SS1型电力机车

1、SS1型电力机车一、 SS1型 主要电气部分第一块、主断路器：TDZIA-10/25型空气主断路器、BVAC.N99真空断路器 TDZIA-10/25型空气主断路器主要电气结构：电气高压部分、电气低压部分（略）电气高压部分：灭弧室、非线性电阻隔离开关灭弧室：真空灭弧室的基本知识1什么是真空真空是指在给定的空间内，远低于一个环境大气压的气体状态。真空状态下气体的稀薄程度通常用真空度来描述，以压强值来表示。 l大气压= 760mmHg×133.3Pa/mmHg1.013×105Pa（帕斯卡）或0.1013MPa压强越高则真空度越低；压强越低则真空度越高。2什么是真空灭弧室真空灭

2、弧室也叫真空开关管或真空泡，是真空开关的核心器件。它是用一对密封在真空中的电极（触头）和其它零件，借助真空优良的绝缘和熄弧性能，实现电路的关合或分断，在切断电源后能迅速熄弧并抑止电流的真空器件。3真空灭弧室的工作原理要说明真空灭弧室的工作原理必须要弄清楚电弧、真空电弧、扩散电弧、集聚电弧、横向磁场、纵向磁场的概念3.1电弧电弧或弧光放电是气体放电的一种形式。放电在性质上和外观上是各种各样的。在正常状态下，气体有良好的电气绝缘性能。但当在气体间隙的两端加上足够强的电场时，就可以引起电流通过气体，这种现象称为放电。放电现象与气体的种类和压强、电极的材料和几何形状、两极间的距离以及加在间隙两端的电压

3、等因素有关。例如在正常状态下，给气体间隙两端的电极加电压到一定程度时，空气中游离的电子在电场作用下高速运动，与气体分子碰撞后产生较多的电子和离子。新生的电子和离子又同中性原子碰撞，产生更多的电子和离子，使气体开始发光，两电极变为炽热，电流迅速增大。这种性质上的转变称为气体间隙的击穿，其所需的电压称为击穿电压。这时，由于电场的支持，放电并不停止，故称为自持放电。电弧则是气体自持放电的一种形式。电弧具有电流密度大和阴极电位降低的特点。3.2真空电弧在真空环境中，气体非常稀薄，真空度高于1.33x10-2Pa时气体分子极少。在1.33x10-2Pa的真空中，每立方厘米空间中含有的气体分子数仅为标准大

4、气压环境下的千万分之一。在这样稀薄的气体中即使真空间隙中存在电子，它们从一个电极飞向另一个电极时，也很少有机会与气体分子碰撞造成真空间隙的电击穿。真空中电极间电弧是这样产生的：当触头行将分离前，触头上原先施加的接触压力开始减弱，动静触头间的接触电阻开始增大，由于负荷电流的作用，发热量增加。在触头刚要分离瞬间，动静触头之间仅靠几个尖峰联系着，此时负荷电流将密集收缩到这几个尖峰桥上，接触电阻急剧增大，同时电流密度又剧增，导致发热温度迅速提高，致使触头表面金属产生蒸发。同时微小的触头距离下也会形成极高的电场强度，造成强烈的场致发射，间隙击穿，继而形成真空电弧。真空电弧一旦形成，就会出现电流密度在10

5、4A/cm2 以上的阴极斑点，使阴极表面局部区域 的金属不断熔化和蒸发，以维持真空电弧。在电弧熄灭后，电极之间与电极周围的金属蒸气迅速扩散，密度快速下降直到零，触头间恢复高真空绝缘状态。3.3真空电弧的形态真空中的电弧有两种形态，扩散型电弧和集聚型电弧。3.3.1扩散型真空电弧当真空电弧电流不大时，对于铜电极来说一般不超过78KA，阴极斑点将不停地运动，通常是由电极中心向边缘运动。当阴极斑点到达边缘，等离子锥便弯曲，接着阴极斑点就突然熄灭，在电极中心又会继续不断地产生新的阴极斑点。如果电流保持不变，阴极表面存在的阴极斑点数基本上维持不变。当电弧电流增大或减小时，阴极斑点也随之增加或减少。这种存

6、在许多阴极斑点的真空电弧，随着阴极斑点的运动不断地向四周扩散，所以叫扩散型真空电弧。见图一3.3.2集聚型真空电弧当真空电弧电流很大时，如对铜电极而言，当电弧电流超过10KA时，电弧的外形将突然发生变化，阴极斑点不再向四周作扩散运动，而是相互吸引，结果所有的阴极斑点都聚集成一个斑点团，阴极斑点团的直径可达12CM。此时阳极上出现了阳极斑点，阴极表面和阳极表面均有强烈的光柱，阴极光柱与阳极光柱自由地向电极的四周扩散成为数条连续的闪光，有时偶尔也与电极平行。真空电弧一旦聚集，阴极斑点与阳极斑点便不再移动或以很缓慢的速度运动，阳极和阴极表面被局部强烈加热，导致严重熔化，这种真空电弧叫做集聚型真空电弧

7、。见图一真空电弧中出现阳极斑点对真空灭弧室来说是一个不祥之兆，往往会导致电极的严重熔化，并产生过量的金属蒸汽。在真空灭弧室分断工频交流电弧时，电流过零后，这些过量的金属蒸汽在电极间还将持续一段时间，这时电极间的介质恢复速度降低,从而很可能导致真空灭弧室的分断失败。 阳极阳极阴极阴极 扩散型真空电弧 扩散型真空电弧 集聚型真空电弧 图一 真空电弧3.4真空灭弧室的灭弧原理3.4.1真空电弧的熄弧条件真空电弧是依靠电极不断地产生金属蒸汽来维持的，因此，要熄灭真空电弧必须将电弧电流减小到一定程度，不足以维持电弧的时候才有可能将其熄灭。在交流情况下，真空电弧电流有很多个过零的时刻，这就给出了熄弧的条件

8、；在直流情况下，必须设置一个电力转向装置，使直流真空电弧电流有一个过零的机会，以创造一个同样的熄弧条件。 3.4.2小电流真空电弧的熄弧原理 真空灭弧室切断交流真空电弧成功与否，与触头之间弧区电流过零前的金属蒸汽浓度密切相关。当电流过零前弧区的金属蒸汽浓度很小时，电弧在电流过零时不足以维持便熄灭；反之当电流过零前弧区的金属蒸汽浓度很大，在电流过零时仍足以维持，电弧便不会熄灭。金属蒸汽来自触头的电弧斑点，电弧斑点和金属蒸汽都随着电弧电流瞬时值的增减而变化。电弧电流过零点前一小段时间里，触头间金属蒸汽浓度降低的速度取决于电弧斑点的冷却时间常数。小电流真空电弧是一种扩散型电弧。对于扩散型电弧，它只有

9、阴极斑点而无阳极斑点，各分支电弧均布于触头表面上且处于移动状态。所以触头表面电弧斑点熔区的面积小，深度浅，热惯性小，其冷却时间常数仅有数微秒，有足够的时间让阴极斑点冷却，因此金属蒸汽浓度低。金属蒸汽在温差、浓度差和压力差的作用下迅速向弧区外扩散。这样，当电弧电流过零时，电弧便不能维持而熄灭。3.4.3大电流真空电弧的熄弧原理大电流真空电弧是一种集聚型真空电弧。集聚型电弧会产生阳极斑点，从而导致电极的严重熔化，并产生过量的金属蒸汽。在真空灭弧室分断工频交流电弧时，电流过零后，这些过量的金属蒸汽在电极间还将持续一段时间，电极间的介质恢复速度降低，从而很可能导致真空灭弧室的分断失败。因此，为了熄灭大

10、电流真空电弧，必须要采取一定措施，避免阳极斑点的产生，从而避免产生过量的金属蒸汽。为了能开断10KA及以上的短路电流，设计时采取了在触头间施加横向磁场或纵向磁场，从而实现真空灭弧室开断大电流的功能。非线性电阻隔离开关：当电阻两端的电压与电流不在成比例时，电阻不再是个常数，电压与电阻的比例不再固定。作用是用来消磁的，消完磁以后电阻阻值又回到无穷大。 BVAC.N99真空断路器BVAC.N99真空断路器是单极交流断路器，该电气设备用于主电路电源的开断、接通电流，同时用于过在和短路保护。其采用真空管（VST）电控控制。该设备安装在电力机车顶部，该设备的设计和开端操作完全适合于电力牵引的要求和工作条件

11、。第二块、主变压器概念：电力机车上的变压器，用来获取接触网上的25kv电压并变压到适合机车用的这样一个变压器。特点：绕组多 电压波动范围大 负载变化大 耐振动 对阻抗电压要求高 重量轻，体积小，用钢多型号：国产系列电力机车上使用系列主变压器，其型号其意义为：“”一“铁”路机车用；“”一“变”压器；“”一“牵”引；数字为设计序号；“一”后为“容量（·）电压等级（）”。例如 改型电力机车主变压器的型号为：8型，即表示其容量为 ·A；电压为 。主变压器的基本结构：主变压器由器身、油箱、保护装置、冷却系统和出线装置等组成。 组成部分1.铁心铁心的作用是构成变压器的闭合磁路，同时也是

12、支撑绕组及引线装置的机械骨架。因此，要求铁心必须具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性。 2.绕组绕组是组成变压器的基本单元，单项心式变压器的每个绕组都是由分别布置在两个心柱上的两个绕组并联或串联而成。绕组由纸包扁（圆）铜线和绝缘件组成，绝缘件构成绕组的主绝缘的纵绝缘件组成，绝缘件构成绕组的主绝缘的纵绝缘，是绕组固定在一定位置上，并形成冷却油道。绕组的结构形式绕组的结构形式分为同心式和交迭式两种主变压器中常用的同心式绕组有以下几种形式 圆筒式绕组 螺旋式绕组 连续式绕组 双饼式绕组绕组的绕向绕组的排列3、器身绝缘和引线装置4、油 箱5、保护装置6、冷却系统7、出线装置典型主变压器结构特点一、 8

13、/2型主变压器二、 9·型主变压器第三块、平波电抗器一、 电感一电流特性方程式二、 平波电抗器的结构三、 8型平波电抗器的结构特点第四块、整流柜第五块、高压柜第六块、电力机车电器一、 高压电器二、 低压电器1、 接触器(1) 接触器的用途 接触器在工业控制中应用非常广泛。是用来接通或切断带有负载的主电路或大容量控制电路的自动切换电器。在电力机车上用于频繁地接通或切断正常工作情况的主电路和辅助电路。(2) 接触器的分类按传动方式分 主要有电磁接触器和电空接触器之分。电磁接触器采用电磁传动装置，电空接触器采用电空传动装置。电磁接触器一般应用于机车的辅助电路中，电空接触器应用于主电路中。按

14、通断电流的种类分有交流接触器和直流接触器之分。这里指的是主触头通、 断电流的种类，它与传动方式无关，如主触头通、断的是交流电，则不管它是采用的是直流电磁机构传动、交流电 磁机构传动还是电空传动，都称交流接触器。 按主触头所处的介质分 空气式接触器、真空式接触器和油浸式接触器(3) 电磁式接触器电磁接触器采用的是电磁传动装置，通常又分为直流、交流、交直流 三种类型。 CZ5221022型直流接触器 C一接触器； Z一直流； 5一设计序号；22一派生代号； 1022一分子第一位和第二位分别表示常开和常闭主触头数，分母第一、二位分别表示常开和常闭联锁触头数。 该型接触器是用来控制调压开关伺服电动机电

15、源和机车前照灯。 CJ20系列三相交流接触器CJ20100Z CJ20160ZC接触器；J交流；20设计序号；100(160)主触头额定电流(A)； Z直流控制。 在SS4型(1158号)和SS6型机车辅助电路中，用来接 通和断开三相异步电动机或起动电阻(起动电容)等电路。(4) 电空接触器在电力机车上，因为有现成的压缩空气源，同时，由于电空传动的电器具有体积小，重量轻，传动力大等优点，所以，在电力机车的主电路内，广泛采用电空式接触器。TCKl4001500型电空接触器 T铁路用；C接触器；K压缩空气控制； 1设计序 号；400主触头额定电流(A)； 1500开断电压(V)。 作用：在SS4型

16、和SSl型电力机车上，为电力机车进行磁场削弱设计的，用于接通或分断与牵引电动机励磁绕组并联的磁场削弱电阻电路。 1支柱；2静触头座；3静主触头；4连接片；5绝缘块；6动主触头；7绝缘杆 8动主触头桥；9弹簧；10铭牌；11联锁触头；12联锁板；13气缸座； 14铜套；15反力弹簧；16活塞；17皮碗；18气缸盖；19管接头。动作原理 当外接电空阀线圈得电时，压缩空气通过管接头 进入传动气缸，鼓动皮碗推动活塞克服复原弹簧 的反作用力，使活塞杆、绝缘杆上移，动静触头 闭合，联锁触头相应动作。当电空阀失电时，气 缸内的压缩空气通过管接头及电空阀排向大气， 在复原弹簧作用下，使活塞杆、绝缘杆下移，带

17、动主触头打开。(5) 真空接触器真空接触器由于其灭弧原理的特点，比较适用于交流电路(若熄灭直流电弧，需采取适当的措施)。特点 :体积小，重量轻，寿命长，分断能力高，操作时噪音小，真空部件不需要维修等。可在重任务条件下供重要场合使用。但也易出现电弧电流过零前熄灭，出现截 流，故在电感电路中产生过电压。 EVS630/1110DC、EVS700/1110DC EVC真空接触器； 700、630额定工作电流(A)；1极数； 110DC控制电源的电压值及控制电源类型。 EVS630/1110DC型在SS4G型电力机车主电路中 用来接通或断开功率因数补偿装置。EVS700/1110DC型在SS8型电力机

18、车的列车供电 电路中，实现机车向列车供电控制2、 继电器(1) 继电器的定义及组成 继电器是一种根据某一输入量来换接执行机构的电器，用于控制电路。继电器也可认为是传递讯 号的电器。在电力机车控制电路中，继电器具有控制、保护或转换信号的作用。 (2) 继电器的分类根据目前电力机车上使用的情况分类：按用途分，有控制和保护继电器。按输入物理量的性质分，有电磁式（反应电量 ）、机械式（反应非电量）。 按执行机构的种类分，可分为有触点和无触点继电器。 按输入电流性质来分，有直流和交流继电器。 按作用分，有电流、电压、时间、 中间、压力继电器等。(3) 继电器的特点和特性在电力机车上，继电器一般不直接控制

19、主电路或辅助电路。特点： 触头容量小，采用点接触形式，没有灭弧装置，体积和重量也比较小。灵敏度要求极高，输入、输出量应易调节。能反应多种信号（如各种电量、速度、压力等）， 用途很广，外形多样化。不能用来开断主电路及大容量的控制电路。继电器的输入量与输出量之间有一特定的关系， 这就是继电器最基本的输入输出特性，亦称继电特性。 4 电磁继电器测量机构是电磁铁，执行机构是触头。具有工作可靠，结构简单，易于制造等优点，在电力机车上得到了广泛的应用。电磁式继电器可分为电压继电器、电流继电器、 中间继电器、时间继电器和信号继电器等。按照电流种类的不同，电磁继电器还可以分为直流电磁继电器和交流电磁继电器。

20、JZl544Z型中间继电器J一继电器；Z一中间； 15一设计序号；444常开、4常闭接点数；Z一直流控制。 作用 ：用在直流控制电路中，用来控制各种控制电器的电磁线圈，以使信号放大或用一个信号控制几个电器。 JT3-215型时间继电器1底座；2阻尼套筒；3铁心； 4反力弹簧；5反力调节螺母； 6衔铁；7非磁性垫片；8触头组；9极靴；10线圈。 J继电器； T通用；3设计序号；212开1闭接点数目；5表示动作值(s)(延时时间)。 作用 ：作为控制电路中的时间控制环节元件，作衔铁延时释放用。 动作原理(延时原理)当继电器的线圈通电时，在磁路中产生磁通。当磁通增加 到能使衔铁吸动的数值时，衔铁开始

21、动作，随着衔铁与铁心之间气隙的减小，磁通也增加。当衔铁与铁心吸合以后，磁通最大(此时的磁通大于将衔铁吸住时所需的磁通)。 在线圈通电时，因为磁通的增长和衔铁的动作时间很短，所以联锁触头的动作几乎是瞬时的。当线圈断电时，电流将瞬时下降为零，相应于电流的主磁通亦迅速减小，但因其变化率很大，根据楞次定律，在阻尼铜套(或阻尼铝套) 内部将产生感应电势，并流过感应电流，此电流产生与原主磁通相同方向的磁通以阻止主磁通下降，这样就使磁路中的主磁通缓慢地衰减，直到磁通衰减到不能吸住衔铁时，衔铁才释放，接点才相应地打开(或闭合)，这样就得 到了所需的延时。 TJJ2-1821型接地继电器T铁路；JJ接地继电器；

22、2设计序号；18动作整定电压值 (18V)；2主触头数；1联锁触头数。作用 ：用作主电路接地保护。机车上共装有两个该型继电器，分别装在1、2号高压柜内，对1、2架主电路进行接地保护。 JLl4-20J交流继电器J继电器；L电流；14设计序号；2常开触头数；0常闭触头数；J交流控制。 作用 ：作为主电路原边过流保护和辅助电路 过流保护之用。主电路原边过流保护采用JL14-20J5型交流继电器，辅助电路过流保护采用JL14-20J1200型交流继电器。1磁轭；2反力弹簧；3衔铁； 4非磁性垫片；5极靴； 6触头组；7铁心；8线圈。 原边过流继电器采用JL1420J/5型交流电流继电器，接在高压交流

23、电流互感器的副边，作牵引变压器原边过电流保护。其额定电流为5A， 动作电流整定值为10A（±10%）。 辅助过电流继电器选用的是额定电流为1200A 的JL1420J/1200型交流电流继电器，直接接在辅助电路中（即电磁系统的吸引线圈就是辅助电路的母线），作辅助电路过电流保护，其动作电流的整定值为2800A（±10%）。 (5) 风道(风速)继电器安装在硅整流装置柜、制动电阻柜及牵引电机通风系统的风道里，用来反映通风系统的工作状态是否正常，以确保通风系统有足够的风量。目前采用风道继电器 的有TJV1-710型和TJY5(TJY5A)型。 TJV1-710型风速继电器V速度；

24、1设计序号； 7动作值 (m/s)；1、0常开常闭联锁触头数。 作用：装在各通风系统的风道里，用来反映通风系统的工作状态是否正常，以确保通风系统有一定的风量，保护发热设备。 TJY5A-0.310 风道继电器Y压力型； 5A设计序号；0.3动作整定风压值(kPa)；11个常开触头； 00个常开触头。 作用 ：在SS8型和SS4G型电力机车上，安装在牵引电机，硅整流装置柜和制动电阻柜的通风系统风道中，用来反映通风系统的工作状态，保护发热设备。该继电器与TJV1型风速继电器相比有以下优点： TJY5型风道继电器取的控制量为压力，且在风道内的采样范围小，因而可以将风道内的涡流及外界变化对继电器的影响

25、减小到很小程度； 动作可靠，不会发生象TJV1型风速继电器那样的抖动现象 维护方便，一般不需要维修，若有尘埃进入堆积，清除即可； 安装方式灵活，通用性强。 (6) TJY3-1.511型风压继电器Y压力型；3设计序号；1.5(4.5)动作整定风压值(kPa)；11常开常闭联锁触头数。 作用 ：作为电力机车电阻制动和空气制动间的安全联锁，在电阻制动时，电制动力并非恒定，需加一点空气制动来限速。但空气制动力不能太强，以免车轮被抱死，造成滑行而擦伤车轮。 3、转换开关转换开关用来转换接通主电路：改变牵引电动机的励 磁电流（或电枢电流）的方向，也即改变机车的运行方 向；实现机车由牵引工况转换为制动工况

26、。每台转换开关控制两台（或三台）牵引电机，它们都是由两个转鼓组成，即方向鼓和牵引制动鼓。TKH4A-970/1000型转换开关主要技术参数额定电压DC1000V额定电流 DC970A主触指单个终压力3949N主触指接触线长度 14mm主触指超程 23mm联锁触头额定电压 DC110V联锁触头额定电流 DC10A传动气缸额定风压 490kPa传动气缸工作风压375650kPa气缸活塞行程(44±1)mm1底板；2支柱；3 牵引制动鼓；4反 向鼓；5触指杆；6 面板；7传动气 缸；8拨叉； 9销；10电空阀； 11环氧玻璃布管； 12凸轮；13联锁 触头；14槽钢；15尼龙轴套。转换开关

27、借助电空阀控制压缩空气，带动转轴、 动触片动作，利用动触片在不同的位置与静触指 构成不同电路，改变机车主电路。 （1）换向原理（2） 牵引制动转换原理4、 司机室电器 司机控制器是电力机车司机用来操纵机车运行的主令电器，它通过控制电力机车控制电路中的电器，间接控制主电路的电气设备，使司机能安全、方便地操纵机车。 TKS14B型主司机控制器 1手轮；2手柄；3凸轮；4凸 轮；5定位凸轮；6凸轮架；7凸 轮块；8辅助触头盒；9电位器；10插 座；11主轴；12转换轴；13锁 柱。第七块 励磁柜第八块 平波电抗器平波电抗器是串接在牵引电动机回路中的电感装置，可用来减小整流电流的脉动，以改善牵引电动机的换回和限制过高的温升 要求平波电抗器的电感一电流特性曲线在工作范围内为一条双曲线即平