1、电力机车控制课程设计 李聪波班级：铁路机车 2011 级学号：201124232501581摘 要SS4 改型电力机车(从 159#车起)是八轴重载货运机车，由两节完全相同的四轴机车用车钩与连挂风挡连接组成，其间设有电气系统高压连接器和重联控制电缆，以及空气系统重联控制风管，可在其中任一节车的司机室对全车进行统一控制。另外，在机车两端还设有重联装置，可与一台或数台 SS4 改进型机车连接，进行重联运行。机车采用国际标准电流制，即单相工频制，电压为 25kV。采用传统的交直传动形式，使用传统的串励式脉流牵引电动机。机车具有四台两轴转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，采用转向架独立供电方式，
2、全车四个两轴转向架，具有相应的四台独立的相控式主整流装置。主整流装置采用三段不等分半控调压整流电路。机车电气制动系统采用加馈电阻制动，使机车低速制动力得以提高。机车辅助系统采用传统的旋转式劈相机单三相交流系统。机车设备布置采用双边纵走廊、分室斜对称布置，设备屏柜化，成套化。机车通风采用车体通风方式，进风口为车体侧墙大面积立式百叶窗，各主要设备的通风支路采用串并联方式，来满足机车通风要求。关键词：写作规范；排版格式；论文I1引 言韶山 4 型（SS4） ，是中国铁路使用的电力机车车款之一。这款电力机车分 SS4 型（1 158 号） 、SS4 改型（ 159 号以后）两个发展阶段，但是规范的型号
3、仍然是 SS4 型电力机车。韶山 4 型电力机车主电路采用先进的大功率晶阀管多段桥相控整流方式，对机车进行无级平滑调速控制。牵引工况采用恒压或恒流控制，电阻制动工况采用两级制动，恒励磁或准恒速控制。韶山 4 改型机车采用不等分三段顺控半控桥，但是牵引特性为恒流、准恒速特性控制，电阻制动为加馈电阻控制，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，缺点是耗能较大。韶山 4 改型还采用了三次谐波滤波器以改善机车功率因数，缺点是增加了系统的复杂性。两种机车都具有轴重转移的电器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。韶山 4型电力机车的布置继承了韶山系列电力机车的传统特点，
4、如双侧走廊、分室斜对称布置，设备屏柜化，成套化，结构紧凑接近容易，维修方便。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，过滤材料采用无纺棉毡代替原来的棕丝板，以便于清洗。韶山 4 型机车各通风支路均为并联方式，具有相对的独立性。机车两节车体用车钩连接，并设有防脱钩安全装置，车钩上方为连接风挡，中间设有通道。整个车体为整体承载结构。韶山 4 改型机车车体吸收消化 8k 型电力机车技术采用了大顶盖和高台架结构。2SS4G 电力机车主要参数韶山 4 改型电力机车主要用于干线货运轨距 1435 mm限界机车在受电弓降下时，在平直道上外界尺寸符合国标 GB146.183标准轨距
5、铁路机车车辆限界的要求额度工作电压单相交流 50Hz 25kV传动方式交直流电传动轴式 2（Bo Bo）机车重量 292 % t轴重 23t持续功率 23200kW最高运行速度 100 km/h持续速度 51.5 km/h起动牵引力 628kN持续牵引力 450kN电制动方式加馈电阻制动电制动功率 5300kW电制动力 382kN（1050km/h）传动方式双边斜齿减速传动传动比 88/21牵引电动机型号 ZD105341.SS4 改型电力机车控制电路SS4 改型电力机车的控制电路分为有触点和无触点电路。本章主要介绍有联锁控制电路原理。有联锁控制电路根据各环节作用的不同，分为控制电源、整备控制
6、、调速控制、保护控制、信号控制、照明控制等电路。为方便大家读识控制电路图，现将 SS4 改型电力机车采用的主要部件的符合种类归纳如下：司机控制器 AC; 琴键开关 SK; 按钮开关 SB; 中间继电器 KM; 电磁阀 YV; 故障转换开关 QS; 位置转换开关 QP; 电源开关 SA; 自动空气开关 QA;过流继电器 KC ; 接地继电器 KE 等。1.1 整备控制电路1.1.1 受电弓控制受电弓的升起是由压缩空气进入升弓气缸推动气缸内的活塞而进行的，所以，要升起受电弓，必须具备足够的压缩空气。压缩空气的开通和关断受电磁阀 287yv 控制，具体控制过程如下：1. 电源有 602QA 自动开关
7、提供，经主台按键开关电联锁 570QS，使导线 531 有电，一路经 20QP, 50QP, 297QP 使保护阀 287yv 得电动作，开通了通向高压室门联锁阀的气路。保护阀供电电路为：464602QA570QS53120QP50QP297QP287YV400若此时门联锁以正常关闭,则门联锁阀动作,使高压室门联锁,并开通通向受电弓电磁阀的气路,为升弓做好准备.另一经路前受电弓 按键开关 403 SK 及受电弓隔离开关 587QS，使导线 533 有电，如果此时，588QS 在重联位，即“0”位时，导线 533 经内重联插头使另一节车的N533b 有电，受电弓升起。2. 两台机车重联时，导线
8、532 经重联中间继电器 546KA 使导线 W2532 有电，经外重联电缆后，使另一节车的 W2532 导线有电，促使另一节车的受电弓升起。1.1.2 主断路器的合闸控制主断路器的合闸控制与受电弓控制为同一供电支路。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，若此时主断路器的风缸风压足够（大于 450KPa）4KF 动作，则主断路器的合闸线圈 4QFN 得电，主电路器合闸电路为：531 401SK586QS568KA539KT567KA4QFN4KF400 几条支路。1. 导线 516 经劈相机的
9、启动中间继电器 566KA 联锁，使分相接触器 213KM 和劈相5机启动延时继电器 533kt 得电动作，同时 527KT 线圈经劈相机启动中间继电器 566KA联锁得电，527KT 常开联锁闭合，为劈相机的接触器 201KM 闭合做好准备。其电路为：561（566KA + 527KT）(533KT + 213KM) 400561566KA527KT4002. 导线 561 经 213KM 的辅助联锁，使导线 527 有电，经劈相机故障隔离开关242QS 使 201KM 得电动作，劈相机的电路接通，开始启动。其电路为：561（201KM + 213KM + 205KM） 242QS201KM
10、4001.1.3 压缩机控制SS4 改型电力机车同其他韶山系列机车一样装有两种压缩机，供应全车所需的高压用风，另一种是辅助压缩机，只在全车无风而需要升受电弓、合主断路器时使用它，给辅助风缸和控制风缸泵风。现在分别说明如下：1. 主压缩机控制首先按下“压缩机”按键开关 405SK，导线 577 经 405SK、517KF（压力调节器，风压低于 700KPa 时闭合，风缸高于 900KPa 时断开） 、566KA、579QS 使压缩机接触器203KM 的触点动作，压缩机开始工作。其电路为：577 405SK517KF566KA579QS203KM4002. 辅助压缩机控制机车升弓前若总风缸中已无压
11、缩空气储存，则需利用升弓压缩机向辅助风缸和控制风缸泵风，供机车受电弓和主断路器合闸使用。其电源由 610QA 自动开关提供，导线 680 经 596SB,使其 442KM 得电动作，其主触头闭合，导线 680 经 442KM 的主触头是升弓压缩机 447MD 得电动作，开始打风。其电路为：464610QA( 596SB1 + 596SB2 )442KM400680442KM447MD400 1.1.4 通风机控制SS4 改型机车的通风机控制除了正常的手动控制外，还有自动启动的控制环节，下面分别加以介绍：1. 手动控制按下“通风机”按键开关 406SK，导线 577 经 407SK 使导线 57
12、8 有电，经566KA、242QS，通风机 1 隔离开关 575QS 使通风机 1 接触器 205KM 的电动作，通风机1 开始启动。其电路为：577406SK578566KA579242QS575QS205KM400同时，205KM 联锁打开，使 535KT 失电，延时 3S 后，535KT 联锁闭合。导线 579经 535KT 使导线 581 有电，再经通风机 2 的隔离开关 576QS 使通风机 2 的接触器 206KM6得电动作，通风机 2 开始动作。其电路为：579（575QS+535KT）581576QS206KM 400同时，206KM 联锁打开，536KT 线圈失电，延时 3S
13、 后 536KT 联锁闭合，导线 581经 536KT 使导线 678 有电，然后，分别经 584QS 和 599QS 使 212KM 和 211KM 同时得电动作，即油泵和变压器风机同时开始启动，直至正常工作。其电路为：581536KT687584QS212KM400581536KT687599QS211KM400至此完成通风机的控制。2. 自动控制所谓自动控制是指司机的调速手轮转到目一级位后，通风机能够自动地启动，投入正常工作，从原理图上看，是 417 导线供电，自起风机中间继电器 549KA 得电动作，此时，570QS 在“1”位，406SK 在非按下位。所以，导线 577 经 406S
14、K 联锁、570QS、549KA 的正联锁为 549KA 提供电源使其自持。其电路为：577406SK570QS603549KA417549KA400.调速，导线 603 经 549KA 的另一对正联锁和 509V，使导线 578 有电。其电路为：603549KA509V578接下来的控制过程与手动控制完全一样。当司机控制器调速手轮退到“0”位时，导线 417 不在从司机控制器中得电，而是通过自持从导线 577 得电。所以，调速手轮回到“0”位时，通风机并不自动关闭。若要关闭通风机，必须操作一下 406SK，切除 549KA 的供电电路，时其解锁，然后再关闭406SK，也就关闭了通风机，设计此
15、环节的目的在于避免通风机频繁启动。1.1.5 制动风机控制按下“制动风机”按键开关 407SK，导线 577 经 407SK、566KA、581QS 使制动风机1 的接触器 209KM 得电动作，制动风机 1（5MA）开始启动。其控制电路为：577407SK566KA589581QS209KM400其中，566KA 是劈相机启动中间继电器，581QS 是制动风机 1 的隔离开关。当制动风机 1 故障或其他原因需要切除时，可以将 581QS 置故障位。在制动风机 1 接触器 209KM 得电动作后，受其反联锁控制的 526KT 因 209KM 反联锁打开而失电，延时 3S 后，526KT 联锁闭
16、合，导线 589 经 526KT 联锁、制动风机 2 的隔离开关 582QS 使制动风机 2 的接触器 210KM 得电动作，制动风机 2（6MA）开始启动，并进入正常工作状态。其控制电路为：589（581QS+526KT）582QS210KM400两台制动风机启动完毕。当两节机车重联时，通过内重联线入 N590 控制另一节车的制动风机。当两台车重7联时，通过外重联线 W2590 控制另一台车的制动风机。1.1.6 牵引控制牵引控制有两种情况：一种是牵引向前，另一种是牵引向后。由司机控制器控制两位值转换开关进行转换。下面一主司机控制器控制为例分别加以说明：1. 牵引向前当闭合电钥匙后，导线 4
17、66 有电，经 12KM、22KM、32KM 联锁或 20QP 常开联锁或50QP 常开联锁使线路接触器中间继电器 558KA 线圈得电常开联锁闭合。其控制电路为：464604QA465570QS466 （12KM22KM32KM42KM+20QP+50QP）558KA400当主司机控制器 627AC 的换向手柄置“前”位时，导线 402、403、406 有电。其控制电路为：465570QS401627AC1402465570QS401627AC2403465570QS401627AC5406其中导线 402 为调速手轮的导线，导线 403 向前位的电线，导线 406 牵引位的电线。导线 40
18、3 经 558KA，使 107YVF 和 108YVF 两个电磁阀得电，其控制电路为：403558KA（107YVF+108YVF）400两位值转换开关方向转到“向前位” 。导线 406 经 558KA、560KA、92KM，使 107YVT、108YVT 两个电磁阀得电，其控制电路为：406558KA560KA92KM（107YVT+108YVT）400两位值转换开关工况鼓转换到“牵引”位。从而完成了牵引向前的转换控制。2. 牵引向后当主司机控制器 627AC 的转换手柄之“后”位时，导线 402、404、406 有电。其控制电路为：465570QS401627AC1402465570QS4
19、01627AC3404465570QS401627ac5406其中导线 402、406 的作用与牵引向前时相同，导线 404 是向后得电线。其向后控制环节如下：404558KA（107YVBW+108YVBW）400两位值转换开关方向转到“向后”位。其中，107YVBW 负责 1 号高压柜两位值转换开关完成向后转换；108YVBW 负责 2 号高压柜两位值转换开关完成向后转换。1.1.7 制动控制当主司机控制器换向手柄置“制动”位时，导线 402、403、405 有电。8其控制电路为：465570QS401627AC1402465570QS401627AC2403465570QS401627A
20、C405其中导线 402 的作用与牵引时相同；导线 403 的作用只是给空气管路部分提供向前的信号，对控制电路无特殊含义；导线 405 制动位得电。制动控制环节为：405（560KA+561KA）400465560KA558KA（）107YVB+108YVB400两位置转换开关工况鼓转换到“制动”位。从而完成了向前制动的转换控制。1.2 调速控制电路当机车整备完毕，机车状态信号显示一切正常时，就可以进行调速控制。调速控制通过司机控制器的调速手轮来完成，根据前后顺序，下面分几个环节加以介绍。1.2.1 零位控制SS4 改型机车是由完全相同的两节车重联而成，每节机车只有一个司机室，每个司机室内装有
21、主.辅司机控制器各一只，所以，一台机车共有 4 只司机控制器。每节车都有自己独立的零位中间继电器 568KA 和零位延时时间继电器 532KT。单节车时，控制过程如下：导线 464 经 604QA 使导线 465 有电，再经 570QS（1）闭合位和 532KT 的常开联锁，使导线 418 有电，并送入司机控制器调速手轮的第一层联锁上；若此时调速手轮处于零位，则导线 418 经 627AC 使导线 411 有电，再经 628AC使导线 412 有电，568KA 得电动作。其控制电路为：464604QA570QS466532KT418627AC1411628AC1412568KA400当主司机控
22、制器调速手轮离开零位时，导线 411 失电，最终导致 568KA 失电；同时，因 627AC 调速手轮离开零位后，导线 415 得电，零位延时时间继电器 532KT 得电吸合，其反联锁打开，导线 418 无电，进一步保证 568KA 失电，另外因 532KT 的正联锁闭合，将使线路接触器得电动作，线路接触器控制环节将在下面详细介绍。1.2.2 低级位延时控制当 627AC 的调速手轮转到 1.5 级以上时，导线 417 有电，525KT 得电并开始延时，25S 后，其反联锁打开。525KT 是电子式低级位延时时间继电器，得电后延时主要用于在机车低级位时免开通风机进行调车作业以及在启动通风机的过
23、程中快速启动机车，并具有防止机车音信号不正常而引起“窜车”的作用。91.2.3 线路接触器控制线路接触器是沟通牵引电机主电路的主要点器。其控制关系是：导线 531 经532KT.10QP.60QP 联锁，使导线 501 有电。其控制电路为：531532KT10QP60QP501其中，10QP、60QP 分别是 1，2 高压柜中空载试验转换开关的辅助联锁，只运行位时闭合。当机车处于牵引状态时，导线 501 经 561KA 的两队常开联锁，分别使导线 496 和497 有电，导线 496 经 575QS 使导线 481 有电，然后，分别经 19QS.29QS，使线路接触器 12KM 和 22KM
24、得电动作；而导线 497 经 576QS 使导线 485 有电，然后，导线 485 分别经 39QS 和 49QS，使线路接触器 32KM 和 42KM 得电动作，此时，牵引状态的电机主电路构成。上述支路中，19QS49QS 分别使牵引电机 14 的隔离开关的辅助联锁，575QS与 576QS 是牵引风机隔离开关，在隔离相应风机的同时，也隔离了牵引电机，避免牵引电机无风烧损。以第一电机线路接触器为例，其控制电路为：501561KA496575QS19QS47112KM400当机车处于制动状态时，导线 501 一路经 581QS.561KA 正联锁使导线 496 有电；另一路经 582QS.56
25、1KA 的另一对正联锁，使导线 497 有电，接下来的环节与牵引是相同。581QS 和 582QS 分别是制动风机 1 和制动风机 2 的隔离开关，当某一制动风机故障时，在隔离相应风机的同时，也隔离了牵引电机，避免烧坏制动电阻。仍以第一电机线路接触器为例，其控制电路为：501581QS561KA575QS19QS12KM4001.2.4 调速控制SS4 改型机车是全相控无级调速机车，它的调速控制主要是由无接点控制电路来完成，在此，仅对于调速有关的有接点控制电路进行介绍。调速信号给定机车速度的信号给定有司机控制器输出。当司机转动调速手轮时，速度给定及相应电流给定信号也随之改变，达到控制机车速度的
26、目的。主司机控制器 627AC 输出的信号给定信号通过电位器 627R 完成。在这一环节中，1701 是从电子控制柜内，电子柜根据这一信号的大小，对机车速度及电机电流实施控制。1.3 照明控制电路1.3.1 前照明控制电路电源由 464 经“前照灯”自动开关 606QA 提供，按下主、副台“前照灯”按键开关 410SK、418SK，前照灯接触器 440KM 得电吸合，前照灯 449EL 点亮。101.3.2 副照明灯控制副照明灯电源由 464 经 607QA 提供。当按下副前照灯按键开关 417SK，经限流电阻 633R，接通 468EL1、469EL1，副前照灯投入工作。当按下副后照灯按键开
27、关 409SK，经限流电阻 634R 接通 468EL2，副后照灯投入工作，限流电阻是限流灯泡冷态启动电流，可以提高灯泡寿命。当按下前标志灯按键开关 415SK，前标志灯 465EL1 投入工作。当按下后标志灯按键开关 416SK，后标志灯 464EL2 投入工作。1.3.3 各室照明控制各室照明电源由 464 经 608QA 提供。司机室照明灯 448EL1、449EL1 受副台按键开关 442SK 控制。各室照明灯 460EL、461EL、462EL 受副台按键开关 420SK 控制。走廊照明灯 452456EL1、452 456EL2、457EL 受副台按键开关 421SK 与走廊开关
28、571QS 交叉控制通断。1.3.4 仪表照明控制仪表照明为 24V 电源，其电源由 464 经 614QA、逆变器 426VC 至 780 提供。用过副台仪表照明按键开关 419SK 控制。1.3.5 电风扇控制电风扇电源由 464 经 610QA 提供。按下电扇开关 413SK，电扇开始工作。11结 论SS4 改型电力机车控制电路分为整备控制、调速控制、保护控制、信号控制、照明控制电路等。其电源为 110V，由整流稳压装置提供。在机车正常运行时单相半空桥式整流稳压装置及蓄电池并联使用，主要由 110V 整流电路提供电源，蓄电池起稳压等作用；在降弓情况下，蓄电池供机车作低压试验、辅助压缩机打
29、风及照明用。在运行中电源柜故障时，蓄电池作维持机车故障运行的控制电源。它 具 有 恒 压 或 恒 流 控 制 的 牵 引 特 性 和 恒 速 或 恒 励 磁 控 制 的 电 阻 制 动 特 性 。SS4 改采用三场削弱电子柜控制，系统能实现机车的牵引控制、制动控制、防空转防滑保护。SS4 型电力机车则采用电子柜控制，系统除了能实现机车的制动控制、防空转防滑保护、自动过分相控制等功能外，系统还具有故障监控、故障记录和故障诊断功能。12致 谢13参 考 文 献1 周平.铁道概论.北京. 中国铁道出版社.2007.2 华平.电力机车控制.北京：中国铁道出版社.2003. 3 张有松.朱龙驹.SS4
30、改电力机车（上下册）.北京：中国铁道出版社.20094 郑树选.8K 型电力机车.北京：中国铁道出版社.20095 诸邦田.电子电路实用抗干扰技术M.北京：人民邮电出版社.20086 余卫斌.韶山 9 型电力机车.北京：中国铁道出版社.2006.7 杨绍昆.SS4 改型电力机车乘务员.北京：中国铁道出版社 .20088 吴强.机车辅助变流器的技术发展.机车电传动J. 2002.9 华平.电力机车电器.北京：中国铁道出版社.2003.10 张桂香.电气控制与 PLC 应用.2 版.北京：化学工业出版社.200611 董锡明.高速动车组工作原理与结构特点.北京. 中国铁道出版社.2006.12 郭世明.黄年慈.电力电子技术.成都. 西南交通大学出版社.2009
