SS3型電力機(jī)車(chē)主電路結(jié)構(gòu)分析及運(yùn)行工況探討

.3單相橋式半控整流電路調(diào)壓原理整流是利用的晶體二極管、晶閘管的單向通過(guò)性，使方向是隨時(shí)間周期性變化的交流電周期性的通過(guò)晶體二級(jí)管、晶閘管組成的橋式結(jié)構(gòu)體，形成直流電流。因晶閘管的半控型、二極管導(dǎo)通的單向性，即給負(fù)半周的電流提供一與正半周相對(duì)應(yīng)的通路，在一個(gè)周期內(nèi)使電流的方向?qū)ω?fù)載呈單一極性，從而達(dá)到整流的效果。韶山系列電力機(jī)車(chē)中基本整流電路由兩個(gè)晶閘管串聯(lián)支路和兩個(gè)二極管串聯(lián)支路并聯(lián)組成的。如圖3.2單相橋式半控整流電路原理圖，兩二極管VD3、VD4的作用之一是進(jìn)行續(xù)流。正半周：在U2電壓下，在時(shí)刻（wt=）觸發(fā)VT1晶閘管，VT1導(dǎo)通使VT1、VD4及負(fù)載形成回路T→A→VT1→R→VD4→B→T，即電流從電源A端流出，經(jīng)VT1、負(fù)載、VD4流回電源B端。當(dāng)wt=π時(shí)，VD3自然導(dǎo)通，VT1受反壓關(guān)斷，VD3、VD4及負(fù)載形成續(xù)流回路VD3→R→VD4，即電流在VD3、負(fù)載、VD4回路單向流動(dòng)。負(fù)半周：在wt=π+時(shí)刻，VT2承受負(fù)半周正向電壓，觸發(fā)VT2并導(dǎo)通，使T、VD3、負(fù)載R、VT2形成回路T→B→VD3→R→VT2→A→T，即電流從電源B端流出，經(jīng)VD3、負(fù)載、VT2流回電源A端。當(dāng)wt=2π時(shí)，VD4自然導(dǎo)通，VT2受反壓關(guān)斷，VD3、VD4及負(fù)載形成續(xù)流回路VD3→R→VD4。Ud、Id、IVT、IVD和Id波形圖如附圖2半控整流電路波形圖所示，有關(guān)電氣圖3.2單相橋式半控整流電路原理圖參量例如與牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的整流電壓平均值、與負(fù)載輸出的轉(zhuǎn)矩有關(guān)的直流電流平均值、與晶閘管耐熱等性能相關(guān)的流過(guò)晶閘管VT1、VT2的電流有效值以及流過(guò)二極管VD3、VD4的電流有效值分別計(jì)算如下：整流電壓平均值為：（3.1）向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：Id=（3.2）流過(guò)晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IVT1=IVT2=（3.3）流過(guò)二極管VD3、VD4的電流有效值為：IVD3=IVD4=（3.4）由以上公式可知，通過(guò)控制觸發(fā)大小，即可實(shí)現(xiàn)SS3型電力機(jī)車(chē)級(jí)間平滑調(diào)壓、SS3B電力機(jī)車(chē)晶閘管不等分三段半控式相控?zé)o級(jí)調(diào)壓。3.4三段半控橋式整流電路調(diào)壓原理網(wǎng)側(cè)高壓工頻25KV單相交流電源由受電弓經(jīng)主空氣斷路器QD，套管兼高壓電流互感器1LH送至機(jī)車(chē)內(nèi)部的主變壓器ZB的原邊繞組（高壓繞組）A-X，主變壓器ZB降壓至次邊固定繞組a1-x1（a2-x2）和分段繞組a3-b3-x3（a4-b4-x4），以上全段繞組電壓均為1071V，相對(duì)應(yīng)的分段繞組的輸出電壓均為535.5V，從而構(gòu)成1071V、535.5V、535.5V不等分三段交流供電電源，再經(jīng)橋式硅整流裝置變流后向抱軸式半懸掛安裝的牽引電動(dòng)機(jī)M1～M3（M4～M6）供電，供電方式為轉(zhuǎn)向架電機(jī)并聯(lián)獨(dú)立供電，即部分集中供電的聯(lián)接方式。其中a3-b3-x3分段繞組中又有抽頭c3，a3-c3是電壓為198V的勵(lì)磁繞組，專向電阻制動(dòng)工況的勵(lì)磁整流裝置圖3.3整流裝置主電路簡(jiǎn)化接線圖供電。SS3B型電力機(jī)車(chē)采用不等分三段晶閘管半控橋式相控調(diào)壓系統(tǒng)，電氣連接圖如圖3.3整流裝置主電路簡(jiǎn)化接線圖所示。牽引工況時(shí)a1-x1和a3-b3-x3（a2-x2與a4-b4-x4）繞組經(jīng)各自的硅整流裝置組向兩個(gè)轉(zhuǎn)向架供電。以下是SS3B型電力機(jī)車(chē)不等分三段半控橋式調(diào)壓整流電路的升壓順序控制過(guò)程[1，3]。升壓順序控制如下：第一段由主變壓器二次側(cè)固定繞組接線端子a1-x1經(jīng)導(dǎo)線聯(lián)接與整流橋T11、T12、D11和D12（a2-x2經(jīng)T21、T22、D21和D22）構(gòu)成調(diào)壓大橋，該調(diào)壓大橋電源輸入為單向工頻1071V交流電，單相橋式半控整流電路輸出電壓的平均值Uda的計(jì)算公式如下[3]：（3.5）（3.6）（3.7）（3.8）當(dāng)=0時(shí)，Ud1=Udo=0.9U2。當(dāng)=時(shí)，Ud1=。當(dāng)=時(shí)，Ud1=0。U2為牽引變壓器二次側(cè)對(duì)應(yīng)繞組的電壓有效值，為觸發(fā)延遲角。由上式可知，晶閘管的導(dǎo)通角，控制角的移相范圍為0≤≤，通過(guò)控制T11與T12（T21和T22）橋臂晶閘管的導(dǎo)通角可使直流輸出電壓在（0～）整流裝置輸出總電壓之間調(diào)壓，計(jì)算公式是3.8式，單相橋式半控整流調(diào)壓電路的橋臂晶閘管導(dǎo)通角導(dǎo)通范圍是0～，當(dāng)通角導(dǎo)在時(shí)，Uda=0.9U21=1071×0.9=963.9V，此段為一段供電大橋，至T11與T12（T21和T22）晶閘管全部導(dǎo)通。第二段橋：接線端子a3-b3經(jīng)導(dǎo)線與晶閘管T13、T14和二極管D13、D14（a4-b4經(jīng)導(dǎo)線與T23、T24和D23與D24）構(gòu)成調(diào)壓小橋，此時(shí)，T11及T12保持滿導(dǎo)通狀態(tài)，整流二段橋輸入電壓U22等于535.5V，整流輸出的平均值為：（3.9）（3.10）（3.11）Ud1一段橋輸出的平均值；為Ud2二段橋輸出的平均值；Ud3三段橋輸出的平均值。當(dāng)通角導(dǎo)在時(shí)，Uda=0.9U2=535.5×0.9=482V，一段供電大橋輸出電壓與二段供電小橋輸出電壓順序串聯(lián)疊加形成二級(jí)電壓，計(jì)算公式是3.10式，二級(jí)電壓最大值為1455.9V，近似等于ZQ800-1型牽引電動(dòng)機(jī)的額定電壓1550V，此段為二段供電小橋，同理，通過(guò)控制第二段供電小橋晶閘管觸發(fā)角大小調(diào)節(jié)輸出電壓，可使輸出電壓在（～）整流裝置輸出總電壓之間平滑調(diào)節(jié)。第三段：主變壓器二次側(cè)可調(diào)繞組a3-x3（1071V）與T15、T16、D13、D14構(gòu)成大橋調(diào)壓，此段要求晶閘管T11、T12、T13、T14四個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，封鎖T17、T18的導(dǎo)通，通過(guò)控制晶閘管T15、T16導(dǎo)通角，即可使輸出電壓在（～1）整流裝置輸出總電壓之間平滑調(diào)節(jié)，輸出電壓計(jì)算公式為3.11，三級(jí)電壓輸出最大值為1937.9V。三段不等分橋分段調(diào)壓波形如圖3.5所示。圖圖3.5三段不等分橋分段調(diào)壓波形圖3.5削磁調(diào)速電路原理探究在電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定工作電壓后仍需升速時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)流過(guò)牽引電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，來(lái)改變牽引電動(dòng)機(jī)主極磁通的大小進(jìn)行調(diào)速，也稱為削弱磁場(chǎng)調(diào)速。削弱磁場(chǎng)調(diào)速的方法有兩種，即電阻分路法、磁感應(yīng)分路法。電阻分路法就是在勵(lì)磁繞組的兩端并聯(lián)電阻進(jìn)行分路，從而達(dá)到削弱磁場(chǎng)的目的，它的特點(diǎn)是不同削磁電阻可獲得到的削弱系數(shù)，在磁場(chǎng)削弱呈梯度變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的電流沖擊和牽引力沖擊，而且級(jí)數(shù)過(guò)多會(huì)造成控制線路復(fù)雜，使附加設(shè)備增多，故一般磁場(chǎng)削弱取三級(jí)左右。為了彌補(bǔ)電阻分路法磁削的不足，采用在分路電阻支路串入適當(dāng)?shù)碾姼芯€圈的方法，使磁削時(shí)分路支路的電路性質(zhì)與歷次繞組的屬性一致，便能順利渡過(guò)過(guò)渡過(guò)程。電阻分路法就是在勵(lì)磁繞組的兩端并聯(lián)電阻進(jìn)行分路，從而達(dá)到削弱磁場(chǎng)的目的，原理如圖3.6所示。牽引電機(jī)額定電壓工作時(shí)，接觸器KM未閉合，牽引電動(dòng)機(jī)電樞電流Ia全部流過(guò)勵(lì)磁繞組Il=Ia，其磁勢(shì)為IaW，此時(shí)機(jī)車(chē)速度為85㎞/h及以上；當(dāng)司機(jī)控制器調(diào)至削磁檔位進(jìn)行削弱升速時(shí)，接觸器KM閉合，磁場(chǎng)削弱電阻R并聯(lián)在勵(lì)磁繞組W-R兩端，對(duì)勵(lì)磁繞組起分流作用。此時(shí)電樞電流分量為兩路，一路流過(guò)電阻R的電流Ir，另一路流過(guò)勵(lì)磁繞組的電流Il，此時(shí)Ia=Ir+Il，磁勢(shì)為IlW，設(shè)磁場(chǎng)削弱系數(shù)用β表示，磁場(chǎng)削弱系數(shù)定義為在同一牽引電動(dòng)機(jī)電樞電流下，磁場(chǎng)削弱后剩余牽引電動(dòng)機(jī)磁勢(shì)與磁場(chǎng)削弱前牽引電動(dòng)機(jī)磁勢(shì)之比，此時(shí)磁場(chǎng)削弱系數(shù)β表達(dá)式為：（3.11）若設(shè)勵(lì)磁繞組電阻為RL，依據(jù)電流分配規(guī)律導(dǎo)出下式：圖3.6電阻分路法原理圖（3.12圖3.6電阻分路法原理圖式中——磁場(chǎng)削弱后磁勢(shì)；——磁場(chǎng)削弱前（滿磁場(chǎng)）磁勢(shì)。的大小表明了牽引電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)削弱的程度。例如β=40%即表示削弱后電動(dòng)機(jī)主極磁勢(shì)僅為削弱前電動(dòng)機(jī)主極磁勢(shì)的40%，其余60%被分流了。β愈小，則表明磁場(chǎng)削弱愈深。當(dāng)電機(jī)磁路不飽和時(shí)，可以用磁通代替磁勢(shì)，當(dāng)電機(jī)磁路飽和后，不能用磁通代替此時(shí)的磁勢(shì)，因兩者的差別較大。ZQ800牽引電動(dòng)機(jī)固定磁場(chǎng)削弱系數(shù)為0.95,一級(jí)削磁電阻11XCR~61XCR通過(guò)11CC~61CC電控接觸器接入，阻值0.063，削弱系數(shù)0.7；二級(jí)削磁電阻為12XCR~62XCR，阻值0.027，通過(guò)12CC~62CC電控接觸器接入，磁場(chǎng)削弱系數(shù)0.54；三級(jí)削磁電阻11XCR~61XCR和削磁電阻為12XCR~62XCR的同時(shí)接入完成，阻值0.0189，磁場(chǎng)削弱系數(shù)0.45；電阻分路法因?yàn)閯?lì)磁繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，磁削系數(shù)調(diào)節(jié)非常方便，同時(shí)附加電能損耗小，調(diào)速后的效率不致降低，是一種經(jīng)濟(jì)的、多用調(diào)速方法。β值取于勵(lì)磁繞組阻值與分路電阻阻值。要改變磁場(chǎng)削弱系數(shù)，只需改變分路電阻阻值即可。應(yīng)當(dāng)指出，電阻分路法要求各電機(jī)的分路電阻值必須精確一致，且應(yīng)當(dāng)特別注意的是，上述關(guān)于磁場(chǎng)削弱系數(shù)β的討論是在電路穩(wěn)定工作狀態(tài)下進(jìn)行的，當(dāng)電路處在過(guò)渡過(guò)程時(shí)，應(yīng)充分考慮勵(lì)磁繞組的電感值。例如，當(dāng)網(wǎng)壓波動(dòng)時(shí)，如網(wǎng)壓突然上升總稱機(jī)車(chē)工作電流突增，使電機(jī)電樞電流增加，勵(lì)磁繞組的自感電勢(shì)將阻止流過(guò)繞組的增長(zhǎng)電流，而分路電阻支路沒(méi)有電感元件，故電機(jī)電樞中增加的電流大部分從分路電阻R中流過(guò)。這樣主極磁場(chǎng)便不能很快加強(qiáng)，造成反電勢(shì)不足，致使電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載，電樞電流過(guò)大，還有可能引起牽引電機(jī)環(huán)火。用分路電阻支路串入適當(dāng)?shù)碾姼芯€圈方法，使具有儲(chǔ)能特性的電感線圈在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生使突變電流振蕩滯后的效果，它與勵(lì)磁繞組的特質(zhì)近似，能使?fàn)恳姍C(jī)順利渡過(guò)削磁過(guò)渡過(guò)程，這種磁場(chǎng)削弱的方法原理如圖3.7所示。采用電阻（磁感應(yīng)）分路法磁削，通過(guò)改變分路電阻阻值可得到不同的削弱系數(shù)。從充分利用機(jī)車(chē)黏著的角度看，分級(jí)磁場(chǎng)削弱仍會(huì)造成負(fù)載電流的沖擊，使機(jī)車(chē)特性不連續(xù)，對(duì)牽引力電動(dòng)機(jī)運(yùn)行帶來(lái)不利影響，同時(shí)影響機(jī)車(chē)粘著的充分利用。勵(lì)磁調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)機(jī)車(chē)速度是以牽引電機(jī)主極磁場(chǎng)的減少來(lái)獲得機(jī)車(chē)高速運(yùn)行的，并且磁場(chǎng)削弱越深，機(jī)車(chē)的速度越高。但圖3.7磁感應(yīng)分路法原理圖是磁場(chǎng)削弱深度是有限的，如果牽引電圖3.7磁感應(yīng)分路法原理圖機(jī)車(chē)高速運(yùn)行、大電流情況下會(huì)使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的換向惡化，容易發(fā)生電機(jī)環(huán)火。在8K機(jī)車(chē)電路中，也采用削磁升速的方法提高機(jī)車(chē)速度，其也采用電阻分路法，它通過(guò)控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，來(lái)完成對(duì)分流電流大小的調(diào)節(jié)。由調(diào)速電路為不等分三段半控橋晶閘管相控調(diào)壓電路、削磁電路為三級(jí)電阻分路電路，制動(dòng)電路為電阻制動(dòng)和低速加饋制動(dòng)電路，使采用特性控制調(diào)控的電力機(jī)車(chē)（牽引電動(dòng)機(jī)）具有恒流準(zhǔn)恒速控制特征：在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程可分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段；擁有恒流啟動(dòng)準(zhǔn)恒速運(yùn)行的特點(diǎn)：在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地（有級(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)速度；以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)；頻繁起動(dòng)、制動(dòng)的設(shè)備要求加速、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率，不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起動(dòng)、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。通常直流電動(dòng)機(jī)允許的弱磁調(diào)速范圍有限，一般電動(dòng)機(jī)不超過(guò)2倍，專用的調(diào)速電動(dòng)機(jī)也不會(huì)超過(guò)3至4倍。對(duì)于要求調(diào)速范圍更大的牽引電動(dòng)機(jī)，采用變壓和弱磁配合的方法，即在基速以下保持磁通為額定值不變，調(diào)節(jié)電樞電流，而在基速以上則把電壓保持為額定值，減弱磁通升速，從圖3.8圖可得他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁與調(diào)壓配合控制特性：1.調(diào)壓調(diào)速階段，保持勵(lì)磁繞組的電流不變即可獲得恒定磁通的磁場(chǎng)，盡管隨著電樞兩端的電壓逐漸上升，電機(jī)的輸出功率也在逐步的增加，但此段范圍內(nèi)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小基本恒定，這段調(diào)速特性稱之為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。參看SS3B型電力機(jī)車(chē)的控制特性恒流準(zhǔn)恒速的控制方式，這使得該型機(jī)車(chē)擁有較好的啟動(dòng)平滑性與快速性。恒定磁通的調(diào)壓調(diào)速區(qū)域電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定磁通，電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。2.弱磁調(diào)速階段，該區(qū)段電壓限制為1550V，隨著電機(jī)勵(lì)磁繞組感生的磁通量的下降，電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)的下降，但電動(dòng)機(jī)的輸出功率保持基本恒定，該段的調(diào)速特性稱之為恒功率調(diào)速特性，恒功率區(qū)域越寬，機(jī)車(chē)的牽引性能越好，但它受到最深削磁時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)換向性能的限制?？紤]到電動(dòng)機(jī)的使用壽命，一般保持電樞電壓為牽引電動(dòng)機(jī)的額定電壓，在弱磁調(diào)速區(qū)域電動(dòng)機(jī)取得最大轉(zhuǎn)速。保持電樞兩端的電壓不變，SS3B型電力機(jī)車(chē)采用電阻分路法獲得了三級(jí)削弱系數(shù)，分別為：一級(jí)削弱磁場(chǎng)削弱系數(shù)0.7；二級(jí)削弱磁場(chǎng)削弱系數(shù)0.54；三級(jí)削弱磁場(chǎng)削弱系數(shù)0.45和固定磁場(chǎng)削弱系數(shù)為0.95。因?yàn)橹髯儔浩髟叧掷m(xù)限制電流是365A，所以在探討機(jī)車(chē)供電特性、弱磁與調(diào)壓配合控制特性在弱磁調(diào)速時(shí)的速度時(shí)，以該電流限制線為參考依據(jù)。在額定電壓未削磁工況時(shí)，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度是50km/h(13.89m/h)；當(dāng)采取措施即使司機(jī)控制器調(diào)速手柄在“10”位換向手柄在“Ⅰ”位時(shí)，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度是55km/h（15.28m/s）；當(dāng)用同樣的方法即使司機(jī)控制器調(diào)速手柄在“10”位換向手柄在“Ⅱ”位時(shí)，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度是60km/h（16.67m/s）；相似的，在使司機(jī)控制器調(diào)速手柄在“10”位換向手柄在“Ⅲ”位時(shí)，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度是65km/h（18.06m前已述及弱磁調(diào)速的類(lèi)型和弱磁深度對(duì)速度的影響等有關(guān)問(wèn)題，并適當(dāng)提出了解決的方法。在此，就調(diào)壓調(diào)速階段和弱磁調(diào)速階段直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性和由此引起的相關(guān)問(wèn)題作一分析。通常分析的直流電動(dòng)機(jī)是四種勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)中的他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，而SS3B型機(jī)車(chē)的牽引電動(dòng)機(jī)為串勵(lì)運(yùn)行他勵(lì)制動(dòng)方式，就持續(xù)牽引工況而言，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性呈雙曲線特性，即表現(xiàn)為恒功率特性，使采用這類(lèi)勵(lì)磁方式的機(jī)車(chē)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、輸出功率相對(duì)恒定、設(shè)備電機(jī)容量充分利用和各電機(jī)負(fù)荷分配均勻的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是容易發(fā)生打滑乃至空轉(zhuǎn)故障，有級(jí)調(diào)壓較好的滿足了起動(dòng)電流大但沖擊要適當(dāng)?shù)膯?wèn)題；串勵(lì)電動(dòng)機(jī)因電樞繞組與勵(lì)磁繞組串聯(lián)，當(dāng)牽引電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，磁路將出現(xiàn)嚴(yán)重的飽和，使電機(jī)過(guò)熱影響電機(jī)使用壽命，從“7”級(jí)可進(jìn)行削磁即在電壓較小時(shí)削磁能減輕這種影響的嚴(yán)重程度或避免過(guò)飽和故障的發(fā)生。圖3.8弱磁與調(diào)壓配合控制特性圖4機(jī)車(chē)運(yùn)行工況分析4.1牽引工況電氣電路4.1.1牽引工況升壓環(huán)節(jié)電流回路分析SS3B電力機(jī)車(chē)三段不等分降壓控制過(guò)程與SS3B電力機(jī)車(chē)不等分三段半控橋式調(diào)壓整流電路的升壓順序控制過(guò)程相反，從小橋調(diào)壓到大橋調(diào)壓，控制相應(yīng)晶閘管的關(guān)斷，依次完成三段不等分半控橋的降壓過(guò)程，移相調(diào)壓可以通過(guò)控制觸發(fā)電路平滑地調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來(lái)無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)整流電路的輸出電壓，從而達(dá)到對(duì)電力機(jī)車(chē)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速的目的。牽引工況整流電路升壓過(guò)程電流路徑進(jìn)行分析如下：第一段：輸出電壓計(jì)算公式3.8，電壓范圍0～963.9V。正半周時(shí)a1→D11→牽引支路→D14→D13→T11→x1。負(fù)半周時(shí)x1→T12→牽引支路→D14→D13→D12→a1。第二段：輸出電壓計(jì)算公式3.9，電壓范圍963.9V～1455.9V。正半周時(shí)a1→D11→牽引支路→T13→b3→a3→D13→T11→x1（T13未導(dǎo)通時(shí)，D14導(dǎo)通續(xù)流：牽引支路→D14→D13→T11→x1）。負(fù)半周時(shí)x1→T12→牽引支路→D14→a3→b3→T14→D12→a1（T14未導(dǎo)通時(shí)，D13導(dǎo)通續(xù)流：牽引支路→D14→D13→D12→a1）。第三段：輸出電壓計(jì)算公式3.11，電壓范圍1455.9V～1937.9V。正半周時(shí)a1→D11→牽引支路→T15→x3→a3→D13→T11→x1（T15未導(dǎo)通時(shí)，T13導(dǎo)通續(xù)流：牽引支路→T13—b3→a3→D13→T11→x1）。負(fù)半周時(shí)x1→T12→牽引支路→D14→a3→x3→T16→D12→a1（T16未導(dǎo)通時(shí)，T14導(dǎo)通續(xù)流：牽引支路→D14→a3→b3→T14→D12→a1）牽引工況第三段橋電流路徑簡(jiǎn)化示意圖如圖4.1牽引工況三段橋電流路徑簡(jiǎn)化示意圖所示。TGZ11型整流裝置采用不等分三段順控橋，可實(shí)現(xiàn)整流和無(wú)級(jí)相控調(diào)壓，持續(xù)工況運(yùn)行具有多段橋的優(yōu)點(diǎn)，有利提高功率因素，減少諧波，同時(shí)觸發(fā)脈沖電路工作可靠，且三段不等分半控橋的功率因數(shù)比一、二段橋的高，波形畸變小，但是其觸發(fā)電路需要隔離。電力牽引系統(tǒng)整流裝置產(chǎn)生的諧波與其它整流負(fù)荷產(chǎn)生的諧波一樣，由于牽引負(fù)荷的功率大，波動(dòng)性強(qiáng)，均對(duì)電力網(wǎng)及用戶帶來(lái)嚴(yán)重的危害，故應(yīng)盡量減小諧波危害。運(yùn)行工況牽引電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化電氣聯(lián)接圖如圖4.2所示，由牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況簡(jiǎn)化電氣圖4.1牽引工況三段橋電流路徑簡(jiǎn)化示意圖聯(lián)接圖再一次說(shuō)明，SS3B型電力機(jī)車(chē)是轉(zhuǎn)向架電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行部分集中供電的事實(shí)，有一點(diǎn)必須明確：SS3型電力機(jī)車(chē)的牽引供電方式采用的是6條并聯(lián)支路兩轉(zhuǎn)向架集中供電，而SS3B型電力機(jī)車(chē)則采用的是各3條支路按轉(zhuǎn)向架獨(dú)立供電，即SS3B型電力機(jī)車(chē)有兩條供電支路1、2號(hào)線[1，10]，兩臺(tái)平波電抗器的平波作用使主電路的電流脈動(dòng)系數(shù)小于30%。圖4.2牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況簡(jiǎn)化電氣聯(lián)接圖4.1.2牽引工況特性形成原理就電力機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)而言，牽引的全過(guò)程包括由起動(dòng)加速狀態(tài)、高速運(yùn)行狀態(tài)、持續(xù)制動(dòng)狀態(tài)和停車(chē)狀態(tài)。在電力機(jī)車(chē)按照所述的狀態(tài)特性之間轉(zhuǎn)換時(shí)，SS3B型采用了我國(guó)第一代電力機(jī)車(chē)邏輯控制單元（LCU），以下就牽引工況特性形成電路的原理進(jìn)行探討分析。牽引工況特性形成原理如圖4.4牽引特性形成電路所示[1，5，9]，端子1d14、1d10、1d16、1d12分別接受司機(jī)控制器電位器輸出的4個(gè)信號(hào)，并分別送到由4個(gè)比例系數(shù)均為0.6的完全相同的運(yùn)算放大器N31組成的比例環(huán)節(jié)。由V406、V408、V410和V412選出四個(gè)比例環(huán)節(jié)中的最大者作為級(jí)位指令。端子2d24輸入來(lái)自頻率變換插件的機(jī)車(chē)速度反饋信號(hào)，該信號(hào)比例為每伏相當(dāng)于速度20km/h，在牽引工況時(shí)取1、3、4和6軸的最小速度值，在制動(dòng)工況時(shí)，取最大速度υ與級(jí)位指令α同時(shí)送入由運(yùn)算放大器N33-1和N33-7組成的牽引特性形成環(huán)節(jié)，由此環(huán)節(jié)送出牽引電流指令I(lǐng)，公式4.3是機(jī)車(chē)牽引特性電流表達(dá)式。正如我們所熟知的，二極管共陰聯(lián)接，陽(yáng)極電位高的二極管優(yōu)先導(dǎo)通，由V406、V408、V410和V412四個(gè)二極管組成的比較選擇電路來(lái)比較經(jīng)四個(gè)相同的比例放大環(huán)節(jié)放大的速度反饋信號(hào)，正是因?yàn)樵摰淖饔?，使得司機(jī)無(wú)論怎樣操控調(diào)速控制器，都能有效地進(jìn)行機(jī)車(chē)的牽引控制。司機(jī)控制器的電位器電源電壓為15V，分10級(jí)，每級(jí)電壓是，則級(jí)位指令表達(dá)式如下4.1：，其中N是級(jí)位。（4.1）（4.2），I電流指令；N級(jí)位；速度（km/h）。（4.3）運(yùn)算放大器N33-1和N33-7組成牽引特性形成環(huán)節(jié)，其中運(yùn)算放大器N33-7形成牽引特性的平直段0.9N，N33-1形成企牽引特性的斜線段4.5N-9，由二極管V418、V420選出二者的最小值而形成牽引指令，該信號(hào)比例為100A/V，關(guān)于速度和級(jí)位電壓表達(dá)式為4.2，考慮到電流與速度的比例關(guān)系，并依據(jù)公式4.2、4.3繪制牽引特性曲線，理想的牽引特性曲線圖如圖4.3牽引特性曲線。該特性使得SS3B型電力機(jī)車(chē)具有與8K機(jī)車(chē)相似的牽引特性，亦即具有恒流啟動(dòng)、準(zhǔn)恒速運(yùn)行的特性，這種特性的特點(diǎn)是[2，6，7]：1.飽和非線性控制；當(dāng)運(yùn)算放大器處于飽和狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流的單閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)算放大器不飽和，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。即運(yùn)行a點(diǎn)以前，電流信號(hào)起主導(dǎo)作用，相當(dāng)于a點(diǎn)以后，電壓圖4.3牽引特性曲線反饋信號(hào)（轉(zhuǎn)速信號(hào)）起主導(dǎo)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為準(zhǔn)恒速閉環(huán)系統(tǒng)，這與分程控制系統(tǒng)相似，也具有普通單閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：一種控制作用只能作用于一個(gè)類(lèi)型執(zhí)行器，調(diào)節(jié)一個(gè)被控參數(shù)；有較大的超調(diào)量，對(duì)調(diào)速牽引調(diào)速系統(tǒng)的沖擊較大等。2.準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制；在a點(diǎn)以前，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流升速階段，特點(diǎn)特征是電流保持基本恒定，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)在最大允許電流限制條件下盡快啟動(dòng)，此段屬于電流受限制條件下的最短時(shí)間控制，此時(shí)能體現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載性能。3.轉(zhuǎn)速超調(diào)；由于特性控制插件電路中包含積分跟蹤環(huán)節(jié)，要使處于飽和狀態(tài)的運(yùn)算圖4.4牽引特性形成電路放大器退出飽和狀態(tài)，則必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，這一特點(diǎn)使的系統(tǒng)的快速性受到影響。為避免運(yùn)算放大器進(jìn)入過(guò)飽和，由V417、R155和R156組成箝位電路，即當(dāng)N33-1的輸出大于某一值時(shí)，V417導(dǎo)通，從而限制了運(yùn)算放大器的輸出。為磁場(chǎng)削磁信號(hào)，削磁時(shí)其維持在最大值10V。與SS3型電力機(jī)車(chē)相比SS3B型機(jī)車(chē)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：恒流啟動(dòng)準(zhǔn)恒速運(yùn)行及加饋電阻制動(dòng)。對(duì)SS3B型機(jī)車(chē)來(lái)講，在整流橋的輸出電壓隨整流電路的三段橋投入情況而不同，或因晶閘管的導(dǎo)通角的大小不同時(shí)，牽引特性曲線形成電路始終能夠運(yùn)算出牽引電流的值，這就保證了電力機(jī)車(chē)控制的可靠性與連貫性，再加上恒流準(zhǔn)恒速的控制特性，使機(jī)車(chē)在快速性、穩(wěn)定性和安全性等性能指標(biāo)方面有了很大的提高，SS3型電力機(jī)車(chē)則不完全具備這樣的性能。在整流電路輸出達(dá)到最大值時(shí)，為了使電力機(jī)車(chē)的速度能繼續(xù)上升，并達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)性能要求，此時(shí)采取相應(yīng)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速措施。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速按原理分可采用調(diào)節(jié)場(chǎng)法、調(diào)節(jié)電阻法和調(diào)節(jié)電壓法調(diào)速電機(jī)。電力牽引實(shí)際應(yīng)用中，采用它們的組合調(diào)速方法，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式是：（4.4）式中UM為牽引電機(jī)電樞端電壓，C為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Ia為電樞電流，Ra為電樞繞組電阻值。氣隙每極磁通量。一般情況下，要進(jìn)行磁場(chǎng)削弱調(diào)速，是在牽引電動(dòng)機(jī)已達(dá)到額定電壓，而牽引電動(dòng)機(jī)電流尚未達(dá)到額定時(shí)實(shí)施。SS3B型電力機(jī)車(chē)則允許調(diào)速手柄在“7”位以上時(shí)，調(diào)節(jié)換向手柄在包括“前”位在內(nèi)的“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”削磁位切投。磁場(chǎng)削弱的目的是擴(kuò)大機(jī)車(chē)的調(diào)速運(yùn)行范圍，充分利用電力機(jī)車(chē)的設(shè)計(jì)速度與技術(shù)潛能。4.2制動(dòng)工況電氣電路4.2.1加饋電阻制動(dòng)電路及原理隨著化石資源的迅猛開(kāi)發(fā)與燃料高效利用進(jìn)程的滯后，使部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，各種污染事故頻頻發(fā)生。多年以來(lái)，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家關(guān)注的一大焦點(diǎn)問(wèn)題，人們已經(jīng)意識(shí)到，節(jié)能減排刻不容緩。節(jié)能減排的重點(diǎn)對(duì)象是電力生產(chǎn)和裝備制造業(yè)等工業(yè)企業(yè)，鐵路系統(tǒng)便是其中之一。制動(dòng)是機(jī)車(chē)運(yùn)行的基本工作狀態(tài)之一，是調(diào)速的一種特殊形式。當(dāng)列車(chē)需要減速、停車(chē)或在長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行需要限制列車(chē)的速度時(shí)，都必須采取制動(dòng)措施，以控制機(jī)車(chē)的過(guò)高下坡速度?，F(xiàn)代鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，在很大程度上取決于其制動(dòng)性能的好壞。隨著鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，行車(chē)速度的不斷提高，對(duì)機(jī)車(chē)的制動(dòng)性能也提出了更高的要求，SS3B型電力機(jī)車(chē)控制電子柜設(shè)有A、B兩組，當(dāng)某一組不能正常工作時(shí)，可將司機(jī)手柄置于“0”位，待級(jí)位回“0”后，人工轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)DKK，將另一組投人工作，以保證列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)的安全性和可靠性。機(jī)車(chē)電氣制動(dòng)是利用牽引電動(dòng)機(jī)的可逆性原理。他勵(lì)電阻制動(dòng)的主要形式為分級(jí)電阻制動(dòng)和加饋電阻制動(dòng)等。電氣制動(dòng)包括電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)兩種形式：如果電氣制動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生的電能利用利用電阻使之轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，稱之為電阻制動(dòng)；將電氣制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電能重新反饋到電網(wǎng)去加以利用，稱之為再生制動(dòng)。電氣制動(dòng)是利用電機(jī)的可逆性原理，電力機(jī)車(chē)在牽引工況時(shí)，牽引電機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，軸上輸出牽引轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)列車(chē)運(yùn)行。電力機(jī)車(chē)在電氣制動(dòng)時(shí)，列車(chē)的慣性帶動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)，此時(shí)牽引電機(jī)軸上產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩并作用于輪對(duì)，形成制動(dòng)力使列車(chē)減速或在下坡道上以一定的速度運(yùn)行。電阻制動(dòng)在低速時(shí)由于制動(dòng)電流減小的狀況，在制動(dòng)回路外接附加制動(dòng)電源來(lái)補(bǔ)足。SS3B型電力機(jī)車(chē)電氣制動(dòng)采用他勵(lì)電機(jī)電阻制動(dòng)，低速區(qū)采用加饋電阻制動(dòng)。圖4.6電阻制動(dòng)工況牽引電機(jī)接法SS3B型電力機(jī)車(chē)電阻制動(dòng)的特點(diǎn)是：具有加饋電阻制動(dòng)特性，當(dāng)機(jī)車(chē)限流特性制動(dòng)進(jìn)入低速區(qū)（＜46㎞/h）,勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)已達(dá)到最大值650A的限制值，而這以后制動(dòng)發(fā)電機(jī)由于機(jī)車(chē)速度低，其發(fā)電電勢(shì)E隨速度下降而下降，制動(dòng)電流無(wú)法維持不變，而在低速區(qū)要獲得最大恒制動(dòng)力特性，此時(shí)只能依靠主整流橋T11、T12、D11和D12（T21、T22、D21及D22）相控輸出整流電壓Ud電,對(duì)制動(dòng)電路實(shí)施電流加饋，以維持制動(dòng)電流不變，實(shí)現(xiàn)恒制動(dòng)力特性。當(dāng)機(jī)車(chē)速度達(dá)到19km/h后，主整流器晶閘管已全導(dǎo)通，制動(dòng)功率達(dá)到最大值，所以在低于19km/h以后制動(dòng)電流不再繼續(xù)維持不變，制動(dòng)力將先沿最大勵(lì)磁限制線下降，再沿主橋整流限制線下降，直到速度為0時(shí)，保持加饋制動(dòng)電流50A。在機(jī)車(chē)靜止?fàn)顟B(tài)保持50A加饋制動(dòng)電流狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)一定的反力矩趨勢(shì)，故試驗(yàn)時(shí)要空氣制動(dòng)抱閘以保安全。這樣就實(shí)現(xiàn)了恒制動(dòng)特性，加饋電阻制動(dòng)電流計(jì)算公式是：（4.5）式中Ud為整流橋整流工況而牽引電動(dòng)機(jī)制動(dòng)工況下的輸出電壓，E為牽引電動(dòng)機(jī)端電壓處于發(fā)電工況時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，R為加饋電阻制動(dòng)電路回路的等效電阻。SS3B型電力機(jī)車(chē)電阻制動(dòng)工況下?tīng)恳姍C(jī)接法如圖4.6所示。機(jī)車(chē)電阻制動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的電樞與對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電阻ZR順向串聯(lián)并綜合并聯(lián)后，再經(jīng)各自轉(zhuǎn)向架中并聯(lián)的3臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)機(jī)組與分離的兩組主整流橋T11、T12、D11、D12（T21、T22、D21、D22）組成各自獨(dú)立的制動(dòng)電路。制動(dòng)電流（電樞電流）通過(guò)直流電流傳感器1～6ZLH向電子控制柜反饋電流信號(hào)，同時(shí)，速度傳感器1～6SH向電子控制柜反饋速度信號(hào)，從而構(gòu)成了對(duì)制動(dòng)電路的閉環(huán)控制，使其按照準(zhǔn)恒速特性控制函數(shù)實(shí)現(xiàn)限流準(zhǔn)恒速特性控制。當(dāng)機(jī)車(chē)使用動(dòng)力制動(dòng)時(shí)，利用空氣制動(dòng)的初制動(dòng)環(huán)節(jié)來(lái)避免列車(chē)的慣性沖擊。4.2.2電流回路分析在機(jī)車(chē)進(jìn)行加饋電阻制動(dòng)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁方式，由原來(lái)的串勵(lì)改為它勵(lì)，因此，在由牽引工況轉(zhuǎn)換為制動(dòng)工況時(shí)，需對(duì)主電路電樞繞組電流路徑和勵(lì)磁繞組電流路徑分別作一探討：主電路電樞繞組電流路徑（正半周）為：a1→D11→母線及平波電抗器1PK→電流直流互感器1ZLH→S11→S12→牽制位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（1WH）→方向位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)→C11→C21→方向位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)→牽制位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（1WH）→D14→D13→T11→x1。勵(lì)磁繞組電流為：1ZGZ的勵(lì)磁橋正端（a3→7ZLH→C23→C13→C22→C12→C21→C11→C14→C24→C15→C25→C16→C26→LC→1ZGZ勵(lì)磁橋負(fù)端（c3）。以一支路第一段控制為例，制動(dòng)鼓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置與“制動(dòng)”位，這時(shí)6臺(tái)電機(jī)主極繞組全串聯(lián)。串聯(lián)后其制動(dòng)電路可簡(jiǎn)化為如圖4.6所示，由一個(gè)獨(dú)立的單相半控橋提供電源為其供電，交流供電電壓為198V。主電路勵(lì)磁電流回路：當(dāng)司機(jī)換向手柄置于制動(dòng)位時(shí)，勵(lì)磁接觸器LC閉合，同時(shí)1WH完成“牽引”和“制動(dòng)”工況的轉(zhuǎn)換。此時(shí)6臺(tái)電動(dòng)機(jī)主極勵(lì)磁繞組全串聯(lián)聯(lián)接，控制1ZGZ中的T17、T18、D13、D14、勵(lì)磁整流橋作為勵(lì)磁電源向他勵(lì)主極繞組供電。由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流方向必須與原來(lái)方向相反。當(dāng)機(jī)車(chē)進(jìn)入低速（<46km/h）時(shí)，勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)已達(dá)到最大值650A的限制值，制動(dòng)電流急劇下降，為了在低速區(qū)獲得較大的制動(dòng)力，SS3B型電力機(jī)車(chē)采用了加饋電阻制動(dòng)。此時(shí)開(kāi)通主整流橋1ZGZ（2ZGZ）的大橋相控輸出整流電壓對(duì)制動(dòng)電流加饋，以維制動(dòng)電流的不變，實(shí)現(xiàn)恒制動(dòng)力特性。圖4.6制動(dòng)工況勵(lì)磁繞組簡(jiǎn)化圖4.2.3制動(dòng)工況特性形成原理制動(dòng)特性形成電路如圖4.8所示，由運(yùn)算放大器N32-1、N32-7分別組成兩個(gè)相同的比例環(huán)節(jié)，通過(guò)端子1d14和1d14接受Ⅰ、Ⅱ端主臺(tái)制動(dòng)電位器的輸出電壓，由二極管V414、V416選出這兩個(gè)比例環(huán)節(jié)的最小值作為制動(dòng)級(jí)位指令。制動(dòng)電位器分11級(jí)，每級(jí)電壓計(jì)算式是4.6：（4.6）比例環(huán)節(jié)的比例是，因此有，運(yùn)算放大器N32-14組成制動(dòng)特性形成環(huán)節(jié)，其輸出為：（4.7）運(yùn)算放大器N34-8組成最小制動(dòng)電流限制環(huán)節(jié)，其輸出為0.5V，相當(dāng)于50A的制動(dòng)電流。V425、V427組成最大值選擇電路，其輸出即為制動(dòng)電流指令，由電流與速度的關(guān)系，實(shí)際的控制特性為：（4.8）Iz為制動(dòng)電流指令；N為級(jí)位v是速度。因需要根據(jù)實(shí)際制動(dòng)電流減少及時(shí)補(bǔ)足減少部分，故要求附加制動(dòng)電源連續(xù)可調(diào)。一般相控機(jī)車(chē)上不另設(shè)加饋電源，而使?fàn)恳r時(shí)的整流調(diào)壓電路在制動(dòng)工況下作為加饋電源的整流調(diào)壓電路。我們知道，調(diào)節(jié)半控橋式整流電路中晶閘管的移相角，即可調(diào)節(jié)加饋電源的電流輸出電壓，達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充制動(dòng)電流的減小，以使制動(dòng)電流維持不變。從理論上講，加饋電阻圖4.7制動(dòng)特性形成電路制動(dòng)可使機(jī)車(chē)停車(chē)至零，實(shí)際上由于靜止不動(dòng)的牽引電動(dòng)機(jī)整流器不允許長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)額定電流，為防整流器過(guò)熱燒損，在電力機(jī)車(chē)的速度低于一定值時(shí)，將切除加饋制動(dòng)電阻，改為空氣機(jī)械制動(dòng)使機(jī)車(chē)停車(chē)。SS3B型電力機(jī)車(chē)牽引電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)工況時(shí)一般接成他勵(lì)發(fā)電機(jī)。由于串激發(fā)電機(jī)電氣的不穩(wěn)定性，且勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)時(shí)，磁通難以控制，故電阻制動(dòng)時(shí)電機(jī)改為他勵(lì)，這樣可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制動(dòng)力，方車(chē)的運(yùn)行速度。司機(jī)通過(guò)制動(dòng)鼓（WH）位置開(kāi)關(guān)來(lái)控制，將牽引工況的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿?dòng)工況時(shí)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行。將機(jī)車(chē)的動(dòng)能和位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽@時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能消耗在制動(dòng)電阻上變?yōu)闊崮?。SS3B型電力機(jī)車(chē)全車(chē)配有兩臺(tái)TZZ4型制動(dòng)電阻柜，共裝有6個(gè)電阻段，分別供6臺(tái)牽引電機(jī)制動(dòng)時(shí)使用。電阻制動(dòng)特性是指機(jī)車(chē)輪周制動(dòng)力Bk與機(jī)車(chē)運(yùn)行速度v之間的關(guān)系Bk=f（v），SS3B型電力機(jī)車(chē)電阻制動(dòng)特性的編制工況是考慮動(dòng)輪直徑半磨耗、牽引電機(jī)作他勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的特性，制動(dòng)工況時(shí)6臺(tái)牽引電機(jī)主極繞組串聯(lián)。他勵(lì)電機(jī)控制特性函數(shù)即電力機(jī)車(chē)的速度與電樞繞組電流的特性表達(dá)式是4.8，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力與電樞電流關(guān)系如下式：（kN）（4.9）其中為系數(shù)，一般為1188；為勵(lì)磁磁通；v為機(jī)車(chē)速度。水平直線是制動(dòng)電流在最大限制電流=420（A）時(shí)的“恒功率”電阻制動(dòng)特性。如圖4.8制動(dòng)特性曲線圖所示。直線和斜線的存在說(shuō)明電力機(jī)車(chē)采用加饋電阻制動(dòng)，而加饋電阻制動(dòng)又分為電阻制動(dòng)區(qū)（即全電阻制動(dòng)）和加饋制動(dòng)區(qū)的這一事實(shí)；同時(shí)反應(yīng)出從不同速度開(kāi)始制動(dòng)，電力機(jī)車(chē)所受的制動(dòng)力的大小是不同的，即速度越大制動(dòng)電流也越大，電力機(jī)車(chē)受到的制動(dòng)力越大，制動(dòng)效果越明顯。在實(shí)際的應(yīng)用中，由于電力機(jī)車(chē)的最大牽引力和最圖4.8制動(dòng)特性曲線大制動(dòng)力分別涉及相對(duì)應(yīng)工況下的起動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)，為避免牽引、制動(dòng)工況時(shí)空轉(zhuǎn)故障發(fā)生，并據(jù)此消除因輪對(duì)的轉(zhuǎn)速迅速上升和機(jī)車(chē)的牽引、制動(dòng)性能快速下降、嚴(yán)重擦傷輪軌踏面的同時(shí)使電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組因離心力過(guò)大而飛散的重大事故隱患，電力機(jī)車(chē)必須遵循各自工況下的限制。牽引工況時(shí)電力機(jī)車(chē)受設(shè)備電流定額限制與牽引電機(jī)換向性能限制出現(xiàn)不同區(qū)段最大牽引力限制和因輪軌接觸因素而出現(xiàn)的最大粘著力限制；制動(dòng)工況時(shí)電力機(jī)車(chē)受最大勵(lì)磁電流限制、粘著力限制、最大制動(dòng)電流限制以及安全整流限制。實(shí)現(xiàn)與克服上述限制的方法顯而易見(jiàn)，即運(yùn)用相關(guān)的檢測(cè)電路結(jié)合具有邏輯判斷功能的電子電路實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)臨界點(diǎn)的準(zhǔn)確識(shí)別和正確處理，并盡可能提高靈敏度與可靠性。5輔助電路與保護(hù)電路5.1輔助電路5.1.1電力機(jī)車(chē)輔助電路系統(tǒng)電力機(jī)車(chē)的輔助電路是為了保證主電路各電力設(shè)備的正常工作而設(shè)置的保障電路。其系統(tǒng)由三相交流輔助電源和直流電源系統(tǒng)組成。三相交流輔助系統(tǒng)由分相設(shè)備、空氣壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)組、油泵機(jī)組及取暖設(shè)備電熱玻璃、熱飯電爐組成，是提供壓縮空氣、改善工作環(huán)境、保障乘務(wù)人員生活的重要設(shè)施。直流電源系統(tǒng)主要由整流裝置、蓄電池組成，為機(jī)車(chē)的控制系統(tǒng)及照明系統(tǒng)等提供所需直流電源，并為蓄電池充電，在升弓前或高壓設(shè)備、牽引變壓器故障時(shí)，由蓄電池給電力機(jī)車(chē)的裝備控制電路及故障工況控制電路供電。5.1.2劈相機(jī)原理將電力機(jī)車(chē)單相交流電源變換為三相交流電源以供三相負(fù)載，目前存在三種變換方法：一、采用旋轉(zhuǎn)式劈相機(jī)；二、采用電容器分相法；三、采用半導(dǎo)體靜止逆變器（SS7E采用的是半導(dǎo)體靜止變頻器）。SS3B型電力機(jī)車(chē)采用的劈相機(jī)是一種結(jié)構(gòu)特殊、用途也特殊的旋轉(zhuǎn)式異步劈相機(jī)，亦即結(jié)構(gòu)和用途特殊的三相異步電機(jī)，它可用作一種單相電源，又可用于要使用三相異步電動(dòng)機(jī)為負(fù)載供電的場(chǎng)合，它能作為單相電源與三相負(fù)載間直接進(jìn)行相數(shù)變換的裝置。SS3B型電力機(jī)車(chē)采用旋轉(zhuǎn)式劈相機(jī)，旋轉(zhuǎn)式劈相機(jī)按定子繞組結(jié)構(gòu)分為兩種：一、三繞組接成星型結(jié)構(gòu)；二、兩繞組接成T型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如圖5.1旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)接線圖所示，雖然它們結(jié)構(gòu)不同，但基本工作原理相同[1，11]。劈相機(jī)是不能自動(dòng)起動(dòng)的，常用的起動(dòng)方法有輔助電機(jī)起動(dòng)法和分相電阻起動(dòng)法兩種。劈相機(jī)電阻分相起動(dòng)原理圖如圖5.2所示，圖中Rst為起動(dòng)電阻，OV、OU繞組稱為劈相機(jī)的電動(dòng)相繞組，OW繞組稱為發(fā)電相繞組。當(dāng)劈相機(jī)的電動(dòng)相繞組OU、OV接到單相交流電源主變壓器輔助繞組a6～x6上，可以把定子繞組看作是由兩相組成：一相是V-0-U，圖圖5.1旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)接線圖圖5.2劈相機(jī)分相啟動(dòng)與供電系統(tǒng)原理圖它直接由單相電源供電；另一相是V-0-W，在發(fā)電相與電動(dòng)相之間任意接起動(dòng)電阻Rst，就會(huì)形成一個(gè)二相電流。V-0-W與起動(dòng)電阻Rst串聯(lián)后由單相電源供電，V-0-W串聯(lián)了電阻，在一個(gè)時(shí)間周期上，使流經(jīng)V-0-W的電流超前V-0-U的相電流，而電壓又滯后V-0-U的電壓90°電角度，即V-O-U相電流與V-0-W相電流之間存在一個(gè)相位差φ（φ<90°），將這兩個(gè)在時(shí)間上有相位差的起動(dòng)電流，分別通入在空間彼此相差一定機(jī)械電角度的兩相繞組0V、0U中，繞組中的電流就產(chǎn)生一個(gè)大小隨時(shí)間作正弦變化、空間位不變的脈振磁場(chǎng)。脈振磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)子為參考，分為正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子以幾乎兩倍于同步轉(zhuǎn)速的速度切割反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)出近似兩倍電網(wǎng)頻率的電流，此電流的一半磁場(chǎng)與反轉(zhuǎn)電流的磁場(chǎng)抵消，在氣隙剩余一半磁場(chǎng)即為正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就是期望的在氣隙合成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生較大的啟動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)子RX轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)切割0V、0U、0W三相繞組，使發(fā)電相0W相產(chǎn)生一相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與電動(dòng)相0V、0U一起形成三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此可將單相交流電源轉(zhuǎn)換為可以驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電源。0W發(fā)電相承擔(dān)三相負(fù)載的一部分功率，負(fù)載其余功率直接由電網(wǎng)供電。當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)同步轉(zhuǎn)速的80%~90%時(shí)，借助接觸器切除起動(dòng)電阻，起動(dòng)即告完成，劈相機(jī)投入空載運(yùn)行。在劈相機(jī)正常的運(yùn)行工況下，給劈相機(jī)輸出的三相電路中添加無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，如并聯(lián)電容器，以改善輸出三相電壓的對(duì)稱性，提高三相負(fù)載的運(yùn)行性能。5.2保護(hù)電路原理前面已經(jīng)敘述了主電路、輔助電路主要組成，并分析了相關(guān)設(shè)備的功能、性能?，F(xiàn)在就主、輔電路的保護(hù)問(wèn)題做一探討。按設(shè)備功能模塊劃分有：整流裝置的保護(hù)，包括整流裝置過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、晶閘管的di/dt保護(hù)；牽引電動(dòng)機(jī)保護(hù)，即牽引電動(dòng)機(jī)過(guò)流輔助電路過(guò)流保護(hù)，電力機(jī)車(chē)的過(guò)電流一般采用主斷路器和快速熔斷器來(lái)進(jìn)行保護(hù)；電力機(jī)車(chē)接地保護(hù)；以及其他保護(hù)電路。按保護(hù)邏輯插件的主要作用分：牽引變壓器次邊的過(guò)流保護(hù)，各牽引電機(jī)過(guò)流保護(hù)、勵(lì)磁過(guò)流保護(hù)以及對(duì)這些過(guò)流動(dòng)作的保持和顯示的環(huán)節(jié)保護(hù)等，它還包括：主要電路插件在位保護(hù)、超速保護(hù)以及IS/dɑ保護(hù)功能等。現(xiàn)按電力機(jī)車(chē)的保護(hù)原理就電氣設(shè)備的相關(guān)保護(hù)和空轉(zhuǎn)、滑行保護(hù)作一探討。5.2.1短路、過(guò)流、過(guò)載保護(hù)電力機(jī)車(chē)的短路、過(guò)流、過(guò)載保護(hù)就其保護(hù)的類(lèi)型而言，主要是針對(duì)電力機(jī)車(chē)及其相關(guān)設(shè)備的實(shí)際電流超過(guò)該機(jī)車(chē)和其有關(guān)設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)電流而采取的保護(hù)，且該保護(hù)涵蓋起動(dòng)、牽引、制動(dòng)等工況環(huán)節(jié)，因此，將對(duì)電力機(jī)車(chē)的短路、過(guò)流、過(guò)載保護(hù)歸類(lèi)為一類(lèi)保護(hù)，一并加以分析。整流裝置過(guò)電流（過(guò)載）保護(hù)：整流裝置本身不帶短路保護(hù)，遇到牽引電機(jī)接地、環(huán)火或半導(dǎo)體元件支路擊穿而引起的短路，由機(jī)車(chē)主斷路器跳閘分?jǐn)嘀麟娐愤M(jìn)行保護(hù)。為使整流裝置內(nèi)流過(guò)短路電流的其他半導(dǎo)體元件不受損壞，受半導(dǎo)體元件過(guò)載能力的限制，所以給每只晶閘管串聯(lián)一個(gè)NGT3—630/380型快速熔斷器加以保護(hù)。整流裝置的主橋臂由三個(gè)晶閘管并聯(lián)支路組成，通過(guò)各支路的電流也不盡相同，為確保整流裝置的安全，即采取均流措施，影響電流分配的許多因素，其中最主要的是半導(dǎo)體元件的正向特性，因此在晶閘管組裝時(shí)，將各并聯(lián)支路按整流管的正向壓降或晶閘管的通態(tài)電壓進(jìn)行編組?？紤]晶閘管并聯(lián)工作，還要?jiǎng)討B(tài)均流，即指并聯(lián)晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通過(guò)程中的均流，均流裝置如圖圖5.3均流裝置原理圖5.3所示。在一支路電流迅速增長(zhǎng)的瞬間，該支路電抗器將感應(yīng)出一個(gè)反電勢(shì)，阻止電流的增長(zhǎng)，從而起到動(dòng)態(tài)均流作用。該電抗器除了感應(yīng)出一個(gè)反電勢(shì)外，還能抑制晶閘管在導(dǎo)通過(guò)程中電流增長(zhǎng)過(guò)快，圖5.3均流裝置原理圖5.2.2過(guò)電壓、失壓（欠壓）保護(hù)電力機(jī)車(chē)的零壓、欠壓、過(guò)電壓保護(hù)按類(lèi)型可劃分為過(guò)電壓、失欠壓保護(hù)兩種類(lèi)，分析重點(diǎn)是過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電壓又包含操作過(guò)電壓、內(nèi)部過(guò)電壓及雷擊過(guò)電壓。在抑制外因過(guò)電壓的措施中，RC過(guò)電壓抑制電路最常見(jiàn)，其可接于供電變壓器的兩側(cè)，也可接于電力電子電路的直流側(cè)。主變壓器次邊過(guò)電壓抑制裝置采用的是RC阻容過(guò)壓保護(hù)電路。整流裝置過(guò)電壓保護(hù)就是在半導(dǎo)體元件兩端并聯(lián)電容器和電阻器進(jìn)行保護(hù)。電阻可在晶閘管導(dǎo)通瞬間，限制電容器向晶閘管放電的di/dt，并對(duì)換相過(guò)電壓產(chǎn)生的振蕩起阻尼作用。對(duì)于外部過(guò)電壓，由機(jī)車(chē)主電路設(shè)置在變壓器次邊的RC回路進(jìn)行保護(hù)。在不等分三段半控橋式調(diào)壓整流電路升壓、降壓順序控制過(guò)程中，主整流橋的輸出不僅存在橋內(nèi)電壓的連續(xù)平滑過(guò)渡，而且還存在橋間電壓連續(xù)平滑過(guò)渡，這勢(shì)必涉及主變壓器二次側(cè)電壓在串聯(lián)晶閘管整流橋臂上的平均分配問(wèn)題，即所謂均壓。串聯(lián)工作的半導(dǎo)體元件，由于它的反向特性差異，當(dāng)加上反向電壓時(shí)，各串聯(lián)元件承受的反向電壓就不同，承受過(guò)大反向電壓的元件可能被反向擊穿，而其他元件的電壓利用不充分，且晶閘管的正向阻斷特性可能喪失而成為整流二極管。為圖5.4串聯(lián)均壓裝置原理使元件串聯(lián)電壓分配均勻，通常在每個(gè)串聯(lián)元件的兩端并聯(lián)均壓裝置，原理圖如圖5.4串聯(lián)均壓裝置原理圖所示，SS3B型電力機(jī)車(chē)即采用這種方法。電氣設(shè)備或?qū)Ь€的絕緣損壞將會(huì)造成主電路接地故障，如接地故障出現(xiàn)兩點(diǎn)以上，將會(huì)導(dǎo)致短路故障而燒損設(shè)備和導(dǎo)線，故在一點(diǎn)接地時(shí)必須首先采用接地保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。如附圖1所示，SS3B型電力機(jī)車(chē)主電路接地保護(hù)采用兩套接地保護(hù)系統(tǒng)，分別接在各轉(zhuǎn)向架獨(dú)立供電電路主整流橋1ZGZ(104/E)（1ZGZ）的中點(diǎn)線上，接地保護(hù)由接地繼電器1ZJDJ（2ZJDJ），并聯(lián)的分路電阻1FLR（2FLR），串聯(lián)的限流電阻1XLR（2XLR）組成，再經(jīng)110V控制電源正極后接地，這是有源保護(hù)系統(tǒng)，除網(wǎng)側(cè)電路外，主電路中任何一點(diǎn)接地時(shí)，接地點(diǎn)位與110V電壓疊加構(gòu)成接地繼電器的動(dòng)作電壓，因?yàn)槭且粋€(gè)110V固定點(diǎn)位，即使在“0”接地電位時(shí)仍保證接地繼電器的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域性保護(hù)，ZJDJ動(dòng)作后使主斷路器QD分閘。SS3B型電力機(jī)車(chē)采用有源接地保護(hù)系統(tǒng)：由接地繼電器ZJDJ，并聯(lián)分路電阻FLR和串聯(lián)限流電阻XLR組成，再經(jīng)110V控制電源“+”極至“-”極后接地，當(dāng)ZJDJ動(dòng)作后使主斷路器QD斷開(kāi)。5.2.3空轉(zhuǎn)、滑行保護(hù)當(dāng)動(dòng)輪作用在鋼軌上的力超過(guò)輪軌間的粘著力時(shí)，則動(dòng)輪在鋼軌上就不能得到足夠的水平方向的支承力，粘著將被破壞。在輪軌接觸點(diǎn)處，車(chē)輪在驅(qū)動(dòng)力距的作用下，出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，車(chē)輪開(kāi)始圍繞動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)即形成空轉(zhuǎn)，此時(shí)需啟動(dòng)自動(dòng)撒沙程序增加粘著力或降低牽引電動(dòng)機(jī)電樞繞組電流，減少牽引力。影響粘著特性的因素提供了改善粘著特性的方法，綜合為兩大類(lèi)：一、修正和改善輪軌表面接觸條件；二、設(shè)法改善車(chē)輛軌道懸掛系統(tǒng)，即通常采用往鋼軌上撒干砂，清洗、打磨鋼軌，改進(jìn)閘瓦材料等以改善車(chē)輛懸掛減小軸重轉(zhuǎn)移。6電力機(jī)車(chē)常見(jiàn)故障分析與處理6.1電氣化鐵道諧波危害與治理鐵路電氣化的飛速發(fā)展在拓展運(yùn)輸能力，帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題，這對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電網(wǎng)中其他用戶的用電，都產(chǎn)生了不良影響。以下就電力牽引負(fù)荷的特點(diǎn)、電氣化鐵道諧波特點(diǎn)、諧波危害表現(xiàn)，及鐵路系統(tǒng)為此采取的改善措施一并作一分析和探討[13]。電力牽引負(fù)荷的性質(zhì)是單相大功率整流負(fù)荷。電氣化鐵道的諧波特點(diǎn)不但取決于電力機(jī)車(chē)本身，也取決于牽引變電所的類(lèi)型、接法和接入哪一級(jí)電壓的供電系統(tǒng)，以及接觸網(wǎng)的長(zhǎng)度和制式等。電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的諧波主要由電力機(jī)車(chē)的整流裝置所產(chǎn)生，其交流側(cè)的電流波形關(guān)于橫軸呈鏡面對(duì)稱，整流電路在整流過(guò)程中交流電壓每一周期內(nèi)直流側(cè)整流電壓的脈動(dòng)數(shù)，即整流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù)為2，故其產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)為h=2k±1，k=l，2，3，。電力機(jī)車(chē)屬于電流源型諧波源，其所產(chǎn)生的諧波電流取決于諧波源本身的特性，基本上與電力系統(tǒng)供電網(wǎng)參數(shù)無(wú)關(guān)。與電力系統(tǒng)的諧波相比較，電氣化鐵道諧波的特點(diǎn)簡(jiǎn)要?dú)w納為：第一、隨機(jī)波動(dòng)性；第二、非線性；第三、單相獨(dú)立性和不對(duì)稱性；第四、相位分布廣；第五、高壓滲透性；第六、穩(wěn)態(tài)奇次性。電力機(jī)車(chē)屬于典型的單相不平衡負(fù)荷，因此在牽引電網(wǎng)運(yùn)行中，必然會(huì)產(chǎn)生大量的負(fù)序電流。而且牽引電網(wǎng)電力機(jī)車(chē)負(fù)荷結(jié)構(gòu)特殊，既有變壓器存在，又安裝有整流裝置，幾乎涵蓋了諧波產(chǎn)生的所有方面，是牽引供電系統(tǒng)中的一個(gè)最主要的諧波源，在其運(yùn)行工作過(guò)程中，也必然會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)大量的諧波。電力機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的大量負(fù)序和諧波分量是對(duì)牽引電網(wǎng)主要的危害，通過(guò)牽引變電站這些負(fù)序和諧波分量將會(huì)注入電力系統(tǒng)公用電網(wǎng)造成更大的危害。這種危害主要有表現(xiàn)在以下5個(gè)方面[1，11，13]：1.容易引起電力網(wǎng)局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振。在牽引變電所附近，串聯(lián)和并聯(lián)諧振的發(fā)生比例明顯高于其它地方，引發(fā)嚴(yán)重的后果。2.容易引起繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。諧波對(duì)各種繼電器的運(yùn)行有明顯影響，可使其動(dòng)作特性發(fā)生較大改變，導(dǎo)致其頻繁起動(dòng)，甚至發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。3.對(duì)電力網(wǎng)輸電設(shè)備的影響。諧波電流使變壓器、電力線路和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加損耗加大，引起過(guò)熱，縮短絕緣壽命，降低了功率因數(shù)和設(shè)備容量的利用率。4.對(duì)計(jì)量?jī)x表產(chǎn)生影響。隨著頻率的升高，計(jì)量?jī)x表的測(cè)量誤差逐步增大。5.對(duì)通訊系統(tǒng)的干擾。諧波對(duì)通信線路的干擾，一般通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)及傳導(dǎo)耦合這三種方式施加到通信線路上。人耳對(duì)話音的敏感頻率為300HZ～1000Hz，而電力牽引系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流恰好在這一話音頻率范圍內(nèi)，因此對(duì)通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。隨著電力電子技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用，許多電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷的容量越來(lái)越大，同時(shí)帶給電網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重。作為高壓?jiǎn)蜗喾蔷€性負(fù)荷的電氣化鐵道，是引起電力系統(tǒng)諧波污染的諧波源之一，針對(duì)電氣化鐵道牽引負(fù)荷的諧波治理是當(dāng)前諧波抑制研究的一個(gè)熱門(mén)課題，為了減少電力機(jī)車(chē)的諧波電流，鐵路系統(tǒng)采取的改善措施有：1.采用多段橋。這種方法是目前晶閘管相控機(jī)車(chē)廣為采用的措施。但段數(shù)過(guò)多會(huì)使變壓器抽頭數(shù)增加和整流裝置及其控制復(fù)雜化。2.加大換相電抗。典型的代表是奧地利的1044機(jī)車(chē)，在整流器的交流側(cè)接入一個(gè)換相電抗，這一辦法是使換向重疊角增大，換向期間的電流變化率變慢，高次諧波電流分量因而減少。但是由于增大會(huì)使相位移系數(shù)和功率因數(shù)降低。3.采用錯(cuò)位相控。英國(guó)設(shè)計(jì)的高速列車(chē)，采用兩個(gè)供電繞組有不同的電壓，供給牽引電機(jī)。為了得到相同的整流電壓，不同供電電壓的兩個(gè)整流器就有不同的控制角，但只能使產(chǎn)生的諧波電流得到部分抵消。4.在電力機(jī)車(chē)上加裝并聯(lián)補(bǔ)償濾波裝置。分別在機(jī)車(chē)變壓器副邊的調(diào)壓繞組間與基本繞組間，加裝并聯(lián)補(bǔ)償濾波裝置，但是只能濾掉特定的諧波電流。6.2劈相機(jī)電路常見(jiàn)故障及改進(jìn)在SS3B型電力機(jī)車(chē)的電路設(shè)計(jì)中，有劈相機(jī)故障轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，即對(duì)劈相機(jī)啟動(dòng)電阻燒損故障設(shè)計(jì)的QRK，而對(duì)QRC的故障情況，卻存在漏洞，這正是劈相機(jī)啟動(dòng)電路的局限[11]。近幾年來(lái)，隨著機(jī)車(chē)使用年限的增加，由于QRC線圈燒損而影響機(jī)車(chē)正常運(yùn)用的故障逐漸增多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)僅在鄭州機(jī)務(wù)段43臺(tái)電力機(jī)車(chē)已有13臺(tái)次出現(xiàn)過(guò)此類(lèi)故障，如2004年8月8日SS3B4451機(jī)車(chē)因PX不啟動(dòng)，造成機(jī)車(chē)途中停車(chē)，后經(jīng)檢查是QRC線圈燒損，2006年11月24日SS34446機(jī)車(chē)小輔修轉(zhuǎn)線時(shí)，QRC線圈燒損，致使1PX、2PX無(wú)法正常啟動(dòng)。在對(duì)SS3B型電力機(jī)車(chē)劈相機(jī)啟動(dòng)電路的分析后可以看出QRC正常動(dòng)作與否是劈相機(jī)能否正常啟動(dòng)的關(guān)鍵，如圖5.2劈相機(jī)分相啟動(dòng)與供電系統(tǒng)原理圖所示，這也是機(jī)車(chē)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。改進(jìn)的設(shè)計(jì)思路就是加強(qiáng)劈相機(jī)啟動(dòng)電阻接觸器QRC這一薄弱環(huán)節(jié)，即在運(yùn)用中即使QRC線圈燒損，也能使劈相機(jī)順利啟動(dòng)，使機(jī)車(chē)能夠正常運(yùn)行。具體實(shí)施措施是：在原電路變壓器風(fēng)機(jī)BFD輔助電路中接入一個(gè)三刀雙置故障開(kāi)關(guān)，暫稱此故障開(kāi)關(guān)為QRCK，此故障開(kāi)關(guān)“運(yùn)行位”為BFD輔助電路的正常電路，“故障位”為切除BFD，接人啟動(dòng)電阻電路。運(yùn)用中，QRC線圈一旦燒損，乘務(wù)人員只需將起動(dòng)接觸器故障轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QRCK轉(zhuǎn)向“故障位”，變壓器風(fēng)機(jī)故障轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)BFDK也轉(zhuǎn)向“故障位”，變壓器風(fēng)機(jī)接觸器BFDC的吸合并自鎖，確保劈相機(jī)的正常啟動(dòng)和持續(xù)工作。6.3主變壓器運(yùn)行中的常見(jiàn)故障及處理SS3B型電力機(jī)車(chē)安裝的是TBQ3-7000/25型的主變壓器,是一種油浸式變壓器。變壓器的器身放置在充滿變壓器油的油箱里，油箱的油箱壁用鋼板焊接而成，上面還焊著許多散熱管，油箱的油箱蓋上方裝有儲(chǔ)油柜，它是由鋼板焊接而成并通過(guò)油管和蝶閥與箱蓋連接。變壓器故障按發(fā)生部位分類(lèi)有：變壓器外部故障和變壓器內(nèi)部故障。變壓器外部故障：油箱，焊接質(zhì)量不好，密封填圈不好；電壓分接開(kāi)關(guān)傳動(dòng)裝置：機(jī)械操動(dòng)部分，控制部分等問(wèn)題；冷卻裝置：風(fēng)扇，輸油泵、控制設(shè)備等問(wèn)題；附件：絕緣套管、溫度計(jì)、油位計(jì)、各種繼電器等問(wèn)題。變壓器內(nèi)部故障：繞組，絕緣擊穿，斷線，變形；鐵心：鐵心疊片之間絕緣不好，接地不好，鐵心兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地及鐵心螺栓絕緣擊穿；內(nèi)部的裝配金具問(wèn)題：電壓分節(jié)開(kāi)關(guān)控制不到位，引線絕緣薄弱；絕緣油老化。按故障性質(zhì)分類(lèi)主要有：過(guò)熱性故障、放電性故障、油故障等類(lèi)型等。在電力機(jī)車(chē)主變壓器外部安裝有冷卻器、油泵、管路、蝶閥以及出線端子板等部件,這些部件之間的連接面都是通過(guò)密封件(密封圈和密封膠等)來(lái)進(jìn)行密封的。密封件的產(chǎn)品質(zhì)量存在問(wèn)題或者這些密封件由于自身老化,易造成主變壓器運(yùn)行過(guò)程中密封失效,導(dǎo)致滲漏油故障。其次，在電力機(jī)車(chē)主變壓器的制作過(guò)程中各連接部位的密封件安裝不當(dāng),整固不到位,也可能導(dǎo)致滲漏油故障；同時(shí)在電力機(jī)車(chē)主變壓器大修及維護(hù)中密封件更換不及時(shí),使密封件失效。為提高變壓器供電的可靠性及安全性，提前提出對(duì)滲漏油現(xiàn)象的預(yù)防措施及處理措施顯得十分必要。預(yù)防措施是：對(duì)于由設(shè)計(jì)原因造成的油箱滲漏,我們可以采用改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)分析,增加新產(chǎn)品運(yùn)行考核等措施；同時(shí)，還可以應(yīng)用先進(jìn)的先期診斷手段,如采用計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度和模態(tài)分析等,來(lái)減少設(shè)計(jì)缺陷。處理措施：對(duì)于焊縫滲漏故障主要是由于焊縫存在應(yīng)力集中、夾砂、氣孔或裂紋導(dǎo)致的,處理時(shí)在確定滲漏位置后,先用鋼絲刷清理,再用除油劑沖洗干凈,用凈布反復(fù)擦拭,最后在滲漏點(diǎn)處進(jìn)行補(bǔ)、堆焊處理。即使電力機(jī)車(chē)主變壓器、硅整流裝置、牽引電機(jī)、劈相機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和改進(jìn)，以及電子控制電路和電子保護(hù)電路的日益完善，電力機(jī)車(chē)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展任然不會(huì)脫離“以穩(wěn)為主、穩(wěn)中求快”的基本宗旨。參考文獻(xiàn)[1]劉友梅．韶山3型4000系電力機(jī)車(chē)[M],北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.[2]連級(jí)三．電力牽引控制系統(tǒng)[M],北京：中國(guó)鐵道出版社．2003：16~20.[3]王兆安．黃俊.電力電子技術(shù)[M]，第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：46~47.[4]李發(fā)海．電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]，第三版.北京：清華大學(xué)出版社，2005：70~71.[5]葉斌．電力電子應(yīng)用技術(shù)[M],北京：清華大學(xué)出版社，2006：373~400.[6]陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]，第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997：42~58.[7]胡壽松．自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)明教程[M]，第二版.北京：科學(xué)出版社，2008：81~83.[8]李中年．控制電器及應(yīng)用[M],北京：清華大學(xué)出版社，2006：44~93.[9]康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]，第五版.高等教育出版社，2006：62~83.[10]張效融．.電力機(jī)車(chē)總體及行走部[M],北京：中國(guó)鐵道出版社，2008：26~40.[11]申軍燦．SS3B型電力機(jī)車(chē)劈相機(jī)啟動(dòng)電路的改進(jìn)[J],道機(jī)車(chē)車(chē)輛增刊,2008年12月：72~73.[12]曹陽(yáng),孫明道．淺析中國(guó)鐵路貨車(chē)的重載化[J],鐵道車(chē)輛，第8期2007年8月：21~22.[13]白芹．現(xiàn)代交直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與展望[J],科學(xué)時(shí)代,2010年第07期：50~51.結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)對(duì)SS3型、SS3B型電力機(jī)車(chē)的資料查詢、資料分析和資料匯總，我分析學(xué)習(xí)了SS3B型電力機(jī)車(chē)的主電路與機(jī)車(chē)運(yùn)行工況特點(diǎn)特性問(wèn)題。重點(diǎn)探究了單相半控橋式整流電路和不等分三段橋式全波整流電路的結(jié)構(gòu)；分析了不等分三段半控橋晶閘管相控調(diào)壓原理及與電動(dòng)機(jī)調(diào)速相關(guān)的控制過(guò)程等問(wèn)題；探究了機(jī)車(chē)運(yùn)行工況包括牽引、制動(dòng)二級(jí)電阻制動(dòng)、低速加饋制動(dòng)原理；并對(duì)弱磁與調(diào)壓配合調(diào)速特性等知識(shí)進(jìn)行了較深入的探究。本論文的寫(xiě)作，使我在搜索資料，編輯文檔，分析解決問(wèn)題等方面的能力和素養(yǎng)也有了較大的提升。在探討中，通過(guò)繪制SS3B型電力機(jī)車(chē)的主電路原理圖、各電路簡(jiǎn)化圖及相關(guān)波形圖等，使我熟悉了DXP2004、Protel99SE的繪圖方法，同時(shí)也使我畫(huà)圖能力進(jìn)一步加強(qiáng)；使我在運(yùn)用系統(tǒng)觀點(diǎn)和工程方法分析解決問(wèn)題方面有較大的提升，并使我逐漸形成了模塊化歸類(lèi)問(wèn)題、分析問(wèn)題的理念。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的完成后我認(rèn)識(shí)到自己論文有較多不足之處，主要存在以下三個(gè)方面：第一、直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)在弱磁調(diào)速時(shí)的各自特點(diǎn)及共性分析未涉及；第二、沒(méi)有建立電力機(jī)車(chē)的調(diào)速控制模型框圖并據(jù)此精煉分析機(jī)車(chē)的控制規(guī)律；第三、沒(méi)有運(yùn)用極坐標(biāo)系表示半控整流橋輸出電壓與晶閘管導(dǎo)通角大小的關(guān)系，以及由此方法來(lái)體現(xiàn)不等分三段橋三段電壓的疊加規(guī)律，這三方面也正是本課題有所突破和創(chuàng)新的源點(diǎn)。鑒于對(duì)鐵路運(yùn)輸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的意義即社會(huì)效益和環(huán)保效益認(rèn)識(shí)，這鞭策我要以充分的責(zé)任感和飽滿的使命感投入今后的工作、生活中。在以后的學(xué)習(xí)工作中一定要努力克服自己的不足，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)條件，利用好現(xiàn)有的資源，認(rèn)真完成每一件事情。要腳踏實(shí)實(shí)地，認(rèn)認(rèn)真真地去完成自己份內(nèi)的事情，不斷的學(xué)習(xí)充實(shí)自己，不斷的努力提升自己。同時(shí)我也明白了只要自己努力并在工作中多和人交流，將復(fù)雜的事情簡(jiǎn)單化，簡(jiǎn)單的事情程序化，程序的事情流程化，流程的事情精細(xì)化，這樣我們將不斷的前進(jìn)。致謝學(xué)校的學(xué)習(xí)生活隨著畢業(yè)事務(wù)的處理完成即將結(jié)束。至此告別充滿多彩回憶的校園踏上新旅程之際，我謹(jǐn)向我們的任課老師、論文指導(dǎo)老師以及評(píng)審團(tuán)老師，謹(jǐn)向?yàn)榱宋覀冺樌瓿蓪W(xué)業(yè)而辛勤勞作的校方管理人員和相關(guān)支持保障人員，謹(jǐn)向與我們朝夕相處的父母、同學(xué)和朋友一并致以深深的謝意與祝福。四年來(lái)，在各位老師的精心引領(lǐng)與教導(dǎo)下，在各位同學(xué)的積極勉勵(lì)與熱心幫助下，在父母及朋友的親切關(guān)懷和傾力支持下，使我在對(duì)待學(xué)習(xí)、處理事情、對(duì)待朋友、對(duì)待家人等各個(gè)方面從忙亂到有理有序發(fā)生了質(zhì)的變化，并由此培養(yǎng)了我在分析情況、解決問(wèn)題方面能從事情的整體框架去思考問(wèn)題、解決狀況的思維習(xí)慣。特別是通過(guò)對(duì)“SS3型電力機(jī)車(chē)主電路結(jié)構(gòu)分析及運(yùn)行工況探討”論文（設(shè)計(jì)）的完成，使我在運(yùn)用系統(tǒng)觀點(diǎn)和工程方法分析解決問(wèn)題方面有較大的認(rèn)識(shí)，并逐漸形成了模塊化歸類(lèi)問(wèn)題、分析問(wèn)題的理念。本論文是在導(dǎo)師許金富老師的精心指導(dǎo)和同課題組的其他同學(xué)幫助下完成的。他們?cè)谡撐倪x題、方案構(gòu)思、系統(tǒng)實(shí)施到論文修改等多方面給與我?guī)椭?，尤其是許老師以其精益求精的治學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)風(fēng)范、樸實(shí)無(wú)華的為人作風(fēng)以及理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法與開(kāi)闊的視野使我獲益匪淺。幾個(gè)月來(lái)，一貫注重“讓學(xué)生學(xué)點(diǎn)東西”的許老師通過(guò)言傳身教、無(wú)微不至的關(guān)懷以及熱情的鼓勵(lì)和鞭策，使我得以順利完成畢業(yè)論文的探究工作。在論文完成之際，再次向許金富導(dǎo)師再次致以崇高的敬意和衷心的感謝。同時(shí)，對(duì)在此次設(shè)計(jì)中給與我極大幫助的其他老師和同課題組同學(xué)及其他同學(xué)、朋友們也表示衷心的感謝和祝愿，衷心祝愿他們身體安康、生活幸福美滿。附錄附圖1SS3B型電力機(jī)車(chē)主電路附圖1SS3B型電力機(jī)車(chē)主電路附圖2半控整流電路波形圖基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門(mén)傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門(mén)機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)HYPER