HXD3交流传动货运电力机车电气系统介绍-讲课资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,HXD3,型交流传动货运电力机车,电气系统介绍,2011,年,2,月,23,日,1.,概述,HXD3,型交流传动货运电力机车的主传动和辅助传动系统均采用了交流控制技术，整个电气系统的设计坚持起点高、技术领先的原则，并充分考虑了大功率货运电力机车的实际需要，采用先进、成熟、可靠的技术，按照标准化、系列化、模块化、信息化的总体要求进行全方位设计的 。,HX,D,3,型交流传动货运电力机车的控制监视系统，是在东芝公司机车控制监视系统方面成熟的软件、硬件、控制模式和系统思想的基础上研制的,.,机车控制监视系统（简称,TCMS,）的核心任务是：根据司机指令完成对主变流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时控制、牵引,/,制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车运行状态，具备完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。,HX,D,3,型交流货运电力机车的制动系统采用的是克诺尔的,CCB-,型制动机,该制动系统是基于网络控制的电空制动系统,. CCB-,型制动机与微机显示屏一起来完成制动系统的诊断、自检、校准、故障记录等。,HXD3,型交流货运电力机车的行车安全监控系统采用了目前国产电力机车通用的,LKJ2000,型监控主机，,TAX2监测装置,、语音箱、,JT,-C,主体化,机车信号,系统和,CIR,机车综合通讯装置。,CIR,机车综合通讯装置,随着通信技术的发展和业务需求的不断增加，机车无线通信的内容也得到了完善与发展，并形成了机车综合无线通信平台。,根据实际运用需求要求进行功能模块配置，机车综合无线通信设备（,CIR,）可覆盖,450MHz,调度通信系统（包括话音通信、调度命令、列尾、无线车次号等）、,800MHz,列尾和,800MHz,列车安全预警及二次防护系统、,GSM-R,数字移动通信系统（话音通信、数据通信）、高速数据传输等。,整车电气线路组成：,主电路；,辅助电路及,110V,充电模块电路；,(,含,220V,加热回路、低温预热回路、压缩机的低温预热及控制保护,),机车控制与监视系统电路；,（含机车重联控制、自动过分相控制、弓网故障保护控制电路）,机车行车安全监控系统,;,制动系统,;,（含,WSP,空转滑行保护检测系统）（,已取消,）,机车各类灯及相关辅助设备的控制,机车主电路：,原边网侧电路；,主变压器；,主变流器；,牵引电动机；,库用动车电路等组成。,机车主电路,2.1,原边网侧电路,网侧电路由,2,台受电弓,AP1,、,AP2,、,2,台高压隔离开关,QS1,、,QS2,、,1,个高压电流互感器,TA1,、,1,个高压电压互感器,TV1,、,1,台主断路器,QF1,、,1,台高压接地开关,QS10,、,1,台避雷器,F1,、主变压器原边绕组,AX,、,1,个低压电流互感器,TA2,和回流装置,EB1,6,等组成。,接触网电流通过受电弓,AP1,或,AP2,引入机车，经高压隔离开关,QS1,或,QS2,和主断路器,QF1,，通过大,A,端子进入车内，经,25kV,高压电缆由车内至车下，穿过,TA1,与主变压器原边,1U,端子相连，经过主变压器原边，从,1V,端子流出，穿过,TA2,与车体地相连，最后通过,6,个并联的回流装置,EB1,EB6,，从轮对回流至钢轨,电能的计量,HXD3,型电力机车选用了爱尔斯特,(ELSTER),公司生产的智能型电度表，可用于机车牵引、再生电能的计量，电度表设有屏显窗口和切换按钮，通过按钮切换，可以进入不同的状态模式（滚动模式、标准模式、,ABL,模式），进行信息量的查询，电度表既可查询近期每天的电能消耗及能量的反馈，还可查询当时的原边电压、电流及功率因数等。,通过采集原边低压电流互感器,TA2,和高压电压互感器,TV1,提供的电流和电压信号来实现电能的计量,高压电气连锁保护,司乘人员上、下顶盖时要打开或关闭机械室天窗、或者对高压电器进行检查时需要打开柜门，为了确保安全，设置了高压互锁功能。高压接地开关,QS10,上配有一把蓝色钥匙和两把黄色钥匙，其中蓝色钥匙可以控制受电弓的升弓气路，黄色钥匙可以打开机械室天窗或高压电器柜门，通过他们与接地开关的连锁控制，实现,SL1,型电力机车的 高压电气安全互锁功能。,机车正常运行时，高压接地开关,QS10,置运行位，此时兰色钥匙可以拔出，插入管路柜上的升弓气路阀，保证受电弓的气路连通，同时,QS10,的辅助连锁触点闭合（信号,425,得电），为主断路器闭合提供了必要条件。,机车需要打开顶盖或电器柜柜门进行检修时，首先断开主断路器并降弓，然后将空气管路柜上的兰色钥匙旋转拔除，切断升弓气路；将兰色钥匙插入接地开关,QS10,并向右旋转，然后将接地开关旋至接地位，保证车顶设备可靠接地，此时旋转黄色钥匙并拔出，可以打开车顶盖或高压电器柜门。,受电弓 真空断路器,高压电流互感器 高压电压互感器,避雷器 高压隔离开关,高压接地开关打至接地位,高压接地开关,2.2,主变压器,采用轴向分裂、心式卧放、下悬式安装的一体化多绕组变压器，具有高阻抗、重量轻等特点；采用真空注油、强油风冷、氮气密封等特殊的工艺措施，延长变压器的绝缘寿命。,主变压器的六个,1450V,牵引绕组分别用于两套主变流器的供电；两个,V,辅助绕组分别用于辅助变流器的供电，辅助变流器的中间直流回路还同时给电源充电模块供电，辅助变流器的输出还经过隔离变压器，给司机室各加热设备及低温预热回路提供和交流电源,牵引绕组的短路阻抗：,;,辅助绕组的短路阻抗：,.5%,。,名 称,单位,一次侧,绕组,牵引,绕组,辅助,绕组,额定电压,V,25000,1450,399,额定电流,A,360,966X6,759X2,标称容量,KVA,9006,1400X6,303X2,短路阻抗,46,18.5,主变压器,2.3,主变流器,每台机车装有两个变流器机箱，每一变流器机箱内含有,3,组主变流器和一组辅助变流器。使其结构紧凑，便于设备安装。,主变流器由四象限整流器、直流环节、逆变器组成。采用,IGBT,元件。主变流器的性能适应货运机车大牵引力的特点。,主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点，是国际上流行的冷却方式。,变流装置,2.3.1,主变流器参数,开关元件：,IGBT,4500V-900A,冷却方式： 水冷（纯水乙二醇）,四象限脉冲整流器,额定输入电压：,1450VAC,输入频率：,50Hz,额定输入电流：,965A,额定输入容量：,1280kVA,中间电压：,2800V,牵引逆变器,输出电压：,0,2150VAC,（三相）,输出电流：,0,520A,额定输出电压：,2000V,额定输出电流：,382A,输出频率：,0,120Hz,IGBT,元件说明：,IGBT,元件型号：,MG900GXH1U53,东芝公司生产,额定电压：,4500V,（集电极,-,发射极间电压,),额定电流：,900A,（集电极的有效值电流）,最大电流：,1800A,（最大电流）,使用温度：,-40,125 ,绝缘耐电压：,ac,分钟,IGBT,元件特点：,1),高输入阻抗,关闭时泄露电流极小,损耗可忽略,用极小的栅极电压即可控制元件的开闭；,2,）高速元件，转换时间比,GTO,等短，转换（打开,/,关闭）时的损耗小；,3,）可正常切断，属于可自消弧的元件，模块内部没有过电压吸收电路，构成简单；,4,）该元件电流密度高，用比较小的元件可以控制大电流；,5,）可以并联连接，目前四象限整流器的桥臂就是采用两个元件并联。,变流器功率模块说明,:,功率模块是构成变流器的核心部件，是由上下桥臂的两组元件和反并联二极管构成，还包括冷却元件的水冷散热片和控制栅极电压的门放大器基板；,四象限整流器是由相、相两个功率模块构成，逆变器是由相、相、相三个功率模块构成，即功率模块数量是由相单位构成,由于四象限整流器和逆变器的电流值要求不同，因此四象限整流器是由个元件并联后组成功率模块，逆变器则是由单个元件构成功率模块，因此四象限整流器和逆变器的功率模块不能互换，但是他们采用的是相同的，额定值都是因此模块内的元件是可以互换的。,运用、检修、维护时，都是以模块形式进行更换，然后送专用厂家进行维护检修。,逆变器功率模块,2.3.2,主变流器工作原理,机车采用两组主变流器,UM1,和,UM2,，每一组主变流器内含有,3,个牵引变流器，它们分别由主变压器的牵引绕组,a1x1,、,a2x2,、,a3x3,和,a4x4,、,a5x5,、,a6x6,供电，,6,组牵引变流器经过整流逆变后，分别给牵引电动机,M1,、,M2,、,M3,、,M4,、,M5,、,M6,供电。当任何一组或几组牵引变流器支路出现故障时，均可通过故障隔离开关进行隔离，实现整车的冗余控制。牵引变流器主要由四象限整流器、中间直流电路和牵引逆变器几部分组成，每一部分的基本结构和工作原理如下：,四象限整流器电路,:,四象限整流器的作用是向电机侧逆变器提供一个相匹配的恒定的直流电压源，它由四象限前级电路和四象限脉冲整流电路两部分组成四象限前级电路由充电电阻、充电接触器、工作接触器构成。在牵引变流器工作前，牵引变流器的控制装置根据微机控制监视系统来的信号，先闭合充电接触器，经过充电电阻限流，四象限脉冲整流器向中间直流回路充电，建立初始电压，接入充电电阻的目的是减少四象限脉冲整流器的电流冲击。当检测到中间电压到,2000V,后，闭合线路接触器，继续向直流环节充电，利用脉冲调制电流控制技术，控制整流器的输出电压稳定在直流,2800V,，通过调整脉冲调制角，使交流侧电流、电压为同相位，从而使整流器的功率因数接近,1,。,对于型机车，组四象限整流器的调制波相位是一致的，但载波的相位不一致依次相差,、,，从而达到消除谐波的目的，通过这样做还可以保证等效干扰电流,p2.5A.,中间直流电路,中间直流电路是四象限整流器和电机侧逆变器之间的中间环节。在三相交流传动系统中，中间直流电路起着很重要的作用，主要表现为：在网侧整流器和电机侧逆变器之间实现瞬时功率平衡；储能电容向牵引电动机提供基波无功功率和高次谐波的通路；变流器换流能力直接受中间电路电压的影响，逆变器的调制电压质量也取决于其平衡程度，因此对它要求较高，总之，中间直流电路是保证交,直,交系统正常工作的一个重要环节。,在中间直流回路中，直流电压产生,2,倍于输入电源频率的脉动（,100Hz),，因此逆变器频率接近脉动频率时，牵引电动机电流产生脉动现象，由此而带来的问题是元件电流增加，电机转矩脉动增大。欧洲生产的电力机车一般是通过,LC,滤波器来减小直流电压脉动，但型电力机车取消了中间二次滤波回路环节，它是通过逆变器的软件控制，调节逆变器频率，使逆变器输出电压正负周期的电压时间乘积趋于相等，来消除二次谐波电压的影响，大幅度抑制电动机电流脉动现象和转矩脉动现象。取消二次滤波回路，是,型电力机车主回路的一个重要特点,型电力机车中间直流电路由中间电压支撑电容、瞬时过电压限制电路和主接地保护电路组成。,中间电压支撑电容主要起稳定中间回路电压，同时可,向牵引电动机提供基波无功功率和高次谐波的通路；,瞬时过电压限制电路由,IGBT,和限流电阻组成。,主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个接地信号传感器组成。每套机组分别含三套接地保护电路，可以分别对三个交直交牵引电路进行监测和保护，接地检测信号送,TCMS,，进行故障显示，接地保护开关设在控制电器柜上，可进行故障切换运行。,逆变器、牵引电机电路,HX,D,3,型交流传动货运电力机车的牵引逆变器是由,IGBT,元件组成的,PWM,逆变单元，整车的,6,个牵引逆变器分别向,6,台牵引电动机供电。由于牵引逆变器采用矢量控制模式，使异步牵引电动机具有快速反应的动态性能，实现了机车每个牵引电动机的独立控制。由于整车采用轴控方式，当整台机车的,6,个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀时，均可以通过牵引变流器的控制进行适当的补偿，以实现最大限度地发挥机车牵引力。,2.3.3,主流器的保护电路,机车主电路的保护除原边过流保护及前边提到的瞬时过电压保护、接地保护外，在牵引变流器内，还设立了多种保护功能，以保证牵引变流器和整车的安全运行。,水冷却系统的保护,牵引变流器的冷却系统是由复合冷却器的水空气热交换器、联管、阀门、储水箱、水泵、塞门、流量计、冷却介质等组成，利用去离子水和乙二醇的混合冷却介质通过热交换器对,IGBT,器件进行冷却，具有很好的冷却效果。在冷却系统中，设定了如下监视和保护：,A),通过流量计监测冷却水的流速，实现牵引变流器进口水压监测和失压保护；,B),通过监测水空气热交换器风速，实现牵引变流器水冷却的保护；,C),通过热敏电阻温度继电器对元件的监测，实现牵引变流器进出口水温的监视和保护；,D),通过水位计，对储水箱的水位进行监视和低于最低许用水位的保护。,过流和过载保护,A),在每一组牵引变流器的输入回路中，设有输入电流互感器,ACCT,，起控制和监视变流器充电电流及牵引绕组短路电流的作用，其动作保护值为,1960A,（,us,和,ms),。保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号，通过按复位开关恢复；这种故障如果在分钟内连续发生两次，故障将被锁定，必须切断的控制电源，才能恢复正常。,B),在每一组牵引变流器的输出回路中，设有输出电流互感器,CTU,、,CTW,，对牵引电机过载及牵引电机三相不平衡起控制和监视保护作用，牵引电机过载保护的动作值为,1400A(,us,和,ms),；保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。通过按复位开关恢复；这种故障如果在分钟内连续发生两次，故障将被锁定，必须切断的控制电源，才能恢复正常。,接地保护,牵引变流器的接地保护系统由跨接在中间回路的,2,个串联电容和,1,个接地信号检测传感器组成。当主牵引回路正常时，由于只有,1,点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。,当主电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，传感器输出电流信号，使保护装置动作，其动作保护值为,10A(1ms,和,150ms),。保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。此时司机可将故障支路的 变流器切除,机车还剩,5,6,的牵引动力，继续维持机车运行，回段后再作处理。,原边电压保护：,当原边网压高于,32KV,且持续,0ms,或者是高于,3,KV,且持续,ms,时，,CI,保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发原边过压的信息。,当原边网压低于,KV,且持续,ms,时，保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发原边欠压的信息。,瞬时过电压保护,在机车出现空转、滑行或者受电弓离线造成的网压中断等情况时，牵引变流器的中间回路上可能出现瞬时过电压，为了防止这种过电压对变流器造成损坏，在中间直流回路设有瞬时过电压限制电路，由,IGBT,和限流电阻组成。这是一种多次重复方式的保护方法。当过电压存在时，该,IGBT,将导通，直流回路能量经限流电阻放电和释放，消除过电压。,牵引变流器中间直流回路电压范围保护,通过对牵引变流器中间直流回路电压传感器的监测，当牵引变流器的中间直流回路电压大于等于,3200V,时，中间回路瞬时过电压保护环节动作，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开；当牵引变流器的中间直流回路电压小于等于,2000V,时，中间回路低电压保护环节动作，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开（库内动车除外）。,牵引变流器内部的控制电源故障时，通过微机系统内部检测实施保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开。,器件保护,A),四象限脉冲整流器（,Convertor,）器件的短路保护（,CFDC,）,通过对门放大器的监测，当出现门电压不一致时，说明,Convertor,器件短路，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。,B),逆变器（,Inverter,）器件的短路保护（,CFDI,）,通过对门放大器的监测，当出现门电压不一致时，说明,Inverter,器件短路，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。,牵引变流器的检修安全连锁保护,在检查或操作牵引变流器之前，断开真空主断路器，降下受电弓，然后闭合主变流器的试验开关，通过司机台上的微机显示屏确认设备内的电容器已放电完毕后（小于,36V,），才能进行检查操作，否则中间回路的支撑电容上有很高的电压，没有及时放完，会危及人身安全,2.4,三相异步牵引电动机,该电机由东芝公司设计生产,根据电压型,PWM,逆变器供电的特点进行特殊设计，以保证在,PWM,逆变器的整个输出电压、频率范围内电机的脉动转矩、损耗和噪声均满足铁路牵引运用要求,。,牵引电机参数：,型号 ,持续功率,1250kW,额定电压,2150V,额定电流,390A,额定频率,35Hz,额定转速,1365(r/min,）,最高转速,3195r/min,极数,4,功率因数,0.9,额定效率,95. %,绝缘等级,200,级,冷却方式 强迫风冷,通风量,96m,3,/min,（静风压,1800Pa,）,牵引电机,2.5,库内动车,机车共设置两个主电路入库插座和主电路入库转换开关，方便机车库内动车的需要。,库内电源通过单相插座送到二位或五位牵引电动机的主变流器环节，进行库内动车作业。此时，主变流器的整流部分工作在相控工况。该库内电源设备采用与辅助回路共用一套电源的模式，目前设计容量为,300KVA,，输出为,600V,直流电源，考虑到单相,380V,会造成系统供电不平衡，因此采用三相,380V,的供电模式。,当需要用二位牵引电动机,M2,动车时，在主电路入库插座,XSM1,处接入库内动车电源引线，转换主电路入库转换开关,QS3,，再闭合地面电源，通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动；当需要用五位牵引电动机,M5,动车时，在主电路入库插座,XSM2,处接入库内动车电源引线，转换主电路入库转换开关,QS4,，再闭合地面电源，通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动。,辅助电路,机车的辅助电路分为三部分电路：,辅助变流器供电电路,110V,充电电源模块电路,辅助加热装置电路,压缩机加热回路,3.1,辅助变流器供电电路,电力机车辅助系统是机车的重要组成部分，包括通风、冷却系统、压缩机及空调等，其作用是为机车牵引及制动系统提供保障的，而机车辅助变流系统又是为机车辅助系统提供三相交流电源的。因此辅助变流系统的好坏，直接关系到机车能否正常运行。,HX,D,3,型电力机车辅助变流系统的供电电路是由变压器辅助绕组、辅助变流器、滤波电感和滤波电容、接触器、自动开关、辅助电动机等组成，,辅助变流器供电电路图,3.1.1,辅助变流器,机车设有,2,套辅助变流器，分别同,2,套主变流器安装在一起，组成功率变流柜。辅助变流器由四象限整流器、中间直流回路、逆变电路组成。,辅助变流器能提供,VVVF,和,CVCF,三相电源，对辅助电机分类供电。该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。,辅助变流器,3.1.2,交流滤波装置,交流滤波装置是由滤波电感和滤波电容组成的低通滤波器。它的作用就是将辅助变流器输出的,PWM,电源波形整形成准正弦电压波形。,滤波装置参数,输入电压：,2380V10%/0.250Hz PWM,正弦波,输出电压：,2380V10%/0.250Hz,正弦波,输出电压畸变系数：,5%,以下（,230KVA,）,交流电抗器：,3-SOO,60Hz 380uh,350A,交流电容器：,380V,，,3X300uF,滤波装置柜,3.1.3,辅助变流器供电电路,辅助变流器,UA11,、,UA12,的额定容量均为,230kVA,，分别由主变压器,TM1,的两个辅助绕组,3U1,、,3U2,供电，辅助绕组的电压均为,399V,。,辅助变流器,UA11,的输出，经过辅助滤波器,LC,，通过输出接触器,KM11,给牵引风机电动机,MA11,、,MA12,、,MA13,、,MA14,、,MA15,、,MA16,和冷却塔风机电动机,MA17,、,MA18,供电。,辅助变流器,UA12,的输出，同样经过辅助滤波器,LC,，通过输出接触器,KM12,给空气压缩机电动机,MA19,、,MA20,、主变压器油泵,MA21,、,MA22,、司机室空调,EV11,、,EV12,、主变流器内部的水泵,WP1,、,WP2,、辅助变流器风机,APBM1,、,APBM2,供电，同时,UA12,还经过,AT1,隔离变压器，向司机室内的辅助加热设备和低温预热设备、卫生间及压缩机加热回路提供交流电源。正常工作情况下，辅助变流器的负载功率分配情况见附表,。,在辅助变流器,UA11,或辅助变流器,UA12,发生故障的情况下，微机柜,TCMS,将自动断开其相应的输出接触器,KM11,或输出接触器,KM12,，再闭合故障转换接触器,KM20,，把发生故障的辅助变流器的负载切换到另一套辅助变流器上，由该辅助变流器对全车的三相辅助电动机供电。,当在库内需要对机车的辅助电动机进行动作及转向确认时，可通过辅助电路库用插座,XSA1,，并通过操作辅助电路库用转换开关,QS11,将,DC600V,库内电源引入辅助变流器,UA12,，进行辅助系统库内,600V,的动作试验。,机车上的各辅助电动机均通过各自的自动开关与辅助变流器连接，除,2,台空气压缩机外，均不设电磁接触器。使辅助电动机电路更简化、更可靠。当辅助变流器采用软起动方式进行起动，除空气压缩机电动机外，其他辅助电动机也随之起动。空气压缩机的起动受电磁接触器的控制，电磁接触器受机车司机控制扳键开关和总风缸的空气压力开关的控制。,辅助变流器负载分配,30,辅助加热装置,3.72,油泵,202,冷却塔通风机,7.4 2,水泵,+,辅助通风机,151,115,合计,5 2,空调,18.56,牵引电动机通风机,252,压缩机,辅助变流器,1,（,kVA,）,辅助变流器,2,（,kVA,）,3.1.4,辅助变流器供电电路的保护,辅助变流器供电电路的接地保护,每个辅助变流器的接地保护系统都是由跨接在中间回路的,2,个串联电容和,1,个接地信号检测传感器组成。辅助回路正常时，由于只有,1,点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。,当辅助电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，传感器输出电流信号，使保护装置动作。保护发生时，相控整流器和逆变器的门极均被封锁，同时向微机控制系统发出跳主断的信号,辅助变流器的过流和过载保护,在每一组辅助变流器的输入回路中，设有输入电流互感器,ACCT,，起控制和监视辅助变流器充电电流及辅助绕组短路电流的作用，其动作保护值为,1600A,。保护发生时，四象限整流器的门极均被封锁，工作接触器,K,、,AK,均断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号，该故障消除后,10s,内自动复位，如果此故障在,2,分钟内连续发生两次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器的控制电源，才可解锁。,在每一组辅助变流器的输出回路中，设有输出电流互感器,CTU,和,CTW,，对辅助电动机回路过载及辅助电动机三相不平衡起控制和监视保护作用，辅助电动机回路过载保护的动作值为,850A,。保护发生时，逆变器的门极均被封锁，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。该故障消除后,10s,内自动复位，如果此故障在,2,分钟内连续发生,6,次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器的控制电源，才可解锁。,辅助变流器中间直流回路电压保护,辅助变流器中间直流回路设有两组电压监测环节，其中,DCPT4,是用于四象限整流器器的控制，,DCPT5,是用于逆变器的控制。当,DCPT5,监测到中间直流回路电压大于等于,825V,时，中间回路过电压保护环节动作，逆变器的门极均被封锁，逆变器停止输出；当,DCPT5,监测到中间直流回路电压小于等于,580V,时，逆变器的门极被封锁，逆变器停止输出；当,DCPT4,监测到中间直流回路电压大于等于,825V,时，中间回路过电压保护环节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器,K,断开，四象限整流器停止输出；当,DCPT4,监测到中间直流回路电压小于等于,270V,时，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器,K,断开，四象限整流器停止输出；,辅助变流器输入电压的保护,当辅助变流器的输入电压（即辅助绕组的输出电压）低于,283V,时（即网压低于,17.5KV,时），低压保护环节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器,K,、,AK,断开，四象限整流器停止输出。,当辅助变流器的输入电压高于,502V,时（即网压高于,31.5KV,时），过压保护环节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器,K,、,AK,断开，四象限整流器停止输出。,110V,充电模块输入电源的短路过载保护,每组辅助变流器，均可向,110V,充电模块提供,DC750,电源，输出电源回路通过熔断器,DF,进行短路过载保护，熔丝额定值为,32A,。当,DF,出现熔断后，辅助变流器将通知微机控制系统,TCMS,，进行,110V,充电模块输入电源的转换，由非故障的辅助变流器向,110V,充电模块提供直流电源，同时微机显示屏也进行相应故障显示和记录。,3. 2 110V,充电电源模块电路,DC110V,充电电源模块,PSU,含两组电源，通常只有一组电源工作，故障发生时另外一组电源自动启动，供给负载电源。,DC110V,充电电源采用的是高频电源模块,输入电压,DC750V,输出电压,DC110V2%,55A,，,6050W,（,25,），采用自冷方式，控制电源电压采用,DC750V,。,机车控制电源的核心是,DC110V,充电电源屏,PSU,。机车,110V,控制电源采用的是高频电源模块与蓄电池并联，共同输出的工作方式，再通过自动开关分别送到各条支路，如微机控制、机车控制、主变流器、辅助变流器、车内照明、车外照明等。,PSU,的输入电源来自,UA11,或,UA12,的中间回路电源，当,UA11,和,UA12,均正常时，由,UA12,向,PSU,输入,DC750V,电源，当,UA12,故障时，转由,UA11,向,PSU,输入,DC750V,电源。,电源屏上设有两个转换开关,SW1,和,SW2,，其中,SW1,有两档，“,TCMS”,和“手动控制” ，,SW2,也有两档，“电源,1”,和“电源,2”,，其中“,TCMS”,档表示由微机自动控制，奇数日，电源,1,工作，偶数日，电源,2,工作，如果其中一组电源出现故障，可自动切换；“手动控制”表示人为设定，如果,SW2,置“电源,1”,，表示电源,1,工作，如果,SW2,置“电源,2”,，表示电源,2,工作，如果在手动状态下，电源出现故障，不能自动切换。,110V,电源模块,蓄电池柜,3.3,辅助加热装置电路,辅助加热回路的,AC220V,交流电源是由辅助变流器,APU2,通过隔离变压器,AT1,转换,进行供电的。,机车辅助加热回路中，还设有低温预热回路，可以采用,DC110V,低温预热，也可以采用,AC110V,低温预热。当低温预热开关,QA72,断开时，如果闭合自动开关,QA56,，接触器,KM22,闭合，将采用,DC110V,低温预热方式，对主变流器、辅助变流器、,110V,电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。预热一定时间，当辅助变流器正常工作后，可以闭合,QA72,，采用,AC110V,进行低温预热，此时继电器,KE11,和接触器,KM21,闭合，将采用,AC110V,低温预热方式，对主变流器、辅助变流器、,110V,电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。通过闭合自动开关,QA73,，可以对撒砂装置进行加热。,3.4,压缩机加热回路,该部分电路是为了保证压缩机在,-40,也能可靠运转而设置；,压缩机加热时，压缩机不能打风,压缩机加热回路电路,4,机车控制监视系统电路,TCMS,微机控制监视系统,司机指令与信息显示电路,机车逻辑控制和保护电路,主变流器控制电路,辅助变流器控制电路,机车重联控制电路,空调机组控制电路,自动过分相控制电路,弓网故障保护控制电路,4.1,机车微机控制监视系统,微机控制监视系统,TCMS,在整个机车控制中起主导作用，它的工作正常与否直接决定了机车能否安全、正常地运行,因此在配置上采取了双机冗余、双机热备措施，以提高系统的可靠性。,TCMS,完成机车下列方面的控制和保护功能：顺序逻辑控制、机车的牵引制动特性控制、定速控制、冗余控制、自动过分相控制、主变流器控制、辅助变流器控制和重联控制，并实现智能故障诊断、显示和机车保护控制。,HXD3,型电力机车控制框图,微机系统双机热备形式示意图,微机系统双机热备形式示意图（,端故障）,TCMS,微机控制柜,4.1.1TCMS,主要完成的控制,牵引制动特性曲线的控制；（,23t,和,25t,切换：主,CPU,搭载基板,PUZ33,上的开关,SW1,置”,0”,是,23t,开关,SW,置”,0,以外的数”是,25t),定速控制,;(,速度,15km/h,未采用空气制动,),禁止功率输出；,升弓控制；（控制上保证必须先断主断，才能降弓）,压缩机起停控制；,110V,电源屏的控制；,自动过分相控制；,警惕装置控制；,对主断路器的闭合与分断控制,主断路器,VCB,作为机车的总保护开关，由多个结点控制，例如主变流器、辅助变流器等都可以将其断开，当所有的结点都允许其闭合时，才能使其处于闭合状态。,主断闭合,：当微机柜,TCMS,接收到来自司机钥匙的“合主断”命令时，并且自身没有任何故障的情况下，允许闭合主断路器的连锁触点,主断断开,：如果机车出现原边过流、变压器油温太高（,100,）、主变流器严重故障和辅助变流器严重故障或司机人为给出断主断的指令时，主断路器断开。,4.1.2 TCMS,的故障处理与记录,TCMS,在机车出现故障时，以显示屏显示、报警灯指示两种方式，通知操作人员，并自动完成相应的保护动作，记录发生故障时的相关信息，为后期诊断提供有用且必要的信息，而且还可以通过便携式计算机将故障履历下载进行分析和保存。,4.1.3 TCMS,的信息显示,显示部分设计的原则是显示简洁、明了醒目，但又兼顾现有的习惯。,画面的上部为常显的信息，显示时间、速度、工况、重联状态等；中间区域为主信息显示区，根据不同的工况、按键的选择，将显示牵引,/,制动的有关参数、机器的状态、开关信息；底部为功能键区，由于采用触摸显示屏，因此它将根据不同的工况和选择，显示不同的功能键。通过显示屏亦可显示出机车重联与否以及重联机车的故障信息。,显示模式在开机后根据不同工况来转换。,牵引,/,制动主画面,变流器画面,开关状态画面,辅助电源画面,故障履历画面,4.2,司机指令与信息显示电路,在机车的,I,、,II,端司机室设置了完全相同的控制指令开关，可以分别对机车的微机控制与监视系统发出命令，实现机车的控制。,司机指令与信息显示电路（,端）,司机指令与信息显示电路（,端）,4.3,机车逻辑控制和保护电路,机车的逻辑控制和保护电路主要是将各辅助电动机自动开关、各风速继电器、高压故障隔离开关、压缩机接触器状态、主断路器状态、辅助变流器的库内试验开关、主变流器试验开关、变压器温度过高保护开关、空气管路系统压力继电器等的状态指令送入微机柜,TCMS,，用于机车的各种工作逻辑控制、保护逻辑控制，并通过,TCMS,与主变流器和辅助变流器之间的通信，将有关控制指令信息送到主变流器和辅助变流器，达到整车联控的目的；,还包括微机系统,TCMS,对受电弓、主断路器、压缩机、干燥器、踏面清扫、高压隔离开关等的控制指令输出。,4.4,主变流器与辅助变流器的控制电路,主变流器控制系统,的核心任务是根据微机控制系统的指令，完成对四象限整流器的实时控制、逆变器暨交流异步牵引电动机的矢量控制和粘着控制，同时具备完整的故障保护、故障诊断功能和轻微故障的自恢复功能。,主变流器,UM1,和辅助变流器,APU,控制电路,主变流器,UM2,和辅助变流器控制电路,扭矩速度特性,速度,-,扭矩特性,(,当只有频率变化的时候,),异步感应电机,当只有频率发生变化而电压,恒定不变时,扭矩按,1/f2,比例降低,速度,-,扭矩特性,(,当只有电压变化的时候,),当只有电压发生变化而频率恒定不变时,扭矩按,V2,比例增加而速度并不增加。,速度,-,扭矩特性,(,当,V/f,恒定的时候,),当调节电压和频率，保持电压与频率,(V/f),的比率恒定不变时，,电机速度改变而扭矩保持不变，这样,V/f,就会保持恒定。,辅助变流器的控制系统,每一组辅助变流器设有独立的微机控制系统，实现辅助变流器的整流控制、逆变控制和外围接口信息的控制，并实现辅助变流器与微机控制监视系统的网络信息传递，完成辅助变流系统的故障诊断、保护与内部管理。,机车重联控制电路,4.5,重联控制电路,在机车的每一端，分别设置了,2,个机车重联控制插座和一个虚拟插座。机车采用以太网形式，实现本务机车的微机控制系统,TCMS,与重联机车的微机控制系统,TCMS,之间的信息传递，即以网络重联的形式，实现两台至,4,台机车间的重联控制。另外，在重联控制插座中，还设有机车重联电话信号，实现机车重联电话的重联。,重联继电器的设定，是为了识别被重联机车的微机系统是否已正常上电,。,重联控制的特点,多机重联时，微机控制系统发出的扭矩指令是由头车按照预置的牵引制动特性曲线，根据司机发出的牵引（制动）指令、级位指令及头车的速度，最终确定扭矩指令，该钮矩指令信息即控制头车，也控制其他重联机车，被重联机车的速度不参与计算，只接收头车的扭矩信息；,通过重联插座不同点位的设置，可以确保微机能自动识别每台被重联机车的操纵端，并随头车钥匙开关的控制，自动起动操纵端的制动显示屏,LCDM,；,由操纵台发出的各种指令信息等，通过以太网传递，实现重联控制；,机车的空转滑行保护、轴重转移控制等不参与重联控制；,多机重联时，半自动过分相的控制：主断断时，多机,同时断，主断合时,，需要各车的微机控制系统通过网压判别，,自行控制主断闭合。,多机重联时，全自动过分相的控制是由每个,重联机车自己单独控制。,机车重联时操纵端的确认,4.5,其他控制电路,空调机组控制电路：,自动过分相控制电路；,弓网故障保护控制电路。,空调控制电路,自动过分相控制电路,弓网故障保护电路,5.,制动控制系统,CCB-,型制动机,是基于网络控制的电空制动系统。,CCB-,型制动机与机车微机系统一起来完成制动系统的诊断、自检、校准、故障记录等。,CCB-,型制动机主要由,LCDM,制动显示屏、,EBV,电子制动阀、集成处理模块,IPM,、继电器接口模块,RIM,和电空控制单元,EPCU,等组成，其中集成处理模块,IPM,、,EBV,电子制动阀及电空控制单元,EPCU,之间采用,LonWorks,网络技术实现信息传递，集成处理模块,IPM,与,LCDM,制动显示屏之间采用,422,总线方式进行信息传递。,机车微机控制系统,TCMS,与,CCB-,型制动机之间，采用开关量方式，实现信息传递。,空电互锁功能；,(,牵引货物、长大下坡时，机车实施电制，同时用大闸实施列车制动，如果此时突然电制力下降，可能是由于电网电压太高导致机车输出电功率降低，此时司机可以上小闸给机车实施空气制动。,防滑行保护功能；,紧急制动优先级最高,;,紧急制动信号：,1804,、,806,、,2804,、,804,制动系统电路图,制动系统电器框图,EPCU,IPM,LCDM,EBV,RS422,LONGWORK,RIM,机车操纵说明,机车的外观及行车部位的检查,由,、,任意一端车钩开始检查。目测确认机车前照灯、刮雨器、玻璃、副前照灯、标志灯、制动软管状态良好；钩舌开闭状态正确，开闭灵活。,检查基础制动盘、以及踏面清扫装置的导向板和车轮的间隙是否合适。确认其没有达到磨耗限度。检查齿轮箱有无油水渗漏现象，确认主电动机、速度传感器等的联线及接线盒装态良好。确认制动器的气体管路的状态良好。,检查接地装置、速度传感器等的导线及连接端子状态正常，砂箱装砂必须充足。,机车内部的检查,司机室的检查：各设备、仪器、显示器均无异常；各个接线端子、端子排等的配线无异常。确认各开关类的动作流畅、顺利。,机械室的检查：确认机械室内全部装置完备，无异常情况。确认外观上无变形、变色、异味等。确认各插头连接牢靠不松动。,目视确认空气压缩机的油位计的油位应在油位线上，油量要充分。确认制动器单元的阀门应该全部处于正常位置。,机车车顶检查,在通电状态下车顶门禁止打开。必须在停电的状态或者架线可靠接地后，作业者确保自身的安全后再作业。,确认受电弓的滑动板无变形和异常磨损、且没有达到磨损限度，确认受电弓的动作良好。,另外，确认各个设备、导体的安装牢固正常，没有松动，绝缘瓷管类无明显的损伤。,机车起动前的准备,将控制电器柜里的控制电路接地空气断路器,(QA59),、蓄电池输出空气断路器,(QA61),闭合此时，电器控制柜和驾驶台的控制电压表显示应大于,98V,。再将其它与机车运行相关的空气断路器闭合。,注意：正常情况下，低温预热开关,QA56,不允许闭合,否则会造成蓄电池溃电。只限在环境温度太低，机车各系统出现故障无法保证机车正常起机的情况下，才闭合空气断路器,QA56,同时闭合交流加热空气断路器,QA72,此时机车首先使用蓄电池对机车,110V,电源装置、,LC,滤波装置、,TCMS,与,APU,加热，当机车可以正常升弓合主断后，机车就转由交流,110V,电源对整车进行低温加热。,将司机钥匙插入操纵台电源扳键开关,SA49(,或,SA50),，旋转至起动位置，设定机车的操控端驾驶台。此时，驾驶台故障显示屏上,“,微机正常,”,、,“,主断路器断开,”,、,“,零位,”,、,“,欠压,”,、,“,主变流器,”,、,“,辅变流器,”,、,“,水泵,”,、,“,油泵,”,、,“,牵引风机,”,、,“,冷却风机,”,等显示灯亮。,TCMS,经过初始化，进入牵引,/,制动画面，显示,“,原边电压,”,、,“,原边电流,”,、,“,控制电压,”,、,“,机车各轴牵引力,”,、,“,主断分,/,合,”,等机车状态信息，故障显示区可以显示主变压器、主辅变流器、各辅助电机的故障信息，如果故障解除，故障信息画面将消失。触摸操纵屏幕按钮，可切换为其他状态画面。例如，主变流器,/,牵引电动机画面、开关状态画面、通风机状态画面、辅助电源画面、故障记录画面等等，能够调查机车的各个电力设备的详细相关信息。,机车操纵端一经设定，即使另一端的电钥匙状态为,“,ON,”,，其操作也会被判定为无效，无法进行操纵。同时，一台机车只配备一把钥匙，以防止,I,端和,II,端的钥匙开关同时处在,“,ON,”,状态。,升弓、合主断以及各辅助电动机的起动,升弓前，首先需确定总风缸压力在,480kPa,以上。若不满足，到空气管路柜前查看辅助风缸压力表。若显示的风缸压力值低于,480kPa,，则按下控制电气柜里的辅助压缩机起动按钮，辅助空气压缩机起动，待辅助风缸的气压上升到,735kPa,时，辅助空气压缩机自动停止。,注意：为防止损坏辅助压缩机，辅助压缩机打风时间不得超过,10,分钟，若超过需要人为断开自动开关,QA51,和,QA45,，来切断辅助压缩机回路，需间隔,30,分钟再投入使用。,当机车需要升后弓时，将受电弓手柄开关,SB41(,或,SB42),置于,“,后位,”,后，位于前进方向后面的受电弓升起。弓网接触后，两端操纵台上的网压表显示网压（,1,次）的同时，在电脑显示屏上也显示了网压（,1,次）和受电弓升起。,将驾驶台上的主断路器开关,SB43(,或,SB44),置于,ON,位置，主断路器接通，此时驾驶台上故障显示灯中的,“,主断开,”,显示灯灭。微机监控器的,“,主断合,”,灯亮。,主断路器闭合后，辅助电源装置,APU2,开始运行，油泵、水泵、辅助电源装置用通风机等分别开始工作。,将主空气压缩机扳键开关,SB45(,或,SB46),置于,“,压缩机,”,位。当总风缸压力低于,750kPa,时， 两个空气压缩机依次起动，当总风缸压力升至,90020kPa,时，空气压缩机自动停止工作。当风压降至,825kPa,时，只有靠近操纵端的空气压缩机工作。将主空气压缩机扳键开关,SB45(,或,SB46),置于,“,强泵,”,位，空气压缩机,1,、,2,起动。此时，不受总风缸压力继电器控制，待总风缸压力上升至,95020kPa,时，高压安全阀运作，不断排风，所以相当于人为断开,“,强泵,”,扳键开关。,将主控制器换向手柄由,“,0,”,位转换为前进或后退，此时辅助电源装置,APU1,开始工作，牵引电动机用通风机、复合冷却器用通风机均采用软起动方式投入工作。,机车起动前需先确认以下几项,停车制动器应为缓解态。停车制动作用时，驾驶台的故障显示屏显示,“,停车制动,”,。停车制动作用时，解除驾驶台的中央操作面板上的停车制动操作开关。（此开关可自动复位）,总风缸压力应在,470kPa,以上。,空气制动处于缓解状态。,电网压表显示数值为,25KV,左右，控制电压为,110V,。,确认辅助电源装置工作正常，无故障。,主控制器换向手柄的操作,将主控制器的换向手柄打至：,“,向前,”,或,“,向后,”,位，辅助电源装置,APU1,工作，牵引电动机用通风机及复合冷却器用通风机均采用软起动方式开始工作。同时，主变流器的充电接触器、工作接触器相继转为,“,起动,”,状态，当主变流器中间回路电压高于,36V,时，主电流器,“,预备,”,指示灯亮，当调速手柄离开零位，主电流器,“,预备,”,指示灯灭。,主控制器调速手柄的操作,将调速手柄由,“,0,”,位进到牵引位，主驾驶台故障显示屏上,“,零位,”,显示灯灭、机车进入牵引状态。,注意： 调速手柄可在,1,13,级位范围内任意选择。级位已设定成可连续控制。司机将调速手柄逐渐移至所需级位，机车遵循该级位的特性曲线，实现在准恒力范围内的运行。,机车的准恒速运行,机车根据调速手柄的位置设定目标速度，按照准恒速特性来控制。,机车的速度从速度范围的最低值缓慢行驶，为了达到设定的速度，发挥牵引力。,当机车速度接近设定的目标速度范围时，牵引电动机的牵引力自动减小。,当机车速度达到目标速度时，牵引电动机的牵引力为,0,。,当线路条件发生变化时，机车的速度降低后，为维持目标速度，开始再次牵引。,如果机车进入下坡线路时，机车的速度就会上升，需将调速手柄回复,“,0,”,位，并采取必要的措施，通过电气制动器或者空气制动器，调整列车速度。,定速控制操作方法,当机车速度大于或等于,15km/h,。且机车未实施空气制动时，按下,“,定速,”,按钮,SB69(,或,SB70),后，当时的机车运行速度被认定为,“,目标速度,”,，机车进入,“,定速控制,”,状态。,当机车的实际速度高于,“,目标速度,2km/h,”,时，微机控制系统,(TCMS),发出指令，机车进入电制动状态，电制动力遵循机车速度,制动力特性,(,即机车电制动特性曲线,),变化增大。当机车的实际速度降至,“,目标速度,1km/h,”,时，电力制动力为,0,。,当机车的实际速度低于,“,目标速度,2km/h,”,时，,TCMS,自动控制机车进入牵引状态，牵引力遵循速度,牵引力特性关系增大。当机车的实际速度加大到,“,目标速度,1km/h,”,时，牵引力为,0,。,机车进入,“,定速控制,”,状态，若司控制器调速手柄级位变化超过一个级位以上，则机车的,“,定速控制,”,状态自动解除。,机车过分相时的控制操作,机车有半自动过分相和全自动过分相两种方式。,半自动情况下，当运行机车接近分相区时，司控器手柄回零并人为按下,“,过分相,”,按钮，机车的主断路器断开，受电弓仍然升起。通过分相区后，机车的微机控制系统,(TCMS),检测到网压后，经过一定时间后自动合主断，重新起动辅助电源装置、主变流器，控制主变流器的输出电压、输出电流，从而控制牵引电动机的牵引力，使机车恢复至过分相前的状态。,机车自动过分相信号的感应、处理，由地面磁感应器、车载感应器和车感信号处理装置共同完成。,机车通过分相区时，,如果运行的线路区段在分相区前后装有地面感应器，机车全自动过分相检测装置将起作用。该装置通过向微机控制系统提供过分相区的信息：预告信号、恢复信号,499,、强迫信号,498,，保证机车每次通过分相区时，司机不需要做任何操纵，机车微机控制系统即可自动跳主断，待通过分相区后，又能自动合主断，并保证机车恢复至通过分相区前的运行状态。,从而实现电力机车通过分相区时操作的自动化，大大的减轻了乘务员的工作强度。,故障排除运行,当机车的主要设备发生故障时，微机显示屏的故障信息显示区显示相应故障。司机可根据故障信息的显示及处置方式，进行相应的故障隔离或排除操作。,微机控制柜,TCMS,的冗于控制,微机控制柜中有,2,组完全相同的控制单元设备。一组称为主控设备,(MASTER),，另一组称为辅助控制设备,(SLAVE),。在微机控制系统,TCMS,正常运行的条件下，主控单元工作，辅助控制设备为通电热备状态。主控单元发生故障时，辅助控制设备即刻自动投入使用。,牵引电动机、主变流器故障隔离运行,机车主电路采用,6,组主变流器，分别向,6,台牵引电动机独立供电。每三组主变流器和一组辅助电源装置收纳在一个变流器柜里，不过各个装置相互独立。因此，当发现某一牵引电动机或其对应主变流器单元发生故障时，可以通过微机显示屏隔离相应的故障部位。在这种情况下，先将微机显示屏设定为故障隔离画面，选择画面上相关部位，然