第三章 辅助电路
第三章 辅助电路
HXD3型交流传动货运电力机车的辅助电气系统是由辅助变流器、各辅助机组及辅助加热设备等组成。该系统具有电压稳定、平衡、节能、低噪音、维护工作量小等优点，有利于各辅助电机运行。该系统采用冗余设计，保障了机车的正常运用。辅助变流器是向通风机和压缩机等辅助机组提供3相交流电源的电源装置，系统根据负载特性不同，具有可变电压、可变频率的VVVF控制和固定电压、固定频率的CVCF控制两种功能。为了确保根据机车实际运行状况而提供足够的冷却风量和降低运转噪音，其中2台冷却塔通风机和6台牵引电机通风机设定为VVVF控制模式，其他负载采用CVCF控制模式进行控制[11]。 对机车来说，每辆机车装载有2组辅助变流器。正常工作时，一组(UAl 1)实行VVVF控制，另一组(UAl2)实行CVCF控制。但是，当某一组辅助变流器出现故障时，另外一组辅助变流器满负载投入，以CVCF控制模式提供能量。
3.1三相辅助电路及辅助变流器 （1）三相辅助电路
HXD3型交流货运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，具体电路见图3．2HXD3犁电力机车辅助电动机供电电路原理图所示。 辅助变流器UAll、UAl2分别由主变压器的两个辅助绕组供电，两个辅助绕组的电压均为399V。每个辅助变流器的输出侧都加有滤波电感和滤波电容组成的正弦波滤波器，这样将传统逆变器输出的正弦脉宽调制(SPWM)波变换为正弦波给各辅机供电，从而大大降低了对辅机绕组匝间绝缘的要求，提高了辅机的使用寿命。机车上的各辅助电动机均通过各自的自动开关与正弦波滤波器连接，除2台空气压缩机外，均不设电磁接触器，使辅助电动机电路简单、可靠。 (2)辅助变流器
一台机车共设置有2套辅助变流器，分别同2套牵引变流器安装在一起，组成牵引变流装置。
每一组辅助变流器由整流电路、中间直流环节、逆变电路组成。 整流电路采用四象限整流，并串有平波电抗器。
为了保证逆变器输入电压的稳定，在整流输出电路并联电容器。因此可以看成为恒压源。
每套辅助逆变器的输出均可有VVVF和CVCF两种工作方式，可以按连接的辅助电动机的情况需要，工作在适当的方式。在正常情况下，2套辅助变流器基本上以50％的额定容量工作，辅助变流器1(APUl)工作在VVVF方式，辅助
11
黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）
变流器2(APU2)工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。在某一套辅助变流器发生故障时，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载，不需要切除任何辅助电动机。此时，辅助变流器按照CVCF方式工作，仍能保证辅助电动机能满功率运行，从而确保机车辅助供电系统的冗余性。辅助电动机负载功率转换的控制由机车微机控制系统自动来完成[12]。
由于变压器辅助绕组的电压为399V，即使接触网电压在17．5～31．5kV范围内变化，整流电压仍能保证辅助逆变器的输出电压达到380v，保证辅助电动机正常工作。
辅助变流器内设有过压、过流、接地保护。
图3．2 HXD3型电力机车辅助电动机供电电路原理图
3.2辅助变流器供电电路 （1）辅助变流器供电电路
辅助变流器UAl l的输出首先经过正弦波滤波器LCl，再经过接触器KMl 1给牵引风机电动机MAl 1、MAl2、MAl、MAl4、MAl5、MAl6和复合冷却风机电动机MAl7、MAl8供电。由于以上负载属于风机类负载，辅助变流器可工作在变频变压状态[13]。
辅助变流器UAl2的输出首先经过正弦波滤波器LC2，再经过接触器KMl2给空气压缩机电动机MAl9、MA20、主变压器油泵MA21、MA22、司机室空调EVl 1、EVl2、2台牵引变流器水泵WP、2台辅助变流器通风机APBM以及其他辅助设备(加热器、厕所等)供电。由于以上负载属于泵类负载，辅助变流器工作在定频定压状态。
12
第三章 辅助电路
同时辅助变流器UAll、UAl2的中间直流还向UC(DCll0V电源装置)供电。 在辅助变流器1或辅助变流器2发生故障的情况下，开断其相应的输出接触器KMll或输出接触器KMl2，再闭合故障转换接触器KM20，把故障辅助变流器的负载切换到另一个辅助变流器上，由该辅助变流器对全车的三相辅助电动机供电。
在库内对机车的辅助变流器和辅助电动机系统进行试验时，可通过辅助电路库用插座和辅助电路库用转换开关引入地面的单相工频交流电进行试验。试验可以两套辅助变流器分别进行，或两套辅助变流器同时进行。
3.2.1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起动，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[14]。
3.3辅助电动机电路的保护系统
①辅助系统主电路接地保护
在辅助变流器UAl 1、UAl2内部，分别设有1套接地保护装置，进行辅助系统主电路的接地保护。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1600A。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2分钟内连续发生两次，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2分钟内连续发生6次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器的控制
13
黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）
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675V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675V时，四象限整流器门极被封锁，四象限整流器停止输出。 ④1 10V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1 10V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215A。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，由另一组的辅助变流器向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[15]。
3.4主要故障及处理
由于变流器部件制造质量问题或组装不良导致烧损故障。2007年12月5日，HXD3-0085机车辅助变流器烧损。变流器工作过程中出现的瞬间故障，微机封锁变流器进行保护，可以重新启动复位。此类故障在机车投入运用初期经常发生。 运行过程中故障应急处理：通过手触微机显示屏，切除故障的一组辅助变流器，用另外一组代替其工作。
3.5本章小结
机车辅助传动及其控制系统的任务是实现对机车辅助电动机的控制。辅助电动机按照其工作特性，可以分成两类：一类是对牵引电动机和冷却塔的冷却用通 风机电动机的控制，它们可以按变频变压方式工作；另一类是驱动压缩机等负载的电动机，它们只能在定频定压方式工作。
HXD3型机车辅助变流系统的供电电路由变压器辅助绕组、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。HXo3型机车设有两套辅助变流器UA11和UA12。在正常情况下，辅助变流器UA11和UAl2都正常工作，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，分别为辅助电动机供电。
14
第四章 控制电路
第四章 控制电路
机车的控制系统是以日本东芝公司的机车微机控制与监视控制系统(简称TCMS)为核心，结合目前国内成熟的机车行车安全综合信息监控系统、机车轴温监控系统、机车空气电气联合制动系统，配以机车外围电路来进行设计。 TCMS主要功能是实现机车特性控制、逻辑控制、故障监视和诊断，能将有关信息送到司机室内的机车控制状态显示装置。TCMS包括一个控制装置和两个显示单元，其中控制装置采用冗余设计，设有两套控制环节，一套为主控制环节，一套为备用控制环节。
机车的控制电路系统主要完成的功能是：
顺序逻辑控制：如升、降受电弓，分、合主断路器，闭合辅助接触器、启动辅助变流器等。
机车特性控制：采用恒牵引力／N动力+准恒速控制牵引电动机，实现对机车的控制。
定速控制：根据机车运行速度可以实现牵引、电制动的自动转换，有利于机车根据线路情况的实现限速运行。
辅助电动机的控制：除空气压缩机外，机车各辅助电动机根据机车准备情况，在外部条件具备的前提下，由TCMS发出指令起动、运行。空气压缩机则根据总风缸压力情况由接触器的分合来实现控制。
空电联合制动控制：同交直传动货运机车(如SS4改机车)相同。 机车粘着控制：包括防空转、防滑行控制、轴重转移补偿控制。
故障诊断、显示与保护：显示机车正常运行的状态信息，如：级位、牵引电动机电流、速度，正常的设备工作状态，如：接触网电压、牵引变流器输出电压、蓄电池电压等；正常的设备开关状态，如：主断路器、辅助接触器、各种故障转换开关；显示机车即时发生的故障信息，发生故障的设备、故障处理的方法等，并将故障发生时的有关数据记忆[16]。
机车重联控制：可以实施同型号的机车重联。
4.1控制电源电路
机车控制电源的核心部件是DCll0V充电电源模块PSU，具体电路如图4．2DC110V充电电源模块电路所示。
机车DCll0V控制电源采用的是高频电源模块PSU与蓄电池并联，共同输出的工作方式，再通过自动开关分别送到各条支路，如微机控制、机车控制、主变流器、辅助变流器、车内照明、车外照明等。
PSU的输入电源来自辅助变流器UAl 1或UAl2的中间回路电源，当UAll
15