SS6B型电力机车总体线路分析及高低压试验规程计划毕业设计.docx

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SS6B型电力机车总体线路分析及高低压试验规程计划毕业设计

毕业设计说明书

课题名称:

SS6B型电力机车总体线路分析及高、低压试验规程计划

2014届毕业设计任务书

一、课题名称：

SS6B型电力机车总体线路分析及高、低压试验计划规程

二、指导教师：

三、设计内容与要求：

1、课题概述：

电力机车的总体线路是一个复杂的线路系统。

其工作原理、控制原理在《机车总体线路》中已做介绍。

通过对本课题的设计，要求学生能整体分析电力机车电路，辅助电路、控制电路原理，并能根据SS6B电力机车原理设计高、低压试验规程。

使学生更好的理解电力机车的工作原理，培养学生运用所学的知识来分析解决本专业的范围内的问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一班程序和方法。

2、设计内容：

1）SS6B型电力机车主电路的基本构成及特点。

2）SS6B型电力机车辅助电路的基本构成及基本原理。

3）SS6B型电力机车控制电路各环节的工作原理。

4）SS6B型电力机车整备控制电路各环节的工作原理。

5）SS6B型电力机车高、低压试验规程设计。

3、设计要求：

1）绘制一张SS6B电力机车整备控制电路图

2）熟练掌握SS6B电力机车主、辅、控三大电路的基本原理。

3）熟练掌握SS6B电力机车主、辅、控三大电路的联系、配合。

4）能够按照SS6B高、低压试验规程进行设计（高、低压可选一个）

四、设计参考书

1、《韶山6B型电力机车》中国铁道出版社

2、《电气制图及图形符号国家标准汇集》中国标准出版社

3、《电力机车控制》中国铁道出版社

4、《电力机车电器》中国铁道出版社

5、《韶山3型电力机车操纵与保养》中国铁道出版社

五、设计说明书内容

1、封面

2、目录

3、内容摘要（200~400字左右，中英文）

4、引言

5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）

6、设计图纸

7、结束语

8、附录（参考文献、图纸、材料清单等）

六、毕业设计进程安排

第1周：

资料准备与借阅，了解课题思路。

第2-3周：

设计要求说明及课题内容辅导。

第4-6周：

进行毕业设计，完成说明书初稿。

第5周：

第一次检查，了解设计完成情况。

第7周：

第二次检查设计完成情况，并做好毕业答辩准备。

第8周：

毕业答辩与综合成绩评定。

七、毕业设计答辩及论文要求

1、毕业设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求

文字要求:

说明书要求打印（除图纸外），不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求:

按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。

曲线图表要求：

所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

摘　　要

本设计主要就SS6B型电力机车车上各电器，电机设备按其功能和在机车所产生的作用、电压等级分类分别组成主电路、辅助电路和控制电路。

三种电路通过电磁感应原理、利用机车上现成的压缩空气以及电——机械联系起来，对机车实施控制。

主电路即使机车能产生向前、向后的牵引力和制动力的有关电器设备电路图，它主要由受电弓、主断路器、调压整流装置、牵引电机、牵引电气等组成。

辅助电路即将由变压器次绕组提供的单相工频电劈成三相供给机车辅助设备供电的电路。

这些辅助机组包括劈相机、制动风机、空气压缩机、变压器油泵，以及220V的各种取暖设备等。

它是保证主电路电器设备运行不可缺少的电路。

电力机车控制电路是机车三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，主电路和辅助电路中的各电路电磁线圈及各电器的联锁等组成。

控制电路可以控制台上各按键开关和司机控制器手柄位置操纵，使机车按照司机的意图运行. 

通过本设计，旨在提升电气化铁道技术专业学生的学习能力、分析能力，进一步理解电力机车控制电路的作用原理，在此基础上进行改进设计。

 关键字：

SS6B型电力机车  主电路  辅助电路  控制电路  应急故障处理

Abstract

This design is mainly SS6B type electric locomotives, motor vehicle the electric equipment according to its function and in locomotive generated by function, voltage grade classification respectively composed the power circuit, auxiliary circuit and control circuit. Three kinds of circuit by electromagnetic induction principle, use on a motorcycle ready-made compressed air and electricity - linked to locomotive, mechanical implementing control. 

Main circuit and make locomotive can produce forward, backward traction and braking force diagram of relevant electrical equipment, it mainly are influenced by electric bow, main breaker, pressure regulating rectification device, traction motor, traction electrical components, it mainly consists of electrify bow from catenary up write current electric energy to traction train mechanical energy 

Auxiliary circuit soon by providing single-phase transformer times winding power frequency electric chopped into three-phase supply locomotive auxiliary equipment power supply circuit. The auxiliary units including split camera, brake fan, air compressor, transformer oil pump, and various kinds of heating equipment 220V. It is to guarantee the main circuit electrical equipment indispensable circuit. 

Electric locomotive control circuit is locomotive three circuits most complex circuit, belong to the low voltage dc small power circuit, it by the driver controller, low voltage electric appliance, main circuit and auxiliary circuit in various magnetic coil and the electric circuit of interlocking etc. Control circuit can console each key-press switch box driver controller handle position manipulation, make locomotive driver intention according to operation.

Through this design, aims to promote electrified railway vocational students' learning ability, analytical ability, further understanding of electric locomotive control circuit action principle, based on this modification design 

Key word:

 SS6B type electric  locomotive main circuit  auxiliary circuit  control circuit

目　　录

第1章概述

SS6B型电力机车是我国作为标准化、模块化原则设计的6轴货运机车。

它同SS4B型8轴重载货运机车构成模块化系列，被列入铁道部1992年科技发展计划新产品开发项目，由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所等单位于1994年研制成功，并成为郑宝铁路第三批招标中标机车。

该型电力机车在韶山型系列电力机车成熟技术的基础上，吸收消化8K、6K等国外机车的先进技术，使韶山型系列机车整体技术性能和运用品质得到进一步的提高，使相控电力机车的交直电传动系统实现标准化合模块化。

1.1简介

SS6B型电力机车是一种最高速度100KM/H，总功率4800KW的6轴机车，可担当货运和客运牵引，多机重联时也可以担当重载货运牵引。

SS6B型电力机车点传动系统采用标准化的不对称三段半控桥整流电路，实施相控调压，实现了恒流准恒速控制的牵引调速特性。

整流桥先大桥后小桥的顺控方式，结构合理，控制简单，可靠性高，能获得近似于四段桥的综合效果。

设有功率因数补偿装置，利用谐振原理重点对三次谐波分量的吸收，使机车网侧电源获得较高的功率因数和较小的谐波干扰电流，具有明显经济效益。

机车采用ZD114型6极串励脉流牵引电动机，按标准化设计原则实现单电机功率800KW，1020V级中等端电压，C级全绝缘结构，半叠片式机座，滚动轴承抱轴悬挂结构，新型刷架系统，整流换向性能好。

为了改善动态换向，磁场削弱电路还配合装有分流电抗器，通过超压1100V和磁场削弱级实现了大于1.6的恒功系数，使机车恒功区达到50～80KM/H范围。

按标准化设计原则机车采用加馈电阻制动，实施低速区制动电流的馈入，实现了恒制动力准恒速控制的制动调速特征。

电阻制动回路利用串入的整流桥（大桥）相控调节方式完成了电流加馈作用。

SS6B型电力机车为Ｃo－Ｃo轴式，由2台3轴转向架组成，Ｃo转向架保留了传统的“目”字形构架，Ⅰ、Ⅱ系弹簧悬挂和轴箱定位结构，单元式踏面制动器等，新采用了低位平牵引杆装置（牵引点高430mm）、牵引电机滚动抱轴半悬挂、单边直齿刚性齿轮传动等，使转向架动力学性能和粘着利用率获得改善。

车体仍然是整体承载结构，可承受2450kN纵向静载荷的实验，双端司机室、大顶盖结构、大面积通风百叶窗等均采用传统成熟技术。

SS6B型电力机车的控制技术也实现了标准化和模块化，电子控制装置的基本原理具有通用性，可实施牵引工况的恒流准恒速特性控制，制动工况的恒制动力准恒速特性控制，空点联合制动控制，空转防滑保护控制，功率因数补偿控制，轴重转移电气补偿控制以及故障诊断等功能。

SS6B型电力机车的辅助电路仍采用韶山系列电力机车的成熟技术，为旋转式劈相机供电系统。

每台机车设2台劈相机，各辅助电机采用交流电磁接触器控制通断，三相自动开关进行保护。

高压电器采用的2台受电弓为ＴＳＧ３型，是引进８Ｋ型电力机车受电弓的消化吸收产品；加装有高压电压互感器，供网压表和电度表使用；主变压器TBQ7-7324/25型是一体化油箱结构的多绕组分裂式变压器，各牵引绕组实现全去耦，共油箱的还有4个滤波电抗器，采用油循环强迫风冷系统，热交换器是铝合金板翘式散热器。

SS6B型电力机车制动机系统为传统的DK-1电空制动机的改进型，具有电空制动、空电联合制动功能，以保证在重载牵引，长大坡道下坡准恒速控制调速的需要。

采用电制动优先、空气制动补偿的原则，实施空电联合制动，使列车运行的安全性得到提高。

1.2技术参数

1.2.1使用环境条件

海拔不超过1500m

周围空气温度（遮荫处）-25-40℃

最大相对湿度90%（最湿月平均）

能承受一般风、沙、雨的侵袭

1.2.2主要技术参数

用途客、货运

电流制单相交流50Hz

工作电压

额定值25kV

最大值29kV

最小值19kV

超压保护31kV

欠压保护17.5kV

轴式Co—Co

整备重量138t

轴重23t

电传动方式交-直电传动系统

机车功率4800kW

持续速度50km/h（半磨耗轮）

最高速度100km/h

持续牵引力337.5kN（半磨耗轮）

启动牵引力471kN

恒功速度范围50~80km/h

电制动方式加馈电阻制动

轮周电制动功率4800kW（50~80km/h）

最大恒制动力288kN（10~50km/h）

功率因数补偿容量1160kV•A

调速方式不等分三段桥相控整流、无极调

压加三级磁场削弱

特性控制方式恒流准恒速控制

功率因数≥0.9（1/2额定功率以上）

总功率≥0.82（额定工况）

车钩中心距21416mm

车体长度20200mm

车体宽度3100mm

落弓距轨面高4754mm

受电弓工作高5200~6500mm

受电弓滑板中心距11200mm

转向架固定轴距2300+2000mm

机车全轴距15800mm

转向架牵引点中心距13290mm

转向架牵引点距轨面高430mm（平拉杆式）

轨距1435mm

车钩中心距轨面高（880±10）mm

车轮直径1250mm

齿轮传动方式单侧直齿减速主、从齿轮传动

齿轮传动比74∶17=4.35

基础制动装置具有闸瓦间隙自动调节的独立

作用式单元制动器

空气压缩机能力2×1.6㎡／min

总风缸容量1.2m³

沙箱总容量0.8m³

空气制动机系统DK-1型机车电空制动机

第2章主电路原理的分析

2.1简介

SS6B型和SS4B型电力机车的电传动系统是按通用化、标准化、系列化原则设计的两种交-直传动电力机车。

在电气线路基本上相同，与SS4B型电力机车电气线路相比，仅在6轴与4轴组合上有区别，同样由主电路、辅助电路和控制电路组成。

机车主电路采用了标准化、模块化结构，整流电路为大功率晶闸管和二极管组成的不等分三段半控整流桥。

牵引电机励磁回路设有分流电抗器，以改善牵引电机在磁场削弱工况时的动态换向性能。

主电路中设有功率因数补偿装置，以提高机车的功率因数和减少谐波干扰电流，改善了电网的供电品质。

此外，机车主电路中电制动采用加馈电阻制动，以提高机车低速区的电制动性能。

机车辅助电路采用双台旋转式劈相机供电系统，以提高辅助系统的可靠性和三相电源电流、电压的对称性。

辅助电路主要由交流380V回路和交流220V回路组成，对各回路中的不同负载，分别设有不同类型和等级的自动开关进行保护，电路简洁，性能稳定可靠。

机车控制电路由有接点控制（继电控制）电路和无接点控制（电子控制）电路组成。

机车控制电路还具有机车重联控制技术，可实现多机重联牵引和多机特性的一致性；并采用了列车监控系统和语音记录装置能实现机车运行状态控制、信息显示和存储，给机车运行安全、故障诊断和处理提供方便.见附图1.

2.1.2SS6B型电力机车主电路的特点

1．传动形式

采用交—直传动方式，驱动为串励式脉流牵引电动机，调速特性控制较简单。

2．牵引电动机供电方式

采用转向架独立供电方式，即一个转向架3台牵引电机并联，由一台主整流器供电。

全车两个3轴转向架，具有两台独立的无级调压相控主整流器。

此方式使电路、控制和结构比较简单，在运用上有一定的灵活性，当一台主整流器故障时，可切除一台转向架3台电机，机车保留1／2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，以充分利用粘着，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系统，装置简单。

3．整流调压电路方式

SS6B型电力机车主电路采用不等分三段半控桥整流调压电路，即一段1/2Uo桥、二、三段号1/4Uo桥的电路结构

4．电制动方式

机车电制动采用加馈电阻制动，每节车6台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半控桥式整流器供电。

每个转向架上的3台牵引电机电枢与各自的制动电阻串联后，并联在一起，再与相应的主整流器构成串联回路。

与常规电阻制动相比，加馈电阻制动的特点，是在低速区通过主整流器加馈注入制动电流的方法维持电制动力，可将最大制动力调速范围延伸至10km／h，能较方便地实现恒制动力控制，简化了主电路和控制电路。

5．测量系统

机车全部采用霍尔传感器检测直流电流与直流电压信号。

其优点：

一是实现直读仪表、过载保护及反馈控制三位合一，并可提高系统的控制精度；二是主电路强电系统与控制电路弱电系统实现电隔离，以利机车设备安全和乘务员人身安全；三是使司机台仪表接线插座化，便于保养和维修。

网压25kV测量使用25000V／100V交流电压互感器，能直接测量接触网供电电压。

6，保护系统

采用双接地继电器保护，每一台转向架电气供电回路单元各接一台主接地继电器，以利于查找和处理接地故障。

7，为提高机车功率因数和改善通讯干扰，机车设有PFC功率因数补偿装置。

2.2主电路结构的分析

2.2.1网侧高压电路

网侧高压电路（如图2—1所示）的主要设备有受电弓1AP和2AP、空气断路器4QF、避雷器5F、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、主变压器8TM的高压（原边）绕组AX、电度表检测电流用的9TA、PFC功率因数补偿用电流互感器109TA。

图2—1网侧高压电路

低压部分有自动开关102QA、网压表103PV、104PV电度表105PJ、PFC功率因数补偿用同步变压器100TV，以及接地回流装置110E、120E、130E、140E、150E和160E。

这些电器设备所组成的电路主要用于检测机车网压和提供电度表用的电压信号及PFC功率因数补偿用同步信号。

与传统的机车相比，该电路具有如下特点：

1．在25kV网侧电路中，加设了新型金属氧化物避雷器5F，以取代传统的放电间隙，作过电压和雷击保护；

2．在受电弓与主断路器之间，设置有网侧电压互感器（25kV／100V），便于司机在司机室内掌握受电弓的升降状况和网压的情况；

3．为提高机车的可靠性，实现机车的简统化、通用化设计，采用了传统的TSG3型受电弓、TDZlA型空气断路器和TBYl型网侧高压电压互感器；

4．增设有PFC控制用电压、电流互感器；

5．接地回流系统采用主变压器高压绕组X端经电缆、接地回流装置到车轮、钢轨。

与车体、电气设备保护性接地分开，提高了机车可靠性。

2.2.2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。

图2—2为SS6B型电力机车一个转向架供电的不等分三段半控整流桥主电路图。

由牵引绕组a1b1x1和a2x2供电给主整流器70v，组成前转向架供电单元；由牵引绕组a3b3x3和a4x4供电给主整流器80v，组成后转向架供电单元。

不等分三段整流调压电路通过其整流调压电路顺序触发晶闸管V9和V10、V3和V4、V5和V6则可得到最大输出电压为1/2Ud、3/4Ud、Ud。

其中各段绕组电压为：

Ua2x2=Ua1x1=2Ua1b1=2Ub1x1=695.5V

不等分三段整流桥的工作顺序如下所述：

首先投入四臂桥，即触发V9和V10，投入a2x2绕组，V9、V10顺序移相，整流电压由零逐渐升至Ud／2（Ud为总整流电压），V1和V2续流。

在电压正半周时，电流路径为a2一V7—71号导线一平波电抗器一电机一72号导线一V2-V1—V10一x2一a2；当电压处于负半周时，电流路径为x2一V9—71号导线一平波电抗器一电机一72号导线—V2一V1一V8—a2一x2。

当V9和V10满开放后，六臂桥投入。

第一步是维持V9和V10满开放，触发V3和V4，绕组a1b1投入。

电源处于正半周时，电流路径为a2—V7—71号导线一平波电抗器一电机一72号导线—V4—b1一a1一V1—V10--x2—a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2一V9—71号导线一平波电抗器一电机一72号导线一v2一a1—b1—V3—V8—a2一x2。

此时，V3、V4顺序移相，整流电压在（1／2-3／4）Ud之间调节。

当V3和V4满开放后，V3、V4、V9和V10维持满开放，并触发V5和V6，b1x1绕组再投入V5和V6顺序移相，整流电压在（3／4—1）Ud之间调节。

当电源处于正半周时，电流路径为a2一V7—71号导线—平波电抗器—电机一72号导线一V6一x1一a1一V1—V10一x2一a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2一V9—71号导线一平波电抗器—电机一72号导线—V2—a1一x1一V5一V8一a2—x2。

在整流器的输出端还分别并联了电阻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，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。

2.2.3牵引供电电路

机车的牵引电路，即机车主电路的直流电路部分如图2—3所示。

机车牵引供电电路，采用转向架独立供电方式。

第一转向架的三台牵引电机1M、2M、3M并联，由主整流器70v供电；第二转向架的三台牵引电机4M、5M、6M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。

牵引电机支路的电流路径基本相同，现以第一牵引电机支路为例加以说明：

其电流路径为正极母线71一平波电抗器11L一线路接触器12KM一电流传感器111SC一电机电枢一位置转换开关的“牵”一“制”鼓107QPR1—位置转换开关的“前”一“后”鼓107QPVl→主极磁场绕组→107QPV1→牵引电机隔离开关19QS→107QPR1→负极母线72。

与主极绕组并联的有固定分路电阻14R、I级磁场削弱电阻15R和接触器17KM、Ⅱ级磁场削弱电阻16R和接触器18KM。

14R与主极绕组并联后，实现机车的固定磁场削弱，其磁场削弱系数为0．96。

通过接触器17KM的闭合，投入15R，实现机车的I级磁场削弱其磁场削弱系数为0．70。

通过接触器18KM的闭合，投入16R，实现机车的Ⅱ级磁场削弱，其磁场削弱系数为0．55。

当17KM和18KM同时闭合时，15R和16R同时投入，实现机车的Ⅲ级磁场削弱，其磁场削弱系数为0．45。

为了改善机车运行时牵引电机的脉流换向性能，特