黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）
图2．2 HXD3型电力机车主电路原理图
2.2网侧电路作用及其主电路器 (1)网侧电路
网侧电路由2台受电弓、2台高压隔离开关、1个高压电流互感器、1个高压电压互感器、1台主断路器、1台避雷器、主变压器原边绕组、2个低压电流互感器和回流装置等组成。
机车通过受电弓APl或AP2从接触网受流，经高压隔离开关QSl或QS2和主断路器QFl，通过高压电流互感器TAl进入车内，经25kV高压电缆与主变压器A端子相连，经主变压器原边AX后，通过6个并联的回流装置EBl一EB6从轮对回流至钢轨。 ①受电弓
采用DSA型受电弓。该弓采用原装德国进口件，在国内组装。各项性能指标均高于国内同类产品，弓内装有自动降弓装置，当弓网故障时，可自动降弓保护。
②高压隔离开关
采用目前国内成熟产品，具有手动操作功能。当一台受电弓发生故障接地时，可通过手动操作高压隔离开关，切除故障的受电弓，由另一台受电弓维持机车维持运行，以减少机破故障，提高机车运用可靠性。 ③高压电压互感器
采用新设计的干式高压电压互感器，其次边输出分别送到牵引变流器1和牵引变流器2的控制单元，作为牵引变流器控制的同步信号使用，还可作为原边电
6
第二章 电气线路主电路
压的检测和为电度表的计量提供电压输入。 ④主断路器
采用原装进口真空断路器。该电器的作用为正常状态下的电路的开闭及故障状态下电路的开断，后者包含机车接地和短路等故障。由于故障电流增长快、电流大，因此要求断路器在尽可能短的时间内动作，并能开断极大的短路电流。 ⑤高压电流互感器对主变压器原边电流进行检测，用以驱动保护继电器，起原边过流保护作用。
⑥避雷器避雷器接在主断路器和高压电流互感器之间，用以抑制操作过电压及雷击过电压。
⑦高压接地开关在机车停电进行高压设备或需上车项检修时(同时必须接上接地棒)需通过打开机车天窗门，转换高压接地开关，使车顶网侧部分接地，以确保人身安全。
⑧低压电流互感器一只低压电流互感器为电度表的计量提供原边电流信号，并为机车微机控制系统提供原边电流信号，另一只低压电流互感器给TCMS送入原边电流信号，用于微机显示屏显示。 ⑨回流装黄
保证网侧电流向钢轨的回流作用，同时保护机车轮对轴承不受电蚀以及机车可靠的接地性能。 (2)主变压器
主变压器的六个1450V牵引绕组分别用于两套牵引变流器的供电，两个399V辅助绕组分别用于辅助变流器的供电[7]。
2.3牵引变流器 ①牵引变流器的构成
牵引变流器UMl内部可以看成由3个独立的整流一中间电路一逆变环节构成，每个环节分别有2个接触器、1个输入电流互感器、1个充电电阻、1个四象限变流器、中间电路、1个PWM逆变器、2个输出电流互感器等组成。3个整流一中间电路一逆变环节的主电路和控制电路相对独立，分别提供给3个牵引电动机。当其中一组或几组发生故障时，可自动切除，剩余单元可继续工作。 ②牵引变流器工作原理
在变流器的输入端，设有变流器充电电路。当中间电压为零时，主变压器的牵引绕组通过充电电阻向四象限整流器，给中间直流回路支撑电容充电。若不接入充电电阻，当电源接入时，电容上的电压不能突变，因此电源相当于通过二极管形成短路，，会形成很大的冲击电流。当中间直流电压达到2000V时，中间电路预充电完成，充电接触器切除充电电阻。这时，牵引绕组向中间直流回路支撑电容继续充电，直至2800V。整个充电过程完成后，逆变器可以投入工作。在
7
黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）
再生制动时，逆变器工作在整流状态，整流器工作在逆变状态。由牵引电动机向主变压器牵引绕组馈电，将电能回馈至接触网。输入电流互感器起控制和监测充电电流及牵引绕组短路电流的作用。输出电流互感器起监测牵引电动机输入电流的作用。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。瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。当支撑电容上的中间电压超过允许电压范围时，IGBT元件导通，通过限流电阻放电，以使中间电压保持在允许的电压值内。
2.3.1牵引电动机供电电路
机车的牵引电动机M1～3由牵引变流器UMl的3个PWM逆变器分别单独供电，实现牵引电动机的独立控制。这样，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，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。当一台机组故障时，只须切除一台机组，机车仍能保持六分之五的牵引动力[8]。
2.4保护电路
①主变压器牵引绕组的过流保护
当主变压器牵引绕组发生过流时，通过牵引变流器中的相应电流传感器发出过流信号，通过控制单元对相应的变流器环节实施封锁保护。 ②接地保护电路
跨接在中间回路2个串联电容的中点的1个接地信号检测传感器组成了主接地保护电路。当主电路J下常时，由于只有1点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。当主电路某一点接地时，则形成回路，将在接地信号传感器中流过接地故障电流，传感器输出电流信号，使保护装置动作，去开断主断路器。可以通过接地故障的转换开关，实施对接地保护的隔离。 每一变流器柜分别含三套接地保护电路，可以分别对三个交直交电路进行检测和保护，接地检测信号送TCMS，显示接地故障[9]。 ③牵引电动机过流保护
当牵引电动机发生过流时，通过牵引变流器中的相应电流传感器发出过流信号，由变流器控制单元对相应的变流器环节实施封锁保护。
2.5主要故障及处理
主变流器（MPU）故障，主要分3类：①由于电线路连接部位松虚、IGBT击穿、中间直流环节电容发生爆裂引发的烧损故障。典型案例是2007年6月3日HXD3-0040机车第四主变流器连线松脱烧损。 ②由于变流器工作不稳定，
8
黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）
发
9
第二章 电气线路主电路
生瞬间过压、过流产生的封锁保护。该种故障经常发生。 ③复合冷却液泄漏或者车内污水外流，导致牵引电机接线端子部位积水而发生主电路接地故障；典型故障是2007年7月18日HXD3-0072机车复合冷却液泄漏流入第四牵引电动机接线端子导致接地故障。 解决措施：针对HXD3机车运用初期出现的变流器烧损故障，将信息反馈到制造公司，提高机车的组装质量。 针对瞬间故障后封锁保护，可以通过断电复位使其重新投入工作，或者手触微机屏幕切除某组主变流器维持机车运行。这种措施适用于机车运行中的司机进行应急处理。 针对主电路接地故障的解决措施是：一方面通过检查整修，消除变流器管路冷却液的泄漏；另一方面通过加强管理，禁止在车内倾倒废水、污水。
2.6本章小结
HXt 3型交流传动电力机车是根据大连机车车辆有限公司、日本东芝公司与
铁道部签署的大功率交流
传动电力机车采购和技术引进项目研制的，是我国铁路第六次大提速中的货运干线主型机车之一。其最高
行驶速度为120 km／h，能够满足牵引5 000 t以上列车的需要，为我国的铁路货运运输正在做出巨大的贡献。
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，实现对牵引电动机的控制，从而实现机车牵引和动力制动的特性控制。机车主电路是产生机车牵引力和制动力的电气设备电路．主要由网侧电路、传动系统电路及库用动车电路等组成。
机车主电路所完成的功能是电能和机械能问的相互转换。机车牵引工况时，机车主变压器原边通过受电弓、高压隔离开关和主断路器获得25 kV交流电，经过主变压器的降压，由主变压器次边6个独立的牵引绕组分别向6组交一直一交支路供电。每组交～ 直一交电路由一个两点式单相四象限PWM整流器和一个两点式三相VVVF逆变器等组成。三相VVVF逆变器向牵引电动机供电。牵引电动机在电动机状态下工作，实现电能向机械能的转换．满足机车牵引运行要求。
机车制动lT况时，则进行与上述相反的转换。这时电动机在发电机状态下工作，将列车的动能或位能转换为电能，向接触网回馈电能，而牵引时按整流器工作的变流器，变为逆变器工作[10]。
10