ss4glcu控制电路公析.docx

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ss4glcu控制电路公析

SS4G型电力机车LCU控制

　　SS4G型电力机车LCU控制

　　包西机务段包西运用车间

　　文俊、祖鹏

　　2011年12月10日

　　SS4G型电力机车LCU控制电路

　　一、容与要求:

　　1.课题概述:

　　本课题选自电力机车的实际线路，涉及围较广。

电力机车的控制线路是一个复杂的系统。

本课题要求在实际运用的机车线路的根底上，整体分析SS4G型电力机车控制电路，了解LCU逻辑控制装置。

尝试根据实际情况对控制电路进展设计。

使车间教学人员更好的理解电力机车的工作控制原理，培养运用教师运用所学的根底知识、专业知识，并利用其中的根本理论和技能来分析解决本专业的相应问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，完成电气工程技术人员必须具备的根本能力的培养和训练。

　　2.设计容与要求:

　　本课题要求在掌握SS4G型电力机车控制电路工作原理的根底上，对局部电路进展LCU逻辑控制梯形图的解析。

具体容及要求如下。

　　1〕SS4G型电力机车控制电路原理分析。

　　2〕绘制SS4G型电力机车预备控制电路、辅机起动控制电路原理图。

　　3〕根据有接点电路图设计预备控制电路、辅机起动控制电路LCU逻辑控制梯形图。

　　4〕对LCU逻辑控制梯形图进展原理分析。

　　5〕尝试根据实际情况对控制电路进展改良设计。

　　四、设计参考书

　　?

韶山4型电力机车?

中国铁道

　　?

电气制图及图形符号标准聚集?

中国标准

　　?

电力机车控制?

中国铁道

　　?

电工学?

中国铁道

　　?

电力机车电器?

中国铁道

　　摘要

　　随着我国电力机车技术的迅速开展和对铁路运输的重视,电力机车的各种电路创造、改新有了很大程度上的提高。

　　本文重点介绍SS4G型电力机车控制电路工作原理,并对局部电路进展LUC逻辑控制梯形图的设计。

对SS4G型电力机车控制电路的原理分析的同时,还绘制SS4G型电力机车主电路、辅助电路及预备控制电路原理图，对LCU逻辑控制梯形图进展简要的原理分析与设计，尝试根据实际情况对控制电路进展改良设计,读者可以图文对照,更有助于对SS4G电路的掌握。

　　本设计主要用于提高自己对电气化铁道技术学习的能力,有助于更快更好的掌握SS4G机车的电路分布和原理。

　　关键词：

控制电路分析原理逻辑控制LCU

　　目录

　　第1章概述1

　　第2章控制电路分析3

　　2.1主断路器控制3

　　2.2劈相机的控制4

　　2.3压缩机的控制6

　　2.4通风机的控制7

　　2.5制动风机控制8

　　第3章SS4G电力机车LCU逻辑控制9

　　3.1LCU根本参数与使用说明9

　　3.2劈相机的LCU逻辑控制11

　　3.3压缩机的LCU逻辑控制13

　　3.4通风机的LCU逻辑控制14

　　3.5制动风机的LCU逻辑控制16

　　第4章小结18

　　参考文献19

　　附图20

　　第1章概述

　　韶山4改良型电力机车，代号SS4G。

他在SS4、SS5和SS6型电力机车的根底上，又吸收了8K机车先进技术设计的。

机车由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均为一完整的系统。

它电路采用三段不等分半控调压整流电路。

采用转向架独立供电方式，且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。

电制动采

　　韶山4G型电力机车外观图

　　用加馈制动，每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。

机车设有防空转防滑装置。

每节车有两个B0-B0转向架，电机悬挂为抱轴式半悬挂，牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体。

空气制动机采用DK-1型制动机。

机车功率持续6400kW，轴式2〔B0-B0〕，电流制为单相工频交流。

　　SS4G型采用了三次谐波滤波以改善机车功率因机车采用不等分三段顺控半控桥，但牵引特性为恒流，准恒速特性控制，电阻制动为加馈电阻制动，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数具有轴重转移的电气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。

　　SS4G型电力机车辅助电路，都采用传统劈相机及电容分相起动通风机后备的双馈单——三相变流系统。

每节车只设一台劈相机，当该机因故障切除后，可用电容对第一台牵引见电动机直接分相起动。

然后该电机兼作“劈相机〞，在网压22KV以上时，可逐一起动其它辅助机组，防止机破事故。

辅助电机的保护有两种方式，一局部采用三相自动开关，具有过载、短路复合脱扣保护功能，并可直接切除故障电路；另一局部机车采用了电子保护，具有单相、过载与短路保护功能，缺点是不能直接切除电路，而需借助于机车辅助机接触器切除或主断路器保护性断电。

　　SS4G型电力机车布置继承了韶山系列电力机车的传统优点，如双边走廊，分室斜对称布置，设备屏柜化、成套化等，构造紧凑，接近容易，维修方便。

在器件上有新的应用，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式百叶窗，过滤材料采用无纺棉毡取代原棕丝板，以便于清洗。

机车硅整流柜与牵引电机风路串联，从而减少风机数量也提高了可靠性。

　　第2章控制电路分析

　　2.1主断路器控制

　　一、主断路器的合闸控制

　　主断路器合闸控制与受电弓控制为同一条供电支路。

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。

假设此时主短路器的风缸风压足够大〔大于450kPa〕，也就是4KF动作，那么主断路器的合闸线圈4QFN得电动作，主断路器的动作机构在压缩空气推力的作用下，合上主、辅触头，从而完成主断路器的合闸操作。

〔如图2-1所示〕

　　图2-1主断路器控制电路图

　　其中586QS是主断路器的隔离开关。

568KA是零位中间继电器，当全车所有司机控制器处于零位时，568KA得电动作，其常开点才闭合。

539KT是主断路器控制延时继电器，它受恢复中间继电器562KA常闭点的控制。

合闸操作前，导线531经562的常闭点，使539KT得电作，其常开点闭合；当合闸操作时，562KA得电动作，使常闭点翻开，539KT失电，延时1秒后，其常开点翻开，切除合闸线圈4QFN及主接地继电器97KER、98KER恢复线圈长时间通电烧毁。

　　567KA是劈相机中间继电器，操作启动劈相机前567KT处于失电状态，其常闭点闭合，沟通主断路器的合闸回路，以防止过无电区后，由于不关闭“劈相机〞按键，是劈相机处于单相闭合而堵转。

　　所以，要使主断路器能顺利闭合，必须具备如下条件：

①全车所有司空器处于零位，即568KA得电动作；

　　②主断路器本身处于正常开端状态；

　　③劈相机按键处于断开位，即567KA处于失电状态；

　　④主断路器风缸风压大于450kPa。

　　二、主断路器的分闸控制：

　　①人工分断

　　主断路器的分闸控制单独由603QA自动开关提供电源，当按下“主断路器分〞按键开关400SK时，导线556经400SK、4QF常开接点〔此时已闭合〕，使导线542有电，主断路器分闸线圈4QFF得电动作，促使主断路器分断。

　　②故障自动分断

　　主断路器除具有人工分断功能外，还具有当机车某些部件或系统发生故障后，自动使主断路器分断功能。

具体的控制过程将在保护一节做详细说明。

　　2.2劈相机的控制

　　劈相机的运转与停顿是通过相应的接触器201KM控制，因为劈相机是单相电动机与三相发电机的组合，所以起动时必须在第二电动相绕组与发电相绕组之间接入起动电阻263R进展分相起动，起动电阻的接通与开断由接触器213KM来执行。

由劈相机起动继电器283AK监测起动过程并控制起动电阻回路的开断。

283AK的工作电源是从导线531经533KT常开联锁由导线281引入的〔如图2-2所示〕。

（1）手动控制

　　按下劈相机按键〔404SK〕导线560经404SK与591QS，使导线564有电，劈相机中间继电器567KA得电动作，其常开触点闭合。

导线560经567KA的常开触点，使导线561有电，然后分成几个支路。

导线561经劈相机起动中间继电器566KA的常闭接点，使分相接触器〔213KM〕和劈相机起动延时继电器533TK得电动作，起动电阻将投入工作。

劈相机的接触器〔201KM〕闭合，导线561经213KM的辅助触点，使导线572有电。

经劈相机故障隔离开关〔242QS〕，使201KM得电动作。

劈相机的主回路沟通，开场起动。

假设起动正常，那么劈相机的起动继电器〔283AK〕动作，其常开点闭合。

导线561经283AK，使导线568有电，劈相机起动中间继电器566KA得电动作。

其常闭点翻开，切断213KM和533KT的供电回路，甩掉劈相机起动电阻，劈相机进入正常工作状态。

同时，566KA的常开触点闭合，215QA和566KA常开触点，使566KA继续得电自锁：

导线561经533KT的常闭触点，使导线577有电，为其它辅助电机的正常工作做好准备。

致此，劈相机的控制顺利完成。

从这一过程可以看出，电路中的控制电器与劈相机能否正常工作是密不可分的。

　　〔2〕自动控制

　　所谓自动控制是指司机操作主断路器合闸后，劈相机自动起动，无需人为操作劈相机以及其他辅机的按键开关。

这一功能主要用于机车过分相区时，减少司机的操作步骤。

当主断路器闭合后，其辅助联锁的常闭点翻开，导线565失电，劈相机自起延时续电器528KT失电，延时1S后其常闭点闭合，导线562KT经591QS和528KT的常闭点，使567KA得电动作，劈相机开场起动。

以后的过程与手动控制完全一样，不再复述。

　　〔3〕劈相机故障时的控制

　　假设劈相机故障，那么将242QS打到“2〞位，也就是用通风机1代替劈相机，此时，通风机1通过分相电容起动后代替劈相机的功能，使其他辅机依旧能正常工作。

具体控制过程如下：

〔如图2-2所示〕

　　①.1242QS打到“2〞位；

　　②.60QS打到电容位随后的操作过程与起动劈相机相似。

　　即首先按下404SK，567KA得电动作。

导线560经567KA，使导线561有电。

第一路，导线561经566KA，使213KM和533KT得电，起动电容接入；第二路，导线561经213KM，242QS，使导线695有电，经通风机1的接触器205KM得电动作并自锁，通风机1开场起动，当其发电机电压到达283AK的整定值时，283AK动作；第三路，导线561经283AK使566KA得电作，并通过其本身的常开点自锁；第四路，导线561经566KA的常闭点切除213KM和533KT的供电回路，甩掉通风机1的起动电容，使通风机1进入正常工作状态，第五路，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。

　　以上介绍的是198号以前的SS4改型机车的劈相机控制电路，自199号机车开场，增加了一个时间续电器527KT。

其作用是，当劈相机起动时，283AK动作，566KA常闭翻开，用527KT的常开电短接566KA的一组常闭接点561与571，让533KT和213KM继续得电，延时1S后，527AT的常闭点翻开，533KT和213KM都失电。

分相起动电阻或分相起动电容退出辅助回路。

这样，分相起动电阻或分相起动电容比原有电路多了1S工作时间，进一步改善了劈相机的起动性能。

　　2.3压缩机的控制

　　压缩机的控制与韶山系列列车的机型大致一样，在此进展简要的介绍〔如图2-3所示〕

　　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750kPa时闭合，风压高于900kPa时断开〕、566KA、579QS以及217EF的接点，使压缩机接触器得电动作，压缩机开场工作。

假设不想经风压调节器调节，那么可以按下408SK，导线577直接经408SK，使导线597得电，这样，等于短接了517KF的接点，从而使压缩机一直处于工作状态。

这时，操作人员必须注意监听平安阀在1000Pa整定动作的冒气声，以便及时停顿强泵工作。

如果压缩机故障，只要把579QS打到故障位即可。

　　以上时单节车的情况，当两节车重联的时候，令一节车的压缩机就应该通过重联线N597进展控制，此时，起作用的调节器是操纵车上的调节器，非操作车上的调节器不在起作用。

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展监控，以实现四台压缩机同时工作。

　　2.4通风机的控制

　　〔1〕牵引通风机手动控制

　　按下“通风机案件开关406SK，导线577经578有电，在经566KA、242QS，通风机1隔离开关575QS以及通风机1辅助器205KM得电动作，通风机1开场启动。

同时，205KM辅助常闭点翻开，使535KT失电，延时3秒后，535KT的常闭点闭合，那么导线579经535KT，使导线581有电，在经通风机2的隔离开关576QS和通风机2的辅机保护接点220EF，使通风机2的接触器206KM得电动作，通风机2开场启动。

同时，206KM的常闭点翻开，536KT失电，

　　延时3秒后，536KT的常闭点闭合，导线581经536KT使导线678有电，然后，分别经584QS、228EF和599QS、227EF，使212KM和211KM同时得电动作，即油泵和变压器风机同时开场动作，直至正常工作。

受212KM常闭点翻开而失电，延时3秒后，527KT的常闭点闭合，为制动风机启动做好了准备。

至此，完成了通风机的控制〔如图2-4所示〕

　　〔2〕牵引通风机自动控制：

　　所谓自动控制就是指司机的调速手轮转到某一级位后，通风机能够自动的起动，投入正常的工作。

从原理图上看，起作用的是417导线，这根控制线从司机控制器中出来，当调速手轮转到1.5极以上时，导线417得电，自起风机中间继电器549KA得电动作，此时，570QS在“1〞位时，406SK在非按下位，所以，导线577经406SK的常闭点，570QS、549KA的常开点为549KA提供电源，使其自锁。

同时，导线603经549KA的另一对常开点和509V，使导线578有电，按下来的控制过程与手动控制完全一样，再次不再重复。

当司机控制器调速手轮退到“0〞位，导线417不再从司机控制器中得电，而是通过自锁从导线577中得电。

所以，调速手轮回到“0〞位时，通风机并不自动关闭。

假设要关闭通风机，必须操作一下406SK，切除549KA的供电回路，使其解锁，然后，在关闭406SK，也就是关闭了通风机。

此环节的设计目的在于通风机频繁启动。

　　①当两节车重联时，通过重联线N578去控制另一节车的通风机工作。

　　②当两节车重联时，通风机外重联线W2578去控制另一车的通风机工作，以便实现所有车的同步工作。

　　2.5制动风机控制

　　按下“制动风机〞按键开关407SK，导线577经407SK、566KA、527KT、581QS及223EF，使制动风机1的接触器209KM得电动作，制动风机1开场起动。

其中，566KA时劈相机起动中间继电器，527KT时油泵延时时间继电器，581QS时制动风机1的隔离开关，223EF时辅机保护的接点。

当制动风机1故障或其它原因需要切除时候，可以将581QS打到故障位。

在制动风机1接触器209KM得电动作后，其常闭辅助接点控制的526KT因209KM的常闭辅助接点翻开而失电，延时3秒后，526KT的常闭点闭合，导线589经526KT的常闭点、制动风机2的隔离开关582QS以及辅机保护接点224EF，使制动风机2的接触器210KM得电动作，制动风机2开场动作，并进入正常的工作状态。

至此，两台制动风机已经控制完毕（如图2-5所示）。

　　两节机车重联时，通过重联线N590控制另一节车的制动风机。

当两台车重联时，通过外重联线W2590控制另一台机车的制动风机。

　　第3章SS4G电力机车LCU逻辑控制

　　3.1LCU根本参数与使用说明

　　一、LCU逻辑控制单元

　　LCU逻辑控制单元相当于可编程控制器（PLC），它在电力机车上的作用主要就是取代传统的继电器有触点控制电路。

　　〔1〕LCU逻辑控制单元与一般工业PLC比拟：

　　逻辑控制单元与PLC的作用一样，但一般工业用PLC直接用于电力机车主要存在以下个问题：

　　①机车电子装置必须符合TB／T1394一?

机车动车电子装置?

的要求。

而一般的PLC很难满足这一标准的要求。

简单地说，一般PLC无法适应机车的工作环境。

也无法满足机车控制系统的技术要求。

　　②根据IEC标准，一般PLC工作电压为：

DC24V或AC220V，直流输出点的负载能力车低。

而电力机车控制电压为DC110V，且负载电流比拟大。

　　LCU电力机车逻辑控制单元符合TB／T1394?

机车动车电子装置?

的要求。

构造组成符合高速列车硬件规。

其部核心是单片机。

主要由主机板、电源板、输入板、输出板等所组成。

　　〔2〕LCU的输入电路

　　输入信号主要有三类：

　　①电力机车微机控制系统来的信号，这些信号可以直接输入LCU；

　　②司机控制器、按键开关组等来的110V指令信号；

　　③从主断路器、隔离开关、两位置转换开关和接触器等的辅助触点或者其他用LCU无法取代的特殊继电器来的110V信号。

　　后面两种110V的信号是不能直接输入到LCU主机板里面去的，必须经过输入电路进展降压、隔离。

电力机车逻辑控制单元的输入电路，是对110V信号电压电路而言的。

　　电力机车逻辑控制单元的输入单元电路将外部进来的110V信号电压经电阻网络降压、用稳压管限幅，电容滤波，再经光耦隔离后输入LCU主机。

这种电路有着应用成熟的优点，其可靠性很：

高，抗干扰能力强，能适应电力机车的工作环境。

　　〔3〕电力机车逻辑控制单元的负载特点：

　　国产电力机车上的辅助电机都是采用三相交流异步电动机，而这些三相交流异步电动机是通过三相交流接触器进展控制的。

由于三相交流接触器型号的不同，其控制电流变化很大。

　　电空阀与电空接触器的线圈控制电流虽然只有0．12A，但由于线圈有13000匝，所以在线圈开断时感应出的干扰电压可高达1．3kV，对机车微机控制系统和电子线路形成极大的危害。

因此，逻辑控制单元的负载，要求LCU不仅能够适应机车恶劣的工作环境，并且应该具有抗干扰性能好等特点。

　　〔4〕电力机车逻辑控制单元的输出电路

　　LCU部工作电压为几伏水平，负载能力较小，为了使其具有足够的驱动能力，LCU输出单元电路采用MOSFET作功率开关元件，负载能力大，开关速度高。

用高频调制信号通过脉冲变压器耦合去控制MOSFET的通断。

并且当110V直流电源电压大围变化时，逻辑功能保持正常。

电力机车逻辑控制单元的输入输出电路是LCU与电力机车控制系统的接口电路，其性能直接影响机车的行车平安。

　　〔5〕主要技术参数

　　●额定输入电压：

DC110V〔机车提供〕，波动围：

77V-135VDC

　　●额定输出驱动电流：

大电流型可驱动6C180和ABB185型接触器；中电流型可驱动电空阀

　　●输入点数：

64点×2

　　●输出点数：

48点〔大功率20路、中功率12路、小功率16路〕×2

　　●输入低电平电压围：

0-30V

　　●输入高电平电压围：

77-137.5V

　　●额定功率：

200W

　　〔6〕上电操作：

　　1〕确保连接器连接正确，CAN网络终端匹配器安装到位后，在机车蓄电池合上的情况下，分别将LCU1和LCU2上的电源通信板钮子开关投入A组或B组，即可投入运行。

检查状态指示：

LCU1电源板面板上A对应的列指示A组的状态，B对应的列指示B组的状态。

下面仅对A组指示灯进展说明，B组指示灯代表的意义一样。

LCU2电源面板指示等仅5A、5B有效。

　　2）入A组时电源通信板上的5A指示灯亮表示110V转5A正常。

　　3〕电源通信板上的L1指示灯闪烁表示LCU1的A板或LCU2的E板运行正常。

　　4〕电源通信板上的L2指示灯闪烁表示LCU1的B板或LCU2的F板运行正常。

　　5〕电源通信板上的L3指示灯闪烁表示LCU1的C板或LCU2的G板运行正常。

　　6〕电源通信板上的L3指示灯闪烁表示LCU1的D板或LCU2的H板运行正常。

　　7〕电源通信板上的L5指示灯正常情况下是闪烁的，当L5灯常亮时，指示的是LCU1控制板的状态，L5熄灭时指示的是LCU2控制板的状态。

　　〔7〕LCU逻辑控制单元的硬件系统

　　根据系统所需完成的功能及电力机车特殊的工作环境，LCU在硬件构造上采用模块化设计，可根据不同型号的机车的需要扩展输入输出点，利用软件进展不同的逻辑组合来满足要求，软件编写时采用软件容错和冗余设计。

LCU的硬件构造主要包括机箱、电源板、主机板、输入板、输出板等。

　　每套LCU包含功能一样的A、B两组，并能进展手动转换。

采用标准的6U机箱硬件构造，可与外围设备进展总线通信。

由于标准6U机箱本身并不具备防尘功能，所以在机箱外面，还有外部机箱，用于防尘、安装外接插头和安装冷却风扇、风道。

接插件为铁路专用56针插座，共4个，其中输入两个、输出两个。

每路输入输出都有状态指示灯。

长度为84R的标准6U机箱共有21个板位。

　　3.2劈相机的LCU逻辑控制

　　在所有辅助电机中，劈相机是非常重要的，它的工作性能决定了后面所有辅助电机的运行性能，劈相机能否正常有效的起动是关键，劈相机的控制是完成其他辅机控制的先决条件。

面分别给予介绍：

　　当按下劈相机按键开关404SK并且自起劈相机转换开关〔591QS〕打到0位时〔手动位〕，L562、L563号线有电高电平有效，使U6D-M16劈相机启动中继得电动作。

　　劈相机启动中继〔U6D-M16〕常开点闭合，高电平有效，那么劈相机中继〔U9D-M17〕得电动作，为劈相机启动作准备。

另，L564号线为机车重联线，当两节车重联时，用来控制另一节车的劈相机启动。

〔如图3-1所示〕

　　图3-1劈相机中间继电器的LCU控制

　　劈相机中继〔U9D-M17〕得电，常开点闭合，高电平有效；劈相机启动完成中继〔U10D-M12〕低电平有效，那么劈相机启动失电延时继电器〔U12F-T8〕得电动作。

　　电路经劈相机中继〔U9D-M17〕、劈相机启动完成中继〔U10C-M12〕使过分相失电延时继电器〔U9H-T9〕和启动电阻接触器得电，其常开点闭合，高电平有效，接入启动电阻，为劈相机接触器得电作好了准备。

〔如图3-2所示〕

　　图3-2劈相机启动电阻接触器的LCU控制

　　电路由劈相机中继〔U90-M17〕，劈相机启动电阻接触器，劈相机隔离开关〔242QS〕，使劈相机接触器得电动作，其常开触点闭合，高电平有效，完成电路自锁，使回路构通，劈相机启动。

〔如图3-3所示〕

　　图3-3劈相机接触器的LCU控制

　　劈相机中继得电，信号一路由劈相机中继〔U7C-M17〕到劈相机启动继电器，使劈相机启动完成中继得电动作，其常开电闭合，高电平有效；另一路由劈相机中继到劈相机自动开关〔591QS〕，经劈相机启动完成中继〔U10C-M12〕常开点〔高电平有效〕，完成电路的自锁。

〔如图3-4所示〕

　　图3-4劈相机启动完成中继的LCU控制