HXD3型电力机车电路分析学 生 姓 名： 冯卫国 学 号： 专 业 班 级： 牵引动力系铁道机车车辆 指 导 教 师： 楚万喜 摘要随着交流技术，微机控制技术的发展，交流传动系统的研究和开发已引起世界各国的高度重视。交流传动系统无论是在性能指标，装置体积，设备维护还是节能乃至环保等均体现出巨大优势。HXD3型电力机车主传动系统和副主传动系统均采用了交流传动技术和微机网络控制技术，整个电气系统的设计起点高，技术领先的原则，并充分考虑大型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。本文对HXD3型电力机车电气系统的组成做了简要的阐述，对机车整体的电路部分按照主电路，辅助电路，控制电路分类做了系统的分析，并对其中关键电气部件做了说明。关键词：HXD3; 电路分析；电力机车；交流传动技术目录摘要- 1 -第一章绪论- 4 -1.1电力机车的概念- 4 -1.2历史沿革- 5 -1.3电力机车的类型- 5 -1.4选题意义- 6 -第二章HXD3电力机车电气系统的组成- 7 -2.1电气系统的设计概念- 7 -2.2电气系统的组成- 7 -2.3HXD3电力机车的电气线路- 8 -2.3.1主电路及其部件- 9 -(1)网侧电路- 10 -(2)主变压器- 11 -(3)牵引变流器和牵引电动机电路- 11 -(4)保护电路- 12 -2.3.2辅助电路- 12 -(1)三相辅助电路- 12 -(2)辅助变流器- 13 -(3)辅助变流器供电电路- 14 -(4)辅助电动机电路- 14 -(5)辅助电动机电路的保护系统- 15 -2.3.3控制电路- 16 -(1)控制电源电路（DC110V电源装置）- 16 -(2)DC110V电源装置电气系统构成- 17 -(3)电源输入电路- 18 -(4)DC110V输出回路- 19 -(5)控制电路- 20 -(6)DC110V电源装置控制系统- 21 -(7)司机指令与信息显示电路- 23 -(8)机车逻辑控制和保护电路- 24 -(9)辅助变流器控制电路- 24 -(10)牵引变流器控制电路- 25 -(11)机车照明电路和辅助设备控制- 25 -结论- 26 -致谢- 27 -参考文献- 28 -第一章绪论1.1电力机车的概念英文名称：Electric locomotives电力机车是指从外界撷取电力作为能源驱动的铁路机车，电源包括架空电缆、第三轨、电池等。同样使用牵引电动机的电传动柴油机车、燃气机车等不属于电力机车。由牵引电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化铁路供电系统的接触网或第三轨供给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量，电力机车的牵引力和爬坡能力比内燃机车和蒸汽机车要大得多，在载重过大或坡度较大的情况下无需采用多机牵引。电力机车最大的优点就是无限行程，只要车辆不驶离电气化段，就不会“饿倒”（故障除外）等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。电力机车起动加速快，爬坡能力强，工作不受严寒的影响，运行时没有煤烟，所以在运输繁忙的铁路干线和隧道多、坡度陡的山区线路上更能发挥优越性。此外，电力旅客列车，可为客车空气调节和电热取暖提供便利条件。电力机车由于电气化铁路基本建设投资大，所以应用不如内燃机车和蒸汽机车广泛。电力机车没有空气污染，且善于保养，牵引列车速度可达几百千米，所以高速列车都是电力机车牵引的。电力机车另一个优点就是能够在短时间内完成启动和制动，这个性能比蒸汽机车和内燃机车要优秀很多。所以在世界范围内，正大力发展电气化铁路。在绿色环保的今天，电力机车的发展更加受到重视1。由于我国的电气化铁路较少，所以会选择把原本无电气化的铁路经电气化改造。电气化改造后的铁路速度将从100-120km/h提高到160-200km/h，这样不仅能缩短列车的运输时间，还能达到5000t以上的货运列车运输。如今，走向“高铁时代”的中国，正大力发展电气化铁路。1.2历史沿革历史简介：1835年荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人就试着制以电池供电的二轴小型铁路车辆。1842年苏格兰人R.戴维 森首先造出一台用40组电池供电的重 5吨的标准轨距电力机车。由于电动机很原始，机车只能勉强工作。1879年德国人 W.von西门子驾驶一辆他设计的小型电力机车，拖着乘坐18人的三辆车，在柏林夏季展览会上表演。机车电源由外部150伏直流发电机供应,通过两轨道中间绝缘的第三轨向机车输电。这是电力机车首次成功的实验。电力机车用于营业是从地下铁道开始的。1890年英国伦敦首先用电力机车在 5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆。干线电力机车在1895年应用于美国的巴尔的摩铁路隧道区段，采用675伏直流电，自重97吨,功率1070千瓦。19世纪末，德国对交流电力机车进行了试验,1903年德国三相交流电力机车创造了每小时210.2公里的高速纪录2。中国于1914年在抚顺煤矿使用1500伏直流电力机车。干线铁路电力机车采用单相交流 25000伏50赫电流制。1958年制成第一台以引燃管整流的“韶山”型电力机车。1968年改用硅整流器成功,称“韶山1”型，持续功率为3780千瓦。近年来干线电力机车向大功率、高速、耐用方面发展，客运电力机车速度已从每小时160公里增加到200公里，并向250公里迈进。1.3电力机车的类型电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为三类：直直流电力机车 采用直流制供电时，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为1 500V或3 000V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资3。交直流电力机车 在交流制中，目前世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制，或25Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25 kV工业频率单相交流串励电动机，把交流电变成直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交直流电力机车。交直交电力机车 采用直流串励电动机的最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。而交流无整流子牵引电动机（即三相异步电动机）在制造、性能、功能、体积、重量、成本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。改变端电压不能使这种电机在较大范围内改变速度，而只有改变电流的频率才能达到目的。因此，只有当电子技术和大功率晶闸管变流装置得到迅速发展的今天，才能生产出采用三相交流电机的先进电力机车。交直交电力机车从接触网上引入的仍然是单相交流电，它首先把单相交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成可以使频率变化的三相交流电供三相异步电动机使用。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途4。1.4选题意义随着交流技术，微机控制技术的发展，交流调速系统的研究和开发已引起世界各国的高度重视。并且人们已经在生产实践中领略到交流调速带来的巨大收益。交流传动系统无论在性能指标，装置体积，设备维护，还是在节能乃至环保等方面，均体现出了巨大优势。但对于我国而言，机车车辆的交流传动技术，无论是从理论，还是实用上，与发达国家还有一定的差距。本文结合HXD3交流货运电车的电路分析，理清交直交电力机车的理论问题。第二章HXD3电力机车电气系统的组成2.1电气系统的设计概念HXD3交流传动货运电力机车是大连机车车辆有限公司与东芝公司联合开发的7200KW交流传动6轴货运电力机车，遵循设计原则为：（1） 坚持设计起点高、技术领先的原则，根据大功率货运电力机车实际需要，尽量采用成熟、可靠的先进技术。（2） 坚持采用国际先进技术、可靠的技术和国内成熟的技术相结合的原则，以求获得最高的性能价格比。（3） 全面满足现代化铁路装备的要求。力争实现操纵方便、运行可靠、检修容易。（4） 坚持大小齐抓原则。在优化选择关键电器部件的同时，抓好机车电气系统的每一个细小环节的设计，彻底解决目前电力机车存在的“小问题”。2.2电气系统的组成机车的电气系统主要由主传动及控制系统、辅助传动及控制系统和机车控制与监测系统组成。具体结构如图所示5。注：BAT：蓄电池 MC：主司机控制器DKL：空气制动逻辑控制装置 AC：辅助司机控制器ATP：行车安全控制装置 DISPLAYUNIT：显示单元VCB：真空断路器 APU：辅变流装置PANT：受电弓 CI：主变流装置COMP：空气压缩机 BLOWER：风机SAND：撒砂装置 CAB EQUIP：司机室设备机车主传动及其控制系统的任务，在于通过对机车牵引变流器的控制，实现对机车牵引电动机的控制，从而实现机车的牵引和动力制动的特性控制。机车辅助传动及其控制系统的任务是实现对机车辅助电路的控制，辅助电动机按照其工作特性，可以分为两类：一类是对牵引电动机和冷却塔的冷却用通风机电动机的控制，它们可以用变频变压的方式工作；另一类是驱动压缩机等负载的电动机，它们只能在定频定压方式工作。因此分别采用两套辅助变流器供电。机车微机控制和监测系统(简称TCMS）的机车控制的核心，司机的一切命令和主要控制电器的控制信号，如：辅助电动机自动开关等，均通过TCMS进行输入，经过TCMS与机车牵引变流器控制单元、辅助变流器控制单元、ATP控制单元、电空制动控制单元等进行通信、数据交换，实现信息传递。一些辅助控制电器信号则直接送到牵引交流器控制单元，实现相关逻辑控制和保护。机车控制的各种信息通过设置在司机室的微机控制显示屏进行显示。2.3HXD3电力机车的电气线路 HXD3电力机车上各种电机、电器设