌容量都相等外，iT、u1波形和μ、ξ都相同）（二）整流的脈動(dòng)與平波電抗器實(shí)際中（Ld≠∞），電壓脈動(dòng)，電流亦有脈動(dòng)，影響直流電機(jī)的安全換相。1、整流電壓、電流的脈動(dòng)（1）電壓脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)電壓付氏級(jí)數(shù)分解，僅考慮直流和最大幅值諧波分量，則有第13頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路

（4-15）電壓脈動(dòng)系數(shù)（脈動(dòng)程度）：交流分量的脈動(dòng)幅值與直流分量之比

(4-16)注意：考慮其它諧波時(shí)，脈動(dòng)系數(shù)Ku還會(huì)增大。（2）電流脈動(dòng)系數(shù)

電流脈動(dòng)與整流電路負(fù)載性質(zhì)有關(guān)：

純阻負(fù)載：電流脈動(dòng)與整流電壓的脈動(dòng)相同，Ki與Ku相同。感性負(fù)載：電流脈動(dòng)減小，若Ld=∞則為直流，Ki為零。注意：電力機(jī)車負(fù)載為牽引電動(dòng)機(jī)，屬反電勢(shì)性質(zhì)負(fù)載。為安全換相，結(jié)構(gòu)上特殊設(shè)計(jì)，電路串平波電抗器（Ld足夠大）。第14頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路2、平波電抗器的作用

Ld產(chǎn)生自感電勢(shì)阻止電流變化，電流脈動(dòng)↓;Ld足夠大，可敷平電流。二、可控整流電路（一）全控整流電路全橋可控硅整流。改變可控硅α→改變整流電壓ud波形→改變Ud。注意：①在nπ≤ωt≤nπ+α期間，因Ld=∞出現(xiàn)負(fù)的整流電壓，且Id為常數(shù)；②在ωt=nπ+α瞬間換向，可控硅電流、變壓器原邊電流i都滯后α角。圖4-6全控整流電路

第15頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路1、整流電壓依電力電子學(xué)有（4-17）可見(jiàn)：①當(dāng)α=0，同不可控整流，②當(dāng)α=90o時(shí)，有Ud=0（整流電壓波形正負(fù)面積相等）。③當(dāng)α＞90o時(shí)，cosα為負(fù)，有Ud為負(fù)，整流電路逆變狀態(tài)。另：可控硅元件承受反向電壓峰值為（4-18）圖4-7全控橋整流波形

第16頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路2、變壓器電流

Ld=∞，Id直流，變壓器原、副邊電流均為方波，其副邊I2=Id、原邊I1=IT=Id/KT。3、機(jī)車功率系數(shù)因iT基波i(1)

與電壓u1相位差α角，即=α。（4-19）將式（4-17）代入式（4-19）得（4-20）可見(jiàn)：①全橋整流的μ與Ud成正比。

②當(dāng)α=0（全導(dǎo)通），Ud=Ud0最大，μ=0.9最高。

③隨α↑→Ud↓→μ↓；當(dāng)α=90o→Ud=0→μ=0。則調(diào)壓時(shí)，須考慮μ降低問(wèn)題。第17頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路據(jù)（4-19）、（4-20），不同α對(duì)應(yīng)有Ud/Ud0、μ值，可繪制出μ=f(Ud/Ud0)特性曲線，見(jiàn)后圖4-14中曲線2所示。（注意：可控整流，因變壓器原邊i(1)

與電壓u1不同相，電源視在功率S中有P和Q，還有畸變功率。Q和畸變功率不提供有效功率，其無(wú)功電流、高次諧波電流還產(chǎn)生損耗和壓降，影響變壓器、接觸網(wǎng)和變電所設(shè)備容量，并使損耗增大，機(jī)車的輸出力降低，且高次諧波干擾通訊。因此，提高μ是一項(xiàng)重要任務(wù)，也是選擇整流電路調(diào)壓方式的重要指標(biāo)。）（二）半控橋式整流電路共陰電路：全控橋的T3、T4為二極管。由導(dǎo)通的可控硅與其串的二極管續(xù)流(缺點(diǎn)：半周無(wú)觸發(fā)，則為半波整流）。不共陰電路：全控橋的T2、T3為二極管。無(wú)前者缺點(diǎn)，電力機(jī)車廣泛采用。第18頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路不共陰半控橋電路如圖4-8所示。

1、整流電壓由波形圖得（4-21）可見(jiàn)：①當(dāng)α=0時(shí)，同不可控整流電壓，即

②當(dāng)α=90o時(shí)，Ud=0.5Ud0=0.45U2；而當(dāng)α=π時(shí)，Ud=0。與全控橋比：Ud同樣在最大與零間平滑調(diào)節(jié)，但控制角α大一倍（0~180°）。整流元件反壓同全控橋。（注：整流波形圖中沒(méi)有負(fù)的陰影面積）圖4-8不共陰半控橋整流電路

圖4-9不共陰半控橋整流波形

第19頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路2、變壓器電流Ld=∞，Id直流。變壓器繞組在α內(nèi)無(wú)電流，是斷續(xù)矩形波。i2的大小為Id、iT的大小為Id/KT，iT的有效值為（4-22）4、機(jī)車功率系數(shù)變壓器原邊視在功率（4-23）變壓器原邊有功功率（不計(jì)變壓器、整流器的損耗）（4-24）機(jī)車的功率系數(shù)（4-25）據(jù)（4-21）、（4-25），不同α對(duì)應(yīng)有Ud/Ud0、μ值，可繪制μ=f(Ud/Ud0)曲線，見(jiàn)后圖4-14曲線3。

第20頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路比較曲線2、3可見(jiàn)：

①半控橋改善了μ，它高于全橋，但它低于不可控。

②α↑→Ud↓→Ud/Ud0↓,其μ↓；反之則相反。

③Ud/Ud0→1時(shí)，半控橋的iT比不可控橋更接近正弦，其μ＞0.9。另：由波形圖知，半控橋變壓器原邊電流基波量I(1)

與橫軸交于(α/2)處，故相位移系數(shù)。（三）多段橋順序控制可控整流在低壓區(qū)，μ↓、高次諧波電流較大，電網(wǎng)污染大。多段橋可改善。第21頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路1、兩段半控橋式整流電路（1）整流電壓變壓器副邊兩段，分別給半控橋RM1、RM2供電，兩橋串后向電機(jī)供電。其中，二極管D1～D4提供直流續(xù)流通路。①低壓段，RM1逐漸開(kāi)放，RM2關(guān)斷，由D3、D4聯(lián)通電路，同前述半控橋（4-26）可見(jiàn)，α1=π，Ud=0；α1=0，Ud=0.5Ud0。即低壓段，α1由π～0，Ud從0～0.5Ud0。②高壓段，RM1全開(kāi)放，RM2逐漸開(kāi)放，（即疊加）有

圖4-10兩段半控橋電路

圖4-11兩段半控橋波形

第22頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路

（4-27）可見(jiàn)，α2=π，Ud=0.5Ud0；α2=0，Ud=Ud0。即高壓段，α2由π～0，Ud從0.5Ud0～Ud0。（2）功率系數(shù)由iT波形得有效值IT，再得出變壓器視在功率S、有功功率P，最后得功率系數(shù)（見(jiàn)講義）（4-28）據(jù)（4-27）、（4-28），不同α2有Ud/Ud0、μ值，得μ=f(Ud/Ud0)特性曲線，見(jiàn)后圖4-14曲線4所示。比較曲線3、4可見(jiàn)，兩段比一段的μ高得多，但總體比較低，特別在Ud/Ud0=0.557附近μ下降較多。另，電流波形畸變也有所改善。

（6G、SS6機(jī)車采用。另：SS5是全控橋與半空橋串聯(lián)）第23頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路2、三段不等分橋式整流電路

SS4改、SS8、SS34000等機(jī)車采用。

圖示電路，變壓器副邊ax1、bx2兩段，其ax1段半控橋，bx2段中抽式半控橋，故實(shí)際上是三段不等分（電壓比例為1：1：2）。D1～D4提供續(xù)流通道。

圖4-12三段不等分半控橋電路

圖4-13三段不等分半控橋波形

第24頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路①第一段，低壓調(diào)節(jié)（大橋調(diào)壓）。繞組ax1、T1、T2、D1、D2工作，D3、D4聯(lián)通電路；T3～T6均關(guān)斷。據(jù)波形，整流電壓平均值為(4-29)式中，Uax1為ax1段電壓有效值，是副邊總電壓有效值的一半（即0.5U2）?？梢?jiàn):α1=π，Ud=0；α1=0，Ud=0.9Uax1=0.5Ud0。即α1由π～0，Ud從0～0.5Ud0。②第二段，中壓調(diào)節(jié)（小橋調(diào)壓）。大橋滿開(kāi)放（即α1=0），繞組bc、T3、T4、及D3、D4投入工作，整流電壓平均值為(4-30)第25頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路式中，Ubc為bc段電壓有效值，為副邊總電壓有效值的四分之一（即0.25U2）?？梢?jiàn):α2=π，Ud=0.5Ud0；α2=0，Ud=0.75Ud0。即α2從π～0，Ud從0.5Ud0～0.75Ud0。③第三段，高壓調(diào)節(jié)，前兩段橋滿開(kāi)放（即α1=0、α2=0），繞組cx2、T5、T6也工作，整流電壓平均值為（4-31）式中，Ucx2為cx2段電壓有效值，為副邊總電壓有效值的四分之一（即0.25U2）?？梢?jiàn)：α3=π，Ud=0.75Ud0；α3=0，Ud=Ud0。即α3從π～0，Ud從0.75Ud0～Ud0。第26頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路按前述方法，可求出μ，并得μ=f(Ud/Ud0)曲線，見(jiàn)后圖4-14的曲線5所示。比較曲線4、5可見(jiàn)，三段比兩段的μ高，且波形畸變小，故被“交-直”機(jī)車廣泛用。（注：SS4改、SS8、SS34000等機(jī)車采用三段不等分橋調(diào)壓。8K機(jī)車亦之，不同的是第一段橋?yàn)槿貥?，類似半控橋工作，可再生制?dòng)；第一段全橋移相π/2～0，當(dāng)α1=0時(shí)再順序開(kāi)放第二段橋）3、四段經(jīng)濟(jì)橋式整流電路四段經(jīng)濟(jì)橋與三段不等分橋電路相同（見(jiàn)圖4-14），只是控制順序不同。SS4機(jī)車應(yīng)用。

①第一段，移相控制T3、T4，繞組bc、T3、T4、D3、D4工作，D1、D2聯(lián)通電路，T1、T2、T5、T6均封鎖，僅bc段繞組流過(guò)電流，整流電壓的平均值為

第27頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路

（4-32）可見(jiàn)：α1=π，Ud=0；α1=0，Ud=0.9Ubc=0.25Ud0。即α1從π～0，Ud從0～0.25Ud0。②第二段，一段橋滿開(kāi)放，移相控制T5、T6，繞組bc和cx2、T3～T6、D3、D4工作，D1、D2聯(lián)通電路，T1、T2封鎖，整流電壓的平均值為（4-33）可見(jiàn)：α2=π，Ud=0.25Ud0；α2=0，Ud=0.5Ud0。即α2從π～0，Ud從0.25Ud0～0.5Ud0。③過(guò)渡，α2=0時(shí)，將bx2段負(fù)載全轉(zhuǎn)移到ax1上。（二繞組匝數(shù)相等，合理控制實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊平滑轉(zhuǎn)移）電壓過(guò)零時(shí)刻滿開(kāi)放T1、T2，并封鎖T3～T6。電機(jī)端壓不變，即

第28頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路④第三段，維持T1、T2滿開(kāi)放，再次控制T3、T4，使bc段再次投入工作

(4-34)可見(jiàn):α3=π，Ud=0.5Ud0；α3=0，Ud=0.75Ud0。即α3從π～0，Ud從0.5Ud0～0.75Ud0。⑤第四段，維持T1～T4滿開(kāi)放，再次控制T5、T6，使cx2段再次投入工作

(4-35)

可見(jiàn):α4=π，Ud=0.75Ud0；α4=0，Ud=Ud0。即α4從π～0時(shí)，Ud從0.75Ud0～Ud0。

第29頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路綜上，三段不等分橋可獲四段等分橋效果，降低了機(jī)車造價(jià)，故中抽橋叫經(jīng)濟(jì)橋，因調(diào)節(jié)電壓又叫移相橋。另一半控橋起存儲(chǔ)電壓作用，故叫開(kāi)關(guān)橋。按四段等分橋推類，可歸納出n段等分橋i段橋工作的整流電壓為(i=1、2、……n)（4-36）按前述方法，同樣可得μ=f(Ud/Ud0)特性曲線，見(jiàn)圖4-14中的曲線6所示。可見(jiàn)，四段半控橋已有較滿意的μ。圖4-14不同整流電路功率系數(shù)

第30頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路綜述：①不可控橋，變壓器副邊抽頭調(diào)壓，μ恒在0.9；②半控橋，移相調(diào)壓，μ隨分段數(shù)的增加而改善。起動(dòng)時(shí)較明顯，而在運(yùn)行范圍內(nèi)μ約在0.778～0.933間波動(dòng)。注意：分段多，利于改善μ，但電路復(fù)雜。三、機(jī)車調(diào)壓方式與功率系數(shù)補(bǔ)償由前述知，整流實(shí)現(xiàn)交→直、調(diào)壓→調(diào)速、影響μ。1、機(jī)車調(diào)壓方式（1）整流電路聯(lián)接形式機(jī)車整流：中抽式、橋式。橋式比中抽式的變壓器利用率高（約20％）。現(xiàn)代機(jī)車用橋式。第31頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路（2）機(jī)車調(diào)壓方式中抽式：變壓器副邊抽頭調(diào)壓，變壓器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。橋式：可控硅調(diào)壓。全控橋α在0～π/2內(nèi)調(diào)壓，半控橋則在0～π內(nèi)調(diào)壓。多段橋調(diào)壓范圍更寬。注意：一般用半控橋（僅再生制動(dòng)才用全控橋），因移相范圍范圍大一倍（0～π），機(jī)車的平均μ值高，且控制簡(jiǎn)單。2、機(jī)車功率系數(shù)補(bǔ)償性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：功率系數(shù)、諧波干擾。μ低，設(shè)備利用率低；諧波高，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量（電網(wǎng)污染）。提高μ、降低諧波→重要課題。限制要求：μ=0.9、I(3)=3.9A。第32頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路注意：相控機(jī)車μ僅為0.78～0.80、諧波等效干擾最大值Ipmax＞9.2A。（主要是3、5次偕波影響）（1）采用多段橋

多段橋μ↑、諧波↓，但變壓器副邊抽頭多、整流復(fù)雜，故一般不超四段。（2）采用功率系數(shù)補(bǔ)償器圖4-15濾波電路

功率系數(shù)補(bǔ)償器：跨接于變壓器副邊的LC、RC、或RLC電路（兼作濾波，如圖示）。補(bǔ)償原理：補(bǔ)償前：Ld作用→i2方波→諧波，負(fù)載感性及控制角α作用→i2滯后u2→μ↓；

補(bǔ)償后：LRC串聯(lián)諧振于3次諧波→基波呈容性→原滯后負(fù)載電流↓→μ↑，且LRC對(duì)3次呈低阻性→吸收絕大部分3次諧波→流向電網(wǎng)↓→電網(wǎng)諧波干擾↓。

第33頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2理想整流電路試驗(yàn)表明，加補(bǔ)償器后，可不用多段橋。應(yīng)用：SS6機(jī)車采用兩段橋加功率補(bǔ)償，6K、8K機(jī)車在補(bǔ)償器全投時(shí)μ＞0.9。注意：限于機(jī)車空間，可在車下補(bǔ)償（變電所和接觸網(wǎng)上），但側(cè)重不同。

(a)(b)圖4-16機(jī)車濾波器工作原理

第34頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路實(shí)際電路非理想，如整流管壓降不為零、Ld≠∞、變壓器有漏抗等。因太復(fù)雜，僅對(duì)Ld≠∞、Xc≠0進(jìn)行討論。一、Xc≠0、Xd=∞整流電路

Xc≠0（變壓器繞組漏抗），整流不是瞬間完成換相；Xd=∞，整流電流被完全敷平；換相過(guò)程中電機(jī)電流保持恒值。（一）橋式整流電路換相前：b端正，D2、D4通，電流Id。換相開(kāi)始（ωt=0）：a端正，電流從D2、D4換相到D1、D3。由于變壓器漏抗Xc的磁場(chǎng)儲(chǔ)能，使副邊繞組中的電流i2不能躍變，只能從-Id逐漸變到+Id。換相期間：D1～D4均通，副邊短路，D2、D4電流的減少與D1、D3第35頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路電流的增加相等，Id不變。換相結(jié)束（ωt=λ）：D2、D4電流下降到零而關(guān)斷，D1、D3電流增至Id，并一直保持到ωt=π時(shí)開(kāi)始下次換相為止。1、換相重疊角λ

ωt=0時(shí)，iD2=iD4=Id-is/2，iD1=iD3=is/2，副邊電流為i2=is-Id。ωt=λ時(shí)，短路電流增加到is=2Id，D2、D4電流降到零，iD1、iD3增到Id，副邊電流改變方向?yàn)镮d。

換相期間（0≤ωt≤λ）副邊短路電流is僅受Xc的限制，可寫出方程式

圖4-17Xc≠0橋式整流電路

圖4-18Xc≠0橋式整流波形

第36頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路

（4-37）積分可得短路電流

（4-38）故，副邊短路電流為（4-39）當(dāng)ωt=λ時(shí)，is=2Id，由式（4-38）可得計(jì)算換相重疊角λ式為（4-40）式中，Is=U2m/Xc為短路電流峰值。可見(jiàn)：換相重疊角λ是漏抗Xc、負(fù)載Id、電壓U2m的函數(shù)。2、換相時(shí)直流電壓損失副邊同中抽式，整流電壓波形也相同（參見(jiàn)書），經(jīng)分析有整流電壓平均值（4-41）第37頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路代入式（4-40）（4-42）可見(jiàn)：Xc引起直流電壓損失IdRc=2IdXc/π，Rc=Xc/π使Ud隨Id線性降低。3、變壓器參數(shù)

電壓正弦。電流非正弦（見(jiàn)前波形圖），且原副邊波形相同、大小差一個(gè)變比，分析（參見(jiàn)講義）知有效值是換向角λ的函數(shù)。

容量，分析（參見(jiàn)講義）知也是λ的函數(shù)。4、機(jī)車功率系數(shù)

分析（參見(jiàn)講義）知，Xc影響使μ↓。

第38頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路（三）半控橋整流電路電路：參見(jiàn)圖4-8。換相前，D1、T2通。ωt=0時(shí)，a端正，T2向D2自然換相，換相后D1、D2續(xù)流，副邊無(wú)電流。ωt=α?xí)r，觸發(fā)T1，D1向T1觸發(fā)換相，換相后由T1、D2導(dǎo)通到ωt=π。ωt=π時(shí)，又由T1向D1自然換相，換后D1、D2續(xù)流。ωt=π+α?xí)r，觸發(fā)T2，由D2向T2觸發(fā)換相。如此重復(fù)。圖4-19Xc≠0半控橋整流波形

第39頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路1、換相重疊角λ①第一次換相（D1向T1換相，觸發(fā)換相）

ωt=α?xí)r，觸發(fā)T1，D1、T1通，副邊短路，電壓方程式同（4-37），積分得（4-43）α≤ωt≤(α+λ1)換相期間，各橋臂電流iT1=is，iD1=Id-is，iT2=0，iD2=Id。ωt=(α+λ1)時(shí)，第一次換相結(jié)束，有iT1=is=Id，iD1=0，故可得（4-44）可見(jiàn)：第一次換相重疊角λ1不但隨Xc、Id、U2m變化，且與α大小有關(guān)。

第40頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路②第二次換相（T1向D1換相，自然換相）（α+λ1）≤ωt≤π期間，T1、D2通。ωt=π時(shí)，變壓器電勢(shì)反向，T1向D1自然換相，副邊繞組第二次被短路。據(jù)式（4-37）及邊界條件可求第二次λ2

（4-45）（注意：與不可控橋換相重疊角式（4-40）比，上式第二項(xiàng)小一倍。因前者換相一次完成，變壓器電流變化2Id，后者兩次完成，每次電流變化為Id。）2、換相時(shí)直流電壓損失據(jù)半控橋整流電壓波形，可得整流電壓平均值為（4-46）

第41頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路將式（4-44）代入上式有（4-47）式中，為空載電壓平均值；為半控橋換相等效內(nèi)阻，是不可控橋的一半（因半控橋換相分兩次，第二次不造成直流電壓損失）?？梢?jiàn)：Ud與Id線性，Xc引起直流電壓損失使整流電壓降低，但斜率比不可控橋小一倍。（注意：對(duì)變壓器參數(shù)，因半控橋原、副邊電流均為α和λ1、λ2的函數(shù)，表達(dá)式更為復(fù)雜，但推導(dǎo)步驟和方法是一樣的）

第42頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路二、Xc≠0、Xd≠∞整流電路

Xd≠∞，id變化，Xd作用，ud波形復(fù)雜，分析推導(dǎo)復(fù)雜，僅就橋式簡(jiǎn)要分析。圖4-20Xc≠0、Xd≠∞時(shí)電壓電流波形

橋式整流電路（參見(jiàn)4-17），Xc≠0、Xd≠∞，有圖4-20示整流電壓、電流波形。Xd為定值，不可控橋的換相不在半周初（即ωt=0、π…）開(kāi)始，而要延滯一β角，即在整流電壓ud下降到零時(shí)開(kāi)始。

1、延滯角β整流電路電壓平衡方程式

（4-48）第43頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路式中，ED為電機(jī)反電勢(shì)（圖中標(biāo)成Ed）。電路（圖4-17）cd間的整流電壓為

（4-49）（可見(jiàn)：Xc≠0、Xd≠∞時(shí)，上式有第二項(xiàng)，在ωt=0（π、2π…）時(shí)u2=0，而ud≠0，不能開(kāi)始換向；只有在ωt=β（或π+β…）時(shí)，才有ud=0開(kāi)始換向。）正半周D1、D3通，ωt=π+β時(shí)由D1、D3換到D2、D4。由式（4-48）得（4-50）這時(shí)ud=0，式（4-49）變?yōu)椋?-51）將式（4-50）代入，有（4-52）

第44頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路可見(jiàn)：β與Xc、Xd有關(guān)，Xd=∞時(shí)β=0。2、整流電壓由式（4-48）得(4-53)可見(jiàn)，u2＞ED時(shí)，Xc、Xd的自感電勢(shì)為正，id增加，反之則相反。將式（4-48）中的did/dt代入式（4-49）可得ud

(4-54)求平均值Ud，且代入忽略電機(jī)電路電阻的Ud=ED，有（4-55）第45頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路可見(jiàn)：①Ud隨U2及λ變化，與Xc、Xd有關(guān)（β也與Xc、Xd相關(guān)）。

②當(dāng)Xc≠0、Xd=∞，有β=0、λ≠0，式（4-55）同（4-41）；當(dāng)Xc=0、Xd=∞，有β=0、λ=0，式（4-55）同（4-4）。3、整流電流

按換相、非換相期間微分方程求解（參見(jiàn)講義）可得（4-56）可見(jiàn)：id是β、λ及Xc、Xd的函數(shù)。平均電流Id

（4-57）

第46頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路4、Xd對(duì)功率系數(shù)的影響分析（見(jiàn)講義）知：①不同的Xd/Xc值有不同的Ud/Ud0=f(Id/Is)曲線，都是下降的。②Xd/Xc＞4時(shí)，Xd/Xc增加對(duì)Ud/Ud0=f(Id/Is)曲線影響不大，且與Xd=∞時(shí)相差很小。故一般工程中用Xd=∞處理是允許的。③對(duì)于Xd=∞，可得,Ud/Ud0隨Id/Is線性降低。④Xd/Xc對(duì)機(jī)車功率系數(shù)μ影響較大，當(dāng)Xd/Xc↑→μ↑。（例如，當(dāng)Id/Is=0.1時(shí)，Xd/Xc=6的μ為0.8，而Xd/Xc=8.5的μ為0.83；同時(shí)，在Id/Is=0.075～0.1范圍內(nèi)，μ=f(Id/Is)還有最大值；當(dāng)Id/Is＜0.075時(shí)，μ將降低。）注意：Xd隨負(fù)載而變，負(fù)載減小時(shí)Xd增大，則小負(fù)載下Xd/Xc顯著提高，使μ得到一定提高。故，為提高μ應(yīng)正確選擇平波電抗器的特性。第47頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路三、整流電流脈動(dòng)及Xd的選擇實(shí)際中Xd≠∞，整流電流總是脈動(dòng)的。1、整流電流脈動(dòng)系數(shù)（1）不可控橋整流電流脈動(dòng)系數(shù)設(shè)整流電壓ud，電機(jī)反電勢(shì)ed，Ld自感電勢(shì)Ld(did/dt)，忽略直流回路電阻，可列方程式電機(jī)串勵(lì)繞組并小電阻（約為其等效的1/10），繞組交流感抗大，則交流量經(jīng)電阻，勵(lì)磁為恒直流磁勢(shì)；機(jī)車慣性大，正常運(yùn)行可認(rèn)為n不變，故電機(jī)反電勢(shì)ed=CeΦnn=ED。則上式可改寫為（4-58）第48頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路

自感電勢(shì)頻率為100HZ，因?yàn)椋簎d＞ED，Ld(did/dt)正，id↑；ud＜ED，Ld(did/dt)負(fù)，id↓，則有圖-21示波形。在ωt1處有idmin，在ωt2處有idmax，其脈動(dòng)值為（4-59）不記λ時(shí)，ED=Ud0=2U2m/π，ud=U2msinωt，且id對(duì)稱，則

圖4-21不可控橋電壓、電流波形

（4-60）式中的ωt1可由U2msinωt1=ED=2U2m/π來(lái)確定。第49頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路故整流電流脈動(dòng)值為（4-61）可見(jiàn)：δ=0.66正好為式（4-16）的值，它與Ud0和Xd的大小無(wú)關(guān)；而△id則與Ud0、Xd0的大小有關(guān)。整流的交流分量大小用電流脈動(dòng)系數(shù)Ki來(lái)表示，不可控整流為（4-62）可見(jiàn)：Ki與Ud0、Ld、Id、電源f大小有關(guān)。當(dāng)Ld（或Xd）足夠大時(shí)，可大大減少電流脈動(dòng)。（2）半控橋整流電流脈動(dòng)系數(shù)對(duì)半控橋，圖4-22（a）為α＜ωt1、（b）為α＞ωt1。

對(duì)于α＜ωt1，在ωt1處有等式（4-63）

第50頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路對(duì)于α＞ωt1，在ωt1處還未導(dǎo)通，在ωt2處有等式（4-64）圖4-22半控橋兩種控制角的情況

交界處α=α1=ωt1，由式求得α1=35o12′。當(dāng)α＜35o12′時(shí)，考慮ED=Ud并將（4-63）→（4-59），得脈動(dòng)值(4-65)

(ωt1由式（4-63）求出)

第51頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路當(dāng)α＞35o12′時(shí)，考慮ED=Ud并將（4-64）→（4-59），得脈動(dòng)值

(4-66)將式（4-65）、（4-66）與式（4-61）比較：不可控橋δ=0.66為常數(shù)，半控橋δ=△idXd/Ud0=f(α)是α的函數(shù)。分析知，α=65o時(shí)，有最大值δmax=0.97，對(duì)應(yīng)有最大值Kimax

（4-67）注意：當(dāng)記λ時(shí)，因λ對(duì)整流電壓波形的影響同α，故用(α+λ)代替α即可。（對(duì)全控橋整流電路，分析推導(dǎo)方法類似）

(ωt2由式（4-64）求出)

第52頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路2、平波電抗器的選擇（1）不可控整流Ld的選擇不可控整流電路，Ud0為常數(shù)。淺析：若Ld為常值，由式（4-62）知，Ki僅隨Id變,Id↑→Ki↓，反之相反。圖4-23平波電抗器特性曲線

從電機(jī)換相和小負(fù)載時(shí)提高μ來(lái)說(shuō)，希望Ki恒定，則Ld就不為常值。Ld隨Id而變，保證LdId為常數(shù)，維持Ki不變，則Ld=f（Id）為雙曲線，如圖4-23曲線1所示。

鐵芯電抗器，特性如曲線2所示。Id小時(shí)，磁路不飽和，Ld較大并為常數(shù)，Xd/Xc大→μ高；當(dāng)Id↑→磁飽度↑→Ld↓，Ki不變。故電力機(jī)車采用鐵芯平波電抗器。

結(jié)論：器件：第53頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.3非理想整流電路（2）可控整流電路

據(jù)給定Ud0和允許的Ki和Id范圍，最不利（δ=δmax）情況下來(lái)確定Ld值。注意：雖Ld↑→電流敷平、μ↑，但Ld尺寸和重量均↑，影響機(jī)車的布局；而Id平直，變壓器原邊諧波↑→通訊干擾↑。通常，在一定Ud0下，先規(guī)定Ki，然后求不同Id下的Ld值，再選用合適的平波電抗器。（規(guī)定Ki≯25～30％）第54頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)一、過(guò)流保護(hù)

過(guò)流，指電器設(shè)備過(guò)載、短路等引起的電流劇增。后果，電氣設(shè)備絕緣老化、設(shè)備燒損，嚴(yán)重引起失火。1、主電路的過(guò)電流原因：變壓器原、副邊短路和牽引電機(jī)過(guò)載、整流電路短路（內(nèi)、外部短路）。（1）整流電路內(nèi)部短路內(nèi)部短路：指整流元件喪失反向阻斷能力（擊穿）。危害：使變壓器副邊短路。感性負(fù)載，短路電流為交流穩(wěn)態(tài)與衰減直流量（大小取決于短路時(shí)的初始條件）之和，第一周（電源頻率）內(nèi)會(huì)出現(xiàn)最大值。第55頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)

設(shè)變壓器副邊電壓u2=U2msinωt，短路電流可表示為（4-67）式中，Ku=1.16為網(wǎng)壓升高系數(shù)（額壓25kV，最大29kV）；ψ為橋臂擊穿時(shí)電壓初相角，最嚴(yán)重在電壓瞬時(shí)值過(guò)零時(shí)（ψ=0）；Zc為換算到副邊的等值短路阻抗，由Rc、Lc組成，其中Rc為等值短路電阻（包括接觸網(wǎng)、原副邊繞組、硅元件正向等效及引線電阻），Lc為等值短路電感（包括接觸網(wǎng)、變壓器短路漏感）；Zc的阻抗角=arctg（ωLc/Rc）?？梢?jiàn)，Zc越大→is越小。（2）整流電路外部短路外部短路：整流輸出側(cè)短路，最常見(jiàn)是電機(jī)環(huán)火。因Ld、串勵(lì)繞組、附加極繞組的電抗大，使外部短路電流增長(zhǎng)緩慢。

第56頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)（3）主電路過(guò)載三種：機(jī)車起動(dòng)、上坡或司機(jī)操作不當(dāng)發(fā)生的電流過(guò)載；整流臂某支路斷開(kāi)使其它支路電流過(guò)大的電流過(guò)載；當(dāng)通風(fēng)機(jī)組故障時(shí)，使強(qiáng)迫風(fēng)冷的整流器、牽引電機(jī)、牽引變壓器等因過(guò)熱而受損壞。2、過(guò)電流保護(hù)（1）主斷路器保護(hù)

高速自動(dòng)開(kāi)關(guān)或主斷路器保護(hù)。主斷路器：裝在牽引變壓器原邊(空氣斷路器)，既是總電源開(kāi)關(guān)，又是過(guò)電流保護(hù)。SS機(jī)車用25kV空氣斷路器，電流互感器檢測(cè)，當(dāng)達(dá)整定值后0.06秒動(dòng)作切斷電源。

第57頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，無(wú)復(fù)雜控制。缺點(diǎn)：動(dòng)作速度較慢，保護(hù)的可靠性受限，應(yīng)用：只作整流電路外部短路過(guò)電流保護(hù)（因Ld大，短路電流增長(zhǎng)緩慢）。（2）過(guò)流繼電器保護(hù)安裝在變壓器原邊，保護(hù)變壓器原、副邊短路，當(dāng)超過(guò)動(dòng)作值時(shí)使主電路跳閘。（3）電磁式過(guò)載繼電器保護(hù)

保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載。牽引電機(jī)回路母線穿過(guò)繼電器鐵心，超過(guò)動(dòng)作值時(shí)動(dòng)作，引起主電路跳閘。注意：

①電氣制動(dòng)電機(jī)過(guò)載保護(hù)也可用繼電器，但只切斷勵(lì)磁電源，并封鎖相應(yīng)電子觸發(fā)電路。

第58頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)②輔助電路過(guò)電流保護(hù)，用過(guò)流繼電器切斷機(jī)車主電源或機(jī)車輔助電源，后者對(duì)機(jī)車運(yùn)行有利，但須增設(shè)一斷路器；

③控制電路及其它電路過(guò)載保護(hù)，一般采用熔斷器、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等進(jìn)行保護(hù)。二、過(guò)壓保護(hù)指系統(tǒng)電磁能量瞬間突變引起的電壓升高。對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，如使絕緣擊穿、電機(jī)環(huán)火等。1、主電路的過(guò)電壓（1）外部過(guò)電壓大氣過(guò)電壓：由外部直接雷擊或雷電感應(yīng)經(jīng)接觸網(wǎng)和受電弓突加到機(jī)車上。特點(diǎn)：能量大，電流幅值可超200kA，沖擊電壓幅值可達(dá)幾百萬(wàn)伏。

第59頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)（2）內(nèi)部過(guò)電壓操作過(guò)電壓：電路本身變化產(chǎn)生（機(jī)車內(nèi)部、接觸網(wǎng)的）。①來(lái)自接觸網(wǎng)的，如供電系統(tǒng)操作、線路上鄰近運(yùn)行機(jī)車跳閘，都會(huì)有過(guò)電壓經(jīng)接觸網(wǎng)傳入本機(jī)車。②來(lái)自機(jī)車內(nèi)部的，由急劇改變電路狀態(tài)引起。（如斷開(kāi)空載牽引變壓器時(shí)，積蓄的電磁能量瞬間釋放，其熄弧瞬間可形成變壓器額壓值8～10倍的過(guò)壓幅值；牽引變壓器合閘時(shí)浪涌電流、負(fù)載電流的急劇變化及保護(hù)裝置的跳閘、電氣設(shè)備的接地與短路等，都可能產(chǎn)生操作過(guò)電壓；二極管整流換相時(shí)，空穴積蓄效應(yīng)（載流子的殘留效應(yīng)）也會(huì)產(chǎn)生換相過(guò)電壓。）2、過(guò)電壓保護(hù)（1）避雷器或放電間歇作用：防大氣過(guò)電壓。

第60頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)安裝位置：①主短路器內(nèi)側(cè)（如圖），優(yōu)點(diǎn)，機(jī)車運(yùn)行時(shí)閉合，防大氣過(guò)壓和機(jī)車操作過(guò)壓，常用。②主斷路器外側(cè)，優(yōu)點(diǎn)，不管主斷路器是否閉合受電弓均受雷擊保護(hù)，但防操作過(guò)壓差，個(gè)別用。③變壓器副邊（接法同4-25（c）RC吸收電路），防雷及變壓器副邊過(guò)壓。圖4-24大氣過(guò)電壓保護(hù)

閥型避雷器，工作可靠性能好，溫度影響小（冬夏均正常），常用。：應(yīng)據(jù)被保護(hù)設(shè)備的額定電壓來(lái)選擇。

優(yōu)點(diǎn)：額壓選擇第61頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)（2）阻容保護(hù)裝置組成：R、C串聯(lián)（RC吸收電路）。作用：削弱進(jìn)入機(jī)車的大氣電壓、操作過(guò)壓、整流換相過(guò)壓。電路聯(lián)接：①副邊兩端并RC（圖（a）），保護(hù)進(jìn)入變壓器的殘余大氣過(guò)壓。低于避雷器額壓的大氣過(guò)壓進(jìn)入車內(nèi)損壞設(shè)備。電容C端壓不躍變抑尖峰過(guò)壓，而R阻尼避免諧振，待過(guò)壓消失后，C再經(jīng)R緩慢放電。

圖4-25交流側(cè)RC吸收電路的幾種接法

(a)(b)(c)(d)第62頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)②副邊經(jīng)專用整流再接RC（圖（b）），保護(hù)主電路整流裝置。③副邊并及兩端對(duì)地接RC（圖（c）），除（a）作用外，還限制繞組對(duì)地電位。④副邊兩端、中點(diǎn)對(duì)地接RC（圖4-29（d）），保證繞組各部對(duì)地電位不過(guò)高。應(yīng)用：①在SS、日本車上應(yīng)用，②～④在法國(guó)車上較多應(yīng)用。另：可控硅兩端并RC，保護(hù)換相過(guò)壓，減小du/dt過(guò)大誤導(dǎo)通。三、接地保護(hù)1、接地含義：機(jī)車電氣設(shè)備因絕緣破損、飛弧或意外使帶電導(dǎo)體與車體金屬接觸而產(chǎn)生接地故障。分類：“死接地”（直接接觸）、“活接地”（放電或爬電）。

第63頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)危害：“交-直”機(jī)車變壓器副邊無(wú)電氣接地，一點(diǎn)接地為潛在危險(xiǎn)，兩點(diǎn)及以上形成短路使導(dǎo)線或設(shè)備燒損；“直-直”流機(jī)車（如地鐵），電網(wǎng)經(jīng)電動(dòng)機(jī)接地，一點(diǎn)接地將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

主要采用接地繼電器。主、輔、控電路都須設(shè)接地保護(hù)。如主電路，接在主電路與地點(diǎn)（車體）之間，如圖4-26示。正常（無(wú)接地），無(wú)回路，J無(wú)電流為釋放狀態(tài)；主電路任意一點(diǎn)接地，直流電源E、J與接地點(diǎn)構(gòu)成回路，使J動(dòng)作。

2、接地保護(hù)圖4-26接地保護(hù)裝置原理

原理：第64頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)R1的作用：因主電路對(duì)地電位漂浮→分布電容→無(wú)接地亦感應(yīng)高頻電流→易使J誤動(dòng)作。故J線圈并R1，對(duì)高頻分流，不致誤動(dòng)作；且避免主電路接地瞬間過(guò)電壓對(duì)J的危害。注意：運(yùn)行中發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，可將故障轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K由1→2，切除J，主電路經(jīng)大電阻R接地，可維持機(jī)車故障運(yùn)行。四、欠電壓保護(hù)欠電壓：指接觸網(wǎng)的電壓過(guò)低或突然失電。欠壓后果：網(wǎng)壓過(guò)低，機(jī)車不能以正常功率運(yùn)行，輔助機(jī)組不能正常工作，再生制動(dòng)易使逆變失控；網(wǎng)壓消失又突然恢復(fù)，對(duì)機(jī)車有電氣及機(jī)械沖擊。欠壓保護(hù)：“交-直”機(jī)車，變壓器輔助繞組裝欠電壓繼電器或電子裝置，欠壓時(shí)使主斷路器跳閘保護(hù)。

第65頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.4主電路保護(hù)注意：允許運(yùn)行中受電弓短暫離線，欠壓保護(hù)有延時(shí)，例如SS8機(jī)車，失壓延時(shí)0.5秒跳主斷路器，欠壓低于19KV延10秒跳主斷路器、低于17.5KV立即跳主斷路器。繼電器延時(shí)性能可避免運(yùn)行中受電弓接觸不良造成的誤動(dòng)作。第66頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路一、SS3型電力機(jī)車主電路在SS1基礎(chǔ)上改進(jìn)，六軸（C0-C0）客、貨兩用干線機(jī)車。主電路組成：受電弓、主斷路器、高壓電流互感器、主變壓器、調(diào)壓開(kāi)關(guān)、硅整流裝置、牽引電動(dòng)機(jī)、平波電抗器、制動(dòng)電阻柜等，如圖4-27所示。1、原邊電路25kV單相工頻從受電弓1SD入機(jī)車，經(jīng)空氣主斷路器QD、高壓電流互感器1LH到原邊A-X，再經(jīng)電流互感器2LH及機(jī)車接地裝置到鋼軌回流。2、調(diào)壓及整流電路副邊兩大段均為1111V，其中a1-x1固定、b1-b5分級(jí)（四段，每段277.8V）。分級(jí)經(jīng)轉(zhuǎn)換觸頭1TK、11TK與固定段反接或經(jīng)10TK、20TK與固定段正接，再經(jīng)橋式整流向M1～M6供電。第67頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路圖4-27SS3型機(jī)車主電路原理圖

第68頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路①調(diào)壓開(kāi)關(guān)8級(jí)調(diào)壓（8×277.8V，級(jí)間可控硅平滑調(diào)壓）：置0位：僅1TK、11TK閉合（0～4位始終閉合），無(wú)閉合回路，無(wú)輸出。升1位：2TK、12TK閉合，固定與分級(jí)反接，有277.8V交流電壓，經(jīng)半控橋整流，控制α有0～250V（空載）平滑調(diào)節(jié)。可控硅全導(dǎo)通后準(zhǔn)備升2位。升2位：先合3TK、13TK，二極管臂與可控硅臂兩臂并聯(lián)，再關(guān)可控硅，形成二極管橋式整流。爾后斷開(kāi)2TK、12TK，再合4TK、14TK，接通可控硅構(gòu)成跨接，調(diào)壓開(kāi)關(guān)升到2位?？煽毓璞鄄煌〞r(shí)，二極管臂整流（250V）；可控硅臂通時(shí)，二極管臂止，控制α有250～500V平滑調(diào)節(jié)。依次類推，升至4位。第69頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路升5位：4位全導(dǎo)通向5位轉(zhuǎn)換時(shí)，先合9TK、19TK接通二極管臂，只由a1-x1過(guò)度供電；爾后關(guān)可控硅，斷8TK、18TK和1TK、11TK，再接通10TK、20TK和2TK、12TK，構(gòu)成5位跨接，調(diào)控制角進(jìn)行平滑調(diào)壓。此后同1～4程序，實(shí)現(xiàn)從5位升到8位。注意：降壓時(shí)的調(diào)壓開(kāi)關(guān)觸頭開(kāi)閉程序相反。②平滑調(diào)壓的恒流、限壓：按司機(jī)控制手柄給定電流值自動(dòng)升壓，當(dāng)電機(jī)直流互感器（M1為1ZLH）反饋電流信號(hào)小于給定值，α逐漸減小至滿導(dǎo)通后調(diào)壓開(kāi)關(guān)升位，再控制α直至達(dá)到電流給定值；隨起動(dòng)速度V的增加，電流將下降，可控硅α自動(dòng)調(diào)小，直至可以升位，從而始終保持電機(jī)電流恒定，以實(shí)現(xiàn)恒流控制。當(dāng)升至8位達(dá)最高電壓時(shí)，因限壓環(huán)節(jié)作用，調(diào)整可控硅α，使電機(jī)被限壓在1550V。第70頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路③機(jī)車制動(dòng)：調(diào)壓開(kāi)關(guān)只升1位（277.8V），經(jīng)整流提供直流他勵(lì)（圖中未表示出），控制可控硅α實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁平滑調(diào)節(jié)。3、牽引、制動(dòng)電路①脈流牽引電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)800kW（以M1為例）：線路接觸器1XC，在調(diào)壓開(kāi)關(guān)回“0”前斷開(kāi)支路，再轉(zhuǎn)換位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以避免電機(jī)剩磁引起不良后果，提高機(jī)車可靠性。直流互感器1ZLH，監(jiān)測(cè)電機(jī)電流，并經(jīng)過(guò)載繼電器1QGJ對(duì)電機(jī)過(guò)流保護(hù)，動(dòng)作整定在850±5％A。（繼電器動(dòng)作后跳主短路器）分流器1ZFL（1000A/75mV），接電流表1QI（0～1000A）。對(duì)電機(jī)M1～M6按1QI、3QI、5QI和2QI、4QI、6QI安裝在機(jī)車Ⅰ、Ⅱ端駕駛臺(tái)上。位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1WH，改變電機(jī)主極正、反接實(shí)現(xiàn)機(jī)車“向前”、“向后”，改變電機(jī)主極串勵(lì)、他勵(lì)實(shí)現(xiàn)機(jī)車“牽引”、“制動(dòng)”。

第71頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路磁場(chǎng)削弱電路（改善電機(jī)換相和機(jī)車恒功范圍），固定削磁（1CXR）0.95；Ⅰ級(jí)削磁（電空接觸器11CXR合）0.7；Ⅱ級(jí)削磁（12CXR合）0.54；Ⅲ級(jí)削磁（11CXR、12CXR都合）0.45。②電阻制動(dòng)電機(jī)他勵(lì)，6電機(jī)主極串由半控橋器供電，各電機(jī)電樞與各自制動(dòng)電阻（M1為1ZR）組成獨(dú)立回路。制動(dòng)電流由司機(jī)控制器給定，420A以下能自動(dòng)恒流；當(dāng)速度低達(dá)不到電樞給定值時(shí)，勵(lì)磁電流自動(dòng)調(diào)節(jié)增大，直到700A最大勵(lì)磁電流限制為止。低速區(qū)（20km/h左右），按駕駛臺(tái)“低速制動(dòng)”按鈕使低速繼電器（M1為1ZC）閉合，短接一半制動(dòng)電阻，機(jī)車低速發(fā)揮額定制動(dòng)力。則電阻制動(dòng)分兩級(jí)。此外：主電路庫(kù)用插座，由M5入庫(kù)動(dòng)車；直流電壓表，監(jiān)測(cè)電機(jī)端壓（1550V）。

第72頁(yè)，共95頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.5典型機(jī)車主電路4、主電路保護(hù)（1）過(guò)壓保護(hù)

原邊放電間歇1FDQ，間歇110mm，沖擊擊穿電壓