电力牵引控制系统

列车电力传动控制电力牵引控制系统第二章交-直流传动控制牵引特性与电路分析第一节交-直流传动控制第二节相控电力机车/EMU控制与牵引特性第三节相控电力机车基本技术特征第四节相控电力机车传动系统电路分析第一节交－直流传动控制一、列车控制基础电力传动系统由调节装置和调节对象两部分组成，调节装置在系统中的作用是根据给定的控制指令，去控制调节对象，诸如牵引电动机、变流器、辅助电机等，所以调节装置是一种信息处理装置。调节装置元件按其功能可分为三种，即检测元件、控制元件和触发系统元件，它们承担着系统的测量、给定和移相控制等任务。在调节装置中单元器件的工作可靠性和精度，在很大程度上决定着电传动系统运行的可靠性和精确度。因为一个控制量不可能调节得比给定值或测量值更精确，单元组件自身的误差是无法用任何调节器来校正的。（一）、闭环系统的基本组成列车电力牵引系统是以牵引电动机为控制对象，对其转矩和转速进行调节控制，以达到对列车速度和牵引力的控制。牵引电动机的电流、电压值都很大，目前在相控调压系统中，主要采用晶闸管元件构成的整流器，通过对整流器可控元件的导通角相位进行控制，改变输出电压，实现对牵引电动机的控制。（1、闭环控制系统的基本原理电力牵引闭环控制系统基本组成如图2.1所示。任何闭环控制系统的工作原理都是基于“检测偏差，纠正偏差”模式。闭环控制系统主要由给定单元、检测单元、比较环节、调节控制器、可控变流器和被控对象等几部分组成。给定单元提供司机控制命令的给定信号；检测单元输出是与被调节对象的实际值成正比例关系的检测信号；比较环节将司控器给定信号与检测到的被调量信号进行比较，得到一个偏差信号，作为调节控制器的输入信号，由调节控制器产生对晶闸管整流器的控制信号，控制晶闸管的导通角，进而控制整流器的输出电压，即牵引电动机的输入电压，最终实现对被调量的控制。牵引电动机的被调量可以是转速、电压、电流、功率或励磁电流等。调节控制器一般由电子调节器（比例调节器、比例积分调节器、数字式调节器）和晶闸管触发器等组成。触发器一般包括移相器和脉冲放大器。图2.1电力牵引闭环控制系统基本组成根据被调量的多少，可分为单闭环控制系统和多闭环控制系统。在电力机车控制系统中，牵引电动机的控制一般采用转速和电流的双闭环控制系统，电流控制为内环，转速控制为外环，其控制系统组成如图2.2所示。采用此控制系统，可以实现牵引电动机的恒电流和恒转速运转，有助于提高列车的牵引性能。图2.2转速、电流双闭环控制系统基本组成2、无静差调节器在闭环控制系统中，由于采用的调节器不同，控制系统的性能存在着很大的差异。若调节器采用比例（P）调节器，系统在稳定时，反馈值与给定值之间存在着偏差，即产生一个相应的静态误差，这类控制系统称为有静差控制系统；若调节器中采用了积分（I）元件，则系统在稳定时反馈值与给定值之间不存在偏差，可得到一个稳定的输出值，即系统稳态误差为零，这类控制系统称为无静差调节系统。但是需要注意的是，系统中引入积分调节器后，它的动态响应变慢了。为了克服积分调节器动态响应慢的缺陷，利用比例调节器动态响应迅速的特点，将比例调节器和积分调节器结合起来，形成比例积分（PI）调节器，使得输出静态准确，动态响应迅速。注意：采用积分调节器的系统也不是绝对的无静差系统，稳态时积分电容的作用相当于将运算放大器输出和输入之间的反馈回路隔断，这时运算放大器的放大倍数就等于它的开环放大倍数，尽管其数值很大，但不是无穷大，它还是存在着一定的静差，只是静差非常小而已，在实际系统中可以认为是无静差的调节系统。在闭环控制系统中，反馈检测元件的精度对闭环控制系统的调节精度起着决定性的作用，高精度的控制系统必须要有高精度的检测元件作为保证。（二）、检测元件1.电流与电压检测传感器交流电流和电压可以采用交流互感器来测量。在相控调压整流装置中，输入侧的交流电流与输出侧的直流负载电流之间存在着一定的比例关系，故可以通过检测交流侧电流对直流侧电流进行控制。将三台交流电流互感器接成星形接法，通过三相桥式整流电路将其整流成直流，从精密电位器上取出所需的电压，作为电流检测信号，检测电路如图2.3所示。图2.3交流电流检测原理电路在恒电压控制中，电压检测信号只能从直流侧取得，直流侧电压的大小取决于控制角的大小。在直流侧检测电流和电压要比交流侧检测困难一些。为了安全，需要将高压回路与检测回路完全隔离。在大功率相控整流装置中，不采用分流器或电阻分压方式来检测直流电流或电压。近年来制造出厂的机车一般都采用霍尔元件来检测直流电压和电流。

2.转速传感器转速测量可分为模拟式和数字式两种。模拟式主要是采用直流、交流测速发电机测速；数字式采用光电、电磁感应测速，又有接触式与非接触式之分。接触式数字测速传感器，其实就是一台永磁式交流脉冲测速发电机，输出信号为脉冲信号，如CZP-1，12P/r，100r/min输出信号幅值大于4V/AC。

在高精度转速控制系统中，目前主要采用非接触式数字转速传感器，如TQG2磁电式传感器。TQG2型转速传感器采用永磁式电磁感应原理，当被测铁质齿轮的齿顶扫过传感器端部时，设置在磁路上的线圈感应出电势，经电子电路放大整形，输出方波脉冲，通过检测脉冲的数量达到测速之目的。被测铁质齿轮应满足如下基本要求：，齿顶与传感器端头间距1.2mm。

3.霍尔传感器霍尔传感器是利用半导体元件中的电磁效应（霍尔效应）而制成的。在一个半导体基片上的三个互相垂直面作用有三个物理量：控制电流、磁场密度和霍尔电压，如图2—2所示。当磁密的方向与霍尔元件平面垂直时，上述三个物理量之间的关系可表示为式中——霍尔元件的灵敏度（）。

----控制电流（）；(2.1)

----磁通密度（）。表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小，一般要求值越大越好。当控制电流或磁场密度改变方向时，霍尔电势的极性也将发生改变。因此，霍尔元件传感器可应用于检测电流、电压、功率和磁场，也可用于数字式转速表和接近开关。霍尔电势一般只有几十毫伏，需要经过比例放大器方可作为控制信号使用。霍尔元件具有响应速度快、线性度好、图2.4霍尔效应原理结构简单和无触点等优点，在自动控制系统中有比较广泛的应用,特别是在国产准高速机车上有大量的应用,如TET磁平衡霍尔电流电压传感器模块的应用，简称TET模块。TET模块是在引进瑞士LEM公司机车用电压、电流传感器制造技术的基础上，经消化而国产化的一个产品。它采用霍尔效应，利用磁平衡补偿原理，使霍尔元件始终处于检测零磁通的工作状态，通过霍尔元件实现对直流、交流和脉动电压、电流的电隔离精确测量。磁平衡工作原理：

如图2.5所示，原边磁场作用于导磁体气隙中的霍尔元件，在一定的控制电流下，其霍尔输出电压经放大器A进行电压放大及互补三极管、功率放大后，输出的补偿电流经二次(补偿)绕组产生与一次侧相反的磁通，使霍尔元件输出电压逐渐减小，直到一、二次侧磁通相等时，二次电流不再增加，这时霍尔元件起到了指示零磁通的作用，且有，或上述电流补偿的过程是一个动态平衡过程。当原边已有磁场而次边磁场尚未形成时，霍尔元件检测出的霍尔电压经电压、功率放大，通过二次线圈使逐渐上升，次边产生的磁通抵消（补偿）原边的磁通，霍尔输出电压降低，上升减慢。当时，磁通为零，霍尔输出电势为零。由于二次绕组的缘故，还会再上升，这样补偿过量，霍尔输出电压改变极性，互补晶体管组成的功率放大输出级使减小，如此反复在平衡电流附近振荡，这样的动态平衡建立时间为微秒级。二次电流正比于一次（被测）电流，采用霍尔元件、导磁体、放大电路和补偿绕组构成了磁平衡霍尔传感器。

电压传感器是将被测电压信号通过电阻及原边线圈转变为原边磁场，再通过两个霍尔元件、放大器及补偿绕组（二次线圈）产生次边磁场，平衡原边磁场，达到检测原边电压信号的目的。

800A以上电流传感器，原边磁场由被测直流电流产生，原边只有一匝，再通过两个霍尔元件及补偿绕组（次边线圈）产生次边磁场，平衡原边磁场，达到检测原边电流之目的。使用应注意：

防止铁心因过磁化产生剩磁。二次绕组开路、电源断开等，会导致铁心过磁化产生剩磁，造成测量误差。

电容、电感负载的补偿。二次负载电阻中含有电感或电容成分时，将影响响应时间。

负载电阻应在限值以内。精密采样电阻按说明书选择。

减小外磁场干扰。一般在5-10cm距离内存在着一个两倍于一次额定电流的导体产生的磁场干扰是可以忽略不计的。当有较强的磁场干扰时，应当改变安装方向，尽量减小外磁场的影响；采用垂直于磁场的方向安装；在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩；选用带双霍尔元件或多霍尔元件的模块。

尽量使被测信号的额定值与传感器额定值一致。

小心轻放，以防机械损伤或电气损伤。

4.光电耦合器光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管密封于金属或塑料壳内所组成，如图2.6所示。发光二极管与普通二极管一样，由一个PN结组成，具有单向导电性，当给PN结施以正向电压后，注入的电子与空穴相复合时，以光的形式释放出能量。光通量的大小与流过的电流成正比。光敏三极管其结构与普通NPN型三极管相似，当发光二极管的光照射光敏三极管的发射极时，在集电极产生电流，集电极光电流为基极电流的倍。b光电耦合器的优点是结构简单、响应快；能够实现电路之间的隔离，提高电路的抗干扰能力。光电耦合器的隔离只能应用于控制系统低电压的信息转换。图2.6光电耦合器电路

二、基本控制电路

1.反向放大器图2.7所示为一反相放大器。图中为输入电阻，输入信号通过接到运放的反相输入端。为反馈电阻，输出信号通过反馈到反相输入端构成一闭环系统。假定电路在某一时刻处于稳定状态，输出电压是由输入电压的作用而获得。由于同相输入端接地，，根据运放输入-输出特性，要使输出电压处于线形范围内，对于任意的输入电压必须应使，即，所图2.7反相放大器以通常称反相输入端为“虚地”点。因此,当为正值时，则必须是负值去维持。同样当为负值时，则必须是正值，即输入信号与输出信号极性总是相反的。同时由于运放的输入阻抗很大（一般在以上），故可认为运放内部电流为零,,便可得到如下关系式中负号表示输入电压与输出电压极性相反。经整理可得到(2.2)(2.3)式中——反相输入放大器的闭环放大倍数。可见,反相放大器完成了反相比例运算，与成正比,即。若将其表示为一般数学表达式，则有式中——输出量；

——放大器闭环放大倍数;——输出量。当运放电路在直流条件下稳定工作时，只要在输入端产生一个偏差信号，就可使得变化朝相反方向进行。

反相放大器的放大倍数取决于反馈电阻与输入电阻之比。当运放的放大倍数非常高时，运放闭环电路的特性主要取决于反馈回路的元件值，而与运放元件的本身性能无关。这一特性对设计者而言是非常重要的，因为设计时允许运放参数有较大差异，诸如开环放大倍数不同，这并不影响闭环特性。2.同相放大器

输出信号与输入信号同相位的放大器称为同相放大器，数学表达式为。同相放大器电路如图2.8所示。A图2.8同相放大器当输出电压为时，在反相输入端的反馈电压为，当输出电压处于线性范围内时，，因此可得式中——同相放大器的闭环放大倍数，。

(2.4)(2.5)3.差分放大器

差分放大器能进行减法运算，其数学表达式为，电路结构如图所示。差分放大器它是由同相放大器和反相放大器组合而成。分析时只考虑每一个单独输入信号的作用，然后将各信号作用加以合并。假设输入信号为零，则电路变成输入信号为的反相放大器，其输出信号为差分放大器

假设输入信号为零，则电路变成输入信号为的同相放大器，此时正相输入端的电压为

反相输入端的反馈电压为

当输出电压在线性范围内时，。若令，其输出信号为

当输入信号、均不为零时，将上述两放大器合并考虑可得到

4.积分器积分器是指输出信号为输入信号积分后的结果，其数学关系为。电路原理图及输入-输出波形，如图2.9a、b所示。（a）（b）图2.9运放构成的反相积分器及输出关系

只有当电容器两端的电压发生变化时才可有电流通过电容，故积分器输出电压变化的速率与输入电压呈正比，其输入输出关系应为式中——积分电路的时间常数。由于输出电压的变化率与输入电压反相，又称为反相积分器。当输入给以阶跃变化时，输出电压的变化速率应为需要注意：当输入电压为零伏时，输出电压并不回到零伏，而是输出电压不再变化，输出电压的任何瞬间均取决于输入电压的过去状态。(2.5)(2.6)

积分调节器具有延缓作用、积累作用和记忆作用。

延缓作用是指在输入信号为阶跃信号时，输出信号不能突变，而是按照逐渐积分线形渐增，这种滞后特性就是积分器的延缓作用。

积累作用是指只要有输入信号，即使很小，调节器就会工作进行积分运算，直至输出值达到限制值为止。只有当输入信号为零时，这种积累才会停止。这一特性在调节器中是非常可贵的，故将积分器用于控制系统，就能完全消除静态偏差。记忆作用是指在积分过程中，若突然使输入信号为零，则输出始终保持在输入信号改变前的那个瞬间的值。记忆作用可以理解为，输入信号为零，输出信号可以为任意数值，此值就是当输入量为零时刻的输出值。在自动控制系统中，也需要这种特性。积分器在列车司机操作控制系统中作为给定器。当列车起动时，对牵引电动机的电流变化进行限制，使牵引电动机电流按照预定的速度变化，这样可使得司机的操作动作快慢与电流的变化速度无关，保证列车运行平稳。若列车控制系统没有积分给定环节，由于列车主电路的时间常数很小，牵引电动机电流的变化随着司机操作动作的节奏而急剧变化，对列车平稳、安全运行带来严重影响。实际使用的积分给定环节是以积分电路为基础，将司机操作给定信号通过放大器处理后，送给积分器产生参考指令值，作为控制信号去控制列车的运行。对控制信号的基本要求是：与司机操作快慢无关；上升、下降的速率不同，一般是上升快一些，下降适当慢一点，在接近额定值时要降低上升速率，这对牵引电动机的安全可靠运行有利。电力机车给定积分环节典型电路，可参阅6G、8K机车的积分给定器电路。如果适当变更电路结构，还可以构成其它形式的积分器，如差动积分器、求和积分器、比例积分器等。5.比例积分器（）在无静差调节自动控制系统中，比例积分器的应用十分广泛，常用作调节器。它相当于一个放大倍数可自动调节的放大器，动态时放大倍数很低，静态时放大倍数很高（相当于无穷大）。比例积分器的典型电路如图2.10所示，它是由高放大倍数直流运放和反馈电路组成。其输入-输出关系为(2.7)在运放输入端，即相加点，输入给定信号电压和负反馈信号电压两者进行比较，其偏差量对反馈电容进行充、放电，对运放的输出电压进行调节。在偏差量作阶跃变化时，运放输出端电压的变化如图2.11所示。在、阶跃瞬间，由于反馈电容两端电压不能突变，故在反馈电阻两端产生阶跃电压，其大小为，随着电容两端电压的建立，充放电电流将按指数规律衰减，直至消失。因此，运放输出电压，在处有跃变，而极性相反；在期间，输出电压呈直线变化。在处运算放大器输出饱和电压,并维持不变，其大小接近于运算放大器的电源电压();在处输入电压突降为零，输出电压首先成比例突降，然后保持不变；在处作负向跳变，输出电压则先正向跳变，在期间直线增长，由于持续时间较短，故输出信号电压未达到饱和就开始下降。图2.10比例积分器图2.11比例积分器在阶跃输入时的输出

根据以上分析可知，在的阶跃作用下，输出电压开始按比例跳变，如果有跳变，此时反馈电阻起着按比例调节的作用，使系统的响应迅速。如果只有反馈电阻，而无反馈电容，则该系统为有差调节系统，误差的大小取决于放大倍数。若采用了反馈电容，系统属无静差系统，因为只要输入（给定）信号与反馈信号的大小不相等，就会有偏差电压和电流出现，它将对反馈电容进行充放电，只要运放没有饱和，其输出电压将有相应的变化。在给定值与反馈值大小相等时（因为是负反馈，符号相反），偏差电流才等于零，反馈电容两端电压保持稳定不变，该电压等于运放的稳定输出电压。由此可见，调节反馈电阻和电容的大小，可改变调节器的响应速度，这可以影响系统的稳定性和调节性能。设计一个合理的自动控制系统，必须要对反馈电阻和电容进行合理地选择，一般是参照类似系统的参数，经过一定的理论分析与计算，估算出一个近似值，然后在实际调试中进行必要的修正。6.微分器

微分是积分的反运算，微分器是指输出信号是输入信号微分运算的结果，其数学表达式为其电路结构如图a所示。微分电路和积分电路的区别在于将其中的电阻、电容位置互换。微分器的输入-输出关系如图b所示。根据微分电路结构，因为，

微分放大器

所以可得到式中——积分时间常数。由公式可见，微分器的输出电压与输入电压的变化率成正比。微分电路可以检测电压的变化率，因此在自动控制系统中常采用微分负反馈电路以增加系统的稳定性。在调节器中加入微分环节能增加调节过程的快速性.7.特性控制器特性控制器是完成机车牵引力控制和速度控制的一个复合控制单元。其作用是建立操作状态（起动、牵引与制动）与起动/制动电流、速度之间的函数关系。起动时采用恒流控制，牵引或制动时采用准恒速控制，即所谓的恒流准恒速控制模式。恒流准恒速控制模式源于进口电力机车8K，通过引进我们已完全消化并接受了此控制模式，在国产电力机车中得到了大力推广应用。

8K型电力机车采用单手柄特性控制器，顺时针转动为牵引工况，逆时针转动为制动工况，均分为0～11级位，其控制函数为：牵引状态

(km/h)制动状态

牵引状态特性控制器可由两个同相运算放大器A1、A2和一个最小值选择器组成，制动特性控制器由反相运算放大器A3、同相运算放大器A4和最大选择器组成，如图2.12所示。在牵引特性控制器中，运算放大器A1的同相端输入牵引电流指令给定信号（正值）和机车速度反馈信号（负值），运算放大器A2的同相端只输入牵引电流指令给定信号（正值）。制动特性控制器中，运算放大器A3的反相端接有制动电流给定信号和机车速度反馈信号（负值）；运算放大器A4同相端输入最小制动电流限制信号，以避免车钩冲击，保证车钩始终处于压缩状态。机车速度信号采用二选一模式，由来自不同转轴的两路信号综合得出，牵引工况取两速度中的最小值作为反馈信号，制动工况取两路信号中的最大值作为反馈信号，这样可有效消除因空转、滑行造成的实际速度偏差，获得真实的机车速度。对于运算放大器A1，采用线性叠加法可计算出其输出电压信号。设，，此时运算放大器同相输入端电路可等效为图2.13（a）所示。其同相端输入电压应为（2.10）式中——电流比例系数，。设，，此时运算放大器同相输入端电路可等效为图2.13（b）所示。其同相端输入电压应为（2.11）（a）（b）图2.13两信号同相输入等效电路式中——速度比例系数，，式（2.11）中负表示负反馈。当、同时作用于A1同相端时，输入信号将是两个信号单独作用的线性叠加，即（2.12）根据式（2.4）表示的同相运算放大器的输出关系，A1的输出电压为（2.13）式中为电路电阻有关比例系数。对于不同的控制手柄级位，有相应的电流指令值给定值，是与机车速度无关的定值，它只与手柄级位有关，而则是与机车速度成正比例关系变化。因此，可得到不同控制手柄级位n下的一组准恒速控制关系（2.14）其中A、B为已知量，由电路电阻参数确定。对于运算放大器A2，同相端输入端只有电流指令给定信号，经电阻分压后加于同相输入端，可计算出同相输入信号、运算放大器输出信号为

（2.15）

（2.16）式中，为常数，由电路电阻值决定；只与控制手柄级位对应的电流指令给定值成正比关系，与机车速度无关。因此，可得到不同手柄级位下的一组恒电流控制关系：（2.17）式中，C为已知量，由电路电阻参数确定。

由运算放大器A1、A2的输出信号组成的牵引特性控制器经过最小选择器，可获得所需要的恒电流准恒速控制特性，即式（2.17）、式（2.14）的组合表达式，取计算结果最小者作为控制特性。

。

由运算放大器A3、A4组成的制动特性控制器，得到不同控制级位下的准恒速控制直线簇和最小制动电流限制水平线，并经最大选择器选择其中最大者作为控制特性。根据8K型电力机车所采用的电路参数，可以得到式（2.8）、式（2.9）所示的牵引工况、制动工况的特性控制函数。8.连续控制器为了提高电力牵引列车的功率因数，相控机车普遍采用多段整流桥组成的调压电路。在调压时，多段整流桥采用顺序控制方式，从一段整流桥过渡到另一段整流桥，要求电压、负载电流连续平滑变化，不许出现间断，这一切需要由专用控制器即连续控制器来完成。9.函数发生器在电力传动列车控制系统中，有时需要进行非线性控制，诸如机车的粘着控制、电力传动内燃机车的恒功率控制等，都是非线性控制。如何建立一条较理想的控制函数曲线，就需要函数发生器来完成。在建立非线性控制曲线时，一般都是采用多段折线来近似拟合曲线。折线的段数越多，拟合曲线的精度越高，控制精度也高。第二节相控电力机车/EMU控制与牵引特性

晶闸管相控调压是交-直流传动电力机车的基本调压方式，采用闭环控制调压系统。根据控制要求的不同，可分为恒电压控制、恒电流控制、恒速控制以及特性控制等控制方式。闭环控制系统性能的优劣直接决定了机车牵引性能的优劣，影响机车运行的技术经济效果。因此，对闭环调节系统的分析与研究，有助于提高机车的控制性能、牵引性能，改善机车的经济技术状态，这也是机车控制系统的一项关键技术。一、相控电力机车的控制

1.整流电压控制相控机车中，通过对晶闸管的相位控制和牵引绕组的投入数量，来改变整流电压的大小，图2-14表示的是一般相控整流电路的原理图。若采用反馈控制，就可以构成自动调节系统。随反馈信号的不同，就构成所谓恒流控制、恒压控制、恒速控制。但这些只能在没有达到满电压前才有可能，当达到全电压后，电压只能按整流器输出的外特性变化。图2.14电压控制原理图

2.恒流控制所谓恒流控制是指机车运行中，维持电动机电枢电流按某一指令值保持不变的控制。它常常用于机车起动加速过程。牵引电动机输出轴上的转矩为：通常电机铁耗和机械损耗产生的阻转矩约为额定转矩的1.5%左右。对于串励电机来说，电枢电流与主极磁通有一定的比例关系。所以当恒流控制时，机车的牵引力也是恒定的，牵引特性如图2--16所示。相控机车在起动过程中，无一例外均采用恒流起动的方式。因为在起动过程中没有牵引力的波动，所以平均起动牵引力大，可以最大限度的接近粘着限制。当机车一旦发生空转时，恒流控制就不能抑制空转，这是不利的一面。为了克服恒流控制而形成的持续空转，这时必须由空转保护装置发出信号，终止恒流控制，甚至减载运行以恢复粘着。

3.恒压控制所谓恒压控制是指机车运行中，维持牵引电动机的端电压不变，也就是维持整流电压按某一指令值维持不变的控制，控制原理如图2-17所示。恒压控制时，其实质是用自动调节的办法，补偿了整流器内阻的电压降。当电网电压提高时，曲线1就向右移。低于网压时，则曲线1向左移。如图2--18中，曲线2是电机额定电压下得到的牵引特性。当速度时，由于整流器的输出电压将高于电机额定电压，因而只能运用于曲线2。反之当速度时，由于整流器的输出电压达不到电机的额定电压，所以只能运用于曲线1。恒压控制方式在日本的机车上运用得比较广泛，因为恒压控制有较硬的牵引特性，所以有较好的再粘着性能。

4.速度控制

速度控制是采用速度反馈，使机车的速度按一定规律变化的控制。通常使用的是准恒速控制。

恒速控制的原理如图2--19所示，机车的速度信号可以从反映机车速度的任一环节取得，例如轮对，大、小齿轮，电机轴等。装于轮对上的传感器必须能耐受轮轨间的冲击。恒速控制可通过电动机电压的控制和磁场削弱(仅当采用无级磁削时)来达到。恒速控制的牵引特性如图2--20中的虚线所示，它是一组平行于纵轴的直线，其值随速度指令值变化。从牵引特性可知，只要速度有微小的变化，牵引力会产生很大的波动，这是不希望的。因而往往采用图中实线的形式，速度和牵引力之间的关系可写成：或者表示为电动机电枢电流与速度之间的关系：

电流与牵引力之间关系为式中----牵引电动机台数；

----齿轮传动比；(2.18)(2.19)----动轮直径。只要人为地确定的斜率，就可确定牵引特性的倾斜程度。这时的牵引特性如图2--20中的实线所示。对于不同的值，可以得到一组平行的直线，这种控制称为准恒速控制。为实现这一控制，应该在速度反馈回路中插入一个反应式的函数发生器（检测电流值，实时计算出速度的指令）。5.

特性控制特性控制是目前广泛用于国产机车上的一种控制，首先用于引进的8K机车上。它是恒流控制和准恒速控制的结合，即机车牵引特性具有恒流起动和准恒速运行的双重性能。例如8K机车，就有下列要求

(1)恒流曲线，对不同的级位，存在下面的函数关系：(A)

(2)准恒速曲线，根据级位和机车速度，函数关系式：(A)

对恒流曲线、准恒速曲线取最小值。对于第级，上述两曲线的交点为，则当时，取恒流曲线的输出值。当时，取准恒速曲线的输出值，由此构成图2--21曲线。根据恒流和准恒速关系就可得出8K机车牵引的控制特性。

SS3B型机车采用特性控制，其控制函数为二相控电力机车/EMU牵引特性机车牵引特性是指机车轮周牵引力与机车速度之间的关系，即。它是列车运行时牵引计算的依据。在设计中，计算牵引特性的同时，还必须计算机车的速度特性和机车的牵引力特性。对牵引特性影响较大的因素主要有：牵引电动机的特性、机车的控制方式以及整流器的外特性。

1.电力机车牵引特性的范围电力机车的牵引特性由整流器、牵引电动机、机车的结

1--

粘着限制2--限制3--限制4--限制5--限制6--7--限制8--结构参数决定。相控机车的牵引特性受到诸多因素的限制，这些限制如图2--23所示。

(1)粘着限制(曲线l)

机车的牵引力应该小于动轮与钢轨之间由粘着条件所决定的极限粘着力，否则动轮将发生空转。

(2)牵引电动机允许的最大电流限制(曲线2)

机车牵引力应小于牵引电动机在低速大电流换向时所能承受最大电流限制的牵引力。该电流大于牵引电动机的额定电流。对干线电力机车，一般为额定电流的1.2～1.4倍，个别达到1.6倍。对客运电力机车，由于其传动装置的传动比较小，因而由牵引电动机电流限制计算所得的的牵引力也小，曲线2可能如图2-23中的虚线所示，低于粘着限制之下。这时机车的牵引特性限制应是曲线，而不是曲线1。

(3)牵引电动机允许的最高电压限制(曲线3)

因受换向器片间电压和电位条件限制，牵引电动机有一个最高工作电压。曲线3为最高端电压，而且是满磁场(固定分路)时，由牵引电动机特性计算所得的牵引特性。

(4)整流器输出特性确定的最大电压限制(曲线4)

在电力机车通用技术条件(GB3317-82)中规定：机车受电弓电压额定值为25kV，并在20kV到29kV变化范围内能正常工作。所以整流器输出的最高电压也随受电弓处电压的变化而变化。牵引电动机最高电压限制曲线3比整流电压最高电压限制曲线4有更陡的特性，这是由整流器交流侧的阻抗压降和平波电抗器的电阻压降所引起的。从图2--23也可以看出，机车的牵引力越大，则牵引电机电流越大，上述压降也越大，所以大电流时曲线4位于曲线3的下侧。

(5)牵引电动机功率限制(曲线5)

当牵引电动机在曲线3工作时，电压已达到最高允许值，电流则由列车的阻力而定。在曲线3的右侧，牵引电动机的工作电压不变，进入磁场削弱下工作。曲线5是由牵引电动机额定电压和额定电流计算所得的牵引特性，显然这是一条恒功率的限制曲线。因为由牵引电动机输出传递至机车轮缘的功率为：式中—--牵引电动机数；—--牵引电动机额定电压，V；

—--牵引电动机额定电流，A；

--—牵引电动机效率;—--牵引传动装置效率。

(6)最深磁场削弱限制(曲线6、8)

牵引电动机的换向受最深磁场削弱限制，最深磁场削弱系数由牵引电动机设计确定。图中曲线6相当于电动机在最高端电压、最深磁场削弱时的牵引特性。曲线8则相当于整流器最大输出电压、最深磁场削弱时的牵引特性。(8)机车构造速度的限制(曲线7)

机车的运行速度应小于由机车构造所决定的最大安全速度。由上可知，电力机车牵引特性的工作范围应在如图2--23所示粗实线决定的范围内。

对相控机车，采用无级磁场削弱时，则可以工作于上述范围中的任一点；对有级磁场削弱时，在满磁场区可以工作于范围内的任一点，而磁场削弱区则工作于曲线3、曲线6间的磁场削弱级曲线上。

2.牵引特性分析不同能源供给的机车，对牵引电动机的供电方式不同，其最大功率限制因素也不同，这必将导致机车在牵引特性上产生较大的差异。

内燃机车作为自备能源的机车，其功率及牵引能力主要受柴油机功率限制。柴油机始终工作在恒功率运行状态，牵引发电机按照恒功率输出供电，机车功率受牵引电动机功率的限制，其限制曲线应为牵引电动机功率限制曲线5向左上方的延伸，如图2.23中虚线所示。电力机车/EMU为外接能源的动力系统，牵引电动机运行在恒电压状态下，其功率受整流器输出电压限制，在重负荷时将出现过载。由图2—23可知，电力机车与内燃机车相比较，它们的牵引特性相差在阴影部分。电力机车在这一部分的功率大于额定功率，即在大负载下发挥了过载能力。在同一牵引力下，电力机车可以获得更高的运行速度，相对而言，这也是电力机车的优点。机车实际运行时，可工作于界限内的某一点。只有当司机控制手柄放在最高级位时加速或减速时，才能在限制曲线上运行。当司机将控制手柄置于某一级位，机车将按控制特性运行。第三节相控电力机车基本技术特征纵观电力传动技术的发展历程，它随着电力电子技术、计算机技术以及控制理论的发展而发展。电力机车技术的发展经历了直-直流电力传动、交-直流电力传动、交-直-交流电力传动三个大的发展阶段，形成了四代产品。经过了从调压开关与二极管组合的单拍全波整流有级调压、调压开关粗调和晶闸管相控微调相结合的级间平滑调压、多段桥晶闸管相控无级调压的交-直流传动系统，发展到了变频调速交流传动。第一代至第三代产品均为交-直传动方式，仅以调压调速方式和单轴功率等级来区分，而第四代电力机车产品的基本特征是以电传动方式来确定的。交流电传动方式定为第四代产品标志，采用VVVF变频调速方式。我国电力机车自1958年诞生至今，已走过了不平坦的50多年。在50多年的发展历程中，它同国际上技术发展路径相类似，但我国干线电力牵引没有经过直流电力供电体系，直接进入了交-直流电力传动体系。我国目前干线运用的电力机车仍主要是交-直流传动机车，除少量第一代、第二代机车外，绝大多数为多段桥晶闸管相控无级调压的第三代机车。第四代电力机车/EMU为交流传动，集中了当今科技发展的最新成果，代表了现代牵引动力发展的方向，在我国还处于初步发展阶段。一、国产相控电力机车发展历程我国干线主型电力机车基本为第三代机车，采用多段桥晶闸管相控无级调压。国产机车的发展历程如表2.1所示。2.3.2主型直流传动电力机车电路的基本特征我国相控电力机车经过20多年的发展，技术已相当成熟。经过长期应用和不断改进，电力传动系统功能已日臻完善，但由于设计权分散、贯彻标准不够而形成了差别，离标准化、系列化、模块化的要求尚有差距。主要表现在主电路功能相同的情况下，机车的主电路不能统一，主要设备、部件不通用，如主整流柜、高压母线等，每型机车不一样，即使半导体元件的模块相同，也不能通用。这样不利于机车总体和部件的模块化、通用化，同时也给机车运用、厂修改造、配件维修等诸多环节带来麻烦，增加了运营、维护成本。目前，我国仍在运营的干线交-直流传动电力机车有11个型号，主电路的形式多达11种，其基本技术特点见表2.2。型号用途牵引主电路结构电气制动电路牵引电动机磁削方式无功补偿装置励磁方式电压等级（V）SS4G货运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000三级磁削有SS4B货运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000三级磁削有SS6B货运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000三级磁削有SS3B货运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1550三级磁削无SS7/SS7B货运一段全控桥一段半控桥相控再生制动复励1000无级磁削有SS7C货运一段全控桥一段半控桥相控再生制动复励1000无级磁削有SS8客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000无级磁削无SS9客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000无级磁削无SS9G客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000无级磁削无SS7D客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动复励1000无级磁削无SS7E客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动复励1000无级磁削无表2.2国产干线相控电力机车主要技术特点从表2.2可以看出，我国相控电力机车的技术平台相似，但型杂量小的问题较为突出。各主机厂在技术开发上对成熟技术的继承不足，业界同行之间互相封锁、互相压制，总是想在国内同行中标新立异，对成熟技术进行包装与翻新，缺乏真正意义上的创新。缺乏合作，没有集中有限的资源共同将市场做大、将产业做强，产生多赢的态势，为创新而创新，片面追求技术指标的先进性，直接影响了电力机车技术水平的提升，使国产电力机车发展与国际先进水平差距拉大，最终以产品疑似、技术重复包装翻新而结束了交-直流传动阶段。这一教训值得深思，但愿在引进、吸收交流传动技术的过程中，不仅要引进硬件技术，更要学习国际上知名电力机车制造商先进的设计、营销理念，放眼世界市场。通过对主型干线交-直流传动电力机车技术特点的分析可知，在主电路结构方面基本相同，只是由于制造厂家采用技术路线方面的差异而出现了一些不同。总体技术性能差别较小，但在机车运用数量、技术成熟度方面还存在差距。现从整流调压方式、牵引电动机励磁方式、磁场削弱方式、电气制动方式、无功补偿装置等方面，全面分析各相控调压主型电力机车传动系统，可发现在主电路结构方面存在着一些共同的特征。1.主电路的基本特征我国干线相控电力机车主电路存在着如下基本技术特征：①主电路的调压方式均采用多段整流桥串联形式，以三段不等分半控整流桥为主；②货运机车几乎都采用三级磁场削弱方式，客运机车全部采用无级磁场削弱方式；③电气制动主要采用加馈电阻制动方式，唯有SS7/SS7B/SS7C采用再生制动方式；④货运机车基本都设置了无功功率补偿装置，客运机车没有设置功率补偿装置；⑤牵引电动机主要采用串励方式，只有SS7系列采用复励方式。根据相控电力机车传动技术方面的共同特征，进行归纳、分类合并。按照客运机车和货运机车来分，可分为两个大类。由于脉流牵引电动机励磁方式有串励和复励两种，其性能各有优缺点，形成了两种电路形式。这样，11种主型电力机车可分为两类四个规格。具体情况见表2.3。表2.3国产相控电力机车主电路形式及特征用途牵引主电路电气制动电路牵引电动机磁削方式无功补偿装置代表车型励磁方式电压等级（V）客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000无级磁削无SS8、SS9、SS9G客运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动复励1000无级磁削无SS7D、SS7E货运不等分三段半控桥相控调压加馈电阻制动串励1000三级磁削有SS4B、SS6B、SS3B货运一段全控桥一段半控桥相控再生制动复励1000无级磁削有SS7、SS7B、SS7C2.两个技术平台通过对主型干线电力机车传动系统的分析，可清楚地看到，尽管车型很多，但总的可归为两个技术基本相似的平台（株洲平台、大同平台），并且在逐步融合。株洲平台以SS3B、SS4B、SS6B、SS8、SS9/SS9G为代表，技术成熟、保有量很大，技术发展具有一定的继承性、连续性。无论从技术成熟度、开发能力，还是运营范围都代表了我国电力机车的最高水平，引领了国内交-直流传动电力机车发展的方向，其技术特征为：牵引主电路采用三段不等分半控桥顺序控制的调压电路，电气制动基本采用加馈电阻制动，客运机车采用无级磁削，货运机车采用三级有级磁削方式，牵引电动机励磁采用串励方式。大同平台是以SS7～SS7E机车为代表，机车保有量、技术成熟度、开发能力及运营范围都略逊于株洲平台，技术的继承性、连续性具有跨越式，但后期生产的机车采用了模块化设计，走出了国内电力机车模块化发展的第一步。其基本技术特征是牵引电动机采用他复励方式，货运机车采用再生制动、无级磁场削弱。其发展逐步在接近株洲平台，特别是在客运机车方面。客运机车SS7E中除励磁方式仍保留他复励外，其余与株洲平台技术特征相同。因此，株洲技术平台代表了我国交-直流传动电力机车的主流方向，对电力机车/EMU交-直流传动系统的分析以此为样本。第四节相控电力机车传动系统电路分析根据国产相控电力机车的主要技术特征，SS3B、SS4B、SS6B、SS8、SS9G为同一技术平台，代表了客货运电力机车的技术水平，以此平台为样板，从主电路、辅助电路和控制电路三方面分别对电力机车的交-直流传动系统进行分析。一、主电路主电路是电力机车完成能量转换、产生牵引力与制动力的主体电路，是实现机车启动、调速和制动这三个基本功能的电路。现从整流调压方式、供电方式、磁削方式和电阻制动方式几方面进行分析。网侧高压电路整流调压电路整流调压过程供电方式加馈电阻制动磁场削弱主电路的保护电路电能计量电路1.网侧高压电路受电弓升起与接触网线接触后，将25kV、50Hz单相交流电通过主断路器4QF、高压电流互感器1HL引入主变压器一次绕组A-X，经低压电流互感器2HL后接至车体，再经接地装置到车轮，通过钢轨向变电所回流，形成高压供电回路。2.整流调压电路相控电力机车基本采用三段不等分半控整流桥顺序控制的调压方式，各主型电力机车的整流调压方式相同，电路结构相似，在此以SS3B型电力机车为例进行分析。

SS3B型电力机车主电路（一台转向架）如图2.24所示。对一台整流器而言，主变压器低压侧采用晶闸管不等分三段半控桥顺序相控调压。SS3B型电力机车主变压器ZB的二次绕组由两组对称的绕组构成。每组绕组设计为两段完全对称的绕组（完整绕组），并将其中的一段绕组设计为中抽式结构，这样可形成三段不对称绕组，各段绕组的匝数比为2∶1∶1。网侧25kV、50Hz的高压电经主变压器ZB降压，在二次侧各段完整绕组上输出电压为1071V。对于每组绕组，分别产生三段电压，即1071V、535.5V、535.5V，经整流装置（1ZGZ或2ZGZ）整流后，向1M～3M或4M～6M供电。第一段半控整流桥由T11、T12、D11、D12（或T21、T22、D21、D22）构成，称为大桥（或四臂桥），其输出电压可达额定输出电压的一半；第二、三段半控桥分别由T13、T14、D13、D14（T23、T214、D23、D24）和T15、T16、D13、D14（T25、T26、D23、D24）组成，称为小桥（或六臂桥），其输出电压分别可达到额定输出电压的1/4。3.整流调压过程

不等分三段半控桥式调压整流电路的升压顺序控制过程如下（以1ZGZ为例）：图2.25三段不等分半控桥整流电路原理（1）第一段半控桥

第一段半控桥首先投入工作，调节T11、T12的导通角，由D13、D14提供续流通路，可以逐步提高输出电压至额定电压的一半。其电流流向：在变压器二次侧电的正半波，给T11施加触发脉冲信号，电流从a1端开始流经3HL、D11正端，到达直流电源正端1号母线处，通过平波电抗器1PK流向牵引电动机接触器触点的上端5号母线及1～3XC，分别向牵引电动机1M、2M、3M供电，流过电枢绕组、串励绕组到达直流电源的负端3号母线，再经D13、D14、7号母线和晶闸管T11，到达变压器二次绕组x1端，最终流向a1端形成一条完整的供电回路；在二次绕组电源的负半波，给T12施加触发脉冲，电流从x1端开始经过T12到达直流电源的正端1号母线处，其后与正半波时相同，向牵引电动机供电直至D13、D14、7号母线和D12，到达变压器二次绕组a1端，最终流向x1端形成一条完整的供电回路。当调节T11、T12完全导通后，输出电压达到额定电压的一半，保持T11、T12处于全开放状态。（2）第二段半控桥

待T11、T12全开放以后，第二段半控桥（小桥）开始投入工作，由绕组供电，控制触发T13、T14并与第一段处于全开放的半控桥串联，向牵引电动机供电。在变压器二次绕组电压的正半波，电流流向：a1—3HL—1号母线—1PK—5号母线—1～3XC—1～3M—整流器输出负端3号母线—T13—b3-a3—5HL—7号线—T11—x1-a1，形成正半波供电回路；在变压器二次侧电压的负半波，电流流向为：x1—T12—整流器正端1号母线—1PK—5号母线—1～3XC—1～3M—整流器输出负端3号母线—D14—5HL—a3-b3—T14—7号线—D12—3HL—a1-x1，形成负半波供电回路。调节T13、T14直至完全导通。保持T11、T12和T13、T14全开放状态，此时整流器输出电压达到额定电压的3/4。（3）第三段半控桥

当T13、T14全开放后，可使第三段半控桥（小桥）投入工作，由绕组b3-x3供电。调节T15、T16，并与处于全开放状态的第一、二段半控桥串联，共同向牵引电动机供电。在变压器二次绕组输出电压的正半波，电流流向：a1—3HL—1号母线—1PK—5号母线—1～3XC—1～3M—整流器输出负端3号母线—T15—x3-a3—5HL—D13—7号线—T11—x1-a1，形成正半波供电回路；在变压器二次绕组输出电压的负半波，电流流向：x1—T12—整流器正端1号母线—1PK—5号母线—1～3XC—1～3M—整流器输出负端3号母线—D14—5HL—a3-x3—T16—7号线—D12—3HL—a1-x1，形成负半波供电回路。若T15、T16完全开放以后，整流器输出电压调节过程结束，此时总输出电压为三段半控桥全开放输出电压之和，最高电压达到额定电压。1ZGZ降压顺序控制与上述程序相反，从小桥到大桥，控制晶闸管导通角自全导通至关断状态，便依次完成整个不等分三段半控桥的降压调节过程。三段不等分半控桥的调压控制过程与输出波形，如图2.26所示。需注意：在接触网允许工作的最低电压下，当第三段半控桥完全开放时要能够保证牵引电动机的额定电压。在接触网额定电压下，第三段半控桥一般不会全开放，只在部分导通角下工作即可。图2.26三段不等分半控桥控制方式与波形4.供电方式SS3B～SS9G型电力机车在牵引工况时，各转向架的牵引电动机为并联状态，分别由相应的相控整流装置集中供电，称为转向架独立供电方式（或称为架控供电式）。采用转向架独立供电方式，提高了机车的可靠性。5.加馈电阻制动SS3B型电力机车采用限流准恒速特性控制的加馈电阻制动。电阻制动时，牵引电动机需由串励方式改为他励发电机方式运行，并将六台牵引电机的励磁绕组串联起来，由励磁电源提供他励电流。励磁电源由主变压器绕组a3-c3和半控整流桥T17、T18、D13、D14提供，整流桥输入电压198V（空载），通过控制T17、T18晶闸管导通角，实现对励磁电流的平滑调节，调节范围0～650A。图2.27电阻制动工况电路原理图在制动主回路中，各电机电枢绕组分别与对应的制动电阻（1～6ZR，3.54）串联后，将各转向架中三台电机并联，再与半控整流桥（大桥T11、T12、D11、D12（T21、T22、D21、D22）构成各自独立的制动电路，将列车的惯性能量转化为电能，通过制动电阻把电能转化为热能并排向大气，达到减速或限速的目的。

当SS3B型电力机车制动限流进入低速区（v＜46km/h），励磁电流已达到最大值550A（限制值），此后随着机车速度的降低，发电机的感应电势也在降低，制动电流及制动力也在减小，已无法维持制动电流不变。为了在低速区获得最大制动力，改善低速区制动能力不足的问题，需要依靠半控整流桥（大桥）相控调压，输出直流电压对制动电路实施电流加馈，使整流桥输出加馈电压与发电机输出电势保持反向同步变化，即发电机电势减小多少，加馈电源电压升高多少，以维持制动电流恒定、制动力恒定，实现加馈电阻制动。当列车速度达到19km/h时，半控整流桥晶闸管已完全开放，加馈制动功率达到最大值。在19km/h以下，制动电流不再保持恒定，制动力先按照最大励磁电流限制线下降，再沿着整流桥输出限制线下降，直到速度为0时仍保持加馈制动电流50A。图2.28SS3B型电力机车加馈电阻制动特性曲线请注意：机车在50A的加馈制动电流作用下，会产生一定的反转转矩，故试验时一定要确保空气制动抱闸，以保证安全。制动过程中的能量关系可表示如下：6.磁场削弱在国产相控电力机车中，当整流器输出电压达到牵引电动机最高工作电压时，调压调速即告结束。为了进一步提高机车运行速度，需要对牵引电动机进行磁场削弱。磁场削弱有两种电路，货运电力机车一般采用并联电阻的有级磁削，为三级磁削。客运机车为了保证运行平稳，一般采用无级磁削，连续平滑地调节磁场。磁场削弱是在牵引电动机端电压达到最高时，扩大机车恒功率运行速度范围的一种经济调速方法，是调压调速的补充。随着磁削深度的增加，电动机的换向条件也在恶化，必须要注意在最深磁削条件下电动机的换向状态，确保电动机可靠换向。（1）货运机车并联电阻有级磁削货运电力机车采用三级电阻磁削电路。SS3B型电力机车磁削电路如图2.29所示。为了降低牵引电动机主极绕组（串励绕组）中的电流交变分量，改善其换向性能，在主极绕组的两端，并联一组阻值为0.4212的固定分流电阻1～6CXR，对主极磁场进行磁削，磁削系数为0.95，将主极中电流的交变分量限定在25%以内，保证牵引电动机可靠换向。当三段半控桥可控元件全导通或输出电压达到牵引电动机最高工作电压时，方可进行磁削调速。此时整流器输出母线1、3号线之间的电压维持不变，牵引电动机电枢回路的连接保持不变，只在串励绕组C1-C2（阻值0.015592，20C）两端逐级并入磁削电阻。两组电阻可产生三级磁削：

Ⅰ级磁削电阻11～61CXR，阻值为0.063，通过电空接触器11～61CC闭合接入主极绕组，磁削系数为0.7。Ⅱ级磁削电阻12～62CXR，阻值为0.0271，通过12～62CC电空接触器闭合并入主极绕组，磁削系数为0.54。Ⅲ级磁削通过11～61CC和12～62CC电空接触器闭合同时并入，使磁削电阻11～61CXR与12～62CXR并联，总阻值为0.0189（0.063//0.0271＝0.0189），磁削系数为0.45。（2）客运电力机车无级磁削客运电力机车对调速平稳性要求较高，一般都采用无级磁场削弱。通过控制并联在主极绕组上的一组晶闸管的导通角，就可以连续平滑地调节流过晶闸管的电流，即平滑地对主极电流进行分流，使其磁通平滑地改变，达到对牵引电动机主极磁场的连续平滑控制，实现无级调速。以SS9G型电力机车为例来讨论无级磁削调速电路。SS9G型电力机车磁削电路（一台转向架）如图2.30所示。在一台转向架中，三台牵引电动机处于并联工作状态，由一套不等分三段半控桥式整流器供电，即架控供电方式。磁削电路由晶闸管T7～T12及二极管D5、D6组成，二极管D5、D6起隔离作用，将磁削电流与主极绕组电流隔离。磁削时，磁削电路与整流器串联、同步工作，保证磁削电流的畅通与流向，为此每一台电动机的磁削电路需要两个晶闸管，在交流电源正、负半波时，分别负责其电流的流向与整流器一致。当整流器三段半控桥完全导通或输出电压达到规定值时，为了进一步提高电力机车恒功率运行速度，开始进行磁场削弱。在变压器二次侧电压的正半波，给晶闸管T8、T10、T12施加触发脉冲，控制其导通角，改变磁削系数；在变压器二次测电压的负半波，给晶闸管T7、T9、T11施加触发脉冲，控制其导通角，改变磁削系数。通过不断改变晶闸管的导通角，即可连续调节励磁电流的大小，对励磁绕组实施磁场削弱，直至最小磁削系数为止，从而达到磁削调速的目的。图2.30SS9G型电力机车无级磁削电路原理图7.主电路的保护电路相控电力机车的主电路具有完备的保护功能，主要设置有过电压保护、过电流保护、接地保护等保护功能，以避免主电路的各设备发生损害。（1）过电压保护电力机车/EMU在运行中承受的过电压有外部过电压和内部过电压之分。外部过电压是指来自机车/EMU外部的雷电，其电压高达几十万伏以上，它通过接触网线侵入机车车顶，称为大气过电压。外部过电压的保护，一般采用伏安特性非常理想的氧化锌避雷器。避雷器安装在车顶上，接在主断路器触头与隔离开关之间，以防止外部大气过电压侵袭。当遭遇雷电侵袭时避雷器放电，相当于接触网对地短路，通过钢轨及回流母线，短路电流被送入变电所，将会引起牵引变电所开关跳闸，切断接触网供电以保护此区段中运行的所有电力机车。SS3B、SS4G、SS8、SS9型电力机车均采用Y10W-42/105TD型避雷器，标称放电电流为10kA，额定电压为42kV，残压≤105kV。内部过电压是指电力机车/EMU车载电器设备工作时产生的电压冲击，如主断路器的开闭、各种电气开关的分合、整流器元件的换向等，都会危及电力机车电气设备的安全运行。抑制内部过电压，采用在主变压器二次侧各牵引绕组两端跨接R-C吸收电路，可以有效地吸收过电压。SS3B型电力机车R-C过电压吸收电路参数：保护电阻1、2、3、4ZBR阻值为2.5，功率为1.2kW，吸收电容1、2、3、4ZBC容量为6F、1.5kV，可将二次侧过电压峰值抑制在6%以下。（2）过电流保护电力机车在运行中，主变压器绕组匝间短路、硅整流元件支路击穿、牵引电动机环火等故障时有发生，严重影响机车的安全运行，必须采取措施进行过电流保护。现以SS3B型电力机车为例，讨论过电流保护，电路如图2.31所示。①网侧过电流保护。对网侧电路因短路、接地而产生的过电流，依靠电流继电器YGJ及高压电流互感器1LH（变比200/5）进行保护，电流继电器的整定值为400A的正负百分之五。当电流达到整定值时，电流继电器动作，相应电流为10A，YGJ动作吸合使主断路器分闸。高压电流互感器以上的车顶电路发生短路、接地时，电力机车自身不能保护，只有通过牵引变电所开关跳闸来进行保护。②变压器二次侧过电流保护。当主变压器二次侧电路发生短路、硅整流元件支路击穿、整流器输出端短路等故障时，通过电流互感器3、4、5、6LH（3000A/1A）与电子控制系统ZGZK实施保护。当二次侧电流达到时，电子控制系统动作使主断路器跳闸。③晶闸管元件过电流保护。对于主整流器中的晶闸管元件T13、T14、T23、T24、T17、T18，通过在其支路中串入快速熔断器进行桥臂短路保护，快速熔断器型号NGT3-630/1000V。④直流回路过电流保护。对牵引电动机回路可能发生的短路、环火、过载等故障，通过直流电流传感器1～6ZLH进行检测，由ZGZK实施保护。牵引时，过电流保护整定值为800A正负百分之五。当电流达到整定值时，保护系统动作使主断路器跳闸。制动时，过电流保护整定值为450A正负百分之五。当电流达到整定值时，保护系统动作，通过励磁中间继电器LCZJ使励磁接触器LC断开。制动时还需对励磁电流进行过流保护，通过电流传感器7ZLH检测，由电子控制系统ZGZK来实施。整定值700A正负百分之五，通过LCZJ使LC断开，切断励磁电路。（3）接地保护电力机车在运行中，由于振动、摩擦等原因可能造成电气设备或导线绝缘破损，致使主电路发生接地故障。接地分为“死接地”和“活接地”两种形式。若导电体直接与车体金属部位接触或绝缘性能不可再恢复，将视为“死接地”；若带电导体通过空气对地闪络放电或通过绝缘物表面对地闪络放电，称为“活接地”。如接地故障出现两点以上，将会导致短路故障而烧损设备和导线，因此，在出现一点接地时，必须采用接地保护装置进行保护。