韶山4型电力机车控制电路电力机车论.docx
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韶山4型电力机车控制电路电力机车论
西安铁路职业技术学院毕业设计
设计题目：
韶山4型电力机车控制电路
专业（班级）：
机车381975
指导教师：
杨刚
学生姓名：
杨之源
学号：
057246895
摘要
SS4改型电力机车（从159#车起）是八轴重载货运机车，由两节完全相同的四轴机车用车钩与连挂风挡连接组成，其间设有电气系统高压连接器和重联控制电缆，以及空气系统重联控制风管，可在其中任一节车的司机室对全车进行统一控制。
另外，在机车两端还设有重联装置，可与一台或数台SS4改进型机车连接，进行重联运行。
机车采用国际标准电流制，即单相工频制，电压为25kV。
采用传统的交—直传动形式，使用传统的串励式脉流牵引电动机。
机车具有四台两轴转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，采用转向架独立供电方式，全车四个两轴转向架，具有相应的四台独立的相控式主整流装置。
主整流装置采用三段不等分半控调压整流电路。
机车电气制动系统采用加馈电阻制动，使机车低速制动力得以提高。
机车辅助系统采用传统的旋转式劈相机单——三相交流系统。
机车设备布置采用双边纵走廊、分室斜对称布置，设备屏柜化，成套化。
机车通风采用车体通风方式，进风口为车体侧墙大面积立式百叶窗，各主要设备的通风支路采用串并联方式，来满足机车通风要求。
引言
韶山4型（SS4），是中国铁路使用的电力机车车款之一。
这款电力机车分SS4型（1—158号）、SS4改型（159号以后）两个发展阶段，但是规范的型号仍然是SS4型电力机车。
韶山4型电力机车主电路采用先进的大功率晶阀管多段桥相控整流方式，对机车进行无级平滑调速控制。
牵引工况采用恒压或恒流控制，电阻制动工况采用两级制动，恒励磁或准恒速控制。
韶山4改型机车采用不等分三段顺控半控桥，但是牵引特性为恒流、准恒速特性控制，电阻制动为加馈电阻控制，其特性为准恒速限流控制，具有与再生制动相当的优良低速制动，缺点是耗能较大。
韶山4改型还采用了三次谐波滤波器以改善机车功率因数，缺点是增加了系统的复杂性。
两种机车都具有轴重转移的电器补偿控制环节和空转与滑行保护装置，以改善机车的粘着利用。
韶山4型电力机车的布置继承了韶山系列电力机车的传统特点，如双侧走廊、分室斜对称布置，设备屏柜化，成套化，结构紧凑接近容易，维修方便。
机车通风系统采用传统的车体通风方式，进风口为车体侧墙大面积立式百叶窗，过滤材料采用无纺棉毡代替原来的棕丝板，以便于清洗。
韶山4型机车各通风支路均为并联方式，具有相对的独立性。
机车两节车体用车钩连接，并设有防脱钩安全装置，车钩上方为连接风挡，中间设有通道。
整个车体为整体承载结构。
韶山4改型机车车体吸收消化8k型电力机车技术采用了大顶盖和高台架结构。
1.SS4G电力机车主要参数
韶山4改型电力机车主要用于干线货运
轨距1435mm
限界机车在受电弓降下时，在平直道上外界尺寸符合国标GB146.1—83《标准轨距铁路机车车辆限界》的要求
额度工作电压单相交流50Hz25kV
传动方式交—直流电传动
轴式2×（Bo—Bo）
机车重量2×92%t
轴重23t
持续功率2×3200kW
最高运行速度100km/h
持续速度51.5km/h
起动牵引力628kN
持续牵引力450kN
电制动方式加馈电阻制动
电制动功率5300kW
电制动力382kN（10～50km/h）
传动方式双边斜齿减速传动
传动比88/21
牵引电动机型号ZD105
1.1控制电路的概念
电力机车控制电路是机车的3大电路中最为复杂的电路，属于低压直流小功率。
电路。
它由司机控制器，低压电器，主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈及各电器的触头联锁等组成。
控制电路可以控制主电路和辅助电路中的各电器动作，并通过司机控制台上的各按键开关和司机控制手柄位置操作，使机车按照司机的意图运行。
控制电路是由司机控制器，低压电器，主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈及各电器的触头联锁等组成的有触点控制电路。
由于主电路和辅助电路中的各电器的动作均要有控制电路控制，因而对控制电路也提出了相应的要求，目的是保证行车的安全，便于操纵，运用，维修，尽量减少电器设备，已达到最佳的经济指标。
1.1.1对控制电路的要求
由于主电路和辅助电路中各电器动作要求均由控制电路控制，因此控制应满足下列要求：
1.能改变机车的运行状态，如运行方向的改变，牵引与制动的转换。
2.能对牵引力，制动力速度进行调节。
3.由控制各辅机组启动，运行的电路，有控制其它设备的电路。
4.保证主电路，辅助电路的控制电路，如避免重合闸，避免由于误操作引起的不良影响等。
5.能保证各电器按一定的次序动作，动作结果与司机发出的指令一致，在动作过程对于没有灭弧的装置的电器则不应产生电弧。
6.设有照明电路和信号电路。
7.设有故障电路，在机车发生某一故障又不能及时处理时，组成故障电路或切断故障电路部分，使机车维持运行。
8.当机车重联运行时，若一台机车故障，要求不影响另一台机车运行。
9.在保护电器动作引起主断路器跳闸后，应有零位联锁，既要重新合闸，机车各电器需处于启动前状态。
10.要求电气制动与机械制动之间有一定的安全联锁。
11.要求控制电路在满足要求的前提下应尽量简单，操纵部分简单易记，便于操作。
总之，控制电路系统要保证行车的安全，利于操作，运用，维修，尽量节省电气设备，已达到最佳的经济指标。
正因为控制电路是机车电路最复杂的部分，就机车运行中出现的故障而言，控制电路中故障也较多。
因此，熟练掌握控制电路原理，就能在平时对机车进行全面保养，在发生故障时能迅速准确的进行分析与处理，对确保行车安全是非常重要的。
1.1.2电力机车的控制方法及其特点
电力机车的控制方法视机车的类别而选用不同的方法。
而对电压不高、功率不大的直流电力机车，可采用直接控制的方法，即采用手动的方法直接控制机车主电路而使机车运行，这种机车其控制电路就包括在主电路之中。
这种方法是机车电路简单、故障率低，但只能适用于一些城市电车及工矿用小功率电力机车。
对于高电压大电流的大功率机车，直接控制显然是不能满足要求的，而且具有极大的危险性，所以必须选用间接控制的方法。
所谓间接控制就是通过司机控制器及各按键开关来控制一些低压电器，再通过这些低压电器来控制高压部分。
这种方法使弱电控制强电，操作轻巧简单，而且很好将操作者与高压部分隔离。
采用间接控制的方法有利于机车向自动化方向发展。
随着科学技术的的发张，电力机车也得到不断的发展，电力机车的自动化水平越来越高，自动控制环节越来越完善。
随着电力电子技术的发展及新型电器、仪表的出现，为机车的控制提供了广阔的基础，使机车向全自动化方向发展成为可能，同时也使机车的控制系统日趋复杂，必然对控制系统提出了更高的要求
1.1.3电力机车通用符号及说明
由于电力机车电器线路中电气设备种类繁多，电路本身就较复杂，尤其控制电路更复杂，为了读图方便起见，我们将电力机车电路中通用的符号按新国标总结。
对表中有关符号作几点说明：
一．各电器设备在电气线路图中除按表内符号表示外，在符号旁边还应标明相应电气设备在电路中代号。
如在接触器线圈旁注明97KM表示97号励磁接触器，且在所有97号接触器各联锁触头旁边也注明97KM，说明是同一电器在电路中不同位置的控制关系。
二．导线也是电气线路图中的一部分，也别是一些重要的导线在电路图中表明导线的代号，不同类型和不同作用的导线可用字母表示不同。
三．常开联锁、常闭联锁（也称正联锁、反联锁）是指在电器的工作线圈未通点电、电器处于释放状态的联锁位置而言，若其联锁触头是打开的既为常开联锁，若其联锁触头是闭合的既为常闭联锁。
当电器工作线圈通电而电器动作后，常开联锁闭合，常闭联锁打开。
在韶山系列电力机车电气线路中，联锁位置采用了通用的上开下闭，左开右闭的画法，即将常开联锁画在导线的左边和上边，将常闭联锁画在导线的右边和下边。
也有些机车采用相反的画法，如法国的6G型电力机车。
四．应当指出的是，并不是所有的电器都有常开、常闭的概念。
对于某些组合电器（如转换开关）的触头联锁，这类联锁除其所属电器的代号外，还应表明该联锁在那个位置接通。
这类联锁称为正联锁，或指定位闭合联锁。
五．对于凸轮控制器或鼓行控制器，在电路图中将这类圆形的触头闭合次序展开为一个平面的触头闭合电路图，简称展开图。
在某些工作位置若某些导线对应的联锁是接通的，则在该位置相应的导线下方以黑点表示，在某些工作位置若某些导线对应的联锁是断开的，则在该位置相应的导线下方无黑点。
六．有些比较复杂的电路中不易标出工作位置和触头闭合次序，一般采用在电路旁附上工作位置的图标，如调压开关等组合电器的触头闭合表。
七．国产电力机车电路图中所示的接触元件和联锁触头的开、闭位置表示原则和操作位如下：
司机控制器在零位，位置转化开关在机车一端向前、牵引位：
各按键开关在水平断开位；空气断路器在开断位；各刀开关在运行位；各保护开关在开断位。
1.2联锁方法与重联电路
1.2.1常用联锁方法
机车控制电路必须满足主电路和辅助电路的要求，如电器按一定次序动作，司机一定顺序操作，因此必须设置一些联锁来满足控制电路的逻辑要求。
在考虑控制的联锁时，首先必须满足电路的要求，在此前提下应尽量减少联锁数目，另外对于需要有故障运行电路，同样要在控制电路中做相应考虑。
对于可能由于错误操作造成事故的现象，也应在电路中予以避免或设法补救。
因此在设置控制电路的联锁时应统筹考虑，权衡处理。
机车上的联锁方法有两大类，即机械联锁与电气联锁。
一．机械联锁
为避免司机的误操作造成的人身及设备不安全，需设置一些机械联锁来保证。
目前采用的机械的机械联锁有：
1司机控制器换向手柄和调速手轮间的机械联锁。
2司机台上的按键开关与电钥匙的联锁。
3换向手柄、电钥匙与钥匙箱的联锁。
二．电气联锁
电气联锁方法种类较多，我们介绍机车上常用的机械联锁。
1电气联锁
串联联锁是由多个条件来使一个电器通电，而其中任意条件的消失使电器线圈失电，在电路中凡要求满足多个条件才能接通另一电路的环节一般采用串联联锁电路。
但串联联锁越多，可靠性越低，因此，应尽量减少串联联锁的数量。
2并联联锁
并联联锁是多个条件中的任一条件构成则该电器工作线圈得电，而只有全部条件消失该电器线圈才能失电，这种联锁方法对电器动作顺序没有固定要求，电路中常采用这种联锁作为双重供电电路以保证重要电路供电的可靠性，另外，对于保护电器及显示电器也采用这种方法。
3自持联锁
在某些电器工作线圈前的电路中并联该电器本身的常开联锁，这个联锁称之为自持联锁。
自持联锁常用于电器工作的条件可能构成后消失，但又需要在构成条件消失后，必须保持该电器持续工作的场合，如电力机车劈相机启动中间继电器的联锁及劈相机接触器的联锁既为自持联锁。
4延时联锁
延时联锁是指电器的线圈得失电与其联锁动作不同步，其实现方法有多种，如采用在电器铁心上加装短路铜套，或在继电器本身某些联锁上加装钟表机构，二者的不同之处在于前者的所有联锁都具有延时性，后者仅有钟表的联锁有延时而其他联锁不具有延时，在要求有短暂延时性时，也可以在要求滞后动作的电器线路中多串联一个要求先动作电器的常开联锁实现，在电器的工作线圈旁并联一电容，在线圈断电后，由于电容可通过电器线圈放电，因此是线圈延时失电，从而使电器延时释放。
延时联锁有4种：
A表示通电延时吸合的常开联锁；
B表示断电延时断开的常开联锁；
C表示断电延时闭合的常开联锁；
D表示通电延时断开的常闭联锁。
5经济电阻线路
在某些电路中，为了使接触器或继电器可靠吸合，同时又提高本身的返回系数，既提高电器动作的灵敏度，可在电器工作线圈的控制电路中接入一经济电阻，组成经济电阻电路。
在继电器闭合瞬间，电阻被电器本身的常闭联锁短路，是继电器的匝数得以提高，继电器能够可靠吸合，在继电器吸合后，常闭联锁打开，电阻接入电路中，使流过继电器的电流减小，从而使继电器返回系数有所提高。
1.2.2迂回电路及其保护
某一电器或支路在某一时刻不应该有电，但却通过其他支路串电到该支路，这种串电电路称为迂回电路。
迂回电路会引起电器的误动作，破环电器动作的逻辑关系，造成电路工作的紊乱。
迂回电路产生的原因主要是设计时考虑不周，在多条控制电路组合时产生。
在机车运用或检修错误中接错线也会形成迂回电路。
防止迂回电路的主要方法是在电路中串入防迂回二极管，利用二极管的单向导电性来满足要求，但在日常检查中需注意二极管是否击穿。
1.2.3重联及重联电路
随着铁路运输的不断发展，在铁路干线电力牵引运行中，一台机车牵引有时往往不能满足运输要求，就需要多机牵引。
采用多机可以使线路的通过能力大大增加，提高铁路的运输经济指标。
在干线上使用多机牵引时，可以由几名司机各操纵一台机车相互配合，也可以由一名司机在一台机车上操纵，而将各台机车通过机车两端的多芯电缆插头使其电气线路连接起来，实现由一名司机操纵多台机车。
我们称后一种运行方式为机车的重联运行。
司机操纵的那台机车称为本务机车，非操纵机车称为重联机车。
重联机车由于在电路上相互连接，因此我们应该具有相同的电路，这样才能达到同步运行、减少内耗的目的，也就是说同型机车重联最为方便。
在重联机车的电路中，必须防止由于一台机车的电器动作情况而影响另一台机车的电器动作。
在第一台机车上操纵，当按键按下时，两台机车的继电器均吸合，而在接触器A吸合后，两个继电器均失电释放。
但在线路中，若第一台机车的故障也转移到第二台机车上去了，反之，若第二台机车的接触器故障不能吸合，则两台机车的继电器仍能正常工作，这就掩盖了第二台机车中存在的故障，所以这种线路的设计是不合理的。
为了防止上述情况，可将线路适当改变。
有些机车的电路在单机运行时是可靠的，但在重联时可能引起迂回电路，这也是需要在考虑重联电路时予以注意的。
此外，由于电力机车的司机室有两个，分为一端和二端，对于同一端的司机室而言，两台机车重联时可能是顺相连挂，也可能是反向连挂，因此，从两台机车的反向器电路上应保证无论什么连接方式，两台机车的行驶方向总是一致的。
重联机车发生故障时，应在本务机车上有信号显示。
机车采用重联运行显然是可以减少乘务人员，在电动车组中一般乘务人员操纵一台机车即可。
在干线电力机车上，由于重联机车较少，因而一台机车故障后，会对整列列车运行产生较大影响，所以除一组乘务人员操纵一台机车外，在重联机车上可设专人进行监视，或发现故障时予以及时处理。
这样既可减少乘务人员，又减轻了乘务人员的劳动强度，相应的提高了生产效率。
对于多机牵引各台机车均单独操纵时，虽然不能达到同步运转，但只要各位司机技术熟练，配合默契，仍可以得到较好的效果。
特别是采用补机在列车尾部推进的方式，既可以减轻车钩拉力，在通过无电区时，又能分别断开从而保持一台机车的牵引力，对列车运行也是有利的。
而采用重联的运行方式，正常运行时两台机车同步运转，能够较好的发挥机车功率，特别是在启动时，牵引力能够较大的发挥。
但是，若在运行中一台机车因故障跳闸，在故障消除后机车恢复。
有时必须是另一台机车也要退回启动初始状态，才能使故障机车恢复，这样就使全部机车丧失了牵引力。
因此，机车部件质量不高及工作不可靠的机车不宜进行重联运行。
1.2.4控制电路逻辑关系表示
为了便于控制电路逻辑关系进行分析，我们采用下述方法描述电路的结构:
1控制电路中有关导线，开关，联锁和电器的工作线圈一律用该电器的各型机车规定代号表示。
2控制电路中串联连接的元件用“.”表示其电路结构。
3控制电路中并联连接的元件用“+”表示，并
4描述控制电路一般从控制电路正极写起，但是有时为了简明和叙述方便可从某一重要导线写起。
5继电器，电磁接触器，电空接触器等的常开联锁用该电器的代号书写，常闭联锁在该电器的代号上加一短直线，线圈用该电器的代号外加方框表示。
6面发光二极管用显示汉字加框表示。
指示灯用代号加框表示。
电机用代号表示。
2.SS4改型电力机车控制电路
SS4改型电力机车的控制电路分为有触点和无触点电路。
本章主要介绍有联锁控制电路原理。
有联锁控制电路根据各环节作用的不同，分为控制电源、整备控制、调速控制、保护控制、信号控制、照明控制等电路。
为方便大家读识控制电路图，现将SS4改型电力机车采用的主要部件的符合种类归纳如下：
司机控制器AC;琴键开关SK;按钮开关SB;中间继电器KM;电磁阀YV;故障转换开关QS;位置转换开关QP;电源开关SA;自动空气开关QA;过流继电器KC;接地继电器KE等。
2.1整备控制电路
2.1.1受电弓控制
受电弓的升起是由压缩空气进入升弓气缸推动气缸内的活塞而进行的，所以，要升起受电弓，必须具备足够的压缩空气。
压缩空气的开通和关断受电磁阀287yv控制，具体控制过程如下：
1电源有602QA自动开关提供，经主台按键开关电联锁570QS，使导线531有电，一路经20QP,50QP,297QP使保护阀287yv得电动作，开通了通向高压室门联锁阀的气路。
保护阀供电电路为：
464602QA570QS53120QP50QP297QP287YV400
若此时门联锁以正常关闭,则门联锁阀动作,使高压室门联锁,并开通通向受电弓电磁阀的气路,为升弓做好准备.
另一经路‘前受电弓’按键开关403SK及受电弓隔离开关587QS，使导线533有电，如果此时，588QS在重联位，即“0”位时，导线533经内重联插头使另一节车的N533b有电，受电弓升起。
若此时风压隔离开关在588QS在“单机”位时，即“1”位时，导线533经588QS使导线549有电，经另一节车515KF失效或因其他原因只需本节车工作时，可以通过588QS，使其工作在单机位，即588QS的联锁端短接另一节车的515KF的联锁，导线533和549接通。
同时，另一节车的主断路器合不上，即另一节车内无高电压，以确保安全。
但是，如果另一节车的主断路器本身就处于闭合状态，那么只要本节车受电弓升起，另一节车内马上就有高压危险。
因此本节车单机升弓时，必须使另一节车的主断路器处于断开位。
导线533经588QS使导线549有电，在由导线549进入另一节车，经另一节车的主断路器的辅助联锁4QF，使导线N533a有电，然后返送到本节车，本节车的1yv得电，受电弓升起。
若另一节车的主断路器处于闭合位，则主断路器的辅助联锁4QF常闭处于打开位，导线534无电，受电弓升不起，可确保安全。
升弓前电路为：
531403SK587QS（515KF+588QS4QF）5341YV400
2两台机车重联时，导线532经重联中间继电器546KA使导线W2532有电，经外重联电缆后，使另一节车的W2532导线有电，促使另一节车的受电弓升起。
2.1.2主断路器的合闸控制
主断路器的合闸控制与受电弓控制为同一供电支路。
当按下“主断合”按键开关401SK后，导线531经401SK、586QS、568KA、539KT、567KA、使导线541有电，若此时主断路器的风缸风压足够（大于450KPa）4KF动作，则主断路器的合闸线圈4QFN得电，主电路器合闸电路为：
531401SK586QS568KA539KT567KA4QFN4KF400几条支路。
1导线516经劈相机的启动中间继电器566KA联锁，使分相接触器213KM和劈相机启动延时继电器533kt得电动作，同时527KT线圈经劈相机启动中间继电器566KA联锁得电，527KT常开联锁闭合，为劈相机的接触器201KM闭合做好准备。
其电路为：
561（566KA+527KT）（533KT+213KM）400
561566KA527KT400
2导线561经213KM的辅助联锁，使导线527有电，经劈相机故障隔离开关242QS使201KM得电动作，劈相机的电路接通，开始启动。
其电路为：
561（201KM+213KM+205KM）242QS201KM400
3劈相机启动正常，则劈相机启动继电器283AK动作，其正联锁闭合：
导线561经283AK，使导线568有电，劈相机启动中间继电器566KA得电动作，其反联锁打开，527KT线圈失电，延时1s后，527kt联锁打开，切断213KM和533KT的供电电路，甩掉劈相机启动电阻，使劈相机进入正常工作状态，同时，566KA的正联锁闭合自持。
4导线561进533kt使导线577有电，为其他辅助机组自持工作做好准备。
其电路为：
561533KT577
至此，劈相机的控制顺利完成。
这是单节车的情况，当两节车重联时，通过重联线N564使另节车的547KA得电动作。
启动另一节车的劈相机过程与本节车相同。
2.1.3劈相机故障控制
若劈相机故障，则将242QS置“2”位也就是用通风机1代替劈相机工作，此时，通风机1通过电容分相启动后代替劈相机的功能，使其他辅助机组依旧正常工作。
具体控制过程如下：
1将242QS置“2”位。
2将296QS置电容位，随后的操作过程与启动劈相机相似。
首先按下按下404SK,567KA得电动作。
导线560经567KA,使导线561有电：
导线561经566KA、527KT使213KM和533KT得电，启动电容接入。
导线561经213KM、242QS,使导线580有电，通风机1接触器205KM动作并自持，通风机1开始启动，当其发电机电压达到283AK动作。
导线561经283AK使566KA得电动作并自持，527KT线圈失电。
导线561经566KA联锁、527KT的正常联锁切除213KM和533KT的供电电路，甩掉通风机1的启动电容，使通风机1进入工作状态。
导线561经533KT使导线577有电，为其他辅机的正常工作做好准备。
2.1.4压缩机控制
SS4改型电力机车同其他韶山系列机车一样装有两种压缩机，供应全车所需的高压用风，另一种是辅助压缩机，只在全车无风而需要升受电弓、合主断路器时使用它，给辅助风缸和控制风缸泵风。
现在分别说明如下：
1主压缩机控制
首先按下“压缩机”按键开关405SK，导线577经405SK、517KF（压力调节器，风压低于700KPa时闭合，风缸高于900KPa时断开）、566KA、579QS使压缩机接触器203KM的触点动作，压缩机开始工作。
其电路为：
577405SK517KF566KA579QS203KM400
若高于900kpa风压时，则可按408SK（“强泵”按键开关），导线577直接经408SK，使导线579得电，即短接了517KF的联锁，从而使压缩机一直处于工作状态直到风压达到1000KPA。
其电路为：
577408SK566KA579QS203KM400
这时，操作人员必须注意监听安全阀在1000KPA整定动作的冒气声，以便及时停止强泵分工作。
如果压缩机故障，只要把579QS置故障位即可。
以上便是单节机车的情况，当两节车重联时，另一节车的压缩机就通过重联线N597进行控制，此时，起作用的调节器是操作车上的调节器，非操作车上的调节不起作用。
当两台车重联时，通过外重联线W2597对另一台车上的压缩机进行控制，以实现4台压缩机同时工作。
2辅助压缩机控制
机车升弓前若总风缸中已无压缩空气储存，则需利用升弓压缩机向辅助风缸和控制风缸泵风，供机车受电弓和主断路器合闸使用。
其电源由610QA自动开
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