电力机车劈相机控制电路结构分析.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）题目：SS4G型电力机车劈相机控制电路结构分析专业班级： 姓 名：* 年 * 月 * 日毕业设计（论文）开题报告题目：SS4G型电力机车劈相机控制电路结构分析本课题的来源、选题依据：经过两年以来所学专业知识和实践的经验，总结电力机车劈相机控制电路的结构和分析。本课题的设计（研究）意义（相关技术的现状和发展趋势）：以SS4G型电力机车为例浅谈电力机车劈相机的控制电路，以及其结构和劈相机控制电路的分析。本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的实现手段（途径）：（可以另附页）电力机车劈相机的结构原理；控制电路的

2、结构分析；结合劈相机和控制电路分析其控制方法。文献综述（列出主要参考文献的作者、名称、出版社、出版时间以及与本课题相关的主要参考要点）：指导教师意见： 指导教师： 年 月 日专业部意见： 签字 年 月 日中期进展情况检查表年 月 日课题名称SS4G型电力机车劈相机控制电路结构分析学生姓名学 号专 业铁道机车指导教师职 称主要研究内容及进展研究内容：SS4G型电力机车劈相机控制电路结构分析进展：分析劈相机的结构、使用规程、控制原理尚须完成的任务整理图纸，结题，打印论文存在的主要问题及解决措施存在的问题：对于劈相机控制过程知识没有具体了解解决措施：向专业老师咨询和查阅相关参考资料指导教师审查意见专

3、业部审查意见目 录前言 4摘要 5一、劈相机概述7（一）劈相机的介绍7（二）电力机车劈相机概述7二、电力机车控制电路的作用与工作原理8（一）概述8（二）对控制电路的要求9（三）电力机车的控制方法及其特点9（四）控制电路的作用10三、 SS4改型电力机车劈相机控制电路结构分析10（一）异步劈相机的起动11（二）劈相机的控制131.劈相机手动控制132.劈相机自动控制143.劈相机故障控制14参考文献16结论17致谢18附录19前言铁路运输是我国经济运行的大动脉，在我国交通体系中占有重要的地位。随着国民经济的迅速发展，我国铁路加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐。但行车安全是铁路运输的永恒主题

4、，铁路提速后对机车的安全性提出了更高更严的要求。机车劈相机是电力机车的心脏部分，它的好坏直接影响到机车的行车安全。而劈相机中的控制电路更是决定了劈相机能否正常工作的核心部分。本论文主要论述了劈相机的结构特点、电力机车控制电路的作用与工作原理，并结合以上两点论述电力机车劈相机控制电路的结构原理。摘 要随着社会的不断发展，经济的不断增长，人们的运输工具也在不断改进，火车早已是人们在当今社会中必不可少的交通工具。然而电力机车则是现在铁路发展的主要潮流。然而电力机车控制电路在机车运行中起了至关重要的作用。本文就是简要介绍了关于SS4改型机车劈相机控制电路作用、原理、结构方面的一些内容，供大家参考。关键

5、词：劈相机；控制电路；劈相机的启动。Abstract（英文摘要） With the continuous development of society and economy, peoples growing transport are constantly improvement, the train had already is people in modern society is the necessary traffic tools. However electric locomotive is now the main railway development trend. Howe

6、ver electric locomotive control circuit in locomotive running plays a vital role. This paper is introduced briefly about SS4 retrofit locomotive split camera control circuit function, principle, structure, some contents, provide everyone reference. 一、劈相机概述（一）劈相机的介绍单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。它具有结构简

7、单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点及可以直接在单相220 V交流电源上使用的特点，因此在家用电器(电扇、洗衣机、电冰箱、空调器等)及轻工业装置上得到了广泛的应用。当然，与同容量的三相异步电动机比较，单相异步电动机的体积大，运行性能较差，效率较低。因此，单相异步电动机只能做成小容量的，从几瓦到几百瓦。单相异步电动机的类型很多，但除罩极电动机的定子具有凸出的磁极外，其余各类的定子铁芯和普通三相异步电动机的相似。一般情况，定子铁芯上有两个绕组：一个称为工作绕组或主绕组，用以产生主磁场和从电源吸收电功率输入给电机；另外一个称为启动绕组或辅助绕组，用来启动电动机。单相异步电动机的转子是普通的鼠笼式转

8、子。（二）电力机车劈相机概述异步劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机。它是一种能实现单一三相变换的异步电机，用于一切由单相电源供电，而又以三相异步电动机为负载的场合。在单相工频交流电力机车的辅助系统中，异步劈相机（简称“劈相机”）用来将主变压器辅助绕组供给的单相电源“劈成”三相，向辅助系统所有三相异步电动机供电。图48所示为异步劈相机工作原理线路图。2.1国产 SS系列电力机车上先后采用过 YPXZ280M4型、JP402A型、YPX280M4型等型号的劈相机，它们都是由相近容量的三相异步电动机改型设计而成。各型劈相机的主要技术数据见表41上述各型劈相机的结构和一般的鼠笼式三相异步电动

9、机结构相似，下面以JP402A型劈相机为例简要介绍其结构特点。JP402A型劈相机由定子和转子两部分组成，作为专用劈相机轴上是不带任何机械负载的，故该电机无轴伸端，其结构如图10-5所示。 1.11-313Z1轴承；2-轴承外盖；3-油杯；4-轴承内盖；5-端盖；6-挡风板；7-定子；8-转子；9-接线罩。1.2 国产劈相机的主要技术数据表数据 型号参数YPX2-280M-4JP402AYPX-280M-4额定功率(kW)输入单相3864.864.8输入三相31.55757额定电压(V)输入单相380380380输入三相380380380额定电流(A)输入单相147200200输入三相5790

10、90功率因数输入单相0.6450.80.8输入三相0.840.960.84额定转速(r/min)149914991499极数444频率(Hz)505050绝缘等级BFF定额种类连续连续连续重量(kg)550586568配属机车SS4SS4改SS8二、电力机车控制电路的作用与工作原理控制电路是由司机控制器、低电压器、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电路。（一）概述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、主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈及各电器的联锁联锁等组成。控制电路可以控制主电路和辅助电路中各电器的动作，并

11、通过司机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。（二）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，因此控制电路应满足下列要求：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、有控制各辅助机组起动、运行的电路，有控制其它辅助设备的电路。4、有保证主电路、辅助电路工作的控制电路，如避免重合闸、避免由于误操作所引起的不良影响等。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，在动作过程中对于没有灭弧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

12、车发生某一故障又不能及时处理时，组成故障电路或切除故障部分，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，即要重新合闸，机车各电器须处于起动前状态，各按键开关须先关闭。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，便于操纵。总之，控制系统要保证行车的安全，利于操纵、运用、维修，尽量节省电气设备，以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，熟练的掌握控制电路原理，就能在平

13、时对机车进行全面保养，在发生故障时能迅速准确地进行分析与处理，对确保行车安全是非常重要的。（三）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。对于电压不高、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。这种方法使机车电路简单、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。所谓间接控制是指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去控制高压部分

14、。这种方法使弱电控制强电，还使操纵部分轻巧灵便，而且使操作者与高压部分很好地隔离。采用间接控制的方法有利于机车向自动化方向发展。随着科学技术的发展，电力机车也得到不断发展，电力机车的自动化水平越来越高，自动控制环节（系统）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，为机车的自动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更高的要求。（四）控制电路的作用目的是为了保证行车的安全，便于操纵、运用、维修，尽量减少电器设备，以达到最佳的经济指标。三、 SS4改型电力机车劈相机控制电路结构分析SS改电力机车劈相机主要是将主变压器

15、辅助绕组A6、X6提供的单相交流电源转变成三相交流电源，为机车上的各辅机提供三相交流电源。如图2-46（一）异步劈相机的起动在单相电网中，劈相机不能自行起动，需采用特殊的起动方法。异步劈相机的起动方法有辅助电动机起动法和分相起动法两种。辅助电动机起动法是在劈相机的转轴上安装一台辅助电动机，起动时先由辅助电动机带动劈相机转子转动，待劈相机转速达到一定值时，将劈相机投入单相电网，并切除辅助电动机的电源。显然，这种起动方法需要增加设备，而且使劈相机的结构复杂、维修困难，故一般都不采用这种方法。分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。电阻分相起动具有线路简单、设备成本低等优点，因而得到广泛的应用

16、，国产SS系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法。劈相机的电阻分相起动原理线路如图49(a)所示，图中RQ为起动电阻。当劈相机的电动相绕组UV接通单相电源起动时，可以把定子绕组看作是由两相组成：一相是VOU，它直接由单相电源供电；另一相是VOW，它与起动电阻RQ串联后由单相电源供电。这时流经VOU相电流滞后电压90电角，而流经VOW相电流滞后角（90)，如图49(b)所示。这两个时间上有不同相位的起动电流通人在空间彼此相差一定电角度的两相绕组中，所产生的气隙合成磁场是一个旋转磁场，在该磁场的作用下能产生较大的起动转矩，使劈相机的转子转动起来。当转速达到同步转速的80%-90%时，借助接

17、触器切除起动电阻，起动即告完成，劈相机投人空载运行。图49 劈相机电阻分相起动原理图(a) 原理线路图；(b)向量图。多年来，在国产SS系列电力机车上经常发生的劈相机烧损故障大部分发生在起动过程中，其主要原因是由于分相起动元件未能合理选择或正常接人。为了保证劈相机的可靠起动，应该解决以下两个问题。（1）起动电阻值应选择合适，以获得最大的起动转矩由于起动电阻值的大小对发电相起动电流的幅值和相位影响极大，起动电阻过大或过小都会使两相磁势的合成磁场成为一个幅值变动、非恒速的椭圆形磁场，从而使起动转矩变小。因此，对不同型号的劈相机而言都有一个相应的起动电阻最佳值。（2）控制好切除起动电阻的时刻当劈相机

18、的起动转矩达到最大值时，应及时切除起动电阻，起动电阻切除过早或过晚对起动电阻和劈相机都是很不利的。图410所示为YPX280M4型劈相机的转矩特性，曲线 1为起动电阻为0.79时的转矩特性，曲线2为无起动电阻单相通电时的转矩特性。由图可见，该劈相机切除起动电阻的最佳时刻应为转速达到最大转矩所对应的转速为 1400 rmin，此时，切除起动电阻，劈相机转矩虽由 735 Nm突然降至441Nm，但电磁转矩仍为正的加速转矩，因此劈相机仍能起动起来直至达到额定转速。但是，当劈相机转速低于850 rmin时提前切除起动电阻，则电磁转矩立即由某个正的加速转矩降为负的制动转矩，使劈相机转子迅速减速，相应的定

19、于电流迅速接近堵转电流，而造成劈相机烧损。所以，在劈相机转速低于临界转速（YPX280M4型为850 rmin），尚未起动起来而过早切除起动电阻，则会因劈相机起动失败，造成定子绕组流过单相大电流而烧损，这种故障习惯上称为“走单相”。反之，当劈相机转速达到最大转矩对应的转速以后，如不及时切除起动电阻，对劈相机和起动电阻也是不利的。这是因为随着转速的增加；流过起动电阻的发电相电流也随之增加，造成起动电阻过热而烧损或阻值增大；同时负序磁场随发电相电流外的增加而增加，使转子导体中的负序电流增大，转子负序电流与气隙正序磁场相互作用产生 100 HZ的交变电磁转矩，使劈相机承受强烈的电磁振动。图410 劈

20、相机机械特性1-起动电阻为0.79；2-无起动电阻。为了保证劈相机可靠起动和避免劈相机起动过程中有害的电磁振动，SS系列电力机车上的劈相机是采用专门设计的起动继电器来控制起动电阻的切除时刻。它是根据劈相机在最大起动转矩对应的转速附近发电相电压将会急剧增加的特点，正确利用发电相电压UW与电网电压UVU比值的变化来控制起动继电器的动作，在最大转矩点切除起动电阻，以保证劈相机可靠起动。另外，在劈相机的实际使用时，还应注意以下几点：（1）劈相机只允许空载起动，待劈相机起动完成后，才能逐个接通电动机负载。（2）劈相机停止工作前应先断开电动机负载。劈相机运行中应特别防止接触网突然断电，劈相机转速下降到 1

21、200 rmin以下不带起动电阻重新起动时，可能造成劈相机“走单相”故障的发生。（3）劈相机起动时间不能过长，在最低网压（19 kV）下起动时间应不超过 15 S，在高网压（29 kV）下要防止过早切除起动电阻，造成劈相机在低速大电流下单相堵转。在一般情况下，连续起动次数不应超过3次，如仍不能起动，则应查明原因消除故障后，方可再行起动。（二）劈相机的控制1.劈相机手动控制劈相机手动、自动启动选择开关591QS（自起劈相机隔离开关）进行选择的，591QS置于“0”为手动启动位；591QS置于“1”为自动启动位。劈相机隔离开关242QS；“1”位正常工作位（1px）；“2”位故障位（1FD）；“0

22、”位试验位 即机车低压试验及库内三相电源试验置于的位置。1、启动前将591QS置于“0”，242QS置于“1PX”位，按下劈相机按键开关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。其控制电路为：464605QA404SK591QS567KA4002、导线560经567KA的正连锁，使导线561有电：560(567KA+567KA)561.以后分成两条支路。导线561经劈相机启动中间继电器566KA反联锁，是分相接触器213KM和劈相机延时继电器533KT得电动作，同时527KT线圈经劈相机启动中间继电器566KA联锁得点，527KT常开

23、联锁闭合，为劈相机的接触器201KM闭合做好了准备。其电路为：561（ +527KT）（533KT+213KM）400561 527KT400213KM吸合，接入启动电阻。533KT吸合为283AK提供电源，其常闭联锁断开577线通路，保证劈相机启动未完成之前，无法启动其他辅机。劈相机接触器的控制导线561经213KM的辅助联锁，使导线572有电，经劈相机故障隔离开关242QS使201KM得电动作，劈相机的主电路沟通，开始启动。其电路为：561（201KM+213KM+205KM）242QS201KM400劈相机启动电阻的切除若劈相机启动正常，则劈相机的启动继电器283AK动作，其正联锁闭合；

24、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正连锁闭合自持。566KA得电电路：561283AK（常开联锁）568566KA400566KA自持电路：561（215QA+242QS）566KA568566KA400至此，劈相机的控制顺利完成。这是单节车的情况下，当两节车重联时，通过重联线N564使另一节车的567KA得电动作。启动另一节的劈相机过程与单节相同。2.劈相机自动控制所谓自动控制是指

25、司机操作主断路器合闸后，劈相机自起启动，无需人为操作劈相机以及其他辅助机的按键开关。这一功能主要用于机车过分相区时，减少司机的操作步骤。（1） 自起劈相机电路分析当主断路器闭合后，4QF联锁打开，导线565失电，劈相机自起延时继电器528KT失电，延时1S后其反联锁闭合，导线562经591QS和528KT反联锁，使567KA得电动作，劈相机开始启动以后的过程与手动控制完全一样，其电路为：560404SK591QS（1）567KA400（2） 劈相机自起操作将劈相机隔离开关242QS置于“1”位自起劈相机隔离开关591QS置于“1”位启动电阻转换开关296QS置于电阻位。404SK此时终在闭合位

26、。3.劈相机故障控制当劈相机故障时，为保证其他辅机能正常工作，SS4改型电力机车采用第一牵引通风机3MA通过分相电容启动后代替劈相机的功能，但采用电容分相启动时网压不能低于22KV。（1） 将劈相机隔离开关242QS置于“2”位，即故障位。目的：将283AK监测发电相电压的引入线279和280转接到3MA的第三相上。（2） 将启动电阻转换开关296QS置于253C电容位。（3） 按下404SK，567KA得电动作。导线560经567KA，使导线561有电。a. 导线561经566KA、527KT使213KM和533KT得电，启动电容接入。b. 导线561经213KM、242QS，是导线580有

27、电，通风机1接触器205KM得电动作并自持，通风机1开始启动，当其发电机电压达到283AK的整定值时，283AK动作。c. 导线561经283AK使566KA得电动作并自持，527KT线圈失电。d. 导线561经联锁、527KT的正联锁切除213KM和533T的供电电路，甩掉通风机1的启动电容，使通风机1进入正常工作状态。e. 导线561经使导线577有电，为其他辅机的正常工作做好准备。（四）“低压试验”控制及库内辅助电路三相电源试验机车“低压试验”时，将242QS打在“0”位（即“试验”位），闭合按键404SK，则567KA、566KA得电闭合，533KT失电，联锁闭合，577有电，即可进行

28、其他辅机接触器操作试验。但此时劈相机接触器201KM被切断，由此，又可将辅助电路库用插座接上三相380V电压，直接启动压缩机和各通风机，无须启动劈相机。参考文献结论经过我的不懈的努力，通过对所学知识的综合运用及拓展应用，我终于完成本篇论文，在整个设计过程中，出现过各种各样的难题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，通过这次论文的设计过程中我体会到：对所学知识做总结是非常必要的，而且知识是相同的，适时地进行总结和融汇贯通会得到喜人的成果，写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文对设计问题的模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，使深刻我体会到实践对于学习的重要性，从只是明白理论，到搜集材料进行研究分析，再进行实践体会。让我对牵引电机转子方面的知识有了跨越式的进步，彻底改变了纸上谈兵的态度，让我真正掌握了知识和技术，做到了理论与实践相结合。总之，通过毕业设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，逐步进行脚踏实地地完成各项指标，这样才能高效率、高质量地完成任务。致谢附录19