ss9型电力机车总体线路分析及例行试验规程设计.docx

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ss9型电力机车总体线路分析及例行试验规程设计

ss9型电力机车总体线路分析及例行试验规程设计

ss9型电力机车总体线路分析及例行试验规程设计课题名称：

SS9型电力机车总体线路分析及例行试验规程设计专业系班级学生姓名指导老师完成日期2013届毕业设计任务书一、课题名称：

SS9型电力机车总体线路分析及例行试验规程设计二、指导教师：

三、设计内容与要求：

1、课题概述：

SS9型干线客运电力机车已成为国内160km/h准高速主型牵引机车。

SS9型旅客列车为韶山型电力机车的系列产品，是一种用于牵引的6轴4800KW干线客运电力机车，能满足长距离区间、长大坡道上牵引大编组旅客列车运行的运输要求。

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》中已作介绍。

本次设计要求能在SS4G机车线路的学习基础上拓展机车线路的学习，力求掌握线路学习方法，最有效地利用学院的教学资源，培养学生分析、解决SS9型电力机车电路的故障能力。

同时通过对本课题的设计，要求学生能根据SS6电力机车原理设计例行试验规程。

使学生更好的理解电力机车的工作原理，培养学生运用多所学知识来分析解决本专业范围内的问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。

2.设计内容：

1）SS9型电力机车主电路的基本构成及特点。

2）SS9型电力机车辅助电路的基本构成及基本原理。

3）SS9型电力机车控制电路各环节的工作原理。

4）SS9型电力机车整备控制电路各环节的工作原理。

5）SS9型电力机车例行试验规程设计。

3.设计要求：

1）绘制一张SS9电力机车整备控制电路图。

2）熟练掌握SS9电力机车主、辅、控三大电路的基本原理。

3）熟练掌握SS9电力机车主、辅、控三大电路的联系、配合。

4）能够按照SS9例行试验规程进行设计。

四.设计参考书1）《韶山6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6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（设计课题、内容与要求，设计方案，原理分析、设计过程及特点）6.设计图纸7.结束语附录（图标，材料清单，参考资料）六、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，并作好毕业答辩准备。

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老师审阅，由指导老师写出审阅意见。

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，荐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.工程框图、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。

摘要随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展，电力机车在产品的结构、形式、质量方面都有了很大的的改进和提高，专业的对口，作为司乘人员，在铁路机务部门工作，必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本作用原理，和通过系统的分析与设计来提高自己的专业素质。

本设计主要就SS9型电力机车车上各类电机、电器设备按其功能和在机车所产生的作用、电压等级分别组成了几个独立的电路回路。

即主电路、辅助电路。

个两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。

主电路即能够使机车产生向前、向后的牵引力和制动力的有关电气设备电路，他主要由受电弓、主断路器、主器压器、调压整流装置、牵引电机、牵引电器等组成。

他主要由受电弓从接触网上取下电流将电能转变为牵引列车的机械能。

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、空气压缩机组、变压器油泵，以及220V的各类取暖设备等。

他是保证主电路电器设备不可缺少的电路。

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，进一步透彻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。

关键词：

SS9型电力机车主电路辅助电路控制电路ABSTRACTAsChinaselectrifiedrailwayelectriclocomotivetechnologyandtherapiddevelopmentoftheelectriclocomotiveintheproductstructure,form,thequalityhasgreatlyimprovedandenhancedastheendoftheelectrifiedrailwaytoengageinthecauseofthepeople,mustbefamiliarwithandmasterthepowerLocomotivecontrolcircuitofthebasicprinciplesoftherole,andthroughsystematicanalysisanddesigntoimprovetheirprofessionalquality.SS9onthemainissuesofthistypeelectriclocomotivetypesofmotorvehicles,electricalequipmentanditsfunctionintheroleoflocomotivegeneratedbythevoltagelevelwerecomposedofseveralindependentloopcircuit.Thatthemaincircuit,theauxiliarycircuit.towcircuitthroughtheprincipleofelectromagneticinduction,theuseoflocomotivesonready-made,aswellasairpower-mechanicallinktothelocomotivecontrol.Maincircuitthatisabletohavealocomotiveforward,backwardtractionandbrakingforceoftheelectricalequipmentrelatedtothecircuit,mainlybythepantograph,themaincircuitbreaker,themain-pressure,voltageregulatorrectifierdevices,tractionmotor,electricalappliances,suchastractionComposition.Hemainlybythepantographremovedfromtheon-lineaccesstocurrentelectricalenergyintomechanicalenergyofthetraintraction.Assistedbythetransformersub-circuitisabouttoprovidethewindingsingle-phaseelectricpowerfrequency“split“intoathree-phasepowersupplymotorcycleaccessoriescircuit.Theseauxiliaryunits,includingsplittingcameras,airbrakes,aircompressor,transformeroil.Aswellastopassengertrainsforelectricity,220V,aswellasvarioustypesofheatingequipment.Heisthemaincircuitofelectricalequipmenttoensurethatessentialcircuit.Thepassageofthisdesign,electrificationofrailwaytechnologydesignedtoenhancethestudentslearningability,analyticalability,tofurtherathoroughunderstandingoftheelectriclocomotiveroleinthecontrolcircuittheory,onthisbasistoimprovethedesign.Keywords:

SS9-electriclocomotiveauxiliarycircuitcontrol.目录前言1第一章SS9型电力机车主电路分析31.1SS9型电力机车主电路的特点31.2网侧电路分析31.3整流调压电路分析41.4磁场削弱电路分析51.5牵引供电电路分析71.6制动电路分析91.7保护电路分析101.7.1短路保护101.7.2过载保护111.7.3过电压保护111.7.4接地保护121.8测量电路121.9主电路优化改进说明13第二章SS9型电力机车辅助电路分析162.1单—三相供电系统分析162.1.1劈相机进行电阻分相启动分析162.1.2三相负载电路分析172.1.3单相负载电路分析182.1.4保护电路分析192.2列车供电系统分析20第三章SS9型电力机车控制电路分析213.1整备（预备）控制电路213.2调速控制电路283.3保护控制电路303.4信号控制电路323.5照明控制电路343.6控制电源电路373.7其他控制电路38第四章例行规程试验设计414.1机车低压试验414.1.1整备检查414.1.2控制电压110V送电检查434.1.3车内照明检查434.1.4辅助电路检查444.1.5辅助设备检查454.1.6调速控制逻辑检查464.1.7保护功能检查484.1.8原边过流整定值及原边过流时间检查494.1.9整流系统母线检查504.1.10低压动车检查514.2机车高压试验514.2.1机车高压试验前的检查与准备514.2.2保护功能试验524.2.3辅助机组试验524.2.4牵引控制试验53心得体会54参考文献55附图21前言SS9型电力机车是新研制开发的准高速客运六轴干线电力机车，用于牵引160km/h准高速旅客列车,该型电力机车克服了SS8型电力机车在长大坡道大编组中功率不足的缺陷。

机车功率4800kW，最大功率可达到5400kW，最高运行速可达到170km／h，同时借鉴了SS8型和SS6B型的成功经验，使其在最高运行具有更好的动力学性能，制动性能也得到了进一步提高。

这一系列优势，使SS9电力机车具有很好的应用前景，为陇海线的提速，沈大线,京广线的电气化开通提供了很好运输工具，更为铁路占领运输领域提供了保障。

SS9型电力机车是一种用于牵引160Km/h准高速旅客列车的6轴4800KW干线客运电力机车，能满足长距离，长大坡道上牵引大编组旅客列车运行的运输需要。

SS9型电力机车电传动系统采用标准化的大功率晶闸管和二极管组成的不等分三段半控桥整流电路，实现了恒流准速控制的牵引调速特性。

整流桥采取先大桥后小桥的顺控方式，其中一段占1/2的整流电压用于低速区，另两段占另1/2的整流电压用于高速区，能提高高速区的功率因数。

机车采用晶闸管分路来达到无级磁场削弱，力制动为加馈电阻制动，在低速区具有恒定的最大制动力，实现了恒制动力准恒速控制的制动调速特性。

机车主变压器采用卧式结构（43号以前机车采用立式结构），降低了机车的重心高度，提高机车运行的稳定性。

SS9型电力机车为C0-C0轴式，C0转向架保留了传统的目字形构架，采用轮对空心轴六连杆驱动装置﹑一系﹑二系弹簧悬挂装置﹑牵引电机架承式悬挂﹑新型TDYZ-4单元制动器﹑单边直齿刚性齿轮传动，使得转向架具有较高的黏着利用率和较好的动力学性能。

牵引电机采用ZD115型6极串励脉流牵引电动机，在加速过程中可以发挥最大功率5400KW，维持运用时功率留有较大的裕量，加速性能好。

车体是整体承载结构，能承受1960KN的纵向静载荷且无永久性变形。

SS9型电力机车辅助电路为旋转劈相机三相交流电源系统（0044号﹑0045号机车辅助系统采用了辅助逆变器），辅机系统的保护采用了自动开关保护方式。

机车设有列车供电柜，能向旅客列车提供两路功率为400KW的DC600V电源，可以满足客车车厢空调﹑采暖﹑照明等电器的用电需要。

该列车供电系统有两套完全独立的整流装置及控制系统，可同时工作，并可以在司机室微机显示屏上显示供电电流﹑电压以及故障等信息。

SS9型电力机车的控制技术实现了标准化和模块化，控制装置采用了逻辑控制单元与微机控制方式。

可实施牵引工况的恒流2准恒速特性，制动工况的恒制动力准恒速特性控制，防空转防滑行控制，轴重转移补偿控制，空电联合制动控制等功能，并具备有故障记录和故障诊断功能。

同时用现代电力电子和微机技术结合构成的逻辑控制技术取代了传统的继电器布线逻使得机车在整个调速区间内均是无级的，可提高列车高速运行时的平稳性。

机车的动辑，用微机发出的指令直接控制接触器等外部负载避免了多级驱动。

提高了系统的可靠性，简化了控制系统的设计，提高了控制系统设计制造的灵活性。

第一章SS9型电力机车主电路分析1.1SS9型电力机车主电路的特点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内均是无级的。

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，以利于司机安全，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。

1.2网侧电路分析网侧电路（见图1-1）其主要功能是由接触网取得电能，因而属于25KV电路。

网侧电路又称为高压电路，在主变压器高压绕组AX的A侧为高压部分，主要设备有受电弓1～2AP、高压隔离开关17QS、18QS、真空断路器4QF、高压互感器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110E～160E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（A—X）进入车体，通过车体与转向架的软连线、接地电刷110E～160E、轮对、钢轨，返回变电所。

高压电压互感器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，接有安装于司机室内的网压表103PV、104PV，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。

图1-1网侧电路原理图1.3整流调压电路分析先开放由牵引绕组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a2→T5→D2→D1→导线71→平波电抗器→牵引电动机电枢→主极绕组→导线72→D5→D4→x2→a2，当电源负半周时，电流由牵引绕组X2→D3→D2→D1→导线71→平波电抗器→牵引电动机电枢→主极绕组→导线72→D6→T6→a2→x2。

这时第二段桥的元件交替导电，第一段桥的整流管D1、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α时触发T3，则电流由a1→D1→导线71→平波电抗器→牵引电动机电枢→主极绕组→导线72→D5→D4→x2→a2→T5→T3→b1→a1。

当电源为负半周时，则电流由b1→T1→导线71→平波电抗器→牵引电动机电枢→主极绕组→导线72→D6→T6→a2→x2→D3→D2→a1→b1。

与前面不同的是T1、D2导电，T3、D1截止。

整流电压在1／2Ud至3／4Ud之间调节（见图1-2）。

图1-2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，其过程与前类似。

T2、T4顺序移相，整流电压在3／4Ud至Ud之间调节。

当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，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。

1.4磁场削弱电路分析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。

现以牵引电动机1M为例来说明磁场无级削弱的工作原理。

如图1-3所示，①、②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1-3的③、④为磁场削弱晶闸管T11、T12参与工作的情况。

当电源正半周时，相当于③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1-3的④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。

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。

图1-3磁场无级削弱电路原理图1.5牵引供电电路分析SS9型电力机车牵引工况的简化电路如图1-4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钟方向；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：

图1-4牵引电路简化原理图1M：

A11A12—D11D122M：

A21A22—D21D223M：

A31A32—D31D324M：

A41A42—D42D415M：

A51A52—D52D516M：

A61A62—D62D61上述接线方式为机车向前方向时的状况。

当机车向后时，主级绕组通过“前”—“后”换向鼓反向接线。

牵引支路的电流路径是：

正极母线71或81→平波电抗器11L～61L→线路接触器12KM～62KM→电枢→电流传感器具111SC～161SC→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113SC～163SC→电机开关隔离19QS～69QS→“牵”－“制”鼓107QPR或108QPR→负极母线72～82。

由于单相相控电路整流电压波形有很大的波动，即含有相当大的高次谐波电压，因此必须在电动机支