型电力机车辅助电路

HXD3型电力机车采用IGBT 变流元件组成的功率模块和先进交流传动控制策略的大功率集成式辅助变流器，在辅助电路结构和控制方式上采用冗余设计、过电压、欠电压、过载、接地、过热等保护措施，使得机车的可靠性得到进一步保证。

HXD3型电力机车辅助系统由辅助变流器、各辅助机组和辅助加热装置电路等组成。

一、辅助变流器及辅助电动机供电电路

辅助电动机供电电路由辅助变流器、辅助滤波装置、电磁接触器、自动开关、辅助电动机等组成。

1.辅助变流器

辅助变流器参数

恒频恒压（CVCF）变流器输出容量：230kV·A

变频变压（VVVF）变流器输出容量：230kV·A

辅助变流器是辅助电动机供电电路的核心。机车共设置有2 套辅助变流器UA11、UA12（又称作APU1、APU2），分别同 2 套主变流器UM1、UM2 安装在一起。

辅助变流器UA11、UA12 都有VVVF和CVCF 两种工作方式，可以依据连接的辅助电动机情况进行设置。机车正常运行时，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。每一台辅助变流器的额定容量是按照独立带整车辅机的情况设计的，因此正常情况下，辅助变流器UA11、UA12 基本上以 50%的额定容量工作。

当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，辅助电动机系统按全功率运行，唯有两台压缩机中，只有操纵端压缩机可以投入工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。辅助变流器的故障转换控制由机车微机控制系统（TCMS）自动完成。

辅助变流器的中间直流回路同时给 110V电源充电模块供电。辅助变流器UA12的输出还经隔离变压器，给司机室各加热设备及低温预热回路供电。辅助变流器内设有元器件过压、过流保护。

2.辅助变流器供电电路

无论是整流器单元还是逆变器单元均采用PWM调制方式进行控制，辅助变流器的原理简图如图5.5所示。

图5.5　辅助变流器原理简图

HXD3型电力机车辅助变流系统的供电电路是由主变压器辅助绕组、辅助变流器、滤波电感和滤波电容、接触器、自动开关、辅助电动机等组成，如图5.6所示。

辅助变流器UA11、UA12的额定容量均为230kV·A，分别由主变压器TM1的两个辅助绕组3U1、3U2 供电，辅助绕组的电压均为399V。

辅助变流器UA11的输出，经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM11给牵引风机电动机MA11、MA12、MA13、MA14、MA15、MA16和冷却塔风机电动机MA17、MA18供电。

辅助变流器UA12的输出，同样经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM12给空气压缩机电动机MA19、MA20，主变压器油泵MA21、MA22，司机室空调EV11、EV12，主变流器内部的水泵WP1、WP2，辅助变流器风机APBM1、APBM2供电，同时 UA12还经过AT1隔离变压器，分别向司机室内的辅助加热设备、卫生间及压缩机加热回路和低温预热设备提供AC220V和AC110V交流电源。

在辅助变流器UA11或辅助变流器UA12发生故障的情况下，TCMS将自动断开其相应的输出接触器KM11或输出接触器KM12，再闭合故障转换接触器KM20，把发生故障的辅助变流器的负载切换到另一套辅助变流器上，由该辅助变流器对全车的三相辅助电动机供电。

当在库内需要对机车的辅助电动机进行动作及转向确认时，可通过辅助电路库用插座XSA1，并操作辅助电路库用转换开关QS11将DC600V库内电源引入辅助变流器UA12，进行辅助系统库内 600V动作试验。为了确保所有辅机均可工作，应通过微机显示屏将辅助变流器UA11 隔离。

二、辅助电动机电路

机车上的各辅助电动机均通过各自的自动开关与辅助变流器连接，除2台空气压缩机外，均不设电磁接触器，使得辅助电动机电路更简化、更可靠。当辅助变流器采用软启动方式进行启动，除空气压缩机电动机外，其他辅助电动机也随之启动。空气压缩机的启动受电磁接触器的控制，电磁接触器受机车司机控制扳键开关和总风缸空气压力继电器的控制。

三、辅助电路的保护系统

1.辅助系统主电路接地保护

在辅助变流器UA11、UA12 内部，分别设有1 套接地保护装置，进行辅助系统的接地保护。当对应辅助回路发生接地故障且确认只有一点接地时，可以将控制电器柜内对应的接地故障转换开关置“中立位”，继续维持机车运行，回段后再作处理，也可将故障的辅助变流器切除，机车维持一组辅助变流器供电，回段后再作处理。

2.辅助变流器的过流和过载保护

在每一组辅助变流器的输入回路中，设有输入电流互感器ACCT，起控制和监视辅助变流器充电电流及辅助绕组短路电流的作用，其动作保护值为1 600A。保护发生时，四象限整流器的门极均被封锁，工作接触器K、AK 均断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号，该故障消除后 10s内自动复位，如果此故障在2min 内连续发生两次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器的控制电源，才可解锁。

在每一组辅助变流器的输出回路中，设有输出电流互感器CTU和CTW，对辅助电动机回路过载及辅助电动机三相不平衡起控制和监视保护作用，辅助电动机回路过载保护的动作值为850A。保护发生时，逆变器的门极均被封锁，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。该故障消除后 10s内自动复位，如果此故障在2min 内连续发生6次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器的控制电源，才可解锁。

3.辅助变流器中间直流回路电压保护

辅助变流器中间直流回路设有两组电压监测环节，其中DCPT4 是用于四象限整流器的控制，DCPT5 是用于逆变器的控制：当 DCPT5 监测到中间回路电压大于等于825V或小于等于580V时，中间回路电压保护环节动作，逆变器门极被封锁，逆变器停止输出；当 DCPT4 监测到中间回路电压大于等于825V或小于等于270V时，四象限整流器门极被封锁，四象限整流器停止输出。

4.辅助变流器输入电压的保护

当辅助变流器的输入电压低于279V即网压低于17.5kV时，低压保护环节动作，四象限整流器门极被封锁，工作接触器K、AK 断开，四象限整流器停止输出。

当辅助变流器的输入电压高于502V即网压高于31.5kV时，过压保护环节动作，四象限整流器的门极被封锁，工作接触器K、AK 断开，四象限整流器停止输出。

5.110V充电模块输入电源的短路过载保护

每组辅助变流器，均可向 110V充电模块提供DC750 电源，输出电源回路通过熔断器DF 进行短路过载保护，熔丝额定值为32A。当 DF 出现熔断后，辅助变流器将通知微机控制系统TCMS，进行 110V充电模块输入电源的转换，由非故障的辅助变流器向 110V充电模块提供直流电源，同时微机显示屏也进行相应故障显示和记录。

四、辅助加热装置电路

HXD3型电力机车的辅助加热电路如图5.7所示。

机车辅助加热装置主要有电热玻璃 EH11-12、膝炉 EH15-18、侧墙暖风机EH19-22、脚炉EH23-26、后墙暖风机EH27-30、司机室多功能热水器EH31-32及低温预热回路等，它们均由UA12通过隔离变压器AT1 进行供电。在膝炉、侧墙暖风机、脚炉、后墙暖风机支路上设置了功能转换开关SA11、SA12，进行投入和切除转换，并设置了空气自动开关QA31A和QA31B 进行过流保护。

在电热玻璃支路上设置功能转换开关SA13、SA14，进行投入和切除转换，并设置了空气自动开关QA32 进行过流保护。

在司机室多功能热水器支路上设置了空气自动开关QA33 进行过流保护。另外，还设置了2个司机室电源插座 XSA3、XSA4，给司机室提供 220V交流电源，方便司机的需要。机车辅助加热回路中，还设有低温预热回路，最初采用DC 110V低温预热，机车一旦可以升弓合主断，辅助变流器可以工作，就转由AC 110V低温预热。当机车需要低温预热时，首先闭合自动开关QA56、QA72，接触器KM22闭合，将采用DC 110V低温预热方式，对辅助变流器、110V电源充电模块、TCMS微机系统等进行加热。预热一定时间，当微机可以升弓合主断，辅助变流器正常工作后，继电器KE11和接触器KM21闭合，接触器KM22 断开，转由AC 110V进行低温预热，对主变流器、辅助变流器、110V电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。通过闭合自动开关QA73，可以对撒砂装置进行加热。

通过闭合自动开关QA74，可以对压缩机进行低温加热，通过温控开关TR-1，可以实现压缩机低温加热的自动投入和切除，当压缩机进行低温加热时压缩机不能工作。在压缩机的控制回路里，还设有温度保护开关TS-1和压力保护开关PS-1，通过其常闭联锁，实现对压缩机的安全保护。

五、辅助电器

1.控制电器柜

控制柜主要安装了机车上大部分的控制继电器，辅助电路用接触器，断路器及部分其他器件。控制柜正面布置如图5.8所示。

图5.8　控制电器柜正面

控制柜正面上部配置断路器，辅助压缩机启动按钮和万转开关及电压表。

上段断路器：牵引电机通风机、冷却塔通风机等的断路器。

中段断路器：控制电路用的小型断路器。

下段断路器：空调等辅助电路用断路器。

另外还设置了库用电源切换用的万转开关。

控制柜下部配置主电路库用转换装置QS3、QS4，辅助电路库用转换装置QSll，主电路和辅助电路接地开关GSl～GS8。电能表安置在控制柜正面左下的罩内。

为保证人身安全，在平开门上设置了联锁装置。VCB 断开，受电弓降下后，将制动装置内的受电弓升弓阀用的钥匙开关置于断开位，然后将钥匙（蓝色）拔出，将拔下的钥匙插入高压接地开关（QSl0）钥匙箱旋转 90°，然后将 QSl0的把手扳向接地位置。只有处于安全的状态时，能够从接地开关钥匙上拔出黄色的钥匙，才能够打开平开门。

电器柜的背面侧排列了辅助电路用的负荷接触器，为了安全，设计了螺纹止回式的罩。装置的背面和侧面的上部，配置了 6个控制电路的单手柄式 27 芯接头，装置背面的下部，配置了主电路、辅助电路用的端子台。

2.TCMS和ATP 柜

微机及监控（TCMS和ATP）柜主要装载TCMS装置、机车监控装置和机车信号系统。

TCMS和ATP 柜主要设备布置如图5.9所示。TCMS和ATP 柜由上下两层构成。

上层：打开上半部分的平开门后面，有TCNS装置的控制单元主体和继电器盘。

下层：打开下半部分的平开门后面，有LKJ2000监控系统、机车安全监控装置TAX2、主体化机车信号车载系统JT1-CZ2000。

TCMS装置配线用的连接端子在装置背面上部。