模塊2 交-直流傳動(dòng)列車控制《列車電力傳動(dòng)與控制》教學(xué)課件

《列車電力傳動(dòng)與控制》?精品課件合集第X章XXXX模塊2

交-直流傳動(dòng)列車控制第2章交-直流傳動(dòng)列車控制牽引特性與電路分析

2.1交-直流傳動(dòng)控制

2.2相控列車控制與牽引特性

2.3相控電力機(jī)車基本技術(shù)特征

2.4相控電力機(jī)車電路分析2024/8/2242.1交－直流傳動(dòng)控制交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU控制系統(tǒng)采用電流、電壓雙閉環(huán)控制，由調(diào)節(jié)裝置和調(diào)節(jié)對(duì)象兩部分組成。調(diào)節(jié)裝置在系統(tǒng)中的作用是根據(jù)給定的控制指令，去控制調(diào)節(jié)對(duì)象，諸如牽引電動(dòng)機(jī)、變流器、輔助電機(jī)等，所以調(diào)節(jié)裝置是一種信息處理裝置。調(diào)節(jié)裝置元件按其功能可分為三種，即檢測(cè)元件、控制元件和觸發(fā)系統(tǒng)元件，它們承擔(dān)著系統(tǒng)的測(cè)量、給定和移相控制等任務(wù)。在調(diào)節(jié)裝置中單元器件的工作可靠性和精度，在很大程度上決定著電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和精確度。因?yàn)橐粋€(gè)控制量不可能調(diào)節(jié)得比給定值或測(cè)量值更精確，單元組件自身的誤差是無(wú)法用任何調(diào)節(jié)器來(lái)校正的。2024/8/2252.1.1列車電力傳動(dòng)自動(dòng)控制基礎(chǔ)在列車電力傳動(dòng)系統(tǒng)中，為了改善和提高列車的牽引性能，簡(jiǎn)化司機(jī)的操作過程，提高列車控制的智能化、自動(dòng)化水平，自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)揮著重要作用。列車自動(dòng)控制是在手動(dòng)控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，按照控制系統(tǒng)有無(wú)反饋環(huán)節(jié)，可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種類型。早期的機(jī)車主要以開環(huán)控制為主，如SS1、8G等電力機(jī)車采用開環(huán)調(diào)壓控制系統(tǒng)。晶閘管相控調(diào)壓電力機(jī)車/EMU采用閉環(huán)控制，如SS3B～SS9G、6G、6K、8K等機(jī)車均采用閉環(huán)調(diào)壓控制方式。開環(huán)系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但其控制性能較差，已不能滿足列車控制要求，被性能更優(yōu)良的閉環(huán)控2024/8/226制系統(tǒng)所取代。列車控制采用閉環(huán)系統(tǒng)，不僅可提高列車的控制性能，而且提高列車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。以列車起動(dòng)過程為例來(lái)說明：干線相控電力機(jī)車/EMU均采用恒電流閉環(huán)控制，隨著列車速度的逐步提高，牽引電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)也在不斷提高，這時(shí)恒流閉環(huán)系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)整流器的輸出電壓，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)電樞電壓相應(yīng)地提高，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)電樞電流一直保持在粘著條件允許的最大值上，起動(dòng)牽引力也保持最大，使得粘著條件得到充分利用，這樣可實(shí)現(xiàn)大而恒定的起動(dòng)牽引力，列車可以快速而平穩(wěn)的起動(dòng)。2024/8/2271.閉環(huán)系統(tǒng)基本組成列車電力牽引系統(tǒng)就是以牽引電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，對(duì)其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以達(dá)到對(duì)列車速度和牽引力的控制。牽引電動(dòng)機(jī)的電流、電壓值都很大，目前在相控調(diào)壓系統(tǒng)中，主要采用晶閘管元件構(gòu)成的整流器，通過對(duì)整流器可控元件的導(dǎo)通角相位進(jìn)行控制，改變輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的控制。

（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理電力傳動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本組成框圖如圖2—1所示。任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理都是基于“檢測(cè)偏差，糾正偏差”。

2024/8/229閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由給定單元、比較器、調(diào)節(jié)控制器、可控變流器、被控對(duì)象和檢測(cè)單元等幾部分組成。給定單元提供司機(jī)控制命令的給定值，比較器將司控器給定值與檢測(cè)到的被調(diào)量反饋值進(jìn)行比較，得到一個(gè)偏差信號(hào)，作為調(diào)節(jié)控制器的輸入信號(hào)，由調(diào)節(jié)控制器產(chǎn)生對(duì)晶閘管整流器的控制信號(hào)，控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制整流器的輸出電壓，即牽引電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)被調(diào)量的控制。牽引電動(dòng)機(jī)的被調(diào)量可以是轉(zhuǎn)速、電壓、電流、功率或勵(lì)磁電流等。調(diào)節(jié)控制器一般由電子調(diào)節(jié)器（比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、數(shù)字式調(diào)節(jié)器）和晶閘管觸發(fā)器等組成。觸發(fā)器一2024/8/2210般包括移相器和脈沖放大器。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)被調(diào)量的多少，可分為單閉環(huán)和多閉環(huán)控制系統(tǒng)。若控制的被調(diào)量只有一個(gè)，則可由單變量的反饋構(gòu)成單閉環(huán)控制系統(tǒng)。若控制的被調(diào)量有多個(gè)，則需構(gòu)成多變量反饋的多閉環(huán)控制系統(tǒng)。牽引電動(dòng)機(jī)的控制一般采用轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)組成如圖2—2所示。采用此控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)牽引電動(dòng)機(jī)的恒電流和恒轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，有助于提高列車的牽引性能。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由于采用的調(diào)節(jié)器不同，則控制系統(tǒng)的性能存在著很大差異。若調(diào)節(jié)器采用比例（P）調(diào)節(jié)器2024/8/2211系統(tǒng)在穩(wěn)定時(shí)，反饋值與給定值之間存在著偏差，即產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的靜態(tài)誤差，這類控制系統(tǒng)稱為有靜差控制系統(tǒng)；若調(diào)節(jié)器中采用了積分（I）元件,則系統(tǒng)在穩(wěn)定時(shí)反饋值與給定值之間沒有偏差，可得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出值，即系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，這類控制系統(tǒng)稱為無(wú)靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是需要注意的是，系統(tǒng)中引入積分調(diào)節(jié)器后，它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢了。

（2）無(wú)靜差調(diào)節(jié)器

在電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，大量采用的調(diào)節(jié)器主要是比例(P)調(diào)節(jié)器、積分(I)調(diào)節(jié)器和比例積分(PI)調(diào)節(jié)器。為了克服積分調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的缺陷，利用比例調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，將比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器結(jié)合起2024/8/2212來(lái)，形成比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，使得輸出靜態(tài)準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)相應(yīng)迅速。這種調(diào)節(jié)器在列車控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。

須注意：采用積分調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)也不是絕對(duì)地?zé)o靜差系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)積分電容的作用相當(dāng)于將運(yùn)算放大器輸出和輸入之間的反饋回路隔斷，這時(shí)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)就等于它的開環(huán)放大倍數(shù)，盡管它的數(shù)值很大()，但不是無(wú)窮大，所以，嚴(yán)格的講，它還是存在著一定的靜差，只是靜差非常小而已（），所以在實(shí)際系統(tǒng)中可以認(rèn)為是無(wú)靜差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度起著決定性的作用，高精度的控制系統(tǒng)必須要有高精度的檢測(cè)元件作為保證。2024/8/2213

2.檢測(cè)元件

（1）電流與電壓檢測(cè)傳感器交流電流和電壓可以采用交流互感器來(lái)測(cè)量。在相控調(diào)壓整流裝置中，輸入側(cè)的交流電流與輸出側(cè)的直流負(fù)載電流之間存在著一定的比例關(guān)系，故可以通過檢測(cè)交流側(cè)電流對(duì)直流側(cè)電流進(jìn)行控制。將三臺(tái)交流電流互感器接成星形接法，通過三相橋式整流電路將其整流成直流，從精密電位器上取出所需的電壓，作為電流檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)電路如圖2—3所示。在恒電壓控制中，電壓檢測(cè)信號(hào)只能從直流側(cè)取得，直流側(cè)電壓的大小取決于控制角的大小。2024/8/2215

在直流側(cè)檢測(cè)電流和電壓要比交流側(cè)檢測(cè)困難一些。為了安全，需要將高壓回路與檢測(cè)回路完全隔離。在大功率相控整流裝置中，不采用分流器或電阻分壓方式來(lái)檢測(cè)直流電流或電壓。近年來(lái)制造出廠的機(jī)車一般都采用霍爾元件來(lái)檢測(cè)直流電壓和電流。

（2）轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式主要是采用直流、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速；數(shù)字式采用光電、電磁感應(yīng)測(cè)速，又有接觸式與非接觸式之分。接觸式數(shù)字測(cè)速傳感器，其實(shí)就是一臺(tái)永磁式交流脈沖測(cè)速發(fā)電機(jī)，輸出信號(hào)為脈沖信號(hào),如CZP-1,12P/r，100r/min輸出信號(hào)幅值大于4V/AC。2024/8/2216在高精度轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，目前主要采用非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速傳感器，如TQG2磁電式傳感器。TQG2型轉(zhuǎn)速傳感器采用永磁式電磁感應(yīng)原理，當(dāng)被測(cè)鐵質(zhì)齒輪的齒頂掃過傳感器端部時(shí)，設(shè)置在磁路上的線圈感應(yīng)出電勢(shì)，經(jīng)電子電路放大整形，輸出方波脈沖，通過檢測(cè)脈沖的數(shù)量達(dá)到測(cè)速之目的。被測(cè)鐵質(zhì)齒輪應(yīng)滿足如下基本要求：

，齒頂與傳感器端頭間距1.2mm。

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（3）霍爾傳感器霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體元件中的電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而制成的。在一個(gè)半導(dǎo)體基片上的三個(gè)互相垂直面作用有三個(gè)物理量：控制電流、磁場(chǎng)密度和霍爾電壓，如圖2—4所示。當(dāng)磁密的方向與霍爾元件平面垂直時(shí)，上述三個(gè)物理量之間的關(guān)系可表示為式中——霍爾元件的靈敏度（）。

----控制電流（）；----磁場(chǎng)密度(T)。(2—1)2024/8/2218表示霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下的霍爾電勢(shì)大小，一般要求值越大越好。當(dāng)控制電流或磁場(chǎng)密度改變方向時(shí)，霍爾電勢(shì)的極性也將發(fā)生改變。因此，霍爾元件傳感器可應(yīng)用于檢測(cè)電流、電壓、功率和磁場(chǎng)，也可用于數(shù)字式轉(zhuǎn)速表和接近開關(guān)?；魻栯妱?shì)一般只有幾十毫伏，需要經(jīng)過比例放大器方可作為控制信號(hào)使用?；魻栐哂许憫?yīng)速度快、線性度好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和無(wú)觸點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中有比較廣泛的應(yīng)用,特別是在國(guó)產(chǎn)準(zhǔn)高速機(jī)車上有大量的應(yīng)用，如TET磁平衡霍爾電流電壓傳感器模塊的應(yīng)用，簡(jiǎn)稱TET模塊。

TET模塊是在引進(jìn)瑞士LEM公司機(jī)車用電壓、電流傳感器制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)消化而國(guó)產(chǎn)化的一個(gè)產(chǎn)品。TET模塊由原邊電路、聚磁環(huán)、位于空隙中的霍爾元件的磁路、次級(jí)線圈和放大電路等組成，如圖2-5所示。

它采用霍爾效應(yīng)，利用磁平衡補(bǔ)償原理，使霍爾元件始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)，通過霍爾元件實(shí)現(xiàn)對(duì)直流、交流和脈動(dòng)電壓、電流的電隔離精確測(cè)量。

如圖2-5所示，原邊磁場(chǎng)作用于導(dǎo)磁體氣隙中的霍爾元件，在一定的控制電流下，其霍爾輸出電壓經(jīng)放大器A進(jìn)行電壓放大及互補(bǔ)三極管

、功率放大后，輸出的補(bǔ)償電流經(jīng)二次(補(bǔ)償)繞組產(chǎn)生與一次側(cè)相反的磁通，使霍爾元件輸出電壓逐漸減小，直到一、二次側(cè)磁通相等時(shí)，2024/8/2221二次電流不再增加，這時(shí)霍爾元件起到了指示零磁通的作用，且有或。上述電流補(bǔ)償?shù)倪^程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。當(dāng)原邊已有磁場(chǎng)而次邊磁場(chǎng)尚未形成時(shí)，霍爾元件檢測(cè)出的霍爾電壓經(jīng)電壓、功率放大，通過二次線圈使逐漸上升，次邊產(chǎn)生的磁通抵消（補(bǔ)償）原邊的磁通，霍爾輸出電壓降低，上升減慢。當(dāng)時(shí)，磁通為零，霍爾輸出電勢(shì)為零。由于二次繞組的緣故，還會(huì)再上升，這樣補(bǔ)償過量，霍爾輸出電壓改變極性，互補(bǔ)晶體管組成的功率放大輸出級(jí)使減小，如此反復(fù)在平衡電流附近振蕩，這樣的動(dòng)態(tài)平衡建立時(shí)間為微秒級(jí)。2024/8/2222二次電流正比于一次（被測(cè)）電流，采用霍爾元件、導(dǎo)磁體、放大電路和補(bǔ)償繞組構(gòu)成了磁平衡霍爾傳感器。電壓傳感器是將被測(cè)電壓信號(hào)通過電阻及原邊線圈轉(zhuǎn)變?yōu)樵叴艌?chǎng)，再通過兩個(gè)霍爾元件、放大器及補(bǔ)償繞組（二次線圈）產(chǎn)生次邊磁場(chǎng)，平衡原邊磁場(chǎng)，達(dá)到檢測(cè)原邊電壓信號(hào)的目的。800A以上電流傳感器，原邊磁場(chǎng)由被測(cè)直流電流產(chǎn)生，原邊只有一匝，再通過兩個(gè)霍爾元件及補(bǔ)償繞組（次邊線圈）產(chǎn)生次邊磁場(chǎng)，平衡原邊磁場(chǎng)，達(dá)到檢測(cè)原邊電流之目的。選型與使用應(yīng)注意：防止鐵心因過磁化產(chǎn)生剩磁。二次繞組開路、電源斷開2024/8/2223等，會(huì)導(dǎo)致鐵心過磁化產(chǎn)生剩磁，造成測(cè)量誤差。電容、電感負(fù)載的補(bǔ)償。二次負(fù)載電阻中含有電感或電容成分時(shí)，將影響響應(yīng)時(shí)間。負(fù)載電阻應(yīng)在限值以內(nèi)。減小外磁場(chǎng)干擾。一般在5-10cm距離內(nèi)存在著一個(gè)兩倍于一次額定電流的導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾是可以忽略不計(jì)的。當(dāng)有較強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾時(shí)，應(yīng)當(dāng)改變安裝方向，盡量減小外磁場(chǎng)的影響；在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)的金屬屏蔽罩；選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊。盡量使被測(cè)信號(hào)的額定值與傳感器額定值一致。小心輕放，以防機(jī)械損傷或電氣損傷。2024/8/2224

（4）光電耦合器光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管密封于金屬或塑料殼內(nèi)所組成，如圖2—6所示。發(fā)光二極管與普通二極管一樣，由一個(gè)PN結(jié)組成，具有單向?qū)щ娦?，?dāng)給PN結(jié)施以正向電壓后，注入的電子與空穴相復(fù)合時(shí)，以光的形式釋放出能量。光通量的大小與流過的電流成正比。光敏三極管其結(jié)構(gòu)與普通NPN型三極管相似，當(dāng)發(fā)光二極管的光照射光敏三極管的發(fā)射極時(shí)，在集電極產(chǎn)生電流，集電極光電流為基極電流的倍。光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快。能夠?qū)崿F(xiàn)電路之間的隔離，提高電路的抗干擾能力。光電耦合器的隔離只能應(yīng)用于控制系統(tǒng)低電壓的信息轉(zhuǎn)換。2024/8/22262.1.2基本控制電路

1.反向放大器反相放大器如圖2—7所示。圖中為輸入電阻，輸入信號(hào)通過接到運(yùn)放的反相輸入端。為反饋電阻，輸出信號(hào)通過反饋到反相輸入端構(gòu)成一閉環(huán)系統(tǒng)。假定電路在某一時(shí)刻處于穩(wěn)定狀態(tài)，輸出電壓是由輸入電壓的作用而獲得。由于同相輸入端接地，，根據(jù)運(yùn)放輸入-輸出特性，要使輸出電壓處于線形范圍內(nèi)，對(duì)于任意的輸入電壓必須應(yīng)使，即，所以通常稱反相輸入端為“虛地”點(diǎn)。因此，當(dāng)為正值時(shí)，則必須是負(fù)值去維持。同樣當(dāng)為負(fù)值時(shí)，則必2024/8/2228須是正值，即輸入信號(hào)與輸出信號(hào)極性總是相反的。同時(shí)由于運(yùn)放的輸入阻抗很大（一般在以上），故可認(rèn)為運(yùn)放內(nèi)部電流為零,,便可得到如下關(guān)系式中負(fù)號(hào)表示輸入電壓與輸出電壓極性相反。經(jīng)整理可得到式中——反相輸入放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)?？梢?反相放大器完成了反相比例運(yùn)算，與成正比,即。若將其表示為一般數(shù)學(xué)表達(dá)式，則有(2—2)(2—3)2024/8/2229式中——輸出量；

——放大器閉環(huán)放大倍數(shù);

——輸入量。當(dāng)運(yùn)放電路在直流條件下穩(wěn)定工作時(shí)，只要在輸入端產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)，就可使得變化朝相反方向進(jìn)行。反相放大器的放大倍數(shù)取決于反饋電阻與輸入電阻之比。當(dāng)運(yùn)放的放大倍數(shù)非常高時(shí)，運(yùn)放閉環(huán)電路的特性主要取決于反饋回路的元件值，而與運(yùn)放本身性能無(wú)關(guān)。這一特性對(duì)設(shè)計(jì)者而言是非常重要的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)允許運(yùn)放參數(shù)有較大差異，諸如開環(huán)放大倍數(shù)不同，這并不影響閉環(huán)特性。2.同相放大器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相位的放大器稱為同相放大器，數(shù)學(xué)表達(dá)式為。同相放大器電路如圖2—8所示。2024/8/2231當(dāng)輸出電壓為時(shí)，在反相輸入端的反饋電壓為，當(dāng)輸出電壓處于線性范圍內(nèi)時(shí)，，因此可得式中——同相放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)，。

(2—4)(2—5)3.積分器積分器是指輸出信號(hào)為輸入信號(hào)積分后的結(jié)果，其數(shù)學(xué)關(guān)系為。電路原理圖及輸入-輸出波形，如圖2—9a、b所示。2024/8/2233式中——積分電路的時(shí)間常數(shù)。由于輸出電壓的變化率與輸入電壓反相，又稱為反相積分器。當(dāng)輸入給以階躍變化時(shí)，輸出電壓的變化速率應(yīng)為需要注意：當(dāng)輸入電壓為零伏時(shí)，輸出電壓并不回到零伏，而是輸出電壓不再變化，輸出電壓的任何瞬間均取決于輸入(2—6)(2—7)只有當(dāng)電容器兩端的電壓發(fā)生變化時(shí)才可有電流通過電容，故積分器輸出電壓變化的速率與輸入電壓呈正比，其輸入輸出關(guān)系應(yīng)為2024/8/2234電壓的過去狀態(tài)。積分調(diào)節(jié)器具有延緩作用、積累作用和記憶作用。延緩作用是指在輸入信號(hào)為階躍信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)不能突變，而是按照逐漸積分線形漸增，這種滯后特性就是積分器的延緩作用。積累作用是指只要有輸入信號(hào)，即使很小，調(diào)節(jié)器就會(huì)工作進(jìn)行積分運(yùn)算，直至輸出值達(dá)到限制值為止。只有當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，這種積累才會(huì)停止。這一特性在調(diào)節(jié)器中是非?？少F的，故將積分器用于控制系統(tǒng)，就能完全消除靜態(tài)偏差。記憶作用是指在積分過程中，若突然使輸入信號(hào)為零，2024/8/2235則輸出始終保持在輸入信號(hào)改變前的那個(gè)瞬間的值。記憶作用可以理解為，輸入信號(hào)為零，輸出信號(hào)可以為任意數(shù)值，此值就是當(dāng)輸入量為零時(shí)刻的輸出值。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，也需要這種特性。積分器在列車司機(jī)操作控制系統(tǒng)中可作為給定器。當(dāng)列車起動(dòng)時(shí)，對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的電流變化進(jìn)行限制，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)電流按照預(yù)定的速度變化，這樣可使得司機(jī)的操作動(dòng)作快慢與電流的變化速度無(wú)關(guān)，保證列車運(yùn)行平穩(wěn)。若列車控制系統(tǒng)沒有積分給定環(huán)節(jié)，由于列車主電路的時(shí)間常數(shù)很小，牽引電動(dòng)機(jī)電流的變化隨著司機(jī)操作動(dòng)作的節(jié)奏而急劇變化，對(duì)列車平穩(wěn)、安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響。2024/8/2236

實(shí)際使用的積分給定環(huán)節(jié)是以積分電路為基礎(chǔ)，將司機(jī)操作給定信號(hào)通過放大器處理后，送給積分器產(chǎn)生參考指令值，作為控制信號(hào)去控制列車的運(yùn)行。對(duì)控制信號(hào)的基本要求是：與司機(jī)操作快慢無(wú)關(guān)；上升、下降的速率不同，一般是上升快一些，下降適當(dāng)慢一點(diǎn)，在接近額定值時(shí)要降低上升速率，這對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行有利。電力機(jī)車給定積分環(huán)節(jié)典型電路，可參閱6G、8K機(jī)車的積分給定器電路。如果適當(dāng)變更電路結(jié)構(gòu)，還可以構(gòu)成其它形式的積分器，如差動(dòng)積分器、求和積分器、比例積分器等。2024/8/22374.比例積分器（）在無(wú)靜差調(diào)節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，比例積分器的應(yīng)用十分廣泛，常用以調(diào)節(jié)器。它相當(dāng)于一個(gè)放大倍數(shù)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的放大器，動(dòng)態(tài)時(shí)放大倍數(shù)很低，靜態(tài)時(shí)放大倍數(shù)很高（相當(dāng)于無(wú)窮大）。比例積分器的典型電路如圖2—10所示，它是由高放大倍數(shù)直流運(yùn)放和反饋電路組成。其輸入-輸出關(guān)系為(2—8)2024/8/2238在運(yùn)放輸入端，即相加點(diǎn)，輸入給定信號(hào)電壓和負(fù)反饋信號(hào)電壓兩者進(jìn)行比較，其偏差量對(duì)反饋電容進(jìn)行充、放電，對(duì)運(yùn)放的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在偏差量作階躍變化時(shí)，運(yùn)放輸出端電壓的變化如圖2—11所示。在、階躍瞬間，由于反饋電容兩端電壓不能突變，故在反饋電阻兩端產(chǎn)生階躍電壓，其大小為，隨著電容兩端電壓的建立，充放電電流將按指數(shù)規(guī)律衰減，直至消失。因此，運(yùn)放輸出電壓，在2024/8/2239處有躍變，而極性相反；在期間，輸出電壓呈直線變化。在處運(yùn)算放大器輸出飽和電壓,并維持不變，其大小接近于運(yùn)算放大器的電源電壓();在處輸入電壓突降為零，輸出電壓首先成比例突降，然后保持不變；在處作負(fù)向跳變，輸出電壓則先正向跳變，在期間直線增長(zhǎng)，由于持續(xù)時(shí)間較短，故輸出信號(hào)電壓未達(dá)到飽和就開始下降。

2024/8/2241

根據(jù)以上分析可知，在的階躍作用下，輸出電壓開始按比例跳變，如果有跳變，此時(shí)反饋電阻起著按比例調(diào)節(jié)的作用，使系統(tǒng)的響應(yīng)迅速。如果只有反饋電阻，而無(wú)反饋電容，則該系統(tǒng)為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，誤差的大小取決于放大倍數(shù)。若采用了反饋電容，系統(tǒng)屬無(wú)靜差系統(tǒng)，因?yàn)橹灰斎耄ńo定）信號(hào)與反饋信號(hào)的大小不相等，就會(huì)有偏差電壓和電流出現(xiàn)，它將對(duì)反饋電容進(jìn)行充放電，只要運(yùn)放沒有飽和，其輸出電壓將有相應(yīng)的變化。在給定值與反饋值大小相等時(shí)2024/8/2242（因?yàn)槭秦?fù)反饋，符號(hào)相反），偏差電流才等于零，反饋電容兩端電壓保持穩(wěn)定不變，該電壓等于運(yùn)放的穩(wěn)定輸出電壓。由此可見，調(diào)節(jié)反饋電阻和電容的大小，可改變調(diào)節(jié)器的響應(yīng)速度，這可以影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)性能。設(shè)計(jì)一個(gè)合理的自動(dòng)控制系統(tǒng)，必須要對(duì)反饋電阻和電容進(jìn)行合理地選擇，一般是參照類似系統(tǒng)的參數(shù)，經(jīng)過一定的理論分析與計(jì)算，估算出一個(gè)近似值，然后在實(shí)際調(diào)試中進(jìn)行必要的修正。2024/8/2243

5.特性控制器特性控制器是完成機(jī)車牽引力控制和速度控制的一個(gè)復(fù)合控制單元。其作用是建立操作狀態(tài)（起動(dòng)、牽引與制動(dòng)）與起動(dòng)/制動(dòng)電流、速度之間的函數(shù)關(guān)系。起動(dòng)時(shí)采用恒流控制，牽引或制動(dòng)時(shí)采用準(zhǔn)恒速控制，即所謂的恒流準(zhǔn)恒速控制模式。恒流準(zhǔn)恒速控制模式源于進(jìn)口電力機(jī)車8K，通過引進(jìn)已完全消化并接受了此控制模式，在國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車中得到了大力推廣應(yīng)用，成為國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車/EMU的通用控制模式。例如8K電力機(jī)車的控制函數(shù)為牽引狀態(tài)(km/h)2024/8/2244制動(dòng)狀態(tài)SS3B電力機(jī)車的特性控制函數(shù)為牽引取最小值

n=0--10制動(dòng)取最大值n=11--1

牽引狀態(tài)特性控制器可由兩個(gè)同相運(yùn)算放大器、和一個(gè)最小值選擇器組成，制動(dòng)特性控制器由反相運(yùn)算放大器、同相運(yùn)算放大器和最大選擇器組成，如圖2-12所示。在牽引特性控制器中，運(yùn)算放大器A1的同相端輸入牽引電流指令給定信號(hào)UIg(正)和機(jī)車速度反饋信號(hào)Uvg(負(fù))，運(yùn)算放大器A2的同相端只輸入牽引電流指令給定信號(hào)UIg(正)。制動(dòng)特性控制器中，運(yùn)算放大器A3的反相端接有制動(dòng)電流給定信號(hào)UIg和機(jī)車速度反饋信號(hào)Uvg

(負(fù))；運(yùn)算放大器A4同相端輸入最小制動(dòng)電流限制信號(hào)，以避免車鉤沖擊，保證車鉤始終處于壓縮狀態(tài)。機(jī)車速度信號(hào)采用二選一模式，由來(lái)自不同轉(zhuǎn)軸的兩路信號(hào)綜合得出，牽引工況取兩速度中的最小值作為反饋信號(hào)，制動(dòng)工況取兩路信號(hào)中的最大值作為反饋信號(hào)，這樣可有效地消除因空轉(zhuǎn)、滑行造成的實(shí)際速度偏差，獲得真實(shí)的機(jī)車速度。對(duì)于運(yùn)算放大器A1，采用線性疊加法可計(jì)算出其輸出電壓信號(hào)U0(A1)。設(shè)，，此時(shí)運(yùn)算放大器同相輸入端電路可等效為圖2-13（a）所示。其同相端輸入電壓應(yīng)為電流比例系數(shù)設(shè)，，此時(shí)運(yùn)算放大器同相輸入端電路可等效為圖2-13（b）所示。其同相端輸入電壓應(yīng)為kv速度比例系數(shù)，負(fù)號(hào)表示負(fù)反饋。當(dāng)、同時(shí)作用于同相端時(shí)，輸入信號(hào)將是兩信號(hào)單獨(dú)作用的線性疊加，即根據(jù)同相運(yùn)算放大器的輸出關(guān)系，A1的輸出電壓為式中，、、均為與電路電阻有關(guān)比例系數(shù)。對(duì)于不同的控制手柄級(jí)位，有相應(yīng)的電流指令值給定值UIg，是與機(jī)車速度沒有關(guān)系的定值，它只與手柄級(jí)位有關(guān)，而則是與機(jī)車速度成正比例關(guān)系變化。因此，可得到不同控制手柄級(jí)位n下的一組準(zhǔn)恒速控制關(guān)系其中A、B為已知量，由電路電阻參數(shù)確定。對(duì)于運(yùn)算放大器A2，同相端輸入端只有電流指令給定信號(hào)UIg

，經(jīng)電阻分壓后加于同相輸入端，可計(jì)算出同相輸入信號(hào)U+、運(yùn)算放大器輸出信號(hào)U0(A2)(2-14)2024/8/2250式中，為常數(shù)，由電路電阻值決定。U0(A2)只與控制手柄級(jí)位對(duì)應(yīng)的電流指令給定值成正比關(guān)系，與機(jī)車速度無(wú)關(guān)。因此，可得到不同手柄級(jí)位下的一組恒電流控制關(guān)系式中，C為已知量，由電路電阻參數(shù)確定。運(yùn)算放大器A1、A2的輸出信號(hào)U0(A1)、U0(A2)經(jīng)過最小選擇器，可獲得所需要的恒電流準(zhǔn)恒速控制控制特性。即式(2-17）、（2-14）組合表達(dá)式，取計(jì)算結(jié)果最小者。由運(yùn)算放大器A3、A4組成的制動(dòng)特性控制器，也可按照上述處理方法，根據(jù)輸入信號(hào)條件，得到不同控制級(jí)位下的準(zhǔn)恒速控制直線族和最小制動(dòng)電流限制水平線，并經(jīng)最大選(2-17)2024/8/2251擇器選擇其中最大者作為控制特性。根據(jù)8K型電力機(jī)車所采用的電路參數(shù)，可以得到下式所示的牽引工況、制動(dòng)工況的特性控制函數(shù)。2024/8/2252

6.連續(xù)控制器為了提高電力牽引列車的功率因數(shù)，相控機(jī)車普遍采用多段整流橋組成的調(diào)壓電路。在調(diào)壓時(shí)，多段整流橋采用順序控制方式，從一段整流橋過渡到另一段整流橋，要求電壓、負(fù)載電流連續(xù)平滑變化，不許出現(xiàn)間斷，這一切需要由專用控制器即連續(xù)控制器來(lái)完成。2024/8/2253

7.函數(shù)發(fā)生器在電力傳動(dòng)列車控制系統(tǒng)中，有時(shí)需要進(jìn)行非線性控制，諸如機(jī)車的粘著控制、電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的恒功率控制等，都是非線性控制。如何建立一條較理想的控制函數(shù)曲線，就需要函數(shù)發(fā)生器來(lái)完成。在建立非線性控制曲線時(shí)，一般都是采用多段折線來(lái)近似擬合曲線。折線的段數(shù)越多，擬合曲線的精度越高，控制精度也高。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，函數(shù)發(fā)生器可以實(shí)時(shí)計(jì)算生成，也可以預(yù)先建立數(shù)據(jù)庫(kù)，將控制曲線參數(shù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，供使用時(shí)查詢、調(diào)用。2024/8/22542.2相控電力機(jī)車/EMU控制與牽引特性晶閘管相控調(diào)壓是交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車/EMU的基本調(diào)壓方式，采用閉環(huán)控制調(diào)壓系統(tǒng)。根據(jù)控制要求的不同，可分為恒電壓控制、恒電流控制、恒速控制以及特性控制等控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接決定了機(jī)車牽引性能的優(yōu)劣，影響機(jī)車運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，對(duì)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析與研究，有助于提高機(jī)車的控制性能、牽引性能，改善機(jī)車的經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀態(tài)，這也是機(jī)車控制系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。2024/8/22552.2.1相控電力機(jī)車/EMU的控制

1.整流電壓控制相控機(jī)車中，通過對(duì)晶閘管的相位控制和牽引繞組的投入數(shù)量，來(lái)改變整流電壓的大小，圖2-14表示的是一般相控整流電路的原理圖。若采用反饋控制，就可以構(gòu)成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。隨反饋信號(hào)的不同，就構(gòu)成所謂恒流控制、恒壓控制、恒速控制。但這些只能在沒有達(dá)到滿電壓前才有可能，當(dāng)達(dá)到全電壓后，電壓只能按整流器輸出的外特性變化。2024/8/2257

2.恒電流控制所謂恒流控制是指機(jī)車/EMU運(yùn)行中，維持電動(dòng)機(jī)電樞電流按某一指令值保持不變的控制。它常常用于機(jī)車/EMU起動(dòng)加速過程。牽引電動(dòng)機(jī)輸出軸上的輸出轉(zhuǎn)矩為：通常電動(dòng)機(jī)鐵耗和機(jī)械損耗產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩，約為額定轉(zhuǎn)矩的1.5%左右。對(duì)于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說，電樞電流與主極磁通有一定的比例關(guān)系。所以當(dāng)恒流控制時(shí)，機(jī)車的牽引力也是2024/8/2259恒定的，牽引特性如圖2--15所示。相控機(jī)車/EMU在起動(dòng)過程中，無(wú)一例外均采用恒流起動(dòng)的方式。因?yàn)樵谄饎?dòng)過程中沒有牽引力的波動(dòng)，所以平均起動(dòng)牽引力大，可以最大限度的接近粘著限制。當(dāng)機(jī)車/EMU一旦發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，恒流控制就不能抑制空轉(zhuǎn)，這是不利的一面。為了克服恒流控制而形成的持續(xù)空轉(zhuǎn)，這時(shí)必須由空轉(zhuǎn)保護(hù)裝置發(fā)出信號(hào)，終止恒流控制，甚至減載運(yùn)行以恢復(fù)粘著。

3.恒壓控制所謂恒壓控制是指機(jī)車運(yùn)行中，維持牽引電動(dòng)機(jī)的端電壓不變，也就是維持整流電壓按某一指令值維持不變的控制，控制原理如圖2-16所示。恒壓控制時(shí)，其實(shí)質(zhì)是用自動(dòng)調(diào)節(jié)的辦法，補(bǔ)償了整流器內(nèi)阻的電壓降。當(dāng)電網(wǎng)電壓提高時(shí)，曲線1就向右移。低于網(wǎng)壓時(shí)，則曲線1向左移。如圖2--17中，曲線2是電動(dòng)機(jī)額定電壓下得到的牽引特性。當(dāng)速度時(shí)，由于整流器的輸出電壓將高于電動(dòng)機(jī)額定電壓，因而只能運(yùn)用于曲線2。反之當(dāng)速度

時(shí)，由于整流器的輸出電壓達(dá)不到電機(jī)的額定電壓，所以只能運(yùn)用于曲線1。恒壓控制方式在日本的機(jī)車上運(yùn)用得比較廣泛，因?yàn)楹銐嚎刂朴休^硬的牽引特性，所以有較好的再粘著性能。

4.速度控制

速度控制是采用速度反饋，使機(jī)車的速度按一定規(guī)律變化的控制。通常使用的是準(zhǔn)恒速控制。2024/8/2263

恒速控制的原理如圖2--18所示，機(jī)車的速度信號(hào)可以從反映機(jī)車速度的任一環(huán)節(jié)取得，例如輪對(duì)，大、小齒輪，電機(jī)軸等。裝于輪對(duì)上的傳感器必須能耐受輪軌間的沖擊。恒速控制可通過電動(dòng)機(jī)電壓的控制和磁場(chǎng)削弱(僅當(dāng)采用無(wú)級(jí)磁削時(shí))來(lái)達(dá)到。恒速控制的牽引特性如圖2--19中的虛線所示，它是一組平行于縱軸的直線，其值隨速度指令值變化。從牽引特性可知，只要速度有微小的變化，牽引力會(huì)產(chǎn)生很大的波動(dòng)，這是不希望的。因而往往采用圖中實(shí)線的形式，速度和牽引2024/8/2264力之間的關(guān)系可寫成：或者表示為電動(dòng)機(jī)電樞電流與速度之間的關(guān)系：

電流與牽引力之間關(guān)系為式中----牽引電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；

----齒輪傳動(dòng)比；(2—12)(2—13)2024/8/2265----動(dòng)輪直徑。只要人為地確定的斜率，就可確定牽引特性的傾斜程度。這時(shí)的牽引特性如圖2--18中的實(shí)線所示。對(duì)于不同的值，可以得到一組平行的直線，這種控制稱為準(zhǔn)恒速控制。為實(shí)現(xiàn)這一控制，應(yīng)該在速度反饋回路中插入一個(gè)反應(yīng)式的函數(shù)發(fā)生器（檢測(cè)電流值，實(shí)時(shí)計(jì)算出速度

的指令）。2024/8/2266

5.

特性控制特性控制是目前廣泛用于國(guó)產(chǎn)機(jī)車上的一種控制，首先用于引進(jìn)的8K機(jī)車上。它是恒流控制和準(zhǔn)恒速控制的結(jié)合，即機(jī)車牽引特性具有恒流起動(dòng)和準(zhǔn)恒速運(yùn)行的雙重性能。例如8K機(jī)車，就有下列要求恒流曲線，對(duì)不同的級(jí)位，存在下面的函數(shù)關(guān)系：(A)

準(zhǔn)恒速曲線，根據(jù)級(jí)位和機(jī)車速度，函數(shù)關(guān)系式：2024/8/2268(A)

對(duì)恒流曲線、準(zhǔn)恒速曲線取最小值。對(duì)于第級(jí)，上述兩曲線的交點(diǎn)為，則當(dāng)時(shí)，取恒流曲線的輸出值。當(dāng)時(shí)，取準(zhǔn)恒速曲線的輸出值，由此構(gòu)成圖2--19曲線。根據(jù)恒流和準(zhǔn)恒速關(guān)系就可得出8K機(jī)車牽引的控制特性。

SS3B型機(jī)車采用特性控制，其控制函數(shù)為2024/8/22692.2.2相控電力機(jī)車/EMU牽引特性機(jī)車牽引特性是指機(jī)車輪周牽引力與機(jī)車速度之間的關(guān)系，即，它是列車運(yùn)行牽引計(jì)算的依據(jù)。在設(shè)計(jì)中，計(jì)算牽引特性的同時(shí)，還必須要計(jì)算機(jī)車的速度特性和機(jī)車的牽引力特性。對(duì)牽引特性影響較大的因素主要有：牽引電動(dòng)機(jī)的特性、機(jī)車的控制方式以及整流器的外特性。

1.電力機(jī)車/EMU牽引特性的范圍電力機(jī)車的牽引特性由整流器、牽引電動(dòng)機(jī)、機(jī)車的結(jié)

1--粘著限制2--限制3--限制4--限制5--限制6--7--8--限制

2024/8/2271結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。相控機(jī)車/EMU的牽引特性受到諸多因素的限制，這些限制如圖2--22所示。

(1)粘著限制(曲線l)

機(jī)車的牽引力應(yīng)該小于動(dòng)輪與鋼軌之間由粘著條件所決定的極限粘著力，否則動(dòng)輪將發(fā)生空轉(zhuǎn)。

(2)牽引電動(dòng)機(jī)允許的最大電流限制(曲線2)牽引電動(dòng)機(jī)在低速、大電流運(yùn)行時(shí)，換向所能承受的最大電流就是允許的最大電流，該電流大于牽引電動(dòng)機(jī)的額定電流。對(duì)干線電力機(jī)車，一般為額定電流的1.2～1.4倍，個(gè)2024/8/2272別達(dá)到1.6倍。對(duì)客運(yùn)電力機(jī)車，由于其傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比較小，因此由牽引電動(dòng)機(jī)電流限制計(jì)算所得的的牽引力也小，曲線2可能如圖2-22中的虛線所示，低于粘著限制之下。這時(shí)機(jī)車的牽引特性限制應(yīng)是曲線，而不是曲線1。

(3)牽引電動(dòng)機(jī)允許的最高電壓限制(曲線3)因受換向器片間電壓和電位條件限制，牽引電動(dòng)機(jī)有一個(gè)最高工作電壓。曲線3為最高端電壓，而且是滿磁場(chǎng)(固定分路)時(shí)，由牽引電動(dòng)機(jī)特性計(jì)算所得的牽引特性。2024/8/2273

(4)整流器輸出特性確定的最大電壓限制(曲線4)

在電力機(jī)車通用技術(shù)條件(GB3317-82)中規(guī)定：機(jī)車受電弓電壓額定值為25kV，并在20kV到29kV變化范圍內(nèi)能正常工作。所以整流器輸出的最高電壓也隨受電弓處電壓的變化而變化。牽引電動(dòng)機(jī)最高電壓限制曲線3比整流器輸出最高電壓限制曲線4有更陡的特性，這是由整流器交流側(cè)的阻抗壓降和平波電抗器的電阻壓降所引起的。從圖2--22也可以看出，機(jī)車的牽引力越大，則牽引電動(dòng)機(jī)電流越大，上述壓降也越大，所以大電流時(shí)曲線4位于曲線3的下側(cè)。2024/8/2274

(5)牽引電動(dòng)機(jī)功率限制(曲線5)

當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)在曲線3工作時(shí)，電壓已達(dá)到最高允許值，電流則由列車的阻力而定。在曲線3的右側(cè)，牽引電動(dòng)機(jī)的工作電壓不變，進(jìn)入磁場(chǎng)削弱下工作。曲線5是由牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓和額定電流計(jì)算所得的牽引特性，顯然這是一條恒功率的限制曲線。因?yàn)橛蔂恳妱?dòng)機(jī)輸出傳遞至機(jī)車輪緣的功率為：式中—--牽引電動(dòng)機(jī)數(shù)；2024/8/2275

—--牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓，V；

—--牽引電動(dòng)機(jī)額定電流，A；

--—

牽引電動(dòng)機(jī)效率;

—--牽引傳動(dòng)裝置效率。

(6)最深磁場(chǎng)削弱限制(曲線6、7)

牽引電動(dòng)機(jī)的換向受最深磁場(chǎng)削弱限制，最深磁場(chǎng)削弱系數(shù)由牽引電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)確定。圖中曲線6相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)在最高端電壓、最深磁場(chǎng)削弱時(shí)的牽引特性。曲線7則相當(dāng)于整流器最大輸出電壓、最深磁場(chǎng)削弱時(shí)的牽引特性。2024/8/2276

(7)機(jī)車構(gòu)造速度的限制(曲線8)

機(jī)車的運(yùn)行速度應(yīng)小于由機(jī)車構(gòu)造所決定的最大安全速度。由上可知，電力機(jī)車/EMU牽引特性的工作范圍，應(yīng)在如圖2--22所示粗實(shí)線決定的范圍內(nèi)。

對(duì)相控機(jī)車，采用無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱時(shí)，則可以工作于上述范圍中的任一點(diǎn)；對(duì)有級(jí)磁場(chǎng)削弱時(shí)，在滿磁場(chǎng)區(qū)可以工作于范圍內(nèi)的任一點(diǎn)，而磁場(chǎng)削弱區(qū)則工作于曲線3、曲線6間的磁場(chǎng)削弱級(jí)曲線上。2024/8/2277

2.牽引特性分析

不同能源供給的機(jī)車，對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的供電方式不同，其最大功率限制因素也不同，這必將導(dǎo)致機(jī)車在牽引特性上產(chǎn)生較大差異。

內(nèi)燃機(jī)車作為自備能源的機(jī)車，其功率及牽引能力主要是受柴油機(jī)功率限制。柴油機(jī)始終工作在恒功率運(yùn)行狀態(tài)，牽引發(fā)電機(jī)按照恒功率輸出供電，機(jī)車功率受牽引電動(dòng)機(jī)功率的限制，其限制曲線應(yīng)為牽引電動(dòng)機(jī)功率限制曲線5向左上方的延伸，如圖2—22中虛線所示。電力機(jī)車/EMU為外接能源的動(dòng)力系統(tǒng)，牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在恒電壓狀態(tài)下，其功率受整流器輸出電壓限制，在重負(fù)荷2024/8/2278時(shí)將出現(xiàn)過載。由圖2—22可知，電力機(jī)車與內(nèi)燃機(jī)車相比較，它們的牽引特性相差在陰影部分。電力機(jī)車在這一部分的功率大于額定功率，即在大負(fù)載下發(fā)揮了過載能力。在同一牽引力下，電力機(jī)車可以獲得更高的運(yùn)行速度，相對(duì)而言，這也是電力機(jī)車的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)車實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可工作于界限內(nèi)的某一點(diǎn)。只有當(dāng)司機(jī)控制手柄放在最高級(jí)位加速或減速時(shí)，才能在限制曲線上運(yùn)行。當(dāng)司機(jī)將控制手柄置于某一級(jí)位，機(jī)車將按控制特性運(yùn)行。2024/8/22792.3相控電力機(jī)車基本技術(shù)特征縱觀電力傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷程，它隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制理論的發(fā)展而發(fā)展。電力機(jī)車技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了直-直流電力傳動(dòng)、交-直流電力傳動(dòng)、交-直-交流電力傳動(dòng)三個(gè)大的發(fā)展階段，形成了四代產(chǎn)品。經(jīng)過了從調(diào)壓開關(guān)與二極管組合的全波整流有級(jí)調(diào)壓、調(diào)壓開關(guān)粗調(diào)和晶閘管相控微調(diào)相結(jié)合的級(jí)間平滑調(diào)壓、多段橋晶閘管相控?zé)o級(jí)調(diào)壓的交-直流傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)展到了變頻調(diào)速交流傳動(dòng)。我國(guó)電力機(jī)車自1958年誕生至今，已走過了不平坦的50年。在50年的發(fā)展歷程中，它同國(guó)際上技術(shù)發(fā)展路徑相類似，但我國(guó)干線電力牽引沒有經(jīng)過直流電力供電體系，直接2024/8/2280進(jìn)入了交-直流電力傳動(dòng)體系。我國(guó)目前在線運(yùn)用的電力機(jī)車仍主要是交-直流傳動(dòng)機(jī)車，除少量第一代、第二代機(jī)車外，絕大多數(shù)為第三代機(jī)車。第四代電力機(jī)車/EMU為交流傳動(dòng)，集中了當(dāng)今科技發(fā)展的最新成果，代表了現(xiàn)代牽引動(dòng)力發(fā)展的方向，在我國(guó)還處于初步發(fā)展階段。多段整流橋相控調(diào)壓技術(shù)在SS4機(jī)車的應(yīng)用，開始了相控調(diào)壓技術(shù)的全面推廣，經(jīng)歷了近20年的發(fā)展，生產(chǎn)了十余種電力機(jī)車/EMU。2.3.1國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車技術(shù)發(fā)展歷程/業(yè)績(jī)我國(guó)干線主型電力機(jī)車基本為第三代機(jī)車，采用多段橋晶閘管相控?zé)o級(jí)調(diào)壓。國(guó)產(chǎn)機(jī)車發(fā)展歷程如表2—1所示。產(chǎn)品年份機(jī)車型號(hào)軸列式功率(kW)最高速度持續(xù)速度傳動(dòng)方式及主要技術(shù)特征數(shù)量第一代1958SS1C0—C03780(持續(xù))90km/h45km/h開關(guān)有級(jí)低壓側(cè)調(diào)壓-交直傳動(dòng)K/H8261969SS2C0—C04800(小時(shí))100km/h49km/h開關(guān)有級(jí)高壓側(cè)調(diào)壓-交直傳動(dòng)K/H第二代1978SS3C0—C04320(持續(xù))10048級(jí)間平滑調(diào)壓，交直傳動(dòng)K/H677第三代1985SS42(B0—B0)640010048相控調(diào)壓C，交直傳動(dòng)R+L+F+H1581990SS5B0—B03200140相控調(diào)壓A，交直傳動(dòng)E+L+G+K1991SS6C0—C0480010048相控半控A，交直傳動(dòng)D+L+F+H/K1992SS7B0—B0—B0480010044相控調(diào)壓A，交直傳動(dòng)E+L+F+H1992SS3B(4000)C0—C04320(持續(xù))10048相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+F+H*2511993SS4G2(B0—B0)640010051.5相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+F+H1994SS8B0—B03200170100相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+W+G+K1995SS6BC0—C0480010050相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+F+H/K1996SS4B2(B0—B0)640010050相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+W+F+H1997SS7BB0—B0—B0480010044相控調(diào)壓A，交直傳動(dòng)E+L+F+H1997TM1B0—B0320014080.9相控調(diào)壓B-交直傳動(dòng)R+L+W+G+KS1998SS9C0—C04800/540017099相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+W+G+K1998SS7CB0—B0—B0480012076相控調(diào)壓A，交直傳動(dòng)E+L+F+K1999SS7DB0—B0—B0480017096相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+G+K1999DDJ1B0—B04000--輔變流200124相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+W+G+K2001SS7EC0—C0480017096相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+W+G+K2002SS3B2(C0—C0)2×4350(持續(xù))10048相控調(diào)壓B，交直傳動(dòng)R+L+W+F+H

我國(guó)電力機(jī)車發(fā)展業(yè)績(jī)表2--1產(chǎn)品年份機(jī)車型號(hào)軸列式功率(kW)速度傳動(dòng)方式及主要技術(shù)特征數(shù)量第四代1996AC4000B0—B04000120/60變頻調(diào)速SCR’，交流傳動(dòng)E+L+W+F+H12000DJ（熊貓）B0—B04800220/84變頻調(diào)速IPM,交流傳動(dòng)E+L+W+G+K22000DJJ1（藍(lán)劍）B0—B04800230/105變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+G+M82001DJ2（奧星）B0—B04800210/74變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+G+K32001DJF1(中原之星)B0—B03200-4(4*200)160/85變頻調(diào)速IGBT，交流傳動(dòng)E+L+W+M12001DJF2(先鋒號(hào))B0—B04800-4(4*300)200/3電平CI-IPM，交流傳動(dòng)E+L+W+M22002DJJ2(中華之星)B0—B04800270/變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+G+M12002天梭B0—B04800210/變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+G+K12003SSJ3C0—C07200120變頻調(diào)速IGBT，交流傳動(dòng)E+L+W+F+HDJ1(歐標(biāo)-德國(guó))2(B0—B0)6400120/50變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+F+H202003O’ZBEKISTONB0—B0—B06000(烏茲別克）120/52.3變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+F+H2003KZ4A(哈薩克)B0—B04800—輔變流210/84變頻調(diào)速GTO，交流傳動(dòng)E+L+W+G+K3和諧系列2007CRH12(2M1T)+(1M1T)53002電平CI-IGBT，VCCRH22(2M2T)48003電平CI-IGBT，VCCRH5(3M1T)+(2M2T)55002電平CI-IGBT，VC2008CRH32(2M2T)88002電平CI-IGBT，VC2007HXD12(Bo+Bo)9600120/652電平CI-IGBT，VC、架控180HXD22(Bo+Bo)10000120/652電平CI-IGBT，VC、軸控180HXD3Co-Co7200120/652電平CI-IGBT，VC、軸控2402009HXD3BCo-Co9600120/652電平CI-IGBT，VC、軸控500附注：A—兩段整流橋，B—三段不等分半控橋，C—四段經(jīng)濟(jì)半控橋，D—電阻制動(dòng)，R—加饋電阻制動(dòng)，E—再生制動(dòng),F—抱軸，G—架懸,K—客運(yùn)，H—貨運(yùn),L—恒流準(zhǔn)恒速控制，M—?jiǎng)榆嚱M，S—列車供電，W—微機(jī)/網(wǎng)絡(luò)控制

我國(guó)電力機(jī)車發(fā)展業(yè)績(jī)

續(xù)表2--1第一代電力機(jī)車SS4SS3B-4000SS4G第三代電力機(jī)車SS3BSS4CSS5SS4BSS5SS6BSS6BSS6SS7CSS7BSS7SS7DSS8SS9—0001~0043SS9G---0044~2002年開始改造配屬京、沈段2006年配屬滬局、南昌、濟(jì)南、廣州SS9GSS7EDDJ1AC4000DJ第四代交流傳動(dòng)電力機(jī)車DJ2中原之星中華之星中原之星KZ4A天梭號(hào)2024/8/22942.3.2主型直流傳動(dòng)電力機(jī)車電路的基本特征

我國(guó)相控電力機(jī)車經(jīng)過20多年的發(fā)展，技術(shù)已相當(dāng)成熟。經(jīng)過長(zhǎng)期應(yīng)用和不斷改進(jìn)，電力傳動(dòng)系統(tǒng)功能已日臻完善，但由于設(shè)計(jì)權(quán)分散、貫徹標(biāo)準(zhǔn)不夠而形成了差別，離標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的要求尚有差距。表現(xiàn)在主電路功能相同的情況下，機(jī)車的主電路不能統(tǒng)一，主要設(shè)備、部件不通用，如主整流柜、高壓母線等，每種機(jī)車不一樣，即使半導(dǎo)體元件的模塊相同，也不能通用。這樣，不利于機(jī)車總體和部件的模塊化、通用化；同時(shí)也給機(jī)車運(yùn)用、廠修改造、配件維修等諸多環(huán)節(jié)帶來(lái)麻煩。目前，我國(guó)仍在運(yùn)營(yíng)的干線交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車有11個(gè)型號(hào)，主電路的形式多達(dá)11種，其基本特點(diǎn)見表2--2。

國(guó)產(chǎn)干線相控電力機(jī)車主要特點(diǎn)

表2--2

型號(hào)用途牽引主電路電氣制動(dòng)電路牽引電動(dòng)機(jī)磁削方式功補(bǔ)裝置勵(lì)磁方式電壓等級(jí)SS4G貨運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V三級(jí)磁削有SS4B貨運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V三級(jí)磁削有SS6B貨運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V三級(jí)磁削有SS3B貨運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1550V三級(jí)磁削無(wú)SS7/7B貨運(yùn)1段全控橋+1段半控橋再生制動(dòng)復(fù)勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削有SS7C貨運(yùn)1段全控橋+1段半控橋再生制動(dòng)復(fù)勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削有SS8客運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)SS9客運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)SS9G客運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)SS7D客運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)復(fù)勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)SS7E客運(yùn)不等分3段橋加饋電阻制動(dòng)復(fù)勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)2024/8/2296從表2--2可看出，我國(guó)相控電力機(jī)車的技術(shù)平臺(tái)相似，但型雜量小的問題較為突出。各主機(jī)廠在技術(shù)開發(fā)上對(duì)于成熟技術(shù)的繼承不足，各自為政，業(yè)界同行之間互相封鎖、互相壓制，總是想在國(guó)內(nèi)同行中標(biāo)新立異，獨(dú)占國(guó)內(nèi)老大。缺乏合作，沒有集中有限的資源共同將市場(chǎng)蛋糕做大、將產(chǎn)業(yè)作強(qiáng)，產(chǎn)生多贏得態(tài)勢(shì)，為創(chuàng)新而創(chuàng)新，片面追求技術(shù)的先進(jìn)性，直接影響了電力機(jī)車技術(shù)水平的提升，使國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車發(fā)展與國(guó)際先進(jìn)水平差距拉大，最終以產(chǎn)品疑似、技術(shù)重復(fù)包裝翻新而結(jié)束了交-直流傳動(dòng)階段。這一教訓(xùn)值得深思，但愿在引進(jìn)、吸收交流傳動(dòng)技術(shù)過程中，不僅要引進(jìn)硬件技術(shù)，更要學(xué)習(xí)全球化公司先進(jìn)的設(shè)計(jì)、營(yíng)銷理念，放眼世界市場(chǎng)。2024/8/2297通過對(duì)現(xiàn)行干線直流傳動(dòng)電力機(jī)車技術(shù)特點(diǎn)的分析，可知在主電路結(jié)構(gòu)方面基本相同，由于制造廠家采用技術(shù)路線方面的差異，出現(xiàn)了一些不同?？傮w技術(shù)性能差別較小，但在機(jī)車運(yùn)用數(shù)量、技術(shù)成熟度方面還是存在差距?，F(xiàn)從整流調(diào)壓方式、牽引電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方式、磁場(chǎng)削弱方式、電氣制動(dòng)方式、無(wú)功補(bǔ)償裝置等幾方面，全面分析各相控調(diào)壓主型電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在主電路方面存在著一些共同的特征。

1.主電路的基本特征2024/8/2298主電路的調(diào)壓方式均采用多段橋串聯(lián)形式，以三段不等分橋?yàn)橹鳎回涍\(yùn)機(jī)車幾乎都采用三級(jí)磁場(chǎng)削弱方式，客運(yùn)機(jī)車全部采用無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱方式；電氣制動(dòng)主要采用加饋電阻制動(dòng)方式，SS7/B/C采用再生制動(dòng)方式；貨運(yùn)機(jī)車基本都采用了無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，客運(yùn)機(jī)車沒有功率補(bǔ)償裝置；牽引電動(dòng)機(jī)主要采用串勵(lì)方式，只有SS7系列采用復(fù)勵(lì)方式。根據(jù)相控電力機(jī)車技術(shù)方面的共同特征，進(jìn)行歸納、分類合并。按照客運(yùn)機(jī)車和貨運(yùn)機(jī)車來(lái)分，可分為兩個(gè)大類。由于脈流牽引電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方式有串勵(lì)和復(fù)勵(lì)兩種，其性能各有優(yōu)缺點(diǎn)，將形成了兩種電路形式。這樣11種主型電力機(jī)車可分為兩類四個(gè)規(guī)格。具體情況見表2—3。序號(hào)用途牽引主電路電氣制動(dòng)電路牽引電動(dòng)機(jī)磁削方式功補(bǔ)裝置參考車型勵(lì)磁方式電壓等級(jí)1客運(yùn)不等分三段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)SS8SS9/G2客運(yùn)不等分三段橋加饋電阻制動(dòng)復(fù)勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削無(wú)SS7DSS7E3貨運(yùn)不等分三段橋加饋電阻制動(dòng)串勵(lì)1000V三級(jí)磁削有SS4BSS6B/3B4貨運(yùn)1段全控橋1段半控橋再生制動(dòng)復(fù)勵(lì)1000V無(wú)級(jí)磁削有SS7/SS7BSS7C

歸并后的主電路形式及特征

表2--3

車型SS9GSS7ESS3BSS7軸式C0-C0C0-C02(C0-C0)B0-B0-B0機(jī)車整備質(zhì)量126t1262×138138軸重21t21t23t23t機(jī)車持續(xù)功率4800kW4800kW2×4350kW4800kW機(jī)車持續(xù)牽引力169kN171kN2×316.7kN351kN機(jī)車起動(dòng)牽引力286kN245kN2×490kN485kN機(jī)車持續(xù)速度99km/h96km/h48km/h44km/h機(jī)車最高速度170km/h160km/h100km/h100km/h機(jī)車電制動(dòng)功率4000kW4000kW2×4000kW4000kW機(jī)車最大制動(dòng)力180kN150kN2×301.4kN310~274kN傳動(dòng)方式單邊直齒六連桿空心軸單邊直齒六連桿空心軸雙邊斜齒單邊剛性直齒傳動(dòng)比77/31=2.48475/32=2.3437587/20=4.3577/17=4.35牽引電動(dòng)機(jī)900kW(串勵(lì)脈流)850kW(復(fù)勵(lì)脈流）800kW(串勵(lì)脈流）850kW(復(fù)勵(lì)脈流）特性控制恒流準(zhǔn)恒速恒流準(zhǔn)恒速恒流準(zhǔn)恒速恒流準(zhǔn)恒速微機(jī)控制+LCU邏輯控制單元+LCU邏輯控制單元+LCU+網(wǎng)絡(luò)控制繼電器控制主電路形式三段不等分半控橋整流三段不等分半控橋整流三段不等分半控橋整流兩段相控整流橋最深磁場(chǎng)削弱系數(shù)0.490.440.450.418磁場(chǎng)削弱電路形式無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱三級(jí)磁場(chǎng)削弱無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱電制動(dòng)方式加饋電阻制動(dòng)加饋電阻制動(dòng)加饋電阻制動(dòng)再生制動(dòng)+功補(bǔ)輔助系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)輔助變流器旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)旋轉(zhuǎn)劈相機(jī)

SS9、SS7E、SS3B、SS7機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

表2—3續(xù)2024/8/22101

2.兩個(gè)技術(shù)平臺(tái)

通過對(duì)主型干線電力機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)的分析，可清楚地看到，盡管車型很多，可歸為二個(gè)技術(shù)基本相似的平臺(tái)(株洲平臺(tái)、大同平臺(tái))，并且在逐步融合。株洲平臺(tái)以SS3B、SS4B、SS6B、SS8、SS9/G為代表，技術(shù)成熟、保有量很大，技術(shù)發(fā)展具有一定地繼承性、連續(xù)性。無(wú)論從技術(shù)成熟度、開發(fā)能力、運(yùn)營(yíng)范圍代表了我國(guó)電力機(jī)車的最高水平，引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車發(fā)展的方向，其技術(shù)特征為：牽引主電路采用三段不等分半控橋順序控制的調(diào)壓電路，電氣制動(dòng)基本采用加饋電阻制動(dòng)，客運(yùn)機(jī)車采用采用無(wú)級(jí)磁削，貨運(yùn)機(jī)車采用三級(jí)有級(jí)磁削方式，牽引電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方式采用串勵(lì)。2024/8/22102大同平臺(tái)是以SS7~SS7E機(jī)車為代表，機(jī)車保有量、技術(shù)成熟度、開發(fā)能力及運(yùn)營(yíng)范圍都略遜于株洲平臺(tái)，技術(shù)的繼承性、連續(xù)性具有跨越式，但后期生產(chǎn)的機(jī)車采用了模塊化設(shè)計(jì)，走出了國(guó)內(nèi)電力機(jī)車模塊化發(fā)展的第一步。其基本技術(shù)特征是牽引電動(dòng)機(jī)采用他復(fù)勵(lì)方式，貨運(yùn)機(jī)車采用再生制動(dòng)、無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱。其發(fā)展逐步在接近株洲平臺(tái)，特別是在客運(yùn)機(jī)車方面?？瓦\(yùn)機(jī)車SS7E中除勵(lì)磁方式仍保留他復(fù)勵(lì)外，其余與株洲平臺(tái)技術(shù)特征相同。因此，株洲技術(shù)平臺(tái)代表了我國(guó)交-直流傳動(dòng)電力機(jī)車的主流方向。對(duì)電力機(jī)車/EMU交-直流傳動(dòng)系統(tǒng)的分析以此為樣本。2024/8/221032.4相控電力機(jī)車電路分析根據(jù)國(guó)產(chǎn)相控電力機(jī)車的主要技術(shù)特征，SS3B、SS4B、SS6B、SS8、SS9G為同一技術(shù)平臺(tái)，代表了客貨機(jī)車的技術(shù)水平,以此平臺(tái)為樣本，對(duì)客貨運(yùn)機(jī)車的交-直流傳動(dòng)系統(tǒng)，分別從主電路、輔助電路和控制電路三方面進(jìn)行系統(tǒng)分析。2.4.1主電路

主電路是機(jī)車完成能量轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生牽引力與制動(dòng)力的主體電路，是實(shí)現(xiàn)機(jī)車起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)這三個(gè)基本功能的電路。將從整流調(diào)壓方式、供電方式、磁削方式和電阻制動(dòng)方式等幾方面進(jìn)行分析。2024/8/221041.網(wǎng)側(cè)高壓電路受電弓升起與接觸網(wǎng)線接觸后，將25kV、50Hz單相交流電通過主斷路器QD、高壓電流互感器1HL引入主變壓器一次繞組A-X，經(jīng)低壓電流互感器2HL后接向車體，再經(jīng)接地裝置到車輪，通過鋼軌向變電所回流，形成高壓供電回路。2.整流調(diào)壓電路相控電力機(jī)車基本采用三段不等分半控整流橋順序控制的調(diào)壓方式，各主型電力機(jī)車的整流調(diào)壓方式相同，電路結(jié)構(gòu)相似，在此以SS3B型電力機(jī)車為例進(jìn)行分析。SS3B型電力機(jī)車主電路(一臺(tái)轉(zhuǎn)向架)如圖2—24所示。

圖2—24SS3B主電路(一臺(tái)轉(zhuǎn)向架）2024/8/22106對(duì)一臺(tái)整流器而言，主變壓器低壓側(cè)采用晶間管不等分三段半控橋順序相控調(diào)壓。SS3B機(jī)車主變壓器ZB的二次繞組由兩組對(duì)稱的繞組構(gòu)成。每組繞組設(shè)計(jì)為兩段完全對(duì)稱的繞組(完整繞組)，并將其中的一段繞組設(shè)計(jì)為中抽式結(jié)構(gòu)，這樣可形成三段不對(duì)稱繞組，各段繞組的匝數(shù)比為2：1：1。網(wǎng)側(cè)25kv、50Hz的高壓電經(jīng)主變壓器ZB降壓，在二次側(cè)各段完整繞組上輸出電壓為1071V。對(duì)于每組繞組，分別產(chǎn)生三段電壓，即1071、535.5、535.5V，經(jīng)整流裝(1ZGZ或2ZGZ)整流后，向1M～3M或4M～6M供電。

SS3B型電力機(jī)車采用雙拍全波橋式整流電路，主整流2024/8/22108橋(1ZGZ或2ZGZ)采用三段半控橋式串聯(lián)接法，其中第二、三段小橋是一種疊加式經(jīng)濟(jì)橋接法。不等分三段半控橋整流電路原理，如圖2—25所示。

牽引工況時(shí)，a1-x1和a3-b3-x3，a2--x2和a4-b4-x4繞組分別同1ZGZ、2ZGZ硅整流裝置構(gòu)成不等分三段半控橋式調(diào)壓整流電路，向兩個(gè)轉(zhuǎn)向架獨(dú)立供電。而其中a3-b3-x3中抽繞組中又另有抽頭c3，a3-c3繞組輸出電壓為198V，專向電阻制動(dòng)工況時(shí)的勵(lì)磁整流裝置供電。第一段半控橋由T11、T12、D11、D12（或T21、T22、D21、D22）構(gòu)成，稱為大橋(或四臂橋)，其輸出電壓可達(dá)額定輸出電壓的一半；第二、三段半控橋橋分別由T13、T14、2024/8/22109D13、D14（T23、T214、D23、D24）和T15、T16、D13、D14（T25、T26、D23、D24）組成，稱為小橋(或六臂橋)，其輸出電壓分別可達(dá)到額定輸出電壓的四分之一。

3.調(diào)壓過程

不等分三段半控橋式調(diào)壓整流電路的升壓順序控制過程如下（以1ZGZ為例）：

(1)第一段半控橋第一段半控橋首先投入工作，調(diào)節(jié)T11、T12的導(dǎo)通角，由D13、D14提供續(xù)流通路，可以逐步提高輸出電壓至額定電壓的一半。其電流流向：在變壓器二次側(cè)電的正半波，給T11施加觸發(fā)脈沖信號(hào)，電流從a1端開始流經(jīng)3HL、D11正2024/8/22110端，到達(dá)直流電源正端1號(hào)母線處，通過平波電抗器1PK流向牽引電動(dòng)機(jī)接觸器觸點(diǎn)的上端5號(hào)母線及1～3XC，分別向牽引電動(dòng)機(jī)1M、2M、3M供電，流過電樞繞組、串勵(lì)繞組到達(dá)直流電源的負(fù)端3號(hào)母線，再經(jīng)D13、D14、7號(hào)母線和晶閘管T11，到達(dá)變壓器二次繞組x1端，最終流向a1端形成一條完整的供電回路；在二次繞組電源的負(fù)半波，給T12施加觸發(fā)脈沖，電流從x1端開始經(jīng)過T12到達(dá)直流電源的正端1號(hào)母線處，其后與正半波時(shí)相同，向牽引電動(dòng)機(jī)供電直至D13、D14、7號(hào)母線和D12，到達(dá)變壓器二次繞組a1端，最終流向x1端形成一條完整的供電回路。當(dāng)調(diào)節(jié)T11、T12完全導(dǎo)通后，輸出電壓達(dá)到額定電壓的一半，保持T11、T12處于全開2024/8/22111放狀態(tài)。

(2)第二段半控橋

待T11、T12全開放以后，第二段半控橋（小橋）開始投入工作，由繞組a3-b3供電，控制觸發(fā)T13、T14并與第一段處于全開放的半控橋串聯(lián)，向牽引電動(dòng)機(jī)供電。在變壓器二次繞組電壓的正半波，電流流向：

a1--3HL--1號(hào)母線--1PK---5號(hào)母線--1～3XC--1～3M--整流器輸出負(fù)端3號(hào)母線--T13--b3--x3--5HL--7號(hào)線--T11--x1--a1，形成正半波供電回路；在變壓器二次側(cè)電壓的負(fù)半波，電流流向?yàn)椋簒1--T12--整流器正端1號(hào)母線--1PK--5號(hào)母線--1～3XC--1～3M--整流器輸出負(fù)端3號(hào)母線--D14--5HL--a3—b3--T14--7號(hào)線--D12--3HL--a1--x1,形成2024/8/22112負(fù)半波供電回路。調(diào)節(jié)T13、T14直至完全導(dǎo)通。保持T11、T12和T13、T14全開放狀態(tài)，此時(shí)整流器輸出電壓達(dá)到額定電壓的四分之三。

(3)第三段半控橋

當(dāng)T13、T14全開放后，可使第三段半控橋（小橋）投入工作，由繞組b3—x3供電。調(diào)節(jié)T15、T16，并與處于全開放狀態(tài)的第一、二段半控橋相串聯(lián)，共同向牽引電動(dòng)機(jī)供電。在變壓器二次繞組輸出電壓的正半波，電流流向：a1--3HL--1號(hào)母線--1PK--5號(hào)母線--1～3XC--1～3M--整流器輸出負(fù)端3號(hào)母線--T15--x3--a3--5HL--D13--7號(hào)線--T11--x1--a1,形成正半波供電回路；在變壓器二次繞組輸出電壓的負(fù)半波，電流2024/8/22113流向?yàn)椋簒1--T12--整流器正端1號(hào)母線--1PK--5號(hào)母線--1～3XC--1～3M--整流器輸出負(fù)端3號(hào)母線--D14--5HL--a3—x3--T16--7號(hào)線--D12--3HL--a1--x1,形成負(fù)半波供電回路。若T15、T16完全開放以后，整流器輸出電壓調(diào)節(jié)過程結(jié)束，此時(shí)總輸出電壓為三段半控橋全開放輸出電壓之和，最高電壓達(dá)到額定電壓。

1ZGZ降壓順序控制與上所述程序相反，從小橋到大橋，控制晶閘管導(dǎo)通角自全導(dǎo)通至關(guān)斷狀態(tài)，便依次完成整個(gè)不等分三段半控橋的降壓調(diào)節(jié)過程。三段不等分半控橋的調(diào)壓控制過程與輸出波形，如圖2-26所示。說明：直流輸出電壓、電流波形只表示了半個(gè)周期的情況，另外半個(gè)周期的情況與此相同。2024/8/22115

須注意：在接觸網(wǎng)極端低電壓下，當(dāng)?shù)谌伟肟貥蛲耆_放時(shí)要能夠保證牽引電動(dòng)機(jī)的額定電壓。在接觸網(wǎng)額定電壓下，第三段半控橋一般不會(huì)全開放，只在部分導(dǎo)通角下工作即可。上述分析只是針對(duì)一臺(tái)整流器的供電情況而言，另一臺(tái)整流器的工作過程與此完全相同。4.供電方式

SS3B~SS9G型電力機(jī)車在牽引工況時(shí)，各轉(zhuǎn)向架的牽引電動(dòng)機(jī)為并聯(lián)狀態(tài)，分別由相應(yīng)的硅整流裝置集中供電，稱之為轉(zhuǎn)向架獨(dú)立供電方式(或稱為架控式)。2024/8/221165.加饋電阻制動(dòng)

SS3B型電力機(jī)車采用限流準(zhǔn)恒速特性控制的加饋電阻制動(dòng)。電阻制動(dòng)時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)需由串勵(lì)方式改為他勵(lì)發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，并將六臺(tái)牽引電機(jī)的勵(lì)磁繞組串聯(lián)起來(lái)，由勵(lì)磁電源提供他勵(lì)電流。勵(lì)磁電源由主變壓器繞組a3--c3和半控整流橋T17、T18、D13、D14提供，整流橋輸入電壓198V(空載)