改型电力机车主电路

机车主电路是完成能量转换，产生牵引力和制动力，实现机车起动、调速和制动3个基本功能的电路，按其功能及电压等级分为：网侧高压电路、整流调压电路、牵引电路、制动电路、功率因数补偿电路和保护电路6部分。

SS4改型电力机车由完全相同的两节车重联后组成一台车，其功率为6 400kW，是干线主型货运机车。SS4改型机车主电路的特点是：采用交-直传动形式，转向架独立供电方式，三段不等分半控整流调压电路，加馈电阻制动，具有三级磁场削弱，利用平波电抗器滤波。

SS4改型机车每节车的主电路完全相同且独立，依靠重联电缆和插座联通整台机车的主电路，以一节车为例，主电路见附图1。

一、网侧高压电路

网侧高压电路的主要功能是从接触网获取电能。高压部分主要设备有受电弓lAP、主断路器4QF、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、避雷器5F、主变压器8TM的高压绕组AX，以及两节车之间的25kV 母线用高压联接器2AP。

网侧电流路径：接触网单相工频25kV 交流电→受电弓lAP→车顶母线分两路→一路进本节车→主断路器4QF→主变压器原边绕组AX→车体→车体与转向架间连接软线→轴箱电刷→车轮→钢轨→变电所。另一路经高压连接器2AP到另一节车的车顶母线。

低压部分有自动开关102QA、网压表103PV、电度表105PJ、PFC用电压互感器100TV、PFC用电流互感器109TA，以及接地电刷110E～140E。这些电气设备所组成的电路主要用于检测机车网压和提供电度表用的电压、电流信号。

二、整流调压电路

为实现转向架独立控制方式，每节车采用两套独立的整流调压电路，分别向相应的转向架供电，牵引绕组a1b1x1和a2x2供电给主整流器700V，组成前转向架供电单元；牵引绕组a3b3x3和a4x4供电给主整流器800V，组成后转向架供电单元。以前转向架供电单元为例，分析三段不等分整流桥顺序升压过程。

第I段桥：首先投入a2x2-VT5VT6VD3VD4，触发VT5VT6，大桥调压。封锁VT1～VT4的触发脉冲，VD1VD2起续流作用。整流电压在0→1/2 Ud之间调节。

电流流通路径：在电源正半周时，电流经 a2→VD3→71 号导线→平波电抗器→电动机→72号导线→VD2→VD1→VT6→x2；在电源负半周时，电流经x2→VT5→71 号导线→平波电抗器→电动机→72号导线→VD2→VDl→VD4→a2。

第Ⅱ段桥：当VT5和VT6满开放时，投入a1b1-VT1VT2VD1VD2，触发VT1和VT2，四臂小桥调压，封锁VT3VT4触发脉冲。整流电压在1/2 Ud→3/4 Ud之间调节。

电流流通路径：在正半周时，电流经 a2→VD3→71号导线→平波电抗器→电动机→72号导线→VT2→b1a1→VD1→VT6→x2；在负半周时，电流经x2→VT5→71号导线→平波电抗器→电动机→72号导线→VD2→albl→VTl→VD4→a2。

第Ⅲ段桥：当VT1VT2、VT5VT6满开放时，触发VT3VT4，投入b1x1-VT3VT4VD1VD2，调压桥调压。整流电压在3/4 Ud→ Ud之间调节。

电流流通路径：在正半周时，电流经 a2→VD3→71号导线→平波电抗器→电动机→72号导线→VT4→x1a1→VD1→VT6→x2；在负半周时，电流经x2→VT5→71号导线→平波电抗器→电动机→72号导线→VD2→a1x1→VT3→VD4→a2。

牵引绕组各段电压为：，而牵引电动机的额定电压 UDN＝1 020V，故第III段桥并未达到满开放，而是维持在牵引电动机的最大限制电压UDN×1.1＝1 120V左右。

在整流器的输出端分别并联了两个电阻 75R和76R，其作用一是在机车做高压空载限压试验时，作整流器的负载，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。

三、牵引电路

1.电路构成

SS4改型机车采用转向架独立供电。I架 1M电机与2M电机并联，由主整流器700V供电；II架3M电机与4M电机并联，由主整流器800V供电。两组供电电路完全相同并且独立。

每一牵引电机支路的电流路径基本相同，以 1M电机为例分析电流路径：正极母线71→平波电抗器11L→线路接触器12KM→电流传感器111SC→电机电枢A11-A12→位置转换开关的“牵-制”鼓107QPR1（牵引位）→位置转换开关的“前-后”鼓107QPV1（前位）→主极磁场绕组D11-D12→位置转换开关的“前-后”鼓107QPV1（前位）→1M电机隔离开关19QS→位置转换开关的“牵-制”鼓107QPR1（牵引位）→负极母线72。

固定分路电阻 14R 与主极绕组并联，固定磁削系数为0.96。接触器17KM闭合，I级磁场削弱电阻15R并入电机励磁绕组，I级磁削弱系数为0.70。接触器18KM闭合，Ⅱ级磁场削弱电阻16R并入电机励磁绕组，Ⅱ级磁削系数为0.54。当接触器17KM和18KM同时闭合时，15R和16R同时并入电机励磁绕组，Ⅲ级磁削系数为0.45。

2.电动机接线

为了均衡轴重，减小轴重转移，同一转向架上的两台牵引电机背向布置，故其相对旋转方向应相反。以第一转向架前进方向为例，从1M电动机非整流子侧看去，电枢旋转方向应为顺时针方向；从2M电动机非整流子侧看去应为逆时针旋向。同样，第二转向架3M电动机为顺时针方向，4M 电动机为逆时针方向。由此，各牵引电动机的电枢与主极绕组的相对接线方式是

1M：A11A12、D11D12

2M：A21A22、D22D21

3M：A31A32、D31D32

4M：A41A42、D42D41

3.主要设备的作用

由于单相整流器电压波形有很大脉动，即含有相当大的高次谐波电压，因此在电机支路中串有平波电抗器11L～41L，用以抑制该支路中谐波电流分量，改善电机换向。

线路接触器12KM～42KM 有3个作用：一是当牵引电机过流或其他故障时断开相应支路，保护牵引电机；二是防止位置转换开关带电转换，在位置转换开关动作之前，线路接触器必须先开断电路；三是与牵引电机隔离开关配合，故障时完全隔离电机。

在牵引电机主极绕组上并联固定分路电阻 14R～44R，其作用是分流电枢电流中的交流分量，使机座及主极中的涡流损耗减小，改善牵引电机换向和减小主极温升。

牵引电机故障隔离开关19QS～49QS 均为单刀双投开关，有上、中、下三个位置。“上”为运行位，“中”为牵引工况故障位，“下”为制动工况故障位。机车牵引工况时，若 1 M电机或相应的牵引通风机故障，将19QS置中间位，其相应常开联锁触点打开线路接触器12KM，使1M电机支路与供电电路完全隔离，不投入工作。若误将隔离开关19QS置“下”位，导线14与16相连，1M电机在电位上并不能与主电路完全隔离，若为接地故障，则仍会引起接地继电器动作。

库用开关20QP和50QP为双刀双投开关，有两个位置。在正常运行位时，其主刀与主电路隔离，相应辅助接点接通受电弓升弓电磁阀，方可升弓。在库用位时，其主刀将库用插座30XS或40XS的库用电源分别与2M电机或3M电机的电枢正极引线22或32及负极引线72或82连接，其辅助接点断开受电弓升弓电磁阀的电源线，使其在库用位时不能升弓。只要20QP或50QP之一在库用位，即可在库内动车。在库用位可通过12KM～42KM使1M～4M电机通电，达到试验电机转向、出入库及旋轮的目的。

空载试验转换开关10QP和60QP为三刀双投开关。当机车处于正常运行位时，10QP、60QP将电压传感器112SV、142SV分别与1M、4M的电枢相连，电压传感器检测牵引电机的端电压。当机车处于空载试验位时，10QP、60QP将112SV、142SV分别与主整流器700V和800V的输出端相连，同时短接76R和86R，使电动机和整流器脱开，确保空载试验的安全性，此时传感器检测的是整流装置的输出电压。

牵引电机电枢电流、励磁电流采用电流传感器111SC～141SC、199SC测量，电压传感器112SV～141SV并联在电机1M～4M的电枢两端，测量其端电压。传感器除提供司机室电压表、电流表的信号外，还提供电子电路的反馈信号，并可实现高、低压电路的隔离。

机车的方向控制由转换开关107QPV、108QPV完成。利用107QPV、108QPV的转换改变励磁电流方向，从而改变电机的转向。以牵引电动机1M的励磁绕组为例，当机车在I端前位时，励磁电流由14→D11-D12→15；而机车在I端后位时，107QPV1左移，励磁电流由15→D12-D11→14。必须注意：机车运行中若要改变方向，必须是在司机控制器零位并且机车停车后才能转换，否则会损坏机车。

四、制动电路

机车电制动时，位置转换开关107QPR、108QPR转至制动位，牵引电机的电枢绕组和励磁绕组脱离，与制动电阻串联，并且同一转向架的两台电机电枢支路并联后，与主整流器串联构成回路。此时，每节车的四台电机的主极绕组串联连接，经励磁接触器与励磁整流器构成回路，由主变压器励磁绕组供电。现以1M电机为例，叙述电路电流路径。

1.全电阻制动

当速度高于33km/h时，机车处于全电阻制动状态。其制动电流路径为：71号母线→平波电抗器11 L→线路接触器12KM→电流传感器111SC→1M电机电枢A11-A12→位置转换开关“牵-制”鼓107QPR1（制动位）→制动电阻 13R72号母线→VD2→VD1→73 号母线→VD4→VD3→71号母线。

2.加馈电阻制动

当速度低于33km/h，机车处于加馈电阻制动状态。当电源处于正半周时，其制动电流路径为：a2→VD3→71号母线→11L→12KM→111SC→（1M）A11-A12→107QPR1（制动位）→13R→72号母线→VD2→VD1→73号母线→VT6→x2；当电源处于负半周时，电流路径为：x2→VT5→71号母线→11L→12KM→111 SC→（1M）A11-A12→107QPR1（制动位）→13R72号母线→VD2→VD1→73 号母线→VD4→a2。

加馈电阻制动时，主变压器的励磁绕组ax5经励磁接触器91KM向励磁整流器99V供电，并与1M～4M电机主极绕组串联，且励磁电流方向与牵引时相反，由下往上。从励磁整流器99V的输出端开始，其电流路径为：

91 号母线→199SC→90号母线→107QPR1（制动位）→19QS→107QPV1（前位）→（1M）D12-D11→107QPV1（前位）→14号母线→107QPR2（制动位）→29QS→107QPV2（前位）→（2M）D21-D22→107QPV2（前位）→24号母线→108QPR4（制动位）→49QS→108QPV4（前位）→（4M）D41-D42→108QPV4（前位）→44号母线→108QPR3（制动位）→39QS→108QPV3（前位）→（3M）D32-D31→92KM→82号母线。

负极母线82为主整流器80V与励磁整流器99V的公共点，由此形成两个独立的接地保护电路系统。第一转向架牵引电机1M和2M电枢，制动电阻及主整流器700V，接地继电器97KE组成第一转向架主接地保护系统；第二转向架牵引电机3M和4M，制动电阻及主整流器800V，励磁整流器99V，主接地继电器98KE组成第二转向架接地保护系统。

机车制动工况时，当一台牵引电机或制动电阻故障，将相应隔离开关置向下位，线路接触器打开。电枢回路被甩开，主极绕组无电流但有电位。

五、PFC 电路

SS4改型电力机车有4组完全相同的PFC装置。该装置是通过滤波电容（172C、173C、182C、183C）和滤波电抗（171L、170L、181L、180L）的串联谐振，可降低机车的3次谐波含量，提高机车的功率因数。PFC电路中设置有故障隔离开关119QS、129QS、159QS、169QS，当故障隔离开关处于故障位时，一方面使PFC电路与机车主变压器的牵引绕组完全隔离；另一方面，通过其辅助联锁使真空接触器114KM、124KM、154KM、164KM 主触头分断。

为确保人身安全，在每组PFC电路中并联有电阻117R、127R、157R、167R，使滤波电容上的电压能够快速放电。该电阻的通断由接触器116KM、126KM、156KM、166KM控制。

六、保护电路

SS4改型电力机车主电路设有短路保护、过流保护、过电压保护及主接地保护。

1.短路保护

机车运行中出现变压器次边短路、晶闸管击穿、牵引电机环火等短路故障时的保护。

当网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA→原边过流继电器101KC→主断路器4QF动作，实现保护，其整定值为320A。

当次边出现短路时，通过次边电流互感器176TA、177TA、186TA、187TA→电子柜过流保护环节→主断路器4QF动作，实现保护，其整定值为3 000A。

在整流器的晶闸管上串联有快速熔断器，可实现对元件击穿短路保护。但当高压互感器前端出现短路故障时，机车自身不能保护，只能通过牵引变电所跳闸进行保护。

2.牵引电机过流保护

牵引电机支路出现短路、电机环火、过载等故障时，牵引电机过载保护起作用，通过直流电流传感器111SC～141SC→电子柜过流保护环节→主断路器4QF动作，实现保护，其整定值为1 300A。

电阻制动时，过流保护是通过各电流传感器→电子柜保护环节→励磁过流中间继电器559KA→励磁接触器91KM分闸，切断励磁回路。制动电流整定值为1 000A，励磁电流整定值为1 150A。

3.过电压保护

网侧过电压保护装置采用金属氧化物避雷器5F安装在断路器的弧触头与隔离闸刀之间，以防止大气过电压。当出现大气过电压时，氧化物避雷器5F 放电，相当于电网对地短路，将引起变电所跳闸。

变压器次边过电压抑制装置是跨接在主变压器次边绕组上的RC 吸收器（其中，牵引绕组上的RC吸收器由71C与73R、73C与74R、81C与83R、82C与84R构成；励磁绕组上的RC吸收器由93C与94R构成），吸收次边过电压，将电压峰值抑制在6% 以下。

此外，机车的主整流器700V、800V和励磁整流器99V的每个元件上也并联有RC 吸收器，用来抑止换向过电压。

4.接地保护

牵引工况下，每转向架供电单元设有一套接地保护装置，除网侧电路外主电路任何一点接地时，主接地继电器97KE或98KE动作，通过其联锁使主断路器跳闸，实现保护。

制动工况下，电路有两套独立回路（即电枢回路和励磁回路），为消除死区，采用有源保护。当制动工况发生接地故障时，接地继电器动作，通过联锁使主断路器动作实施保护。

第一转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器97KE、限流电阻193R、接地电阻195R、隔离开关95QS、电阻191R和电容197C组成；第二转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器98KE、限流电阻194R、接地电阻196R、隔离开关96QS、电阻192R和电容198C组成。

191R、197C和192R、198C的作用是抑制97KE、98KE动作线圈两端因接地故障引起的尖峰过电压。95QS、96QS的作用是当接地故障不能排除，但仍需维持故障运行时，通过将其置故障位，使接地保护系统与主电路隔离，接地继电器不再动作而跳主断路器。此时，195R或196R与主电路相连，接地电流经此流至“地”。