SS9G型电力机车主辅电路分析

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1、 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，即每台转向架有三台并联的牵引电动机，由一组整流器供电。优点

2、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（一） 网侧电路网侧电路见图3-1。其主要功能是由接触网

3、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12AP、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）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

4、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

5、原理图图3-2为端转向架单元的整流调压简化电路。牵引绕组a1-b1-x1、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a2T5D1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D5D4x2a2，当电源负半周时，电流由牵引绕组x2D3D2D1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D6T6a2x2。这时第二段桥的元件交替导电，第一段桥的整流管D

6、1、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，若在相控角时触发T3，则电流由a1D1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D5D4x2a2T5T3b1a1。当电源为负半周时，则电流由b1T1导线71平波电抗器牵引电动机电枢主极绕组导线72D6T6a2x2D3D2a1b1。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

7、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） 磁场削弱电路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。SS9型电力机车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，以改善高速区的牵引功能。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。以前转向架为例，从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78和79，串入三对磁场分路晶闸管。现以牵引电动

8、机1M为例来说明磁场无级削弱的工作原理。如图3-3所示，、为满磁场的工作情况。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T11、T12不参与工作，正半波元件T5、D5、D4导通，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

9、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

10、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：1

11、M：A11A12D11D12 2M：A21A22D21D22 3M：A31A32D31D324M：A41A42D42D41 5M：A51A52D52D51 6M：A61A62D62D61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平波电抗器11L61L线路接触器12KM62KM电枢电流传感器111SC161SC位置转换开关的“牵”“制”鼓107QPR或108QPR位置转换开关的“前”“后”鼓107QPV或108QPV主极磁场绕组“前”“后”鼓107QPV或108QPV电流传感器113SC163SC电机开关隔离19

12、QS69QS“牵”“制”鼓107QPR或108QPR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，则接地故障无法隔离，机车无法运行。在主极绕组上

13、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。

14、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1M6M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

15、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，当机车在端向前位时，励磁电流由D11流入，D12流出；而端向后位时，励磁电流由14D12D1115。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。（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

16、示。 图3-5电制动电路简化原理图电制动时，位置转换开关107QPR、108QPR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13R63R，并联后与上面的一段整流器串联作为加馈电源，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。

17、制动电流的通路为主整流器二极管平波电抗器（11L61L）牵引电机（1M6M）制动电阻（13R63R）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

18、的电机工作。 接地继电器97KE对整流器70V、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、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（

19、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

20、互感器176TA、177TA、186TA、187TA（整定值4400A）微机柜短路保护组件逻辑控制单元（LCU）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检测电流微机柜保护组件，然后分二路：1路至逻辑控制单元（LCU）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检测电流微机柜保护组件，然后分二路；一路至逻辑控制单元（LCU）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

21、113SC163SC检测电流微机柜保护组件，然后分二路：一路至逻辑控制单元（LCU）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） 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、18f），电阻由两只6.

22、2电阻并联而成，阻值为3.1。压敏电阻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。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

23、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，不同的是端接地保护除保护端转向架的电机电枢电路外，还保护6台电机的励磁电路。端的接地保护仅保护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。端（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（20时为120）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（19

24、4R）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197C（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。（七） 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、100VA，1级0；指示用交流电压表103PV，104PV（0160V、

25、1.5级0，该表为双针表，一根针显示网压，实际刻度040KV，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

26、感器变化，将指示数乘以100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

27、过牵引接触器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3-6SS9型电力机车主电路改进设计示意图 112

28、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）单三相供电系统劈相机单三相供电系统辅机均采用三相异步电动机拖动，电源来自主变压器的辅助绕组b6-c6-x6，其中b6-c6额定

29、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引入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3-9 SS9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

30、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，该电压值为220V，由导线202、206引入）时，283AK动作，其常开联锁闭合，导线560、537连通，则通过逻辑控制单元（LUC）控制213KM主触头打开，开断启动电阻（263R）回路，劈相机启动完成。同时，逻辑控制电源（LCU）开断了导

31、线281通路使283AK失去了工作电源处于闭置状态。劈相机启动电阻备有两组，当第一组烧损可换另一组使用，此时只需把转换刀开关296QS打下位置即可，当第一台劈相机启动完成后，间隔3S，第二台劈相机2MG投入，由第一台劈相机带动三相异步启动。若第一台劈相机故障，则需把劈相机故障开关242QS置2PX位，此时隔离了1MG，而用2MG作电阻分相启动，启动过程与1MG相同。 2.三相负载电路 当劈相机启动完毕后，辅助回路导线201、202、203即可提供三相不对称电源，这时各辅机可依次投入工作。电气原理图见图3-10所示。 SS9型电力机车三相负载有：压缩机电动机3MA、4MA两台，牵引通风机电机5M

32、A、6MA、7MA、8MA（30KW）4台，制动风机电动机9MA、10MA、11MA、12MA（16KW）4台，变压器风机电动机13MA（22KW）一台，变压器油泵14MA（10KW），列车供电风机电动机15MA、16MA（750KW）两台。各辅助电动机均通过其相应的交流接触器203KM212KM进行分合控制，为了改善劈相机供电系统的三相电源对称性，在5MA10MA电动机的D2、D3之间接入移相电容247C254C，他们随电动机作负载投入而投入。 各辅机接触器选用三相交流接触器。235QS为库用转换刀开关，机车在电网下，235QS倒向“运行”位，则主变压器辅助绕组a6-x6通过导线204、20

33、5经235QS与导线201、202连接，从而给辅助电路提供380V单相电压，若机车处在库内时，235QS倒向“库用”位，此时可使用的库内电源有两种： （1）库内三相电源。一般在机务段内不启动劈相机，直接启辅机时使用。把库内三相电源接到库用插座294SX的207、208、209三点上，通过235QS及导线203与209之间的连接母线直接为辅助电路提供三相电源。 图3-10 辅助电路三相负载电路 （2）库内单相电源。仅在制造厂、大修库内，电源容量大时使用。单相电源送至库用插座294SX的207、208两点上（为插座上部两点位置），经235QS给辅助电路提供单相电源，此时须使用劈相机实现单三相供电系

34、统。若只使用库内单相电源时，也可拆开导线203与209之间的连接母线，这样做有两个目的：一是从安全角度考虑，使库用插座上的第三点（209点）不带点；再就是若电源线误接至点208、209上时，避免劈相机走单相。 3.单相负载电路 SS9型电路机车单相负载包括司机室多功能饮水机、窗加热玻璃、热风机、脚炉、空调。该电路220V电源取自导线201、206。电气原理图见图3-11所示。 单相负载电路一路经自动开关229QA给220V电源插座292XS、203XS以及活塞压缩机温控盒供电；一路经自动开关232QA、231QA给多功能饮水机、热风机和脚炉252R、253R、272R279R提供220V单相交

35、流电源；一路经自动开关234QA给空调电源提供220V单相交流电源。243QS、244QS为窗加热开关，245QS、246QS为取热开关，取暖开关有4个位置，中间“0”位为关断位，“1”位为热风机半功率位，“2”位为热风机全功率位，“3位为热风机与脚炉全开位。自动开关229QA234QA分别作电路的过载保护用。 4.保护电路 机车辅助电路有辅接地保护、安全网保护、辅机过载保护、辅机过压保护等5个方面。电气原理图见图3-12所示。 （1）辅接地保护 在变压器辅助绕组x6与地之间设有辅助电路接地保护电路，这个系统由辅助接地继电器 图3-11 辅助电路单相负载电路图3-12 辅助电路保护装置285K

36、E，整流元件291U，限流电阻262R，电容257C，辅接地故障开关237QS组成。辅接地保护属有源保护装置，支路经逻辑控制单元（LCU）控制电源223后接地，当辅助电路某点接地时，辅接地保护系统形成回路，285KE动作吸合，其辅助联锁使主断路器分闸线圈得电跳闸，司机台辅助接地信号显示。此时285KE常闭联锁开断，回路串入电阻262R以免出现大电流而烧损接地继电器。同时经由285KE自身联锁和逻辑控制单元LUC“自锁”，保持信号记忆。故障接触后，借助主断路器合闸操作，通过LCU使285KE恢复，在限流电阻262R两端并接电容257C的目的是为了使285KE动作时能可靠吸合，以提供保护系统的可靠

37、性。 237QS是辅助接地保护故障隔离开关，若确定辅助电路有一点接地且不能排除时，可切断保护电路，此时机车作故障运行。要求司机严密监视各辅机工作状态，确保安全。 （2）安全保护 287YV为机车各室门、高压柜门的联锁安全保护阀。保护阀287YV由双电源供电：一路从控制电路直流110V电源线531经主电路入库开关20QP、50QP联锁，车顶行程门开关297QP联锁至287YV线圈；另一路由微机判断机车有网压则送出经670线至287YV线圈，提高保护系统的可靠性。 （3）辅机保护 SS9型电力机车辅机过载保护采用自动开关，各辅机三相回路均接有相应的分别相对应的三相自动开关215QA228QA。当出

38、现辅机单相、短路、堵转等情况引起过流时，相应的自动开关将保护动作，切断三相电源并显示故障信号。 （4）辅过电压保护 采用跨接在辅助绕组a6-x6两端的RC过压保护电路，由电阻260R、电容255C组成，吸收过电压。 （5）辅过电压保护辅助电路过电流保护采用电流继电器282C，在辅助绕组短路及其他原因造成辅助电路短路，其电流超过2800A时，282KC吸合动作使机车主断路器分闸，并显示辅助过流信号。（二）列车供电系统SS9型电力机车为满足客车车厢空调、采暖、照明等电器的用电需要，设置DC600V列车供电系统。该系统采用机车集中整流、客车分散逆变的供电方式。为确保列车正常供电，列车供电系统设置两套

39、独立的整流装置，分别由供电绕组a7-x7、a8-x8供电，可同时工作，输出功率为400KW，分别向列车提供DC600V电源。SS9型电力机车001号、002号机车安装有完整的分散式列车供电整流装置；003号043号机车根据拥护的要求，只安装列车供电基础装置（没有安装列车供电整流装置、列车供电集控盒、滤波电容），保留向客车供电的能力，预留安装位置及借口；从044号机车开始，机车该为中央走廊设备布置，列车供电系统改为集中式的列车供电柜（根据用户要求，006号073号机车没有安装列车供电柜），列车供电柜电柜内部电气原理及供电方式与分散式列车供电装置基本相同。列车供电柜具体说明详件第七节。二、辅助逆变

40、器系统辅助电路SS9型电力机车044号、045号机车是进行中央走廊设备的两台样车，设计时辅助电路采用了新型的辅助逆变器系统。辅助逆变器系统辅助电路主要包括3个部分：一是三相供电系统，采用先进的静止逆变器技术，完成对机车各三相辅机、三相空调的供电；二是单相供电系统，主要实现脚炉、暖风机、窗加热玻璃等取暖设备的供电；另一部分是列车供电系统，采用列车供电柜，具体说明详件本章第七节。辅助逆变器系统辅助电路原理图如附图19所示。（一）三相供电系统 三相供电系统由于采用了新型的辅助逆变器系统，三相输出电压对称，同时采用变频变压启动，启动电流小，对电机及负载无冲击，而且在低压下也能稳定输出，不受电网波动影响

41、。辅助逆变器采用分散式逆变器，基本保证每个逆变单元对应一个辅机，因此各子系统具有比较强的独立性，相互干扰小，并且极大的方便了故障诊断和隔离；各辅助逆变单元通过外部电路具有相互亢余转换功能，可以方便的惊醒故障逆变器的隔离和亢余转换，因此系统可靠性高。 三相供电系统主要包括辅助逆变器柜、三相负载电路、保护电路3部分。 1.辅助逆变器柜 044号、045号机车安装有两个辅助逆变器柜，每个辅助逆变器柜包含一个整流器和6个并联的逆变器单元。两台整流器并联在主变压器辅助绕组a6-x6上。每台整流器的额定容量为150KVA。主变压器辅助绕组输出的单相860V交流电经电感、电容滤波后至库用转换开关11QS、导

42、线205、206后再通过交流接触器201KM、202KM，为两组整流器供电。整流后600V的直流电源，经211、213和212、214，送入两个逆变单元逆变成三相380C交流电各辅机使用，每个逆变单元有6个逆变器，每个逆变器的额定容量不小于45KVA。 辅助逆变器柜柜体采用钢结构，中间为风道。采用强迫风冷，6个逆变器均为模块化设计，方便拆换。滤波器装在柜体后部。功率电缆接线端子位于柜体前下部控制电缆从左前部进入柜体。 （1）主要技术参数 整流器额定容量 150KV 逆变器额定容量 645KVA额定输入电压 AC860V（单相） 波动范围：-30%24%额定输出电压 AC380V（三相） 谐波含

43、量：10% 波动范围：+5%输出电压上升率 额定输出频率 50（11%）Hz额定负载运行效率 85%最大尖峰电压（电机输出端） 控制电源额定电压 110V柜体尺寸（LWH）（mm） 11006201800（2）辅助逆变器工作原理及主要结构 辅助逆变器主电路见图3-13（以辅助逆变器1为例），通过外部电路的连接，使得重要的辅机都有备用逆变单元，以备某逆变器发生故障的情况下，机车可以正常运行，使机破概率大大减小， 整流器采用单相半控全桥式整流电路。通过改变晶闸管导通角的大小来达到稳定输出570V直流电压的目的，输出电压Uz=0.45Un(1-cos)。整流器控制电路框图见图3-14所示。其控制芯片

44、采用专用整流芯片。具有软启动功能，这样将大大的减少整流器对电网的冲击。 逆变器采用IGBT作为开关元件，具有开关频率高，损耗低的特性。逆变器控制电路框图见图3-15所示。 逆变器控制方式采用空间矢量调制（SVPWM），依据U/F等于常数实现电机的变频启动。这样可显著减少辅机的机械冲击力。逆变器能根据机车牵引电流大小，运行在不同频率，以实现机车节能、降噪。逆变器的控制系统采用专用电机调速DSP芯片TMS420F240实现。该控制芯片拥有完整的数字控制单元，包括功率开关元件的门极控制，传感器信号采集，逆变器工作监控，故障检测和用户接口扩展等。输出端加装了du/dt抑制器，可以显著改善输出电压的du

45、/dt和尖峰过电压，并提高系统的电磁兼容能力。 图3-13辅助逆变器主电路 辅助逆变器装有外部RS-232通信借口，可使用便携式电脑与逆变器相连。用作逆变器的系统调试，故障诊断，系统参数显示。 图3-14 整流器控制框图 （3）辅助逆变器操作与使用 整流器投入工作前，必须先合上110V控制电源，才允许接通860V交流输入电压，接通110V控制电源大约1S后，逆变器控制板上指示灯应亮，同时逆变器的接触器应闭合，否则应视该逆变器有故障。变流器停止工作，必须先断开860V交流输入电压，才允许断开110V控制电源。 交流860V进入整流器（1U或2U）后，且收到逻辑控制单元发出的启动信号，以及你的接触

46、器闭合后，整流器即进入软启动，1S后直流母线上达到600V的电压。并且整流器上的OUT-OK2输出DC110V，逻控单元收到该信号后，确定逆变器上负载已连接好，可按0.5S间隔发送启动信号9START信号送至6台逆变器，高电平有效），依次启动逆变单元，逆变单元从050Hz启动时间为5S。 如果需要停止逆变单元给负载供电（不在过分相区），只需逻控单元发送停止信号（START信号低电平有效）至任何一台逆变单元，但不需断开任何输出接触器（除该逆变器有故障），且只能依次关停逆变器（间隔0.5S），停机时间需不小于10S。 过分相区时，由于没有交流860V输入，辅助逆变器将自动停止输出（需逻控单元在0.

47、5S内发送停止信号，否则将产生欠压故障信号输出）。知道过完分相区辅逆变重新得电，逆变器将重新启动，但间隔时间将大于10S。 整流器出现故障后（可观测其控制板的发光二极管，D6亮表示过压，D7亮表示欠压，D8亮表示过流），检查熔断器正常后，允许重新合主电源3次，如果仍发出故障信号，则需检修或更换后才能重新投入启动。 注意：需确保交流输入电压和110V控制电源断开且直流母线上电容放完电后才能检修或更换。 （4）辅助逆变器故障保护 辅助逆变器具有完善的保护功能，包括过流、过压、散热器过热、短路、接地故障保护，以及IGBT元件故障及电子控制板故障保护。整流器及6个逆变单元发生故障时均有故障信号送至逻控

48、单元（LCU），低电平有效。 过流保护 在启动过程中，如果逆变器输出电流超过300A，或者逆变器IGBT发生上下桥臂直通故障，10S以内逆变器将封锁输出1S，然后重新打开逆变器。如果仍有故障，逆变器将封锁输出，并将故障信号传送至逻控单元（LCU）。故障信号是锁存的，除非上电复位。 过载保护 在启动过程中，如果逆变器输出电流超过90A，且时间大于10S，或者大于108A，且时间大于2S，逆变器将封锁输出。并将故障信号传送至逻控单元（LCU），故障信号是锁存的，除非上电复位。 过热保护 如果逆变器上散热器温度超过85，逆变器将封锁输出。并将故障信号传送至逻控单元（LCU），故障信号是锁存的，除非上

49、电复位。 过压保护 在启动过程中，如果逆变器直流母线电压超过800V，且大于100ms，逆变器将封锁输出。并将故障信号传送至逻控单元（LCU），故障信号是锁存的，除非上电复位。 快速熔断器故障和欠压保护 在启动过程中如果快速熔断器损坏或输入欠压（直流母线电压地于450V，且时间大于0.1S，逆变器将封锁输出，并将故障信号传送至逻控单元（LCU）。 电源模块和传感器故障保护 在上电初始化过程中将检测电源模块和传感器，如果有故障，逆变器将封锁输出并将故障信号传送至逻控单元（LCU）。 如果逆变器控制电路发生短路故障，将条开输入断路器。逆变器将封锁输入并将故障信号传送至逻控单元（LCU）。 上述所有

50、故障都综合成一个故障信号（ERROR）发送至LCU。 整流器保护 一旦发生整流器输出过流（超过400A）或过压（超过620V），欠压（低于520V）整流器将故障信号传送至逻控单元（LCU）。 2.三相负载电路 SS9型电力机车安装有两个辅助逆变器柜，每个辅助逆变器柜含有6个逆变单元，通过分散逆变的方式分别向每一台辅机提供三相380V交流电源。各个逆变单元及其所带负载分配情况见表3-1所示。表3-1 机车辅助逆变器的负载分配辅助逆变器逆变单元代号负载代号额定功率（KW）辅助逆变器111V压缩机11MA2212V牵引风机46MA3013V制动风机17MA15制动风机39MA1514V牵引风机35M

51、A3015V变压器风机11MA2216V列车供电冷却风机113MA0.75空调115EV5辅助逆变器221V压缩机22MA2222V牵引风机24MA3023V制动风机28MA15制动风机410MAA1524V牵引风机13MA3025V变压器油泵12MA426V列车供电冷却风机214MA0.75空调16EV5当司机按下压缩机开关，则LCU发送信号至辅助逆变器（此时与压缩机电机相连的接触器已经吸合），由逆变器直接带动压缩机电机运行。司机按下通风机按钮后，与辅机相连的接触器先行闭合，然后由LCU发送信号给各逆变器，由逆变器带动各辅机启动。需要说明的是各辅机启动均采用软启动的方式，即由逆变器带动辅机的

52、启动，而且由于采用了整流逆变单元为辅机供电，各辅机可以同时启动，不会对辅机造成不良影响。 辅助电路为增进可靠性，还充分考虑了电路的亢余性，各逆变器之间都可以互相转换，当一个或几个逆变器故障时，机车也能够维持正常运行。正常工作时，每组逆变单元的6个逆变器全部投入使用。当逆变器故障时，通过LCU控制逆变器转换接触器，切除故障的逆变器，从而达到维持机车运行的目的。 机车正常情况时，采用一个螺杆压缩机供电，另一个活塞压缩机不工作（为了加快打风速度，压缩机2也可以投入使用）。当11V（或压缩机1）发生故障时，LCU自动将11V隔离，同时发出信号给21V，压缩机2投入使用。 牵引风机电机正常工作时，204

53、KM、208KM（213KM、217LM）吸合，205KM、207KM（214KM、216KM）断开。牵引风机1、2、3、4分别由逆变器24V、22V、14V、12V供电。当为牵引风机4或牵引风机3（牵引风机2或牵引风机1）供电的逆变器12V或14V（22V或24V）故障时LCU先发出信号封锁逆变器12V、13V或14V、13V（22V、23V或24V、23V）的输出电流，然后断开204KM、206KM或208KM、206KM（213KM、215KM或217KM、215KM），闭合205KM或207KM（214KM或216KM），之后再由LCU发信号开通逆变器13V（23V），此时牵引风机1或

54、牵引风机3（牵引风机2或牵引风机4）转换成由13V（23V）供电，原来由13V（23V）供电的制动风机1、3（制动风机2、4）则被206KM（215KM）隔离了。如果辅助逆变器1（辅助逆变器2）的13V、14V15V（23V、24V、25V）中有两个逆变器不能正常工作，则可以通过切除相应电机，使机车维持运行。 制动风机正常工作时，接触其06KM和215KM吸合。制动风机1和制动风机3由13V供电，制动风机2和制动风机4由23V供电。当13V或23V故障时，通过断开206KM或215KM，将制动风机直接隔离，此时机车仅不能使用电制动，不会影响机车的运行。 考虑到一架整流器故障时，此时机车只 通过

55、断开201KM活02KM，此时机车降功率运行。但是必须保证机车变压器风机11MA（12MA）和变压器油泵13MA（14MA）正常工作，所以逆变单元1的15V、16V上的辅助负载分别可以和逆变单元2的25V、26V上的负载相互亢余。正常工作时209KM、211KM、218KM、219KM、221KM、222KM、224KM吸合，210KM、220KM断开。当15V（25V）故障或是1U（2U）故障时（此时机车降功率维持运行）时，LCU发出信号封锁15V（25V）的输出电流，然后通过断开209KM（218KM），吸合210KM，将变压器风机电机1（变压器风机电机2）并联到25V（15V）上，维持运

56、行。同样，16V（26V）故障或是1U（2U）故障（此时机车降功率维持运行）也可以通过相同的控制方法，达到相互转换的目的。 3.保护电路 （1）辅接地保护 600V直流供电系统设有有源接地保护电路，接地保护装置由开关260QP、261QP，电阻265R、267R、268R、270R、271R，电容263C、接地继电器290KE和正110V电源组成，电阻270R、271R为限流电阻。电阻265R为接地保护继电器线圈的分流电阻，同时与电容263C一起构成线圈吸收保护回路，接地继电器吸收线圈最低动作电压18V。 在接地故障不能排除，而且辅助电路只有一点接地时，则可将260QP、261QP置于故障位，

57、将接地保护隔离，通过267R、268R为高阻故障电阻接地，维持故障运行，此时接地故障流入大地。 （2）辅过电压保护 采用跨接在辅助绕组a6-x6两端的RC过电压保护电路，由电阻269R和电容262C组成，吸收过电压。 （3）辅过电流保护 辅助电路过电流保护采用了传统的电流互感器11TA和电流继电器11KC，在辅助绕组短路及其他原因造成辅助电路短路，其电流超过720C时，11KC吸合动作使机车主断路器分闸，显示辅过流信号。同时辅助逆变器具有短路、过载保护功能。 （二）单相供电系统 变压器辅助绕组c6-x6直接提供220V单相交流电源。经自动开关243QA至导线273、274，分别给脚炉（272R275R）、暖风机（276R279R）和窗加热玻璃（284EV287EV）提供单相220V电源。280QS、281QS为取暖开关，256QS、257QS为窗加热开关。自动开关244QA、246QA、248QA、250QA是控制一端司机室的220V设备，自动开关245QA、247QA、249QA、251QA是控制二端司机室的220V设备，自动开关282QA为压缩机温度控制盒电源开关。该电路还设置了220C电源插座288XS、289XS，分别由插座开关258QS、259QS控制。