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目 录
第1章 绪论 ·········································································································································· 1 第2章 主电路的构成与设备 ··········································································································· 2
2. 1牵引主电路的定义 ············································································································· 2 2．2电路主要设备类型 ············································································································· 2 2．3电路的定性分析 ·················································································································· 3 第3章 常见问题与解决方案 ··········································································································· 4
3．1 电机内的火花 ····················································································································· 4
3．1．1火花常见原因 ········································································································ 4 3．1．2火花优化与解决方案 ··························································································· 5 3．2 电机内的环火 ····················································································································· 5
3．2．1环火常见原因 ········································································································ 5 3．2．2环火优化与解决方案 ··························································································· 6
结论 ························································································································································· 7 致谢 ························································································································································· 8 参考文献 ················································································································································ 9
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第1章 绪论
韶山3型电力机车于1978年由株洲电力机车厂与株洲电力机车所在韶山1型和韶山2型电力机车的基础上研制成功，在1992年韶山3型电力机车的改进型诞生，称作韶山3型4000系电力机车（也常被称作韶山3B），后面原来的韶山3型也做相应的改进。韶山3型4000系共生产了一千多台（包括原韶山3的改进型）。在过去的二十多年里为我国的铁路交通运输业提供了强大的支持，到目前为止也任然有相当数量的韶山3型4000系电力机车在路上为人民服务。自从它的诞生开始起，就不断的有科研人员对其进行了可以说是全方位的研究并改进，成果丰硕，就不一一赘述。
对于电力机车来说，电动机就相当于它的心脏一样，源源不断的提供动力，相当重要。电动机的电路虽然不复杂，但是其能量的转换和各种问题的复杂性却是比较大的。韶山3型4000系电力机车的牵引电机是串励脉流四级电动机，功率和效率本来就比现在正流行的和谐好电力机车的三项交流牵引电动机小很多，其电枢的火花与环火问题也比较严重，相应导致的电机的稳定性和使用寿命问题突出，所以对韶山3型4000系电力机车的牵引电机主电路的研究就很有必要。
本论文主要包括了韶山3型4000系电力机车牵引电机主电路的定义与分析，对电路中的设备分析，找出电机的功率与效率低下的原因；找出电机内常见的电枢火花与环火的原因；找出电机的运用稳定性和寿命与那些因素有关，并给出一定程度上的解决方案。主要的操作方法为:参考相关的文献；实体观察；实体实验数据测量；实体实际运行数据测量；尽量用比较成熟的文献理论和客观的测量数据；尽量用数据得出的结论。
由于电力机车牵引电机平常工作的电流电压比较高且波动，导致电机所处的物理环境比较复杂，不能使数据很精准或结果很精准，所有本论文大部分使用一些少干扰比较少的物理量来进行计算分析。由于本人才疏学浅，人无完人，希望读者指出错误，批评。
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第2章 主电路的构成与设备
2. 1 牵引主电路的定义
由于本论文研究的是韶山3型4000系电力机车牵引电机，所以研究的范围将包括与牵引电机密切相关元件在内的电路，由此定义韶山3型4000系电力机车牵引电机主电路：变压器次边绕组出来从平波电抗器开始，到线路接触器，到直流电流互感器，到牵引电机电枢绕组、换向级绕组、补偿级绕组，到位置转换开关，到牵引电机主磁极绕组，到故障转换开关完。由于电机的运行状态包括牵引与制动两种，韶山3型4000系电力机车的制动方式有电阻制动，在电路上，制动时制动电阻是并联在电枢两端，磁削电阻在电机调速时也是主要元件，而且磁削电阻也在制动电阻柜内，所以制动电阻柜也包括在内。
2．2 电路主要设备类型
定义的韶山3型4000系电力机车牵引电机主电路虽然元件不多，但为了简化不必要的难度和复杂，我们只需研究其中对牵引电机的影响相对较大的几个设备。在本论文中主要研究的有平波电抗器；牵引电机的电刷、换向器、电枢绕组、换向极绕组、补偿绕组、主磁极绕组；制动电阻柜，一下将对这些元器件一一进行必要的阐述和分析。
在韶山3型4000系电力机车中使用的平波电抗器为TXP3型平波电抗器，每台车有2台平波电抗器。3台牵引电动机并联后与1台平波电抗器串联，它的平波作用使电路中的电流脉动系数小于30%。
ZQ800-1型四级串励脉流牵引电动机也像其它任何电动机的构成一样有定子和转子两大部分。
定子包括了机座、电刷装置、主磁极、换向极、补偿绕组、端盖和油封结构。转子包括了电枢绕组、换向器、转轴、电枢铁心、均压线。
TZZ4型制动电阻柜由底架、通风机、过渡风道、电阻柜、弹性连接件及风速继电器等部分组成。在20℃时电阻段额定电阻值为3.22Ω±5%，在400℃时电阻段额定电阻值为3.62Ω。
韶山3型4000系电力机车共有2台TZX2A型磁场削弱电阻器，每台电阻器包括3组固定分路电阻和磁场削弱电阻，分别对应于3台牵引电动机的励磁绕组。固定磁场削弱系数为95%，一级磁场削弱系数为70%，二级磁场削弱系数为54%，三级磁场削弱系数为45%。
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2．3 电路的定性分析
此处将根据电路的结构和相关元器件的性能做出定性的分析，将分别从牵引工况和制动工况来分析电路。
牵引工况：经过主变压器降压升流和三段不等分半控桥的整流后，输出的电流电压依然不是标准的直流电，而是电流电压波动的直流电，这电流电压将会被输送到整个主电路使用。到达的第一个主要设备就是TXP3型平波电抗器，平波电抗器简单的说就是两个大线圈，原理也就是电感的阻高频通低频。由于其电阻值为0.2062Ω，而通过的电流有效值大约为500A，所以产生的电压降大约为100V左右，电能损耗（电阻热能）大约为51.55kW，这是在电能在被用在牵引作用前的主要消耗，所以平波电抗器的好坏将直接影响到整个电路的工作。接下来电流将通过线路接触器和直流电流互感器到达牵引电机，其中直流电流互感器的作用很重要，它要监测通过牵引电机的电流大小并报告给电子柜处理。电流到达牵引电机，牵引电机的各绕组部分的关系为串联，所以电流将由电刷进入后依次通过电枢绕组、电刷、换向极绕组、补偿绕组。再出电机后通过位置转换开关再接一个并联电路一路并联上磁削电阻装置，另一路并联上电机内部的励磁绕组。最后出电机接到硅整流电路的负端（相对的）。
从牵引工况的电流流经设备来看，最重要的是平波电抗器，它负责减小电流的波动幅度，从而使牵引电机的运行更平稳，也减小发生火花的概率。电流传感器和电压传感器工作的好坏将直接影响到牵引电机的运行。由于电流比较大，且有波动，产生的电磁影响会比较严重，特别是在电机内部，线圈多，必定会相互影响。在牵引时，磁削也是个潜在问题，磁削太多会导致磁场畸变，导致换向困难，火花的产生将在所难免。
制动工况：这里主要研讨的是电阻制动工况，因为电阻制动一般用在较高的速度情况下，且常伴随着机械制动。在制动工况时，线路接触器断开，电枢绕组与励磁绕组断开连接，电枢绕组两端并联上制动电阻（所有制动电阻在制动电阻柜内）。在低速情况下制动力不足，还需要给电枢加上额外的电流，这时就是加馈电阻制动，电源来自三段不等分半控桥的一部分。主磁极没有电源，磁场是剩余磁场。原理相对简单，就是依靠电枢绕组切割剩余磁场，产生电动势，由于有回路，产生电流，电流又在磁场中受到力的作用，使列车减速。
在电阻制动工况下，电路结构简单了，但是电枢绕组和主磁极不再是串联的关系，他们之间的磁场将相互影响，且情况比较复杂。在这种工况下，还有一个问题就是，主磁极的剩磁不确定，且每台的剩磁都不可能完全相等，如果太大会是电枢电流太大，引起火花问题，严重时六台牵引电机同时环火。
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第3章 常见问题与解决方案
3．1 电机内的火花
身为脉流牵引电动机，必须要有的部件就是电刷和电枢了，所以不可避免的就是电机产生火花。在电机中，火花的危害比较常见，也比较严重，由于火花的高温，会使电机内部的器件损毁。导致电机不能完好工作，严重导致行车事故。在此我将简单讨论一下产生火花的原因和适当的解决方案。
3．1．1 火花常见原因
产生火花的原因：我们一般说的火花是指电刷与换向片之间的火花，换向片之间的火花。在此我们必须明确火花产生的最主要条件，即电压过高、绝艳介质电阻降低，导致绝缘介质（在此指空气）被击穿，产生电弧。在此我们有必要分三种情况讨论，一是牵引时，二是制动时，三是非特殊情况（产生火花的原因与是否在牵引或者制动无关）。
牵引情况：在牵引情况下可能导致火花的原因比较多，据了解最可能且最常见的原因是：（1）、电刷与换向器表面的电压过大——主要原因可能是电网电压波动，接触网上的电压其实是很不稳定的，波动幅度很大，如果突然的大幅度波动肯定会影响到机车内部；（2）、电机电流过大——主要原因可能是平波电抗器工作出现了问题，平波电抗器长时间在大电压大电流下工作老化和疲劳问题肯定严重；（3）、电枢反应；（4）电机转速过快——主要原因可能是在恶劣的天气情况下列车某些轮对发生空转。
制动情况：在电阻制动情况下，此时的电枢绕组相当于一个有一定内阻的电源，源源不断的通过电刷向制动电阻传送电流，电机的电压与电流来源于电枢绕组切割剩磁产生的电动势和硅整流组的加馈电源。按道理来说电压和电流不应该很大，也不应该产生火花，但是实事是火花存在。经电路分析，得出一些可能的原因。（1）、剩磁过强；（2）、制动时的电机转速过高。
非特殊情况:此种情况主要原因是电路自身的不完善和设备的缺点与受损导致电机产生火花。对于电路的设计来说，是相当的完美了，而且由于限制的空间，这样的设计基本上没有改进的余地了。在运行中，列车的环境非常的恶劣，风霜雨雪和抖动都会给设备带来一定的损坏；设备器件的精度也会让电机产生火花。常见的原因有：（1）、电刷压指弹簧压力相差过大；（2）、电刷表面高度磨光——主要原因可能是电刷的次品被使用了；（3）、杂质渗入电刷和换向器——主要原因可能是在环境不好的地方运行，空气中杂质比较多；（4）、换向器的凸片与形变；（5）、平波电抗器工作效果差。