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HXD3电气系统介绍

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电力机车电气线路结构分析 HXD3型电力机车主、辅变流器控制电路

电力机车电气线路结构分析 HXD3型电力机车主、辅变流器控制电路


主变流器控制电路
图1、变流器控制电路-1
主变流器控制电路
图2、变流器控制电路-2
—知识点2.68：了解HXD3型电力机车辅助变流器控制电路
工作原理
学校名称 ：
任务一
辅助变流器控制电路
机车两套辅助变流器装置UA11、UA12的控制电路基本一致。不同的是，正常情 况下，I端辅助变 流器装置UA11设定为VVVF工作方式，当主断路器闭合、换向手 柄离开零位后，UA11开始工作；II端 辅助变流器装置UA12设定为CVCF工作方式， 只要主断路器闭合，UA12就开始投入工作。下面以II端 辅助变流器装置UA12的控制进行说明。
7、 主变流器装置试验开关SA75，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ于在低压试验或机车出厂前时对主变流器的控制单元进行试 验检査，确认其是否工作正常。
8、 为满足主变流器工作需要，在主变流器的控制单元内引人高压电压互感器TV1同步信号。主 变流器控制单元与TCMS的接口信号除2套通讯线外，还设有主变流器隔离、工作、功率预备和故障等 信号。
主变流器控制电路
5、 主变流器的控制用信号还有牵引电动机速度传感器BV41、BV42, BV43的信 号。每个速度传 感器同时送出2个速度信号至主变流器控制装置，用以实现主变流器对 牵引电动机的矢量控制，有效 地实施机车的防空转、防滑行保护，并对机车的轴重转移进行补偿。
6、 库内动车信号通过库用开关QS3或QS4送到主变流器控制单元，用于在库内动车时主变流器按 照特定的控制程序工作。
1、 机车主断路器闭合后，由TCMS发出命令，闭合辅助变流器UA12输出电磁接触器KM12,并将 信息传递给辅助变流器控制单元，由辅助变流器控制单元发出指令， 控制辅助变流器UA12起动。
2、 当机车某一辅助变流器发生故障，故障的辅助变流器能及时发信息给TCMS， 通过TCMS的 控制，自动完成输出电磁接触器的动作转换。若辅助变流器UA11发生 故障，则电磁接触器KM11断开 ，电磁接触器KM20闭合；若辅助变流器UA12发生故障，则电磁接触器KM12断开，电磁接触器KM20 闭合。故障的辅助变流器将信息传递给另一组辅助变流器，使其工作在CVCF方式，同时，故障的辅助 变流器被隔离， 此时所有辅助电动机全部由另一套辅助变流器供电，不受其他指令的控制，牵引电动 机通风机和冷却塔通风机将正常满功率工作。
HXD3型电力机车辅助电路—HXD3型辅助电路概述

HXD3型电力机车辅助电路—HXD3型辅助电路概述


110V电源模块为UA11（1751-1752）和UA12（2751-2752）供电而引入 110V直流电源装置。
辅助变流器UA11和UA12 实现交-直-交的变换。
辅助滤波装置LC：对变流器输出的波形进行整形滤波。 电磁接触器KM11 控制负载输出，有KM11、KM12和KM20三个接触器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
辅助负载系统包括各类辅助电机；机车上各类电暖设备、空调、热水器等。
库用插座XSA1通过库用插座XSA1及转换开关QS11将库内直流600V的电源 引入辅助变流器UA12进行辅助系统库内600V的动作试验。
目录
01 任务目标： 掌握HXD3型电力机车辅助电路的组成及作用。
02 任务内容： • 辅助电路概述 • 辅助电路的组成
1.辅助电路的概述
HXD3型电力机车的辅助系统由辅助变流器、各辅助机组、110V充电电源模块电 路、辅助加热装置电路四部分组成。
2.辅助电路的组成
辅助供电电路由辅助绕组3U1-3V1或3U2-3V2（电压为399V）、辅助变流 器、辅助滤波装置、电磁接触器、辅助负载系统等组成。
HXD3型电力机车电路分析

HXD3型电力机车电路分析

HXD3型电力机车电路分析摘要随着交流技术，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HXD3型电力机车电路图目录摘要 ....................................................................................................................................... - 0 -第一章绪论 ........................................................................................................................... - 3 -1.1电力机车的概念 ......................................................................................................... - 3 -1.2历史沿革..................................................................................................................... - 4 -1.3电力机车的类型 ......................................................................................................... - 4 -1.4选题意义..................................................................................................................... - 5 -第二章HXD3电力机车电气系统的组成 ............................................................................ - 6 -2.1电气系统的设计概念 ................................................................................................. - 6 -2.2电气系统的组成 ......................................................................................................... - 6 -2.3HXD3电力机车的电气线路 ........................................................................................ - 7 -2.3.1主电路及其部件 ...................................................................................................... - 8 -(1)网侧电路................................................................................................................... - 9 -(2)主变压器................................................................................................................. - 10 -(3)牵引变流器和牵引电动机电路............................................................................. - 10 -(4)保护电路................................................................................................................. - 11 -2.3.2辅助电路................................................................................................................ - 11 -(1)三相辅助电路......................................................................................................... - 11 -(2)辅助变流器............................................................................................................. - 12 -(3)辅助变流器供电电路............................................................................................. - 13 -(4)辅助电动机电路..................................................................................................... - 13 -(5)辅助电动机电路的保护系统................................................................................. - 13 -2.3.3控制电路................................................................................................................ - 15 -(1)控制电源电路（DC110V电源装置）................................................................... - 15 -(2)DC110V电源装置电气系统构成........................................................................... - 16 -(3)电源输入电路......................................................................................................... - 17 -(4)DC110V输出回路................................................................................................... - 18 -(5)控制电路................................................................................................................. - 19 -(6)DC110V电源装置控制系统................................................................................... - 20 -HXD3型电力机车电路图分析(7)司机指令与信息显示电路..................................................................................... - 22 -(8)机车逻辑控制和保护电路..................................................................................... - 23 -(9)辅助变流器控制电路............................................................................................. - 23 -(10)牵引变流器控制电路........................................................................................... - 24 -(11)机车照明电路和辅助设备控制........................................................................... - 24 -结论 ................................................................................................................................. - 25 -致谢 ................................................................................................................................. - 26 -参考文献 ......................................................................................................................... - 27 -HXD3型电力机车电路图第一章绪论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。

HXD3电力机车部件

HXD3电力机车部件


额定电流
1000 A
最大速度
200 km/h
静态接触压力 70±10 N
最大升弓高度 3000 mm
工作高度
888～2800 mm
落弓高度（滑板面至车顶） 613 mm
总长（折叠长度）
2561 mm
滑板长度
1250 mm
滑板材料
碳滑板或铝包碳滑板
工作空气压力 400～1000 kPa
升弓时间
<5.4 s
• APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈 供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供给由IGBT构成 的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。
HXD3电力机车部件
• 8、变流装置
• 辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。
• 机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅助 变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量工作， 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。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，从而确保机车辅助电动机供电系统 的可靠性。
• 放电电流
10kA
• 外套材料
陶瓷
HXD3电力机车部件
6、高压隔离开关
• 型号
BT25-04-D-110-1-C-S
• 结构
单极隔离开关
• 安装
车顶
• 动作方式
空气操作式（机车内设置4个电磁阀）
• 额定电流 400A
• 额定电压 25kV
• 额定空气压力500kPa
HXD3电气系统介绍

HXD3电气系统介绍

【引言概述】本文将对HXD3电气系统进行介绍，该系统是HXD3型电力机车中的核心部分之一。

电气系统作为机车的重要组成部分之一，对机车的运行和性能起着至关重要的作用。

本文将从五个大点来详细阐述HXD3电气系统的组成和功能。

【正文内容】一、主控制系统1.牵引控制模块功能及原理2.制动控制模块功能及原理3.辅助控制模块功能及原理4.信号处理模块功能及原理5.数据通信模块功能及原理二、直流传动系统1.逆变器模块功能及原理2.励磁系统功能及原理3.牵引电机功能及原理4.制动电阻功能及原理5.母线和变压器功能及原理三、辅助供电系统1.电池组功能及原理2.静止变流器功能及原理3.馈电变压器和整流充电机功能及原理4.辅助电源开关装置功能及原理5.辅助负载装置功能及原理四、智能检测与保护系统1.灵敏系数与接线方式功能及原理2.过载保护功能及原理3.短路保护功能及原理4.电源低压保护功能及原理5.温度保护功能及原理五、列车接口系统1.车载监控系统功能及原理2.通信系统功能及原理3.车载信息系统功能及原理4.列车自动控制系统功能及原理5.转向架接口装置功能及原理【总结】HXD3电气系统作为HXD3型电力机车中的核心部分，包含主控制系统、直流传动系统、辅助供电系统、智能检测与保护系统以及列车接口系统等五个大点。

每个大点下又包含59个小点来详细阐述其功能和原理。

HXD3电气系统的合理设计与运行稳定性直接影响着机车的牵引力、制动力及其他性能指标的表现，因此，了解和熟悉HXD3电气系统的结构和原理对于保证机车的正常运行具有重要意义。

HXD3C型电力机车电气线路原理分析及故障处理

HXD3C型电力机车电气线路原理分析及故障处理

目录摘要 (1)前言 (2)一、HXD3C型电力机车概述 (3)1、机车主要技术参数 (3)2、机车主要特点 (5)二、HXD3C型电力机车设备布局 (6)1、机车车体 (6)2、司机室 (6)3、受电弓 (6)4、司机室设备布置 (7)5、机械间设备布置 (7)三、HXD3C型电力机车电气线路分析 (9)1、主电路 (9)2、辅助电路 (10)3、列车供电电路 (12)4、机车控制电路 (13)5、制动系统控制电路 (14)四、HXD3C型电力机车常见故障分析及处理 (15)1、受电弓工作异常 (15)2、途中刮弓 (15)3、主断合不上 (16)4、辅助变流器故障 (16)5、复合冷却器风机故障 (16)6、牵引风机故障 (17)7、主接地、牵引电机过载 (17)8、水泵、油泵、油温高故障 (17)9、110V充电装置故障 (17)10、机车列供电故障处理方法 (18)参考文献 (19)致谢 (20)摘要：HXD3C型机车电气线路相对比较复杂，闭合条件繁多，从硬件和软件上都作了多重保护，在实际运用过程中，经常出现电气线路的情况。

本文主要针对电气部分、故障处理以及综合部分进行分析和阐述，并对电气线路中的常见问题进行了原因分析。

关键词：HXD3C型电力机车；电气线路分析；故障及处理-2-£-—1—刖B重载运输代表了铁路货物运输领域的先进生产力，己成为许多国家追求的目标。

随着国民经济迅速的发展，大秦线原设计己经远远不能满足运量增长的要求。

HXD3C型大功率交流传动电力机车应运而生。

为了促进铁路机车装备现代化的要求，株洲电力机车有限公司在“先进、成熟、经济、适用、可靠”的理念下研制了HXD3C性大功率交流传动电力机车。

随着机车运行速度的不断提高，机车对受电弓和主断路器运行能力也有了很大的要求。

HXD3C采用车空气管路与制动系统，HXD3C大功率交流传动电力机车主要运用于“大秦线"、“大包线”，冬季温度较低，在室外运行的受电弓和主断路器故障率较高。

HXD3电气系统介绍

HXD3电气系统介绍

HXD3电气系统介绍HXD3电气系统介绍1、简介1.1 HXD3电气系统的作用：HXD3电气系统是一个关键的组成部分，用于管理和控制HXD3机车的电力系统。

1.2 HXD3电气系统的基本原理：HXD3电气系统采用先进的电力转换技术，将输入的电力转换为适合机车使用的直流电。

1.3 HXD3电气系统的组成部分：HXD3电气系统包括发电机、电池组、整流器、逆变器、控制器等多个组件。

2、发电机2.1 发电机的作用：发电机负责将机车上的动力转换为电力，供给车辆的驱动系统和其他电气设备。

2.2 发电机的工作原理：发电机通过燃烧燃料产生的动力驱动转子旋转，从而在定子上感应出电压。

2.3 发电机的性能参数：发电机的性能参数包括额定功率、额定电压、额定电流等。

3、电池组3.1 电池组的作用：电池组主要用于存储电能，供给机车在发电机负荷过大或无法正常工作时使用。

3.2 电池组的类型：常见的电池组类型包括铅酸电池、锂电池等。

3.3 电池组的管理：电池组需要进行周期性的检查和维护，以确保其正常工作和寿命。

4、整流器4.1 整流器的作用：整流器将交流电转换为直流电，供给机车的驱动系统和其他直流电设备使用。

4.2 整流器的工作原理：整流器通过控制开关管的通断，将交流电转换为单向的脉冲电流，再通过滤波器进行平滑处理。

4.3 整流器的性能参数：整流器的性能参数包括输入电压范围、输出电压范围、效率等。

5、逆变器5.1 逆变器的作用：逆变器将直流电转换为交流电，供给机车上的交流电设备使用。

5.2 逆变器的工作原理：逆变器通过控制开关管的通断，将直流电转换为交流电，输出频率和电压可调。

5.3 逆变器的性能参数：逆变器的性能参数包括输出功率、输出电压范围、输出电流范围等。

6、控制器6.1 控制器的作用：控制器负责监控和控制整个HXD3电气系统的运行状态和参数。

6.2 控制器的功能：控制器可以监测发电机、电池组、整流器、逆变器等组件的工作状态，进行故障诊断和保护功能。

HXD3电气系统介绍

HXD3电气系统介绍


整车电气线路组成：
■主电路； ■辅助电路及110V充电模块电路； (含220V加热回路、低温预热回路、压缩机 的低温预热及控制保护) ■机车控制与监视系统电路； （含机车重联控制、自动过分相控制、弓 网故障保护控制电路） ■机车行车安全监控系统; ■制动系统; （含WSP空转滑行保护检测系统） ■机车各类灯及相关辅助设备的控制
HXD3型交流传动货运电力机车
电气系统介绍
王威
铁路机车的4次技术变革
3直流 2液力
4交流Biblioteka 1蒸汽电力牵引的发展
➢ 直流传动 交流传动
电力机车交流传动系统调速原理
电源从电网下来，经变压器降压，传动控制单元 控制四象限整流器完成交流到直流的变换，再控制逆 变器完成直流到3相交流的VVVF（变压变频）变换，给 异步牵引电机供电，达到对异步牵引电机转矩的控制。 牵引时，能量是从电网流向电机，电能转化成机械能。 制动时，过程相反，机械能转化成电能回馈电网。
主变压器
2.3主变流器
■每台机车装有两个变流器机箱，每一变流器 机箱内含有3组主变流器和一组辅助变流器。 使其结构紧凑，便于设备安装。 ■主变流器由四象限整流器、直流环节、逆变 器组成。采用IGBT元件。主变流器的性能 适应货运机车大牵引力的特点。 ■主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、 无污染、重量轻、结构上维修方便等特点， 是国际上流行的冷却方式。
受电弓
真空断路器
高压电流互感器 高压电压互感器
避雷器 高压隔离开关
2.2主变压器
■采用轴向分裂、心式卧放、下悬式安装的一体化多绕组变 压器，具有高阻抗、重量轻等特点；采用真空注油、强油 风冷、氮气密封等特殊的工艺措施，延长变压器的绝缘寿 命。
■主变压器的六个1450V牵引绕组分别用于两套主变流器的 供电；两个３９９V辅助绕组分别用于辅助变流器的供电， 辅助变流器的中间直流回路还同时给１１０Ｖ电源充电模 块供电，辅助变流器ＡＰＵ２的输出还经过隔离变压器， 给司机室各加热设备及低温预热回路提供ＡＣ２２０Ｖ和 ＡＣ11０Ｖ交流电源．
HXD3电力机车部件

HXD3电力机车部件

• APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈 供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供给由IGBT构成 的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。
机车主要部件介绍
• 8、变流装置
• 辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。
• 机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅 助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量 工作，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。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，从而确保机车辅助电动机供 电系统的可靠性。
• 最高试验转数 3195 rpm
• 总重量
2600kg
• 齿轮比
4.81（101/21）
机车主要部件介绍
12、牵引通风机组
本机器是冷却HXD3型电力机车主电动机的，安装在机 械室内的。其构造为，冷却风从顶盖的通风窗处进入， 再送入通风机中，然后由通风机通过通风道将冷却风送 入主电动机中进行冷却，最后排到大气中。
7、主变压器
HXD3型交流传动货运电力机车采用FPWR1型主变压器， 将25kV的接触网电压变换为电力机车所需的各种低电压， 以满足电力机车各种电机电器工作的需要。
主变压器外形
机车主要部件介绍
主变压器特点：
• 1）采用下悬式安装，强迫导向油循环风冷方式，内装 一台主变压器，总重13t。主变压器与冷却装置、储油柜 分开布置。
蓄电池电压表的左端配置蓄电池用的自动开 关（MCCB），辅助压缩机起动按钮。
IP44
涂色
电力机车电气线路结构分析 HXD3型电力机车件事控制系统(TCMS)的基本使用

电力机车电气线路结构分析 HXD3型电力机车件事控制系统(TCMS)的基本使用

目录
content
了解HXD3型电力机车件事控制系统（TCMS）的基本使用
HXD3型交流传动货运电力机车控制监视系统，采用标准化、模块化设计原则，是在东芝公司在机 车控制监视系统方面成熟的软件、硬件、控制模式和系统思想的基础上研制的。机车控制监视系统（简 称TCMS）的核心任务是：根据司机指令完成对主变 流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时 控制、牵引/制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车运行状态，具备完整的故障保护、故障 记忆及显示功能， 并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。
任务一
系统的构成
机车控制监视系统在硬件上主要由电源模块、逻辑运算控制部分、数字量输入/输出部分、模拟量 信号采集部分、通信部分等组成。主控制单元采用32位CPU，并在配置上采取冗余、双机热备措施， 以提高系统的可靠性。系统构成示意图如图1 所示，机车控制监视系统机箱外形结构如图2所示。
机箱内包括AVR电源模块，为TCMS提供工作所需的各种直流电，如24V、±15V、 5V； PUZ处 理器单元，包括CPU、软件以及与显示屏通讯的接口； DET检测模块， 择测主控制系统是否存在故障 ，以便在主系统发生故障时立即进行主辅系统的切换;SIF串行通讯接口，完成TCMS与两个主变流器和 辅助变流器之间的通讯；DI数字量输人模块，将接收到的各种开关信号处理后传送给处理器单元； AUX辅助模块，具有 数字量输出、模拟量输入及脉冲量输人的功能，实现对各辅助继电器的控制及特 殊信号的输人功能；MDM重联控制模块，将本车的信息通过Ethernet传往他车，并将收到的他车信息 传送给处理器单元，实现机车的重联功能。
系统的构成 制动系统控制
系统的功能
系统的构成
图2机车控制监视 系统机箱外形结构
HXD3-电气系统介绍-讲课资料

HXD3-电气系统介绍-讲课资料

■机车正常运行时，高压接地开关QS10置运行位，此时兰色钥匙可以拔 出，插入管路柜上的升弓气路阀，保证受电弓的气路连通，同时QS10 的辅助连锁触点闭合（信号425得电），为主断路器闭合提供了必要条 件。
■机车需要打开顶盖或电器柜柜门进行检修时，首先断开主断路器并降 弓，然后将空气管路柜上的兰色钥匙旋转拔除，切断升弓气路；将兰 色钥匙插入接地开关QS10并向右旋转，然后将接地开关旋至接地位， 保证车顶设备可靠接地，此时旋转黄色钥匙并拔出，可以打开车顶盖 或高压电器柜门。
■通过采集原边低压电流互感器TA2和高压电 压互感器TV1提供的电流和电压信号来实现 电能的计量
高压电气连锁保护
■ 司乘人员上、下顶盖时要打开或关闭机械室天窗、或者对高压电器进 行检查时需要打开柜门，为了确保安全，设置了高压互锁功能。高压 接地开关QS10上配有一把蓝色钥匙和两把黄色钥匙，其中蓝色钥匙可 以控制受电弓的升弓气路，黄色钥匙可以打开机械室天窗或高压电器 柜门，通过他们与接地开关的连锁控制，实现HXD3型电力机车的 高 压电气安全互锁功能。
主变压器
2.3主变流器
■每台机车装有两个变流器机箱，每一变流器 机箱内含有3组主变流器和一组辅助变流器。 使其结构紧凑，便于设备安装。 ■主变流器由四象限整流器、直流环节、逆变 器组成。采用IGBT元件。主变流器的性能 适应货运机车大牵引力的特点。 ■主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、 无污染、重量轻、结构上维修方便等特点， 是国际上流行的冷却方式。
２机车主电路：
原边网侧电路； 主变压器； 主变流器； 牵引电动机； 库用动车电路等组成。
机车主电路
2.1原边网侧电路
■网侧电路由2台受电弓AP1、AP2、2台高 压隔离开关QS1、QS2、1个高压电流互感 器TA1、1个高压电压互感器TV1、1台主 断路器QF1、1台高压接地开关QS10、1台 避雷器F1、主变压器原边绕组AX、1个低 压电流互感器TA2和回流装置EB1～6等组 成。

HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路

第五节HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路、控制电路、行车安全综合信息监控系统电路和空气管路系统电路组成。

一主电路机车主电路主要由网侧电路、主变压器、主变流器及牵引电动机等组成,具体电路附后，见Traction Circuit 3W3RA217R11。

1网侧电路网侧电路由 2 台受电弓AP1、AP2、2 台高压隔离开关QS1、QS2、1 个高压电流互感器TA1、1 个高压电压互感器TV1、1 台主断路器QF1、1 台高压接地开关QS10、1 台避雷器F1、主变压器原边绕组AX、1 个低压电流互感器TA2 和回流装置EB1～6 等组成。

接触网电流通过受电弓AP1 或AP2 进入机车，经高压隔离开关QS1 或QS2 和主断路器QF1，通过高压电流互感器TA1 进入车内，经25kV 高压电缆与主变压器原边1U 端子相连，经过主变压器原边，从1V 端子流出，通过 6 个并联的回流装置EB1～EB6，从轮对回流至钢轨。

2 主变流器和牵引电动机电路机车采用两组主变流器UM1、UM2，分别由主变压器的牵引绕组2U1~2V6 供电，主变流器再分别给牵引电动机M1、M2、M3 和M4、M5、M6 供电。

两套主变流器的电路完全相同，以下就主变流器UM1 的电路进行说明。

主变流器UM1 内部可以看成由 3 个独立的"整流—中间电路—逆变"环节（称为牵引变流器）构成。

每组牵引变流器分别有 2 个接触器、1 个输入电流互感器、1 个充电电阻、1 个四象限整流器、中间电路、1 个PWM 逆变器、2 个输出电流互感器等组成。

机车 6 组牵引变流器的主电路和控制电路相对独立，分别为 6 个牵引电动机提供交流变频电源。

当其中一组或几组发生故障时，可通过TCMS 微机显示屏，利用触摸开关将故障的牵引变流器切除，剩余单元仍可继续工作, 实现整车的冗余控制。

HXD3电力机车部件分析


额定电流
100ห้องสมุดไป่ตู้ A
最大速度
200 km/h
静态接触压力 70±10 N
最大升弓高度 3000 mm
工作高度
888～2800 mm
落弓高度（滑板面至车顶） 613 mm
总长（折叠长度）
2561 mm
滑板长度
1250 mm
滑板材料
碳滑板或铝包碳滑板
工作空气压力 400～1000 kPa
升弓时间
<5.4 s
1U; 1V; 2U1; 2V1; 2U2; 2V2; 2U3;
2V3; 2U4; 2V4; 2U5; 2V5;2U6; 2V6; 3U1; 3V1; 3U2; 3V2
• 空载电流
0.26%
• 空载损耗
2600W
• 负载损耗
224kW
• 总重量
13000kg
机车主要部件介绍
• 8、变流装置
• 每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引 变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。
• APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈 供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供给由IGBT构成 的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。
机车主要部件介绍
• 8、变流装置
• 辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。
• 机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅 助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量 工作，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。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，从而确保机车辅助电动机供 电系统的可靠性。

《电力机车控制》教学课件—05 HXD3电气线路


4 辅助电路的保护系统
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 825 V 或小于等于580 V 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825 V 或小于等于270 V 时， 四象限整流器门极被封锁，四象限整流器停止输出。
2、主变流器由四象限整流器、直流环节、逆变器组成。 采用IGBT元件。主变流器的性能适应货运机车大牵引力的 特点。
3、主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、无污染、 重量轻、结构上维修方便等特点，是国际上流行的冷却方 式。
1 HXD3型电力机车牵引变流器简介
■ 开关元件：
■ 冷却方式：
■ 四象限脉冲整流器
辅助变流器 UA11 的输出，经过辅助滤波器LC，通过 输出接触器KM1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。
2 辅助变流器供电电路
3 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 起动方式进行启动，除空气压缩机电动机外，其他辅助电 动机也随之起动。空气压缩机的起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。
4 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。

HXD3电气系统介绍

HXD3电气系统介绍HXD3电气系统介绍一、概述1·1 电气系统定义电气系统是HXD3型电力机车中负责控制、保护和供电的重要部分。

它包括牵引供电系统、控制系统、保护系统和指示系统等多个子系统。

1·2 电气系统功能电气系统的主要功能是提供机车的牵引能力、实现对机车的控制和保护，以及为驾驶员提供必要的指示信息。

通过各个子系统的协调工作，电气系统能够确保机车的安全运行。

二、牵引供电系统2·1 牵引变压器牵引变压器是牵引供电系统的核心设备，负责将高压电网的交流电压升压为供机车牵引用的高压交流电。

它包括冷却系统、绝缘系统、监测系统等。

2·2 整流装置整流装置将变压器输出的交流电转化为直流电，以满足牵引电机的工作需要。

它主要由整流器、滤波器和逆变器等组成。

2·3 牵引电机牵引电机是电气系统实现牵引功能的关键部件。

它接受整流装置输出的直流电，通过控制系统的指令，产生适应运行条件的牵引力，推动机车行驶。

三、控制系统3·1 控制器控制器是驾驶员对机车进行操作的界面，通过控制杆、按钮等控制元件，驾驶员可以操纵机车的加速、减速和制动等行车参数。

3·2 控制模式控制模式是指机车在不同工况下的工作方式，包括牵引模式、制动模式和惰性模式等。

控制系统根据驾驶员的操作进行模式切换，以满足不同的运行需求。

四、保护系统4·1 过电流保护过电流保护是保护系统的重要功能之一，它能够在电流异常时及时切断电路，防止设备损坏和火灾发生。

4·2 短路保护短路保护是为了防止电路出现短路现象，当短路发生时，保护系统会迅速切断电路，保护设备不受损坏。

五、指示系统5·1 指示灯指示系统通过指示灯的亮灭状态，向驾驶员提供机车的工作状态和警告信息，包括牵引力、速度、电源状态等。

5·2 数字显示器数字显示器能够显示机车的具体参数，如电压、电流、速度等，为驾驶员提供更直观的信息。

HXD3型电力机车TCMS系统功能介绍

HXD3型电力机车TCMS系统功能介绍摘要：HXD3型电力机车是大功率交流传动电力机车，在铁路货运中担当着重要的牵引任务。

HXD3型作为交流传动的电力机车，在电气控制方面，需要通过变压和变频的方式来调节三相异步牵引电动机的转速，从而调节机车速度。

TCMS系统（微机控制监视系统）是整个机车的控制核心，其主要任务是根据司机指令完成对主变流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时控制、牵引/制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车运行状态，具备完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。

本文将简单介绍TCMS系统在机车上的主要功能。

关键词：HXD3 TCMS系统功能机车控制监视系统（简称TCMS）简单讲就是一台“电脑”，由一个主机和两个显示器构成。

主机连接着司机控制器等“下达命令”的设备和主变流器等“接收命令”的设备，TCMS会根据接收到的信号进行判断、分析和计算，然后发出相应的指令对机车主要设备进行控制。

两个显示器分别安装在机车两端的司机室里，用来显示机车的运行状态和故障信息等，当机车发生某些故障时，司机也可在触摸屏上进行相关的隔离操作。

另外TCMS系统还具有完整的故障保护和一定程度的故障自处理的功能。

概括来说，TCMS系统的功能主要有三个方面：控制功能、显示功能和故障保护及处理功能。

一、控制功能1、对主变流器及异步电动机的实时控制接触网提供的是25KV的单相50HZ交流电，经过降压之后仍然为单相交流电，而机车牵引电动机采用的是三相异步电动机，需要三相交流电源，所以主变流器一方面把单相交流电变换为三相交流电，另一方面通过调节输出电源的电压和频率来控制牵引电动机的转速，从而控制机车速度。

此时的控制流程为：司机操作指令—TCMS—主变流器—牵引电动机，比如司机要控制机车牵引运行：将司机控制器主手柄推至牵引区某一级位，TCMS系统接收到主手柄位置信号，会根据牵引和制动特性进行分析、计算，得出牵引电动机所需牵引力，TCMS系统与主变流器不断地进行数据传递，使其输出相应的电压和频率，从而控制牵引电动机的转速。

HXD3型机车主断路器控制回路分析

HXD3型机车主断路器控制回路分析
HXD3型电力机车是中国重载铁路货运输最主要的机车之一。

其控制系统包括了多个回路和元件，其中主断路器控制回路是该机车控制系统中最重要的回路之一。

主断路器的作用是控制机车牵引电路和制动电路的通断。

当主断路器切断后，机车的
功率线路将不再有电流通过，机车就会停止牵引或制动。

因此，主断路器控制回路必须正
常工作，以确保机车的安全运行。

主断路器控制回路由多个元件组成，主要包括电动机、接触器、熔断器、开关等。

下
面我们来逐一分析各个元件的作用和工作原理。

首先是电动机，它是主断路器控制回路中最重要的元件之一，也是整个电力机车控制
系统的核心。

电动机负责控制主断路器的开关和闭合，进而控制机车的牵引和制动。

接着是接触器，它是一种电器元件，能够在动力线路中开关电流。

在主断路器切换时，接触器起到了关键的作用。

当主断路器切断后，接触器会自动断开电路，从而避免反向电
流对机车设备的损坏。

熔断器也是主断路器控制回路中的重要元件之一，主要用于保护电路。

当电路中电流
过大时，熔断器会自动断开电路，避免电路过载烧毁。

最后是开关，可以用来切断或连接电路。

在主断路器控制回路中，开关的作用是控制
电路的开关和连接。

综上所述，主断路器控制回路是电力机车控制系统中最重要的回路之一。

它由多个元
件组成，包括电动机、接触器、熔断器和开关等。

这些元件各自起到了重要的作用，共同
确保了机车的安全运行。

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受电弓
真空断路器
高压电流互感器 高压电压互感器
避雷器 高压隔离开关
2.2主变压器
■采用轴向分裂、心式卧放、下悬式安装的一体化多绕组变 压器，具有高阻抗、重量轻等特点；采用真空注油、强油 风冷、氮气密封等特殊的工艺措施，延长变压器的绝缘寿 命。
■主变压器的六个1450V牵引绕组分别用于两套主变流器的 供电；两个３９９V辅助绕组分别用于辅助变流器的供电， 辅助变流器的中间直流回路还同时给１１０Ｖ电源充电模 块供电，辅助变流器ＡＰＵ２的输出还经过隔离变压器， 给司机室各加热设备及低温预热回路提供ＡＣ２２０Ｖ和 ＡＣ11０Ｖ交流电源．
HXD3型交流传动货运电力机车
电气系统介绍
王威
铁路机车的4次技术变革
3直流 2液力
4交流
1蒸汽
电力牵引的发展
➢ 直流传动 交流传动
电力机车交流传动系统调速原理
电源从电网下来，经变压器降压，传动控制单元 控制四象限整流器完成交流到直流的变换，再控制逆 变器完成直流到3相交流的VVVF（变压变频）变换，给 异步牵引电机供电，达到对异步牵引电机转矩的控制。 牵引时，能量是从电网流向电机，电能转化成机械能。 制动时，过程相反，机械能转化成电能回馈电网。
■在中间直流回路中，直流电压产生2倍于输入电源频率的脉动（100Hz)， 因此逆变器频率接近脉动频率时，牵引电动机电流产生脉动现象，由 此而带来的问题是元件电流增加，电机转矩脉动增大。欧洲生产的电 力机车一般是通过LC滤波器来减小直流电压脉动，但HXD3型电力机车 取消了中间二次滤波回路环节，它是通过逆变器的软件控制，调节逆 变器频率，使逆变器输出电压正负周期的电压时间乘积趋于相等，来 消除二次谐波电压的影响，大幅度抑制电动机电流脉动现象和转矩脉 动现象。取消二次滤波回路，是HXD3型电力机车主回路的一个重要特 点．
2.3.3主流器的保护电路
机车主电路的保护除原边过流保护及前边 提到的瞬时过电压保护、接地保护外，在牵 引变流器内，还设立了多种保护功能，以保 证牵引变流器和整车的安全运行。
水冷却系统的保护
牵引变流器的冷却系统是由复合冷却器的水－空 气热交换器、联管、阀门、储水箱、水泵、塞门、 流量计、冷却介质等组成，利用去离子水和乙二 醇的混合冷却介质通过热交换器对IGBT器件进行 冷却，具有很好的冷却效果。在冷却系统中，设 定了如下监视和保护：
■HXD3型电力机车中间直流电路由中间电压支撑电容、瞬 时过电压限制电路和主接地保护电路组成。
■中间电压支撑电容主要起稳定中间回路电压，同时可对四 象限脉冲整流器和逆变器产生的高次谐波进行滤波。
■瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。
■主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个 接地信号传感器组成。每套机组分别含三套接地保护电路， 可以分别对三个交直交牵引电路进行监测和保护，接地检 测信号送TCMS，进行故障显示，接地保护开关设在控制 电器柜上，可进行故障切换运行。
■通过采集原边低压电流互感器TA2和高压电 压互感器TV1提供的电流和电压信号来实现 电能的计量
高压电气连锁保护
■ 司乘人员上、下顶盖时要打开或关闭机械室天窗、或者对高压电器进 行检查时需要打开柜门，为了确保安全，设置了高压互锁功能。高压 接地开关QS10上配有一把蓝色钥匙和两把黄色钥匙，其中蓝色钥匙可 以控制受电弓的升弓气路，黄色钥匙可以打开机械室天窗或高压电器 柜门，通过他们与接地开关的连锁控制，实现HXD3型电力机车的 高 压电气安全互锁功能。
机车布线
• HXD3机车布线的设计理念是尽量做到设备与设 备之间的直接对接，减少中间环节，因此整车控 制电缆、端子柜连接器及端子排的用量减少，线 缆通过对设备间的两个横梁线槽及左右两侧墙上 进行控制线路布线，机车中间走廊最下层为机车 主电路，其上方为到各风机接线。
HXD3型交流传动货运电力机车的控制监视系统，是在东芝公司 机车控制监视系统方面成熟的软件、硬件、控制模式和系统思想 的基础上研制的. 机车控制监视系统（简称TCMS）的核心任务是：根据司机指令 完成对主变流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时控 制、牵引/制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车 运行状态，具备完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有 一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。
■
额定输入电流：
■
额定输入容量：
■
中间电压：
■ 牵引逆变器
■
输出电压：
■
输出电流：
■
额定输出电压：
■
额定输出电流：
■
输出频率：
IGBT 4500V-900A 水冷（纯水＋乙二醇）
1450VAC 50Hz 965A 1280KVA 2800V
0～2150VAC（三相） 0～520A 2000V 382A 0～120Hz
在传动控制单元的控制下，机车各部件有机地结合 起来，实现电源的变换，由高压（25KV）、工频 （50HZ）的不可控单相交流电源变换到3相可控变频、 变压的交流电源，供给异步牵引电机，实现对异步牵 引电机的控制，从而实现传动控制的最终目的：按照 司机的指令控制机车的运行速度。
1.概述
■HXD3型交流传动货运电力机车的主传动 和辅助传动系统均采用了交流控制技术， 整个电气系统的设计坚持起点高、技术领 先的原则，并充分考虑了大功率货运电力 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 。
逆变器、牵引电机电路
HXD3型交流传动货运电力机车的牵引逆变器是 由IGBT元件组成的PWM逆变单元，整车的6个牵 引逆变器分别向6台牵引电动机供电。由于牵引逆 变器采用矢量控制模式，使异步牵引电动机具有 快速反应的动态性能，实现了机车每个牵引电动 机的独立控制。由于整车采用轴控方式，当整台 机车的6个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引 起的负载分配不均匀时，均可以通过牵引变流器 的控制进行适当的补偿，以实现最大限度地发挥 机车牵引力。
２机车主电路：
原边网侧电路； 主变压器； 主变流器； 牵引电动机； 库用动车电路等组成。
机车主电路
2.1原边网侧电路
■网侧电路由2台受电弓AP1、AP2、2台高 压隔离开关QS1、QS2、1个高压电流互感 器TA1、1个高压电压互感器TV1、1台主 断路器QF1、1台高压接地开关QS10、1台 避雷器F1、主变压器原边绕组AX、1个低 压电流互感器TA2和回流装置EB1～6等组 成。
■机车正常运行时，高压接地开关QS10置运行位，此时兰色钥匙可以拔 出，插入管路柜上的升弓气路阀，保证受电弓的气路连通，同时QS10 的辅助连锁触点闭合（信号425得电），为主断路器闭合提供了必要条 件。
■机车需要打开顶盖或电器柜柜门进行检修时，首先断开主断路器并降 弓，然后将空气管路柜上的兰色钥匙旋转拔除，切断升弓气路；将兰 色钥匙插入接地开关QS10并向右旋转，然后将接地开关旋至接地位， 保证车顶设备可靠接地，此时旋转黄色钥匙并拔出，可以打开车顶盖 或高压电器柜门。
■A)通过流量计监测冷却水的流速，实现牵引变流 器进口水压监测和失压保护；
■B)通过监测水－空气热交换器风速，实现牵引变 流器水冷却的保护；
■C)通过热敏电阻温度继电器对元件的监测，实现 牵引变流器进出口水温的监视和保护；
■D)通过水位计，对储水箱的水位进行监视和低于 最低许用水
■HXD3型电力机车选用了爱尔斯特(ELSTER) 公司生产的智能型电度表，可用于机车牵 引、再生电能的计量，电度表设有屏显窗 口和切换按钮，通过按钮切换，可以进入 不同的状态模式（滚动模式、标准模式、 ABL模式），进行信息量的查询，电度表既 可查询近期每天的电能消耗及能量的反馈， 还可查询当时的原边电压、电流及功率因 数等。
■运用、检修、维护时，都是以模块形式进行更换，然后送 专用厂家进行维护检修。
逆变器功率模块
2.3.2主变流器工作原理
■机车采用两组主变流器UM1和UM2，每一组主变 流器内含有3个牵引变流器，它们分别由主变压器 的牵引绕组a1x1、a2x2、a3x3和a4x4、a5x5、 a6x6供电，6组牵引变流器经过整流逆变后，分别 给牵引电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6供电。 当任何一组或几组牵引变流器支路出现故障时， 均可通过故障隔离开关进行隔离，实现整车的冗 余控制。牵引变流器主要由四象限整流器、中间 直流电路和牵引逆变器几部分组成，每一部分的 基本结构和工作原理如下：
■HXD3型交流货运电力机车的制动系统采用的是克 诺尔的CCB-Ⅱ型制动机,该制动系统是基于网络控 制的电空制动系统 . CCB-Ⅱ型制动机与微机显示 屏一起来完成制动系统的诊断、自检、校准、故
障记录等。
■HXD3型交流货运电力机车的行车安全监控系统采 用了目前国产电力机车通用的LKJ2000型监控主机， TAX2监测装置 、JT1通用式机车信号设备（SJ93信号主机）等。
■接触网电流通过受电弓AP1或AP2引入机 车，经高压隔离开关QS1或QS2和主断路 器QF1，通过大A端子进入车内，，经 25kV高压电缆由车内至车下，穿过TA1与 主变压器原边1U端子相连，经过主变压 器原边，从1V端子流出，穿过TA2与车体 地相连，最后通过6个并联的回流装置 EB1～EB6，从轮对回流至钢轨
主变压器
2.3主变流器
■每台机车装有两个变流器机箱，每一变流器 机箱内含有3组主变流器和一组辅助变流器。 使其结构紧凑，便于设备安装。 ■主变流器由四象限整流器、直流环节、逆变 器组成。采用IGBT元件。主变流器的性能 适应货运机车大牵引力的特点。 ■主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、 无污染、重量轻、结构上维修方便等特点， 是国际上流行的冷却方式。
中间直流电路
■中间直流电路是四象限整流器和电机侧逆变器之间的中间环节。在三 相交流传动系统中，中间直流电路起着很重要的作用，主要表现为： ⑴在网侧整流器和电机侧逆变器之间实现瞬时功率平衡；⑵储能电容 向牵引电动机提供基波无功功率和高次谐波的通路；⑶变流器换流能 力直接受中间电路电压的影响，逆变器的调制电压质量也取决于其平 衡程度，因此对它要求较高，总之，中间直流电路是保证交—直—交 系统正常工作的一个重要环节。