SS6型电力机车毕业设计.docx

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SS6型电力机车毕业设计

摘要

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

在电气线路上与SS4B型电力机车基本相同，仅在6轴与4轴组合上有区别。

1992年被列入铁道部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1994年研制成功，并成为货运主要运用机车。

本书对SS6B型电力机车的主电路、辅助电路、和控制电路的控制原理作了重点介绍。

关键词：

SS6B型电力机车、货运、电路。

Abstract

SS6Btypeelectriclocomotiveelectricitytransmissionsystemistopressgeneralization,standardizationandserializationprincipledesigninto-straightdriveelectriclocomotive.AttheelectriccircuitandSS4Btypeelectriclocomotivebasicsame,onlyin6axisandfourshaftcombinedhavedistinction.In1992waslistedinthemortechnologydevelopmentplanofnewproducts.DevelopmentprojectJiCheChangandzhuzhoubyzhuzhoupowerelectriclocomotiveinstituteandotherunitsin1994successfullydeveloped,andbecomethefreightmainlyutilizesthelocomotive.

BookSS6Btypeelectriclocomotivesofthemaincircuit,auxiliarycircuitandcontrolcircuitofemphaticallyintroducesthecontrolprinciple.

Keywords:

SS6Btypeelectriclocomotive,freight,circuit.

引　　言

本设计书从电力机车司乘实用性角度出发主要借鉴《韶山6B型电力机车》（刘友梅编）一书，具体对SS6B型电力机车的主电路、辅助电路、控制电路及主、辅、控三个电路故障进行详细说明。

本书力求简练，实用，以便大家能够很好的了解SS6B型电力机车主、辅、控三大电路以及故障分析处理办法。

主要侧重点：

通过SS6B型电力机车各个部分的电路原理图，对机车的电路、气路进行分析解读；以及当各电路出现问题的处理方法。

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，多机重联时也可担当重载货运牵引。

SS6B型电力机车是6轴货运和客运机车，多机重联时也可以担当重载货运牵引。

机车采用单相工频制，电压25kV，交-直传动。

电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，控制简单，可靠性高，能获得近似四段桥的综合效果。

设有功率因数补偿装置，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。

机车采用ZD114型6极串励脉流牵引电动机，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，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。

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性。

SS6B型电力机车为C0-C0轴式，由2台3轴转向架组成，C0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。

车体是整体承载结构，可承受2450kN纵向静载荷的试验，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，空电联合制动控制，防空转防滑保护控制，功率因数补偿控制，轴重转移电气补偿控制以及故障诊断功能。

SS6B型电力机车的辅助电路采用旋转式劈相机供电系统，设有2台劈相机，各辅助电机采用交流电磁接触器控制通断，三相断路器进行保护。

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，为网压表和电度表提供电压信号；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，采用强迫油循环风冷系统，热交换器是铝合金板翅式散热器。

SS6B型电力机车制动机系统为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。

技术参数

1、机车主电路采用转向架独立供电方式，可进行机车电气轴重转移补偿以提高机车的粘着利用。

采用大功率整流元件和晶闸管元件组装构成的不等分三段半控桥电路，进行机车相控无级调压。

为提高装置并联元件的均流特性，在元件支路串联了均流电抗器，并采用铜散热器进一步改善机组散热条件。

采用加馈电阻制动，保证在低速区（10-5Okm/h）具有恒定的最大制动力。

2、采用与SS6B型机车通用的ZD114型牵引电动机。

3、在机车主电路交流侧也设有功率因数补偿装置，因而使机车具有较高的机车功率因数和较小的谐波等效干扰电流。

4、机车在速度达到5Okm/h（或控制级6级以上）后可实行三级磁场削弱控制。

此外，为提高机车调速范围，控制系统也作电机超压控制，机车最大恒功速度达83km/h。

5、电子控制装置采用标准型结构，对机车进行特性（恒流准恒速）控制，并具有轴重转移电气补偿、防空转滑行、功率因数补偿、空电联合制动等控制功能。

6、辅助电路为传统的旋转劈相机系统。

每台车有两台劈相机，所有辅助电机与SS4G型和SS6乳型机车通用，辅机保护采用三相自动开关保护。

7、C0转向架采用双侧低位平拉杆牵引装置，具有动力学稳定性好、粘着利用高的优点;电机采用滚动轴承抱轴式悬挂、单侧刚性直齿传动;牵引力的传递由轴箱及拉杆传到构架，再由双侧平拉杆传到车体侧梁，通过侧梁传递到车体牵引梁及车钩;一系悬挂和二系悬挂分别是传统的橡胶叠簧和圆簧。

8、机车车体采用了大顶盖整体承载结构，其断面结构与SS4G型机车基本一致。

采用了预布线和预布管设计。

控制电路均由冷压型线簧芯式插件连接，并由车内两端的端子柜交换。

车内设备采用传统的分室斜对称布置，紧凑有序、易于维护。

9、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。

牵引通风支路分别先冷却平波电抗器，然后冷却1、2位（或5、6位）牵引电机，或先冷却变流装置，再冷却3位（或4位）牵引电机。

变压器通风支路为车内吸风，经全铝翅片式散热器进行热变换，再经车顶排风。

制动电阻通风支路为独立的车底吸风、车顶排风，车顶有活动百叶窗结构。

10、为提高SS6B型机车的可靠性和使用性能，并使之适应郑宝铁路电气化铁路日元贷款招标机车的技术要求，SS6B型机车还来用了多项引进产品或引进技术国产化的产品。

除采用ZD114型牵引电机之外，还采用台湾国祥公司生产的顶式空调器，德国德意达与上海通讯工厂合资生产的DFl6型光电式速度传感器，仿6K型机车的静压式风速继电器，国产化的TSG3型（8K型机车）受电弓及TDZlA型空气断路器等电器部件。

编者：

周柯宇

2011年12月16日

第1章SS6B型电力机车主电路的原理分析

1.1　主电路的简介

SS6B型和SS4B型电力机车的电传动系统是按通用、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，同样有主电路、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、故障诊断和处理方法提供方便。

1.2　主电路特点

1、传动方式

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1段1/2U0桥、二、三段1/4U0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

机年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。

1.3　主电路构成

1.3.1　网侧高压电路（25kV电路）

网侧高压电路的主要设备有受电弓lAP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。

低压部分有自动开关l02QA、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l60E。

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/l00V），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、TDZ1A型空气断路器和TBY1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。

图1-125KV网侧电路原理图

1.3.2　整流调整电路

为实现转向架独立控制方式，每台机车采用两套独立的整流调压电路，分别向相应的转向架供电。

如下图1-2所示为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。

图1-2转向架单元整流调压简化电路

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

，

。

其中各段绕组电压：

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

为总整流电压），V1和V2续流。

在电流正半周时，电流路径为a2→V7→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→V2→V1→V10→x2→a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2→V9→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→V2→V1→V8→a2→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→平波电抗器→电机→72号导线→V4→b1→a1→V1→V10→x2→a2；当电流处于负半周时，电流路径为x2→V9→71号导线→平波电抗器→电机→72号线→V2→a1→b1→V3→V8→a2→x2。

此时，V3、V4顺序移相，整流电压在（1/2～3/4）

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）

之间调节。

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

在整流器的输出端还分别并联了两个电阻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。

1.3.3　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，其电路见图1-3。

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→平波电抗器11L→线路接触器12KM→电流传感器111SC→电机电枢→位置转换开关的“牵”—“制”鼓107QPR1→位置转换开关的“前”一“后”鼓l07QPV1→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l6R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，投人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，投人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l6R同时投入，实现机车的Ⅱ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，特设置分流电抗器ll3L（123L、133L、l43L、153L、l63L）。

磁场削弱电阻电路与分流电抗器串联后，再与主极绕组并联。

图1-3牵引供电电路原理图（I架）

1.3.4　加馈电阻制动电路

SS6B型电力机车与其它机型的主要不同之处是采用了加馈电阻制动电路，主要优点是能够获得较好的制动特性，特别是低速制动特性。

加馈电阻制动又称为“补足”电阻制动；它是在常规电阻制动的基础上而发展的一种能耗制动技术。

根据理论分析可知，机车轮周制动力为：

（N）（公式1-1）

式中C——机车结构常数；

φ——电机主极磁通（Wb）；

Iz——电机电枢电流（A）。

在常规的电阻制动中，当电机主励磁最大恒定后，电枢电流（制动电流）Iz随着机车速度的减小而减小。

因此，机车轮周制动力也随着机车速度的变化而变化。

为了克服机车轮周制动力在机车低速区域减小的状况，加馈电阻制动是从电网中吸收电能，通过主相控整流器向电机电枢补足Iz并保持恒定，以此机车在低速区域获得理想的轮周最大恒定制动力。

机车处于加馈电阻制动时，位置转换开关已转换到制动位，牵引电机电枢与主极绕组脱离并与制动电阻串联，且同一转向架的3台电机电枢支路并联之后，与主整流器串联构成回路。

同时，每节车6台电机的主极绕组串联连接，经励磁接触器、励磁整流器99V构成回路，由主变压器励磁绕组供电。

现以1M电机为例，叙述一下电路电流的路径：

1、当机车速度高于33km／h时，机车处于纯电阻制动状态。

其电流路径为71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转换开关“牵”一“制”鼓→13R制动电阻→72母线→V8→V7→71母线。

2、当机车速度低于33km／h，机车处于加馈电阻制动状态。

当电源处于正半周时，其电流路径为a2→V7→71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转换开关“牵”一“制”鼓→13R制动电阻→73母线→V10→x2→a2；当电源处于负半周时，其电流路径为x2→V9→71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转换开关“牵”一“制”鼓→13R制动电阻→72母线→V8→a2→x2。

加馈电阻制动时，主变压器的励磁绕组a5→x5经励磁接触器91KM向励磁整流器99V供电，并与1～6M电机主极绕组串联，且励磁电流方向与牵引时相反，由下往上。

从励磁整流器的输出端开始，其电流路径91母线→199SC电流传感器→90母线→107QPR1位置转换开关“牵”—“制”鼓→19QS→107QPV1→D12-D11→107QPV1→14母线→107QPR2→29QS→107QFV2→D22→D21→107QPV2→24母线→107QPR3→39QS→107QFV3→D32→D31→107QPV3→34母线→108QPR6→69QS→108QPV6→D61→D62→108QPV6→64母线→108QPR5→59QS→108QPV5→D51→D52→108QPV5→54母线→108QPR4→49QS→108QPV4→D41→D42→44母线→92KM励磁接触器→82母线。

第一转向架牵引电机1M、2M和3M电枢，制动电阻及主整流器70V组成第一转向架主接地保护系统，由主接地继电器97KE担负保护功能。

第二转向架牵引电机4M、5M、6M电枢，制动电阻，主整流器80V及励磁整流器99V，负极母线82为主整流器80V与励磁整流器99V的公共点，组成第二转向架主接地保护系统，由主接地继电器98KE担负保护功能。

由此形成两个独立的接地保护电路系统。

制动工况时，当一台牵引电机或制动电阻故障后，应将相应隔离开关置向下故障位，则线路接触器打开，电枢回路被甩开，主极绕组无电流但有电位。

1.3.5　PFC电路

SS6B型电力机车主电路设置有４组完全相同的PFC装置。

PFC电路结构见图2-4。

该装置是通过滤波电容和滤波电图1-4　PFC电路结构抗的串联谐振，来吸收机车的三次谐波含量，提高机车的功率因数。

它主要由真空接触器（电磁式）、开关晶闸管、滤波电容、滤波电抗和故障隔离开关等电器组成。

机车采用的电磁式真空接触器具有接通、分断能力大、电气和机械寿命长等优点。

在电路中，采用该真空接触器的作用和目的主要有两点：

一是当晶闸管开关被击穿重燃时，利用其分断能力大的优势起电路的保护作用；二是采用该真空接触器之后，可简化机车的控制系统和机车的结构设计。

在PFC电路中设置有故障隔离开关，在PFC电路出现接地时做隔离处理用。

当故障隔离开关处于故障位时，一方面使PFC电路与机车主变压器的牵引绕组完全隔离；另一方面，通过其辅助联锁控制真空接触器主触头分断。

同时，其主闸刀还将对电容器进行放电。

为确保人身安全，在每组PFC电路中的滤波电容和滤波电抗上并联了一个电阻（800Ω），当司机取出司机钥匙时，滤波电容上的电压能够快速放电。

该电阻的投入是靠放电继电器（116KM、126KM、156KM和166KM）来实现的。

1.3.6　保护电路

SS6B型电力机车主电路保护包括：

短路、过流、过电压及主接地保护等四个方面。

现分述如下：

1、短路保护

当网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA→原边过流继电器101KC，使主断路器4QF动作，实现保护，其整定值为320A。

当次边出现短路时，经次边电流互感器176TA、177TA、186TA及187TA电子柜过流保护环节→使主断路器4QF动作，实现保护，其整定值为3000A（1±5％）。

硅元件击穿短路保护，取消传统电路在整流器每一个晶闸管上串联的快速熔断器，采用在每一整流桥交流侧低电压位的输入端串联一个快速熔断器来实现。

这有两个显著优点：

一是能快速实现硅元件击穿保护；二是能有效保护同一桥臂其他未击穿短路硅元件。

2、过流保护

考虑到牵引工况和制动工况时，牵引电机的状况不同，牵引电机过流保护的整定值和保护方式设置也不同。

在牵引工况时，牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器111SC、121SC、131SC、141SC、151SC和161SC→电子柜→主断路器来实现的，其整定值为1300A（1±5％）。

在制动工况时，牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器111SC、121SC、131SC、141SC、151SC和161SC→电子柜→励磁过流中间继电器559KA→励磁接触器91KM来实现的，整定值为1000A（1±5％）。

此外，还设有励磁绕组的过流保护，它是通过直流电流传感器199SC→电子柜→励磁过流中间继电器559KA→励磁接触器91KM来实现的。

其整定值为1150A（1±5％）。

3、过电压保护

机车的过电压包括大气过电压、操作过电压、整流器换向过电压和调节过电压等。

大气过电压的保护主要采用两种方式：

一是在网侧设置新型金属氧化避雷器5F；二是在主变压器的各次边绕组上设置RC过电压吸收装置和牵引绕组上的非线性电阻138RV、139RV、148RV、149R