hxd3型電力機車機械間布置?摘 要随着我國電氣化鐵路及電力機車技術的不斷發展，電力機車在産品的結構、形式、質量等各個方面都有了很大的改進和提高作為機車乘務員，我們有責任和義務必須熟悉和掌握電力機車控制電路的基本工作原理，并通過系統的分析、比較來提升自己的專業素質，下面我們就來說一說關于hxd3型電力機車機械間布置?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

hxd3型電力機車機械間布置

摘 要

随着我國電氣化鐵路及電力機車技術的不斷發展，電力機車在産品的結構、形式、質量等各個方面都有了很大的改進和提高。作為機車乘務員，我們有責任和義務必須熟悉和掌握電力機車控制電路的基本工作原理，并通過系統的分析、比較來提升自己的專業素質。

在如今的社會公共交通發展中，鐵路運輸任然起着至關重要的作用，這就要求機車能夠達到多拉、快跑。我國早期的電力機車是交直流型電力機車，和如今的交直交型電力機車相比有着自身難以克服的技術缺陷，随着電力電子技術和計算機控制技術的發展，機車電傳動及控制技術進入了交流傳動和網絡控制時代。

本文主要通過對SS4G型電力機車與HXD3型電力機車主/輔/控電路進行比較，逐步分析SS4G型電力機車與HXD3型電力機車在電路上的工作原理，同時通過分析三大電路來不斷提升我們對電力機車控制的認識，達到提升專業素質的目的。

關鍵詞：SS4G電力機車； HXD3電力機車；電路比較；

第1章 緒論

電力機車作為一種現代化鐵路牽引動力，在鐵路運輸中得到愈來愈廣泛的應用。從電力機車控制的基本組成我們能夠知道，電力機車電氣鐵路通常由三部分組成即主線路、輔助線路和控制線路。主電路是指将牽引電動機及其相關的電氣設備連接而成的線路，該線路具有電壓高、電流大的特點[1]。輔助線路是指将輔助設備及其相關電氣設備連接而成的線路，它的作用就是為了保證機車主線路的設備充分發揮功率，确保機車正常工作、改善機車乘務員工作條件而設置的。控制線路是由控制電源、主令電器及控制電氣設備組成的電路。

電力機車一般是通過受電弓從接觸網上獲得電能，由電動機驅動的機車或者動車。電力機車本身不帶能源，因此也被稱為非自給式機車[2]。由于它的非自給性，電力機車的效率同内燃機車、蒸汽機車更為優越。從而電力機車具有功率大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業時間短、維修量少、運營費用低、便于實現多機牽引、能采用再生制動以及節約能量等優點。因此使用電力機車牽引車列，可以提高列車運行速度和承載重量，從而大幅度地提高鐵路的運輸能力和通過能力，現在已經成為鐵路最為理想的牽引動力[3]。

電力機車一般是從接觸網上獲取電能，接觸網供給電力機車的電流有直流和交流兩種。由于電流制不同，所使用的電力機車機型也不一樣，基本上可以分為以下幾類：直-直型、交-直型、交-直-交和直-交型電力機車。

（1）直-直流電力機車采用直流串勵牽引電動機，其核心就是控制直流牽引電機，牽引變電所内設有整流裝置，它将三相交流電變成直流電後，再送到接觸網上。因此，電力機車可直接從接觸網上獲取能源，但接觸網的電壓低，一般為1500V或3000V，如早期地鐵、工況類電力機車、城市無軌電動車組，因此接觸導線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設投資。

（2）交-直流電力機車又稱直流整流器電力機車，使用直流牽引電機牽引。目前世界上大多數國家都采用工頻（50Hz）交流制，或25Hz低頻交流制。在這種供電制下，牽引變電所将三相交流電改變成25kV工業頻率單相交流電供給串勵電動機使用，把交流電變成直流電的任務在機車上完成。由于接觸網電壓比直流制時提高了很多，接觸導線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建設投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數電力機車也是交-直流電力機車，如我國的韶山系列電力機車[4]。 

（3）交-直-交電力機車采用直流串勵電動機，最大優點是調速簡單，隻要改變電動機的端電壓，就能很方便地在較大範圍内實現對機車的調速。但是這種電機由于帶有整流子，使制造和維修很複雜，體積也較大。而交流無整流子牽引電動機（即三相異步電動機）在制造、性能、功能、體積、重量、成本、及可靠性等方面遠比整流子電機優越得多。因此，隻有當電子技術和大功率晶閘管變流裝置得到迅速發展的今天，才能生産出采用三相交流電機的先進電力機車。交-直-交電力機車從接觸網上引入的仍然是單相交流電，它首先把單相交流電整流成直流電，然後再把直流電逆變成可以使頻率變化的三相交流電供三相異步電動機使用，這種機車具有優良的牽引能力，很有發展前途，如HXD3系列電力機車、CRH系列動車組[5]。

（4）直-交型：接觸網（或第三軌）使用直流電壓為750V、1000V或者1500V等不同電壓等級的直流電，直-交型電力機車采用直流供電，以交流異步電機驅動，主要是城際交流動車組。

其中，直-交型和交-直型電力機車因使用直流牽引電機，習慣稱為直流型機車；交-直-交型和直-交型電力機車使用交流牽引電機，故又稱交流型機車。

牽引傳動一般由高壓電氣設備、牽引變壓器、牽引變流器和牽引電機等組成。

（1）高壓電氣設備：完成從接觸網到牽引變流器的接通與斷開，主要電器有受電弓、主斷路器、避雷器、高壓電壓互感器、高壓電流互感器等。

（2）牽引變流器：将25KV高壓電轉換成機車電器合适的各種電壓，次邊包含有多個繞組。

（3）牽引變流器：直流型電力機車的牽引變流器由相控整流器組成，其作用是将交流電轉換成直流電，供直流牽引電機使用。交流型機車的牽引變流器由四象限整流器、中間直流環節和逆變器組成，其作用是将單相交流電轉換成可變壓、變頻的三相交流電，供三相交流牽引電機使用。

（4）牽引電機：實現電能與機械能的轉換，分直流牽引電機和交流牽引電機兩大類。

電力機車是一種通過外部接觸網或者軌道供電，由牽引電動機驅動的現代化牽引動力裝置。電力機車由機械部分、電氣部分和空氣管路系統三部分組成。

（1）機械部分：由車體、轉向架、車體與轉向架的連接裝置和牽引緩沖裝置組成。走行部是承受車輛自重和載重，在鋼軌上走行的部件，車體用來安裝各種設備，是乘務人員的工作場所。

（2）電氣部分：包括主電路、輔助電路、控制電路以及它們的保護系統，主要有牽引電動機，牽引變壓器，整流矽機組，各類電器等。

（3）空氣管路系統：由風源系統、制動機管路系統、控制管路系統和輔助管路系統組成。主要為機車車輛供給牽引或制動時所需的壓縮空氣，以及各類電氣設備所需的壓縮空氣。

自2006年和諧型大功率交流傳動機車誕生及到現在大批量的投入運用，标志着我國鐵路機車行業成功實現了由直流傳動向交流傳動的轉化，機車裝備現代化和機車設備制造業現代化發展進入了新的曆史時期。韶山4改進型電力機車，代号SS4G，是在SS4、SS5和SS6型電力機車的基礎上，吸收了8K機車一些先進技術設計的，在韶山系列電力機車中最具代表性。而HXD3型電力機車是目前世界上批量投入運行的6軸電力機車中功率最大的交流傳動電力機車，該機車能夠滿足我國鐵路重載、快捷貨物運輸的需要，體現了巨大優勢。

本文結合SS4G型電力機車與HXD3型電力機車主/輔/控電路進行分析，理清SS4G和HXD3型電力機車在三大電路上的異同，提高我們對兩者工作原理的認識。

将産生牽引力和制動力的各種電氣設備連成一個電系統，以實現功率傳輸的主體電路叫做主電路，或稱為動力電路。

SS4G電力機車是由兩節車重聯組成一台車，每節車的主線路完全相同且完全獨立，依靠重聯電纜和重聯插座聯通整台車的主線路。HXD3型電力機車為大功率交流傳動機車，機車電氣系統采用交-直-交傳動軸控技術，具有起動牽引力大、恒功率、速度範圍寬、黏着性能好、功率因素高等特點。

SS4G型電力機車的主電路主要由網側電路、整流調壓電路、牽引電路、加饋電阻制動電路、功率補償PFC電路、主電路保護電路組成；而HXD3型電力機車的主電路由網側電路、主變壓器電路、主變流器電路及牽引電路電機電路組成。

SS4G型電力機車的網側電路是指變壓器原邊至接觸網之間的電路（包括網側低壓部分）。網側電路的主要設備有受電弓1AP、主斷路器4QF、避雷器5F、高壓電壓互感器6TV（25KV/100V）、高壓電流互感器7TA（200A/5A）、主變壓器8TM等，其中避雷器5F取代了以往的放電間隙，用于過電壓和雷擊保護。而HXD3型電力機車網側電路主要由受電弓、主斷路器、高壓電流互感器、高壓電壓互感器等組成，其中單相工頻交流電25KV接觸網電流通過受電弓AP1或AP2及相應的隔離開關QS1或者QS23進入3号母線，分成兩路，一路由TV1接測量單元，另一路由主斷路器QF1通過高壓電流互感器TA1進入機車主變壓器，為機車牽引電機提供電能。與SS4G型電力機車不同之處在于高壓電壓互感器TV1接在主斷路器QF1之前，不受主斷路器的控制，同時高壓電流互感器TA1之前接有避雷器F1，用于抑制操作過電壓及大氣過電壓，高壓電流互感器的次邊接KC1原邊過流保護繼電器。

SS4G型電力機車的整流調壓電路采用三段不等分半控橋式整流調壓電路，通過該電路，把交流電轉變成直流電，供給牽引電機使用，控制直流牽引電機的端電壓來實現機車的牽引控制，每節機車采用兩套獨立的整流調壓電路，同步工作，分别向相應的轉向架獨立供電，如牽引繞組a1b1x1和a2x2供電給一端主整流器70V，即供電給前轉向架上的1、2位電機，牽引繞組a3b3x3和a4x4供電給二端主整流器80V，即供電給前轉向架上的3、4位電機。

而HXD3采用6個1450V牽引繞組分别用于兩套主變壓器（UM1、UM2）的供電，兩個399V輔助繞組分别用于輔助變流器（APU1、APU2）的供電，主變壓器（TM1）将25KV的接觸網電壓變換成電力機車所需的各種電壓，滿足各種電器的工作的需要。

HXD3型電力機車中，采用的是兩組主變流器，并且每組主變流器内均含有3個牽引變流器，分别由主變壓器的牽引繞組供電，6組牽引變流器經過整流逆變後，分别向牽引電機M1-M6供電。HXD3的牽引變流器UM1電路由整流、中間直流電路、逆變3個關節組成，這3個環節的主電路和控制電路相對獨立，分别提供給三個牽引電機。

HXD3型電力機車牽引變流器采用四象限整流電路，不僅可以工作在整流狀态，即電能從接觸網到牽引電機，也可以工作在逆變狀态，如再生制動時，可以把列車的動能和位能變為電能反饋到電網中，即牽引時，工作在1、3象限，逆變時工作在2、4象限。中間直流電路主要由支撐電容、接地保護和瞬時過電壓限制電路組成，能夠保證電路的穩定性，完成瞬時功率平衡。而逆變電路由U、V、W三相逆變單元構成，将PWM整流器的直流輸出轉換成交流電來驅動電機，通過改變逆變器電路的輸出電壓（VV）和輸出頻率（VF）來控制牽引電機的轉矩和轉速。

SS4G型電力機車采用轉向架獨立供電方式，即全車四個二軸轉向架，具有四立的相控整流器，能夠充分提高黏着作用，一台整流器故障時，可以切除一台轉向架，保留3/4的牽引力。SS4G型電力機車通過磁削達到機車調速的目的，SS4G型電力機車通過改變主極繞組電流實現磁削調速，也就是使牽引電機電樞電流中的一部分流過牽引電機主極繞組，另一部分進行分路（電阻分路法），從而完成磁削。其牽引電路動力配置為2（B0-B0）,每節2台轉向架、4台牽引電機，每一轉向架的兩台電機背向布置，其旋轉方向相反，目的就是為了減少軸重轉移。前轉向架上的1、2電機并聯，由整流裝置70V供電；後轉向架上的3、4電機并聯，由整流器80V供電，電路完全相同且完全獨立。

而HXD3型電力機車的牽引電機M1-M3由牽引變流器UM1的三個PWM逆變器分别單獨供電，實現牽引電機的獨立控制。當一個機組發生故障時，隻需要切除這個機組，切除一個機組後，機車仍能保持六分之五的牽引力。同時三個獨立的逆變電路分别為一台牽引電機獨立供電，電路設有電流互感器CTU、CTW，對牽引電機過載及牽引電機三相不平衡起控制、監視和保護作用。

SS4G型電力機車通過網側電流互感器7TA和原邊過流繼電器101KC檢測，動作值320A，原邊過流時，主斷路器就會動作。主變壓器次邊過流保護通過電流互感器177TA,進行保護，使4QF動作，動作值為3000A（1±5%）。而HXD3通過接高壓電流互感器TA1接原邊過流繼電器KC1，當原邊電流達到保護值800A，對應次邊電流達到10A時，繼電器KC1就會動作，将聯鎖觸點的信号送給TCMS，跳開主斷路器。

SS4G型電力機車牽引繞組中，通過71C和73R組成的RC吸收器來吸收牽引繞組中的過電壓。而HXD3型電力機車牽引繞組過流保護由電流互感器ACCT擔當，動作值1960A。當牽引繞組過流時，四象限脈沖整流器和逆變器的門極被封鎖，輸出回路中的工作接觸器K斷開，向微機控制系統發出“跳主斷路器”信号。

SS4G型電力機車牽引電機過流保護分為牽引工況和制動工況下的牽引電機過流保護。牽引工況時，牽引電機的過流保護通過電流傳感器111SC使4QF動作，其動作值為1300A（1±5%）；制動工況時，電機電樞過流保護通過電流傳感器111SC使勵磁過流中間繼電器559KA常閉聯鎖斷開勵磁接觸器91KM電路，解除電阻制動，其動作值為1000A（1±5%），同時制動工況下，勵磁繞組過流由電流傳感器199SC感測使559KA斷開，使91KM線圈失電，切斷勵磁電路，其動作值為1150A（1±5%）。而HXD3型電力機車牽引電機過流保護，是在每組牽引變流器的輸出回路中設有輸出電流互感器CTU、CTW,對牽引電機過載及牽引電機三相電流不平衡起到控制保護的作用，其動作值為1400A,當牽引電機過流時，四象限整流器和逆變器的門極均被封鎖，輸出回路中的工作接觸器斷開，同時向微機控制系統TCMS發出“CI過流”，斷開主斷路器。

SS4G型電力機車主接地保護通過接地保護繼電器動作，即當主電路發生接地時，接地保護繼電器97KE（98KE）線圈就會得電，發出信号使主斷路器跳閘。

而HXD3主回路正常時，接地保護電路中沒有電流流過，若有一點接地，則接地信号檢測傳感器GCT沒有信号輸出。接地信号檢測傳感器GCT2,接地電阻GR21、GR22,動作保護值10A。保護發生後，四象限脈沖整流器和逆變器的門極被封鎖，輸出回路中的工作接觸器斷開，向微機控制系統發出“跳主斷”信号。

SS4G型電力機車與HXD3型電力機車主電路相比，還擁有其獨特的電路，加饋電阻制動電路、功率因數補償裝置（PFC）電路。

機車電制動利用的是電機的可逆性原理。牽引工況時，電機作為電動機運行，将電網電能轉變為機械能，其電樞軸上輸出牽引轉矩以驅動列車運行；電制動工況時，列車慣性力帶動電機旋轉，電機作為發電機運行，将列車動能轉變為電能，輸出制動電流，産生的反向轉矩并作用于輪對，形成制動力，使列車減速運行或在下坡道以一定速度運行。

而加饋電阻制動又稱為“補足”電阻制動，在常規電阻制動中，電機電樞電流随機車速度的減小而減小，機車輪軸周制動力也随着機車的速度變化而變化。加饋電阻制動就是為了提高機車在低速運行時的輪周制動力，從電網中吸收電能，補足到電機電樞電流中去，以此來獲得理想的輪周制動力。加饋電阻制動的優點就是能夠加寬調速範圍，同時能夠較方便的實現恒制動力控制。

由于相控調壓的交-直型電力機車的功率因數較低，不僅設備利用率低，還會影響電網的供電質量，造成對電網的污染，因此在機車主變壓器的二次側繞組的兩端，跨接有功率因數補償裝置（PFC）。機車功率補償裝置就是為了減少高次諧波成分，以提高機車的功率因數，降低對鐵路沿線的通信幹。

SS4改型電力機車輔助電路系統是由為主電路服務的各種輔助電氣設備和輔助電源連成的系統，主要輔助主電路完成各個功能。SS4G型電力機車輔助系統由輔助供電電路、輔助負載電路、輔助保護電路組成。輔助供電電路用于将單相交流電通過劈相機轉換成可供三相設備使用的三相電；輔助負載電路中輔助設備有單相設備和三相設備；輔助保護電路為輔助電路提供保護，如零壓保護、接地保護、輔助過流和過壓保護。

而HXD3型電力機車的輔助電路系統由輔助變流器、各輔助機組、110V充電電源模塊、輔助加熱裝置四部分組成。輔助變流器為通風機、壓縮機等輔助機組提高三相輔助電源。該系統具有VVVF控制和CVCF控制兩種功能，系統中兩台冷卻塔風機和6台牽引風機采用VVVF控制模式，可根據機車運行狀況所需的通風量運轉；其他負載采用CVCF模式。

同時在HXD3型電力機車中裝有兩組輔助變流器。正常工作時，UA11采用VVVF控制，UA12采用CVCF控制。當某一組變流器出現故障時，另一組變流器将采用CVCF控制模式，為所有的輔助負載提供能量。

SS4G型電力機車輔助電路的電源由轉換開關235QS（三刀雙投）進行轉換，機車正常運行時，轉換開關235QS置“上”（運行）位，可以獲得單相380V交流電或226V的交流電；機車庫内檢修時，235QS置“下”（庫用）位，利用庫用插座294XS引入單相或三相380V電源。SS4G型電力機車的輔助電路由劈相機将單相交流電變為三相交流電，供給其他三相輔助設備，每節機車設有一台劈相機，由劈相機接觸器201KM控制。同時劈相機不能自行起動，必須采用電阻分相起動法起動，劈相機起動過程的電壓由電壓繼電器283AK進行檢測，并控制213KM的通斷。SS4G型電力機車為單劈相機設置，運行中若劈相機故障，為保證其他輔機能夠繼續工作，可使用第一牽引風機代替劈相機起動。第一牽引風機代替劈相機工作，此時故障的車節是通風機代替劈相機工作，另一車節仍然是劈相機工作，故兩節車不能重聯。

而HXD3型電力機車均設有兩台變流裝置，每台變流裝置内含有3組主變流器和1組APU輔助變流器，即每台機車共設置兩組APU,APU1主要為6台牽引電機通風機和兩台複合冷卻塔通風機提供變壓變頻的電流，APU2主要是為兩台壓縮機電動機、兩台牽引變壓器油泵、兩台主變流器水泵、兩台司機室空調、兩台輔助變流器風機提供恒壓恒頻的電源，同時APU2還經過隔離變壓器分别向司機室輔助加熱設備、衛生間及壓縮機加熱回路和低溫預熱設備提供220V和110V的交流電。在正常情況下，兩組輔助變流器全部投入工作，以50%的額定容量運行。

SS4G型電力機車劈相機啟動完成後，為輔助機組提供了三相不對稱380V交流電源，其中SS4G型電力機車輔助電路的負載電路有單相380V負載和單相220V負載兩種類型。如單相380V負載電路窗加熱電路、取暖電路，單相220V負載電路熱飯電爐、空調機。

而HXD3型電力機車輔助電路有輔助變流UA11負載電路、UA12負載電路及其他電路組成，其中輔助變流器UA11的輸出經過濾波裝置LC,再進過輸出接觸器KM11給牽引分機和冷卻塔風機供電，正常情況下，由于負載屬于風機類負載，按VVVF模式運行，可以确保适應機車運行狀态的冷卻風量和降低噪聲；CVCF屬于輔助變流器備用冗餘時使用，為輔助系統所有的電機提供應急供電。UA11的輸出電壓被送入輔助濾波裝置LC中，經由ACL1和ACC1組成的交流濾波器濾波，将PWM電壓波形變為近似正弦波電壓，通過輸出接觸器KM11給牽引風機和冷卻塔風機供電[6]。其中輔助電機均通過各自的自動開關與輔助變流器連接，不設電磁接觸器，使得輔助電機電路更簡化、更可靠。當輔助變流器采用軟起動時，其他輔助電機也随之起動。

同時HXD3型電力機車輔助變流器UA11、UA12的脈沖整流器由主變壓器二次側3U1-3V1和3U2-3V2線圈供電，将單相交流電轉換成恒定電壓的直流電供給逆變器單元，将其轉換為三相交流電，對輔助電機分類供電。當某一套輔助變流器發生故障時，機車微機控制系統通過監控自動發出指令，斷開與故障APU相對應的輸出接觸器KM11和KM12,再自動閉合故障轉換接觸器KM20,切除故障APU組，把發生故障的輔助變流器的負載切換到另外一組輔助變流器，從而保證機車輔助電機供電系統的可靠運行。

SS4G型電力機車的輔助過流保護電路是當輔助回路出現過電流（電流大于2800A）時，輔助過流繼電器282KC動作，4QF跳閘，同時“輔過流”信号燈亮。而HXD3型電力機車在每一組輔助變流器的輸入回路中，設有輸入電流互感器ACCT，起控制和監視輔助變流器充電電流及輔助繞組短路電流的作用，其動作值1660A。當保護發生後，四象限整流器的門極均被封鎖，工作接觸器K、充電接觸器AK均斷開，向微機控制系統發出“跳主斷”信号，故障消除後10S内自動複位，若此故障在2分鐘内連續發生兩次，該輔助變流器将被鎖死，必須切斷輔助變流器的控制電源才能夠解鎖。

SS4改型電力機車當輔助繞組或電路中出現過壓時，由跨接在輔助繞組a6 x6兩端的RC過電壓保護裝置（由260R、255C組成）提供保護。而HXD3型電力機車中DCPT4用于四象限整流器的控制，中間回路電壓大于等于825V或小于等于580V時，四象限整流器門極被封鎖，四象限整流器停止輸出。DCPT5用于逆變器的控制，中間回路電壓大于等于825V或小于等于270V時，逆變器停止輸出。

SS4改型電力機車輔助電機過載保護采用自動開關保護，各輔助電機三相回路中都設有三相自動開關，當某回路中發生過流時相應自動開關跳開，切斷三相電源并顯示故障信号。

HXD3型電力機車當輔助電路中的異步電機發生短路、堵轉等故障時，通過對應的自動開關實現保護，并通過微機顯示屏和故障指示燈給出相應的故障指示。同時輸出電流互感器CTU和CTW動作值850A,保護發生時，逆變器的門極均被封鎖，向微機控制系統發出“跳主斷”的信号，故障消除後10秒内自動複位。若此故障在2分鐘内連續發生6次，該輔助變流器将被鎖死，必須切斷輔助變流器的控制電源才能夠解鎖。同時，110V充電模塊輸入電源也設有短路過載保護，每組輔助變流器均可向DC110V充電模塊提供DC750V電源，輸出電源回路中通過熔斷器DF進行短路過載保護，熔絲額定值為215A,當DF熔斷後，輔助變流器就會将信号傳給微機控制系統TCMS，進行DC110V電源裝置輸入電源的轉換。

SS4改型電力機車通過在變壓器輔助繞組X6與大地之間設有輔助電路接地保護裝置，由接地繼電器285KE、整流元件291U、限流電阻262R、電容257C、輔助接地故障隔離237QS組成，當某點接地時，保護裝置的零電位點與故障接地點是同電位，構成閉合回路，4QF動作，“輔接地”燈亮，保護設備不受損壞，以防事故的擴大。

而HXD3型電力機車輔助電力的接地保護由接地檢測單元CR-U、接地電容CRC5、CRC6、接地電阻CR4A及接地故障隔離開關CS7組成，當對應的輔助回路發生接地故障時且确定隻有一點接地時，可以将其開關置“中立”位，回段處理，也可以将該輔助變流器切除，機車維持一組輔助變流器供電，回段處理。

電力機車控制線路是機車三大電路中最為複雜的線路，是一種邏輯電路，屬于低壓直流小功率電路。主要由司機控制器、低壓電器、主電路及輔助電路中的各電器電磁線圈及各電器的聯鎖、開關等組成，通過司機控制器控制台上各扳鍵開關和司機控制器手柄位置操縱，完成對主電路、輔助電路中各電氣設備工作的控制，從而完成對機車的牽引、制動的操作和控制。

SS4G型電力機車司機控制器由調速手輪和換向手柄組成，調速手輪可在“牽引”或“制動”區域内操縱主軸轉動，帶動電位器轉動，通過電位器輸出電壓的改變實現機車調速的目的；而換向手柄則有“後”、“0”、“制”、“前”、“I”、“II”、“III”共7個位置，實現機車運行狀态及運行方向的轉換，控制磁場削弱等級。

而HXD3型電力機車中TCMS是機車控制監視系統，其作用是根據司機指令對主、輔變流器和異步電機進行實時控制，對牽引/制動特性和傳動系統的時序邏輯進行控制。同時還能夠顯示機車運行的狀态，具備完善的故障保護、故障記憶及顯示功能，并在一定程度上具備故障自檢。自動切換和故障處理指導功能。其中TCMS系統包括一個主控制裝置和兩個顯示單元，主控制裝置設有兩套控制環節，一個為主控制環節，另一個為熱備控制環節。當主控制環節故障時，熱備控制環節就會立即自動投入工作。

SS4G型電力機車控制電源為110V,由全波半控橋式整流穩壓裝置提供，機車在庫内時可由控制電路庫用插座KCZ直接輸入110V電源，或者向蓄電池進行正常充電。在一般情況下，機車在庫内可以通過輔助電路庫用插座FCZ輸入380V單相電源，由穩壓電源投入工作提供控制電源。另外110V直流電經過逆變、濾波産生15V、24V、48V電源，分别供給機車司機台信号（﹢15V）、儀表照明（ 24V）及機車自動信号（ 48V）使用[7]。

而HXD3型電力機車DC110V控制電源采用的是高頻電源模塊PSU與蓄電池并聯、共同輸出的工作方式，再通過自動開關分别送到各條支路上，比如說微機控制、機車控制、主變流器、輔助變流器、車内照明、車外照明。其中DC110V電源由四部分電源輸入電路、預充電電路、DC110V輸出電路和控制電路組成，而PSU的輸入電源來自輔助變流器UA11和UA12的中間直流回路，正常情況下，由UA12向PSU提供DC750V電源，當UA12故障時，就由UA11向PSU提供750V的直流電源。電源中有兩組電源模塊APU1和APU2，通常隻有一組工作工作，故障發生後另外一組才會自動起動。同時PSU電源裝置上設有兩個裝換開關SW1和SW2，其中SW1有兩個擋位，即TCMS控制和手動控制；SW2也有兩個擋位，即模塊1和模塊2。TCMS擋表示由微機自動控制，手動控制表示人為設定，奇數日模塊1工作，偶數日模塊2工作。如果其中一個模塊出現故障，可自動切換到另一模塊，但是在手動控制狀态下，若電源出現故障，則不能夠進行自動切換。

SS4G型電力機車受電弓準備電路的目的是為了确保高壓室門不能打開，為升弓做準備。升弓前，關閉好車頂門、高壓室門，門聯鎖保護閥287YV得電後同時氣路暢通即升弓氣閥1YV得電，受電弓才能升弓。其中前、後弓是根據司機的操縱端來确定的，操縱端為前，非操縱端為後。

而HXD3受電弓操作是當SB41置“前”受電弓或“後”受電弓時，受電弓電控閥YV41或者YV42線圈得電，在空氣管路壓力正常的前提下，受電弓AP1或者AP2升起，當SB41置“0”位時，受電弓降下。

SS4G型電力機車單節機車控制時，閉合主斷路器開關401SK後，主斷路器合閘後562KA得電，539KT延時1S釋放，其常開觸頭分别斷開主斷路器的合閘線圈和恢複線圈電路，防止上述線圈長時間得電而燒損。

而HXD3型電力機車主斷路器操作由扳鍵開關控制，扳鍵開關為自複式，正常位是“0”位。當開關置“主斷合”位一次時，如果主斷路器閉合的相關邏輯正常，主斷路器QF1線圈得電，在空氣管路壓力正常的前提下，主斷路器閉合；當扳鍵開關在“主斷分”位一次時，主斷路器線圈失電，主斷路器QF1分段。

SS4型電力機車每節車都安裝有一台主壓縮機和一台輔助壓縮機，對于往複式壓縮機，起動電空閥247YV的作用是在壓縮機開始工作時排除風管中的壓縮空氣，以消除起動時壓縮機氣缸内的氣體背壓，保證壓縮機的正常起動。其中壓縮機通過壓力調節器517KF調節，當總風缸的風壓低于750KPa時閉合，風壓高于900KPa時斷開，其中按下強泵408SK,主壓縮機投入工作，不受517KF的控制，直接強行泵風，但當總風缸壓力達到950KPa時，壓縮機高壓安全閥噴氣警告司機及時關閉強泵風開關[8]。

而HXD3型電力機車空氣壓縮機操縱是在輔助變流器工作的前提條件下，當開關置“壓縮機”位，并且總風缸空氣壓力繼電器KP51-1（風壓低于750KPa時閉合，風壓高于900KPa時斷開）、KP51-2（風壓低于825KPa時閉合，高于900KPa時斷開）閉合時，空氣壓縮機1、2依次投入工作，當風壓低于825KPa時KP51-2閉合，但KP51-1打開，此時隻有操縱端的壓縮機工作。當開關置于“0”位，若空氣壓縮機接觸器KM13或KM14失電斷開，則空氣壓縮機就會停止工作，如果總風缸空氣壓力繼電器KP51發生故障時，空氣壓力開關不能正常閉合，則可以将扳鍵開關置于“強泵風”位，強制使空氣壓縮機1、2工作。

控制電路是指與主電路、輔助電路有關的執行控制。保護的結果有兩種，一是跳主斷路器進行保護，另外一種就是切除接觸器。在SS4G型電力機車中，當高壓電流互感器檢測到原邊過流時，原邊過流保護繼電器101KC就會動作（101KC動作值為320A）,就會使565KA得電，使4QF得電跳主斷路器。而次邊過流的檢測由電流互感器177TA、187TA、176TA、186TA進行檢測，檢測結果送入AE電子櫃判斷是否過流，若電流超過動作值3000A（1±5%）時，AE電子櫃送出DC110V的電壓信号使565KA得電跳主斷路器。同時牽引電機的過流檢測由111SC、121SC、131SC、141SC進行檢測，結果也是送入AE電子櫃，判斷電機是否過流。其中勵磁過流、功補過流也是将檢測信号送入AE電子櫃判斷是否過流[9]。

而HXD3型電力機車邏輯控制和保護電路主要是将各自動開關的狀态指令送給TCMS系統，用于機車的各種工作邏輯及保護邏輯控制，并通過TCMS系統與主斷路器和輔助變流器通信，将控制指令信息送到主變流器和輔助變流器，從而達到整車聯控的目的。其中TCMS是機車控制監視系統的簡稱，其任務是根據司機指令對主、輔變流器和異步電機進行實時控制，對牽引/制動特性和傳統系統的時序邏輯進行控制。同時還能顯示機車運行狀态，具備完善的故障保護、故障記憶及顯示功能，并在一定程度上具有故障自排除、自動切換和故障處理指導的功能。如牽引風機自動開關QA11-QA16斷開輔助電路的牽引風機的電路，同時将信号送給TCMS系統，故障顯示燈亮，同時自動隔離控制相應的牽引風機接觸器。

與SS4G受電弓保護不同的是HXD3型電力機車有機車弓網自動保護裝置，PDU1用于保護受電弓AP1，PDU2用于保護受電弓AP2,當機車運行中突然發生弓網故障，弓網自動保護裝置就會動作，首先就會發出“跳主斷”信号448或449給TCMS系統，使主斷路器斷開，同時切斷機車受電弓氣路和升弓閥電源，使受電弓能夠快速降弓，從而避免了帶負載降弓時弓網之間産生嚴重的拉弧而損壞受電弓和接觸網。

SS4G型電力機車中還設有劈相機，在控制電路中，劈相機起動要求無負載起動，591QS在“0”位時為手動方式，在“1”位時為自動方式，劈相機起動完畢後，其他輔助機組才能夠先後起動，尤其是劈相機故障後，可用第一牽引通分機電容分相起動代替劈相機起動。

SS4G型電力機車通分機控制電路使用兩個風速延時繼電器535KT和536KT，用于延時投入負載，同時也設有制動風機控制電路，即按下407SK後第一制動風機5MA起動，209KM得電後其常閉斷開，526KT延時3秒釋放，第二制動風機6MA開始起動。而SS4G型電力機車牽引制動工況、制動工況的控制是通過司機控制器換向手柄實現的。若牽引風機、制動風機工作正常，其風道内的風道繼電器就會動作。牽引工況時，風速延時完成，530KT得電；制動工況時，牽引風機、制動風機要求正常運行，風速延時才算正常起動。隻有當風機正常起動後，預備控制才能夠完成。如牽引工況556KA得電應具備的條件就是570QS在“1”位、轉換開關轉換到位、主斷路器合上、劈相機工作、高級位風速延時環節必須完成，這樣整備才算完成。隻有當整備完成後，機車狀态顯示一切正常，就可以進行調速控制，即通過司機控制器的調速手輪完成相關操作。

而HXD3型電力機車有兩套輔助變流器裝置，分别是UA11和UA12,且它們的控制電路基本一緻，正常情況下，I端的輔助變流器裝置UA11設定為VVVF工作模式，當主斷路器閉合時，手柄離開“0”位後，UA11開始工作；II端的輔助變流器裝置UA12設定為CVCF工作模式，當主斷路器閉合時，UA11就開始工作。

結 束 語

在設計論文之初，學過電力機車控制，對SS4改型電力機車主電路、輔助電路、控制電路還是比較了解，但除了課堂上學過的三大電路外，對HXD3型電力機車主電路、輔助電路、控制電路隻學過部分基礎知識，對于兩者的區别還是沒有太大的概念。在通過查找相關資料和參考文獻對SS4G型電力機車與HXD3型電力機車主電路、輔助電路、控制電路的相關知識有了更深入的了解。

在設計論文時，我按照從主電路到輔助電路再到控制電路的邏輯，慢慢梳理了兩者在電路組成、電路故障排除、電路作用等各個方面進行比較，通過對兩者三大電路進行比較，對電氣線路的工作原理的研究不僅可以讓我們更為直觀的了解“韶山”與“和諧”兩種類型的機車電路的基本原理，對我們掌握學習其他機車類型提供了比較學習的方法，同時也能夠讓我們更有效、更方便地掌握提高機車電氣故障的檢查與處理的能力。

完成這次設計後回過頭來看，我的這項作業完成得并不完美。還有很多需要提高和改進的地方。首先，是對電路的工作原理等方面掌握還是太單一，知識儲備還是不夠。其次，是論文書寫過程中時間分配不合理，前期浪費的時間較多，以至于後期緊張的時間給查找資料、修改論文内容帶來了很大的被動，并且知識積累還不夠，很多知識掌握不牢固，運用不夠靈活。

總之，經過這次畢業設計，我深刻認識到要完成一項任務首先必須有一個詳細周密的計劃，要有系統的思維方式和方法，對待一個新的問題，要耐心、要善于運用已有的資源來解決；要勇于實踐，在實踐中發現和解決問題，要相信自己有解決問題的能力和勇氣。

同時，通過此次畢業設計，我不但對SS4G型電力機車與HXD3型電力機車主、輔、控三大電路有了一定的認識，最重要的是明白了隻有掌握相同點，自主學習查找資料，才能夠逐步解決問題。

由于時間和能力等原因，論文難免存在疏、漏、謬、誤等，敬請各位老師和同學們予以批評指正，謝謝！

大學三年學習時光已經接近尾聲，在此我想對我的母校、我的老師、同學們表達由衷的謝意。感謝學院給了我在大學深造的機會，為我們提供豐富的學習資源和自我鍛煉的機會，讓我能不斷學習和提高。

通過這次畢業設計，我基本上掌握了如何對不同類型的機車進行工作原理及電氣線路比較，當初在選擇畢業設計課題的時候，我認真的了解了老師的研究課題，對它十分感興趣。在校時，老師的因材施教、誨人不倦的授業精神給我留下了深刻的印象，老師的嚴謹治學态度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪，這将使我受益終身。在此我要向我的導師緻以最衷心的感謝和深深的敬意。

在今後的學習和生活中，我會更加的努力，不負韶光，不負自己！

參考文獻

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[2] 張曙光. HXD3型電力機車[M]. 北京：中國鐵道出版社，2009.

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[9] 張耀武. 電力機車控制[M]. 中國鐵道出版社, 2013.

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