电力机车范文

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主管单位：中国南方机车车辆工业集团公司《电力机车与城轨车辆》编辑部

主办单位：中国南车集团株洲电力机车有限公司

出版周期：双月刊

出版地址：湖南省株洲市

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种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1672-1187

国内刊号：43-1402/U

邮发代号：42-146

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1978

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中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0333-01

机车的控制系统简称TCMS。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/制动力+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，在外条件具备的前提下，由TCMS发出指令启动、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。

机车的控制电路可以分为以下几个部分：

1. 控制电源电路（DC110V电源装置）

机车控制电源的核心部件是DC110V充电电源模块PSU，机车DC110V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，在通过自动开关分别送到各个支路，如微机控制、机车控制、主变路器、车内照明、车外照明等。PSU的输入电源来自辅助变流器UA11或UA12的中间回路电源，点UA11或UA12均正常时，由UA12向PSU输入DC750V电源，当UA12故障时，转向有UA11向PSU输入750V电源。DC110V充电电源模块PSU含两组电源，通常只有一组电源工作，故障时另一组电源开始供电，每组电源模块的输入电压为DC750V，输出电压为DC110V±2%，额定输出电流为55A，输出功率为6050KW（25℃），采用自冷却方式，控制电源电压采用DC750V]。

2 .DC110V电源装置电气系统构成

充电器输入电压DC750V，功率6.05KW，采用自然冷却方式，装置电气组成可以划分为四大部分，依次为电源输入电路、预充电电路、DC110V输出电路和控制电路。

3. DC110V输出回路

IGBT、整流回路的绝缘变压器IST1和整流器FR、平波回路的电抗器DCL1和平波电容LC1构成了DC/DC转换回路，微机系统以脉宽调制为原理控制IGBT动作，将输出电压变为交流脉冲电压，输入到变压器的原边。需注意的是IGBT工作在高频段上，关断瞬间会产生一个巨大的尖峰。这个尖峰对IGBT非常有害，所以在IGBT回路中并联一个无感电容，用以消除尖峰。而且这个电容要与IGBT的两端直接相连，以防止线路中的杂散感抗进入回路中，从而影响电容对尖峰的吸收效果，失去对IGBT的保护作用。DC/DC回路中的输出变压器IST1为中频变压器，变为750V/150V，二次侧输出电压经整流器、平波电抗DCL1和平波电容LC1构成滤波回路后，输出110V直流电压。

4. 控制电路

控制电路是PSU的控制核心。中间部分是控制基板PWB，它收集PSU内部的各个器件的状态以及电压、电流信号，并进行逻辑处理，然后控制继电器（CTT、RY1等）动作、向IGBT发出指令。左侧部分是基板的电源供电电路，经过一个小型的电源转换器（记作psu）后，向基板提供正常工作所需的电源。右侧为输入/输出信号，并预留了RS-232C串行接口，方便与电脑相连。

5. 司机指令与信息显示电路

机车的2个司机室的控制指令通过相应的控制电器，分别送到TCMS。这些信号有：司机电钥匙开关信号、主司机控制器换向手柄信号和调速手柄控制级位信号、辅助司机控制器手柄控制级位信号、受电弓的升降弓信号、主断路器的分合信号、空气压缩机的启停信号、以及司机室的其他信号。其他还有：故障复位、紧急制动、过分相、定速控制等信号。用于机车受电弓升降控制、主断路器分合控制、空气压缩机的启停控制、辅助变流器和牵引变流器的启停控制、运行控制等，进一步地实现对机车相应的逻辑控制和牵引制动特性控制。

6. 机车逻辑控制和保护电路

机车的逻辑控制和保护电路主要是各自动开关、各流速继电器故障隔离开关、高压故障隔离开关、压缩机接触器状态、主断路器状态、辅助变流器的库内试验开关、牵引变流器试验开关、各种接地保护、空气管路系统压力继电器等与TCMS接口，主要用于机车的各种工作逻辑控制、保护逻辑控制，并通过通信将有关控制指令送到牵引变流器。

7. 辅助变流器控制电路

在机车主断路器闭合后，由TCMS发出命令，闭合辅助变流器输出电磁接触器，并将信息传递给辅助变流器控制单元，由辅助变流器控制单元发出指令，控制辅助变流器启动。

在机车某一辅助变流器发生故障（无论是辅助变流器1或者2）后，故障的辅助变流器能及时的将信息传递给TCMS，完成故障情况下输出电磁接触器的动作转换。同时将信息传递给另一组辅助变流器控制单元，故障的辅助变流器被隔离。所有辅助电动机全部由另一套辅助变流器供电，这时，该辅助变流器工作在CVCF状态，不受司机控制器级位指令的控制，牵引电动机通风机和冷却塔通风机也正常满功率工作。

辅助变流器的隔离也可以由手动控制“辅助变流器隔离开关”来实现，对应两套辅助变流器，机车上设两个“辅助变流器隔离开关”，可以分别实施两套辅助变流器的故障隔离运行。

在某一台辅助变流器发生过流、短路等故障时，能自动实施电磁接触器的鼓障转换，并将信息送TCMS。在辅助变流器发生接地故障时，跳主断路器，并将信息送TCMS，由司机来完成辅助变流器地接地故障的故障隔离。

随着越来越多的交流传动电力机车以其优越的性能奔驰在世界上许多国家的铁路网上，交流传动电力机车已成为今后我国电力机车的发展方向。

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中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）26-01-01

一、引言

随着矿山机电设备自动化程度的不断提高，矿山机电设备逐渐成为影响矿山生产运营的重要因素。目前，科学技术日新月异，矿山生产技术装备不断更新，传统的矿山机电设备逐渐被先进的电力设施所代替。

在各种矿山机电设备中，矿山机车是放在首位的，可以说，没有矿山机车，就无法维持矿山的生产作业。矿山机车主要包括蒸汽机车、内燃机车和电力机车三种形式，此外各种机车又分成不同的种类，在选用矿山机车时，要根据矿山的作业环境、供电能力、生产能力以及投资能力等方方面面进行斟酌和对比，最终选择最符合矿山投资的机车设备。同时，在恶劣的矿山作业环境中，要不断加强安全管理，实现“安全生产”的安全目标。

二、矿山电力机车概述

（一）矿山电力机车简介

在矿山系统中，电力机车设施具有非常重要的作用，它是当前我国矿山系统的主要运输工具。矿山电力机车系统主要包括机车轨道、机车车体、牵引装置以及辅助设备等，它与耙矿设备、装矿设备、带式输送机等矿山设施共同构成一条完整的矿山运输系统。矿山电力机车主要用于井下运输大巷和地面的长距离运输，它相当于铁路运输中的电气机车头，牵引着由矿车或人车组成的列车，完成对煤炭、矸石、设备以及人员的运送任务。机车运输是组织生产、决定矿山生产能力的主要因素，其主要作业流程是：将矿石（或废石）通过运输巷道运至地下储矿仓、井底车场，再将井底车场处的各种物资和人员运送到选矿场，经选矿作业后将废石运至排土场。

（二）矿山电力机车组成

概括地说，矿山电力机车由机械部分和电气部分组成。其中，机械部分包括车架、轮对、轴承箱、弹簧托架、制动装置、撒砂装置、连接缓冲装置等，电气部分包括直流串激电动机、控制器、电阻箱、受电弓、空气自动开关或隔爆插销等，有的还包括蓄电池设备。简单地说，车架是机车的主体部分，由厚钢板焊接而成。整个机车系统，除了轮对和轴承箱以外的所有机械零部件和电气装置都安装在车架上，整个车架通过弹簧托架支承在轴承箱上，轴承箱与轮对两端的轴颈配合安装，这样就构成了一个完整的电力机车。矿山电力机车采用齿轮传动，主要有两种型式：一种是单级开式齿轮传动，另一种是两级闭式齿轮减速箱。由于开式传动方式传动效率低，而且传动比较小，再考虑到矿山系统相对恶劣的作业环境，不宜选择开式齿轮传动形式。另外，闭式齿轮箱不仅能够适应较为复杂的工作环境，而且具有较高的传动效率，齿轮的整体使用寿命也相对比较长。

三、矿山电力机车的选型

矿山机车主要包括蒸汽机车、内燃机车和电力机车三种形式，也可以说它们依次是矿山机车的三个时代：蒸汽机车逐步淘汰，内燃机车仅仅适用于地上部分的运输作业，电力机车是目前矿山机车的主流运输工具。

第一种，架线式电力机车。

架线式电力机车的主要工作原理是：高压交流电经牵引变流装置进行降压、整流处理，将其正极连接到架空线上、负极连接到铁轨上，随后电力机车上的受电弓与架空线充分接触，将整定后的电流引入机车内部，再依次经过空气自动开关、控制器、电阻箱等电气元器件进入牵引电动机，驱动电动机运转。电动机运转之后，通过机械传动装置，带动车轮转动，从而实现对机车的牵引过程。在电力机车正常工作的过程中，从电动机流出的电流经轨道流流装置，从而在机车内部形成一个闭环电路。架线式电力机车的优点：结构简单，维护方便；成本较低，速度较快；机车的用电效率高，运输能力大，应用范围广。但是，架线式电力机车也存在着下述缺点：首先，必须有整流和架线设施，不够灵活；第二，工作过程中容易产生火花，因此应避开瓦斯严重区域；第三，初期建设投资较大，投资回报周期较长。

第二种，蓄电池式电力机车。

顾名思义，蓄电池式电力机车就是用蓄电池供给电能，需要有配套的蓄电池充电设施。对于电力机车而言，每台机车需要至少配备2-3套蓄电池组。这种电力机车的优点是：无须架线，作业灵活，适用于产量小、巷道不规则的运输系统；作业过程中不产生火花，能够在有瓦斯的矿井使用。其缺点是：需要配置足够的充电设备，因此初期投资比较大；在生产作业过程中，用电效率较低，运输费用较高。

第三种，架线-蓄电池式电力机车。

这种电力机车是在架线式电力机车与蓄电池式电力机车相结合的基础上设计出来的，这种电机车上有自动充电器，可利用架线电源随时对车载蓄电池自动充电。在工作过程中，它既能从架线取得电能工作，同时能够在不便装设架线的区域依靠蓄电池进行供电。架线-蓄电池式电力机车具备了架线式与蓄电池式电力机车的共同优点，提高了机车的利用率，甚至能够用于直接开进开拓掘进巷道。

第四种，架线-电缆式电力机车。

架线-电缆式电力机车是将架线式电力机车与电缆相结合的基础上设计出来的。当其在运输大巷工作时，可以直接从架线吸取电能；在不方便装设架线的区域行使时，可以采用电缆供电。

四、矿山电力机车的安全管理

电力机车等机电设备的安全运行是矿山安全生产的重要组成部分。近年来，因机电设备造成的安全事故和人身伤害案例时有发生，给企业和个人带来巨大的经济损失和心理伤害。因此，分析查找事故原因，采取有效的预防措施，最大限度减少或杜绝此类事故的发生是矿山企业义不容辞的责任。

做好矿山电力机车的安全管理，主要应从两个方面着手：第一，要建立健全包括全体员工、各个方位、全过程的安全信息网络管理系统，并制定和健全科学的行之有效的安全信息管理工作程序，使安全工作检查经常化；第二，要形成制度化的安全教育和培训工作，应该建立专门的安全监督监察部门，主管安全教育培训，宁转原来安全培训多头管理的现象。

为了提高矿山机电设备安全管理的效率，矿山企业应该顺应时代潮流，在电力机车的控制和管理上应用计算机技术。现代化大规模的生产方式要求矿山企业重视对井下安全信息的交流，以保证随时作出正确的决策进行安全管理。从目前情况来看，我国从大部分矿井安全信息中心站反映出来的情况中，比较突出的问题是信息中心站每天收集到反映安全状况的大量信息，靠人工方法在短时间内进行全面的信息登记，分析和处理是比较困难的，并且在这个过程中还容易出现差错，这就需要借助于现代化的信息处理工具来实现，而计算机就是适合参与并完成这项工作的辅助设备。

现代化的矿山机电设备安全管理系统是一个综合性很强的项目，这其中不仅仅涉及到矿山电力机车等重要的机电设备设施，还涵盖了整个矿山生产中的方方面面，比如矿山企业的人、机、料、法、环等诸多的环境因素。

参考文献

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[2]邓小红.高瓦斯矿井防爆蓄电池电机车安全配套设施的研究及应用[J].科学之友.2011年11期

[3]魏其东.电机车顶挂车作业安全控制系统的设计与应用[J].工矿自动化.2011年08期

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2驱动轴组装

2．1概述。每个转向架包含两组驱动轴组装。每组驱动轴组装由车轴、车轮、从动齿轮、抱轴箱装配、左轴箱、右轴箱和标牌等组成。驱动轴组装是机车走形部最关键的部件之一，它不仅支承机车的全部重量，同时，通过驱动轴组装与钢轨的粘着产生牵引力和制动力。2．2探伤说明。车轴材料采用AIN钢，采用实心车轴。其透身性能检查、镶入部内外侧、大裂纹查找采取超声波探伤法，车轴外露表面采取磁粉探伤。超声波检验：透声试验应符合有关规定，其缺陷不能大于Φ3mm平底孔的当量缺陷。磁粉探伤：不应有任何横向缺陷，纵向缺陷容许范围是规定的圆弧部Z0部位不得有缺陷，其余Z1、Z2、Z3部位分别应符合单个缺陷最大不大于6mm，累计不大于6mm。在公差范围内消除裂纹。车轮采用整体碾钢车轮，由材料为R7级碳钢制成，车轮设有注油孔和油沟，用于车轮的注油退卸。车轮踏面采用超探检查不得有超过Φ2mm平底孔当量缺陷。磁粉探伤部位缺陷不大于2mm。在公差范围内消除裂纹。齿轮箱采用上下分体结构，由上箱和下箱组成，箱体上设置有集油槽及油路。采用磁粉探伤，其Z区缺陷不超过Lmla／Amla－SM1。其他区域缺陷不超过LM3a／AM3a－SM3；R区缺陷A和B类为不超过3级，C类为不超过2级，其他区域缺陷A，B，C类为不超过四级，不接受D、E、F和G类。传动齿轮。主、从动齿轮材料采用标准的材料。该材料用于齿轮，经过热处理后，齿轮表面硬度高，耐磨性好，心部也有较好的韧性，具有较强的抵御机车运行中产生冲击振动的能力。主要采取磁粉探伤，要求其成品齿轮齿面探伤无裂纹。

3牵引装置

3．1结构及功能。转向架牵引装置是连接转向架与车体之间的动力传递装置，其作用是传递机车的牵引力和制动力，以保证转向架进出曲线时相对于车体的回转运动。牵引装置采用推挽式结构，牵引杆倾斜布置，与轨道成11°角。3．2探伤说明。牵引装置中，牵引杆的作用是传递机车的牵引力和制动力，经锻造而成；转向架牵引支座与车体牵引支座的结构相近，经锻造而成。转向架牵引支座通过螺栓与转向架构架连接，车体牵引支座通过螺栓和车体底架连接。托盘通过螺栓与牵引座连接，可以保证牵引杆与牵引支座的安装位置。检修时，牵引杆、转向架牵引支座、车体牵引支座及托盘均采用磁探进行探伤检查，要求各部件无裂纹，如裂纹在规范或图纸要求的范围内可以进行打磨处理，打磨深度超过规范或图纸的要求则必须进行更换。

4结束语

现在，HXD2型电力机车是包头西机务段的主型机车，在新形势下我们加强学习更为刻不容缓。探伤工作的质量直接关系到机车能否正常运行，行车是否优质可靠。我们应通过对电气化铁路相关技术知识学习地不断提高，在理论分析、经验积累等基础上，与时俱进，不断分析与总结，将如何科学合理地探伤检修工作落实到机车检修上，从而改善了机车稳定运行的措施和条件，确保了包头西机务段机车运行质量安全，取得良好的经济与安全效益。

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中图分类号：TB971 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）04-0-01

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，随着我国经济快速增长，能源已经成为事关我国社会经济可持续发展的重大战略问题。机务段是铁路能源消耗大户，如何降低成本支出、完成节能目标、提高经济效益已经成为“十二五”开局铁路系统的又一重要课题。

能源单耗是反映机务段运输生产过程的一个重要经济指标，分析能耗增减变化的成因，对领导制定节能降耗措施、完成节能目标、降低成本指出、提高经济效益都具有非常重大的现实意义。

一、机车能耗影响因素综合分析

1.机型运用对能耗的影响。动车组所占比例变化的影响，动车组吨位小，又要求机车高速运行，属于高能耗列车。

从图1与图2比较可以看出：在总体能耗达到最低和最高的月份，动车牵引吨公里比列也相应达到最低和最高，动车工作量所占比例从4.5%升到13.6%，动车工作量增加了9.1个百分点，相应电力机车总能耗从193.5上升到204.9，增加了11.4个百分点，这符合2012年的能耗趋势线，当动车比列有较大幅度变化时，对电力机车总能耗水平的拉动作用非常明显。

2.运输组织的影响。机外停车的增加造成机车能耗上升。2012年我段电力机车发生机外停车9423次，停时25931分，比去年增多864次2455分。造成机外停车的主要原因：一是列车调度员调度组织不当；二是非正常情况下造成列车未按照运行实际计划行车，如发生路外伤亡等，三是其他原因，如进站信号机显示不良等。按技术测算，不分坡道列车起停一次速度从0提高到40公里平均耗电60千瓦时，40公里提高到60公里平均耗电50千瓦时，停留一分钟耗电0.5千瓦时（ 夏季开通风机、直供电列车为1千瓦时）。2012年我段电力机车因机外停车的增加，拉动电力机车单耗升高了0.2千瓦时/万吨公里。

3.季节因素对能耗的影响。为突出季节因素对能耗数据的影响，选取2011年和2012年两年的国铁电力机车客运（不含动车组）牵引能耗数据进行分析观察。

电力客运能耗

从上图可以看出，机车牵引能耗曲线表现为总体上升的态势，同时表现出周期性的波动，在每一年最冷的1、2月份达到最高，在最热的7、8月份达到另一个峰值。季节对能耗的影响较大，冬季对能耗的影响比夏季的影响更显著。

4.人员操作水平对能耗的影响。任何制度和规定最终都要落实到人，乘务员思想觉悟、操作习惯、操作技能对能耗指标的影响很大，同列车、同区段、同机型牵引，不同的司机操作，能耗水平差别很大。

5.机车质量的影响，机车质量不高造成机破、机故，造成机车非正常情况下停车、启机及等待救援造成的单机走行，都会消耗一定的机车能源。

6.造成能耗水平波动的其它因素。（1）几次调图双管供风车体增多，目前我段牵引双管供风列车23对，较2011年增加10对，由于列车用风量增大，增大压缩机工作时间，是机车用电量增大，影响能耗升高。（2）2012年新增直供电列车17对（按机车交路），新增工作量317866万吨公里，单耗为185.6千瓦时/万吨公里，较非直供电列车单耗177.9千瓦时/万吨公里，高出7.7千瓦时/万吨公里，多用电2448千千瓦时，影响电力机车总单耗升高0.6千瓦时/万吨公里。（3）受施工慢行的影响，西安-太原-北京线全年完成任务量356474万吨公里，单耗201.5千瓦时/万吨公里，因包西线路急于开通，部分路段质量不佳，12年陕北地区雨水增多，出现多处路基翻浆，造成维修慢行增多，影响能耗升高。

二、建议及措施

1.动车组单耗比普通电力机车单耗要高出50甚至60个百分点，动车开行比例增加9.1%，电力机车总单耗相应增加11.9%。基于动车组工作量增加对能耗水平的影响，建议下达能耗指标时充分考虑这一因素。

2.人员操作因素对能耗的影响较大，节能降耗空间很大，如机车在下坡道运行时，建议科学分析司机操作的不同导致用电量差别的原因，建立一套兼顾科学节能的操作规程，并配合考核激励提高乘务员节能降耗的技术水平。

3.根据运输特点及时调整适配机型，根据西安至渭南、新丰三对通勤车编组少、吨位小的特点，采取HXD3电力机车牵引甩四台电机的节能优化操作办法，收到了较好的节能效果。

4.季节因素对能耗水平有一定的影响，建议路局在给机务段下达能耗指标是充分考虑季节对能耗水平的影响。

5.合理利用运输能力，科学编制列车运行图，以利于运输节能。优化列车运行图，在确保安全运行前提下，在行车途中尽量减少停车次数；优化机车运用，根据运输情况合理配置机车。

6.严格按检修规程检修机车，确保机车检修质量，减少因机破、机故引起的机车能源浪费，电力机车要对牵引电机、各辅助机组加强检修，确保疏漏出现在规定范围之内。

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前言

歪头山矿是一九七零年国家投资兴建的大型黑色金属矿山，经过四十余年的开采，目前是深部开采，担负着矿岩运输任务的主要设备是直流150吨电力机车双侧传动，随着开采时间的延长，备件资金等方面的影响，各种修理难以得到保证，外加运输线路不规范，致使电机车各种事故频发，影响到电机生产效率，也影响到生产任务的完成，反映的众多问题集中在牵引电机上，电机整流不好，烧前压环，小齿轮脱缓及折断，已引起各方面的关注，目前正积极努力采取措施消除不良的隐患，确保设备的良好。

1 工矿电机的工作条件

1.1 铁道条件，矿山的铁道路基较差，弯道半径小，采场及排土场多是移动线路，水平较差，上下波动大，铁路上常有矿石影响，使电车受到巨大的冲击和振动，反映到齿轮的传动上，处在最恶劣的条件下工作，按照设计规范150吨电车最小曲线半径r=80米，而我矿山由于条件所限达不到80米，有的地方曲线半径65-70米，这样电车在曲线上，小齿轮轴向串动使侧啮合力不同，往往影响使用寿命或造成齿的折断，有时往往把电机轴折断，这是我主要的论述重点。

1.2 接触网的条件：矿山铁道多是采用临时接触网，电机车受电条件较差，尤其是在装卸区只使用旁弓与接触网产生不良接触，使电机电器受到有害电流的冲击，电机及电源接触器的烧损都与此因素有直接的联系。

1.3 电源条件：由于牵引变电所负载变化大，电车与变电所的距离加大，致使接触网电压波动也大，这样在装卸区频繁冒弓使得无论对电器与机械冲击都是非常严重的。

直流电力机车牵引电压波动范围规定额定值的67-120%，而我矿最低到800-900伏，还有环境条件、限界条件、运行条件等，因此，工矿电力机车工作环境相当恶劣。所以，要求在产品设计及制造必须符合这些要求，在检修及维护上应尽力改善条件。随着矿山向深部开采和采掘量的增加，矿山铁道运输的坡道运距运量都相应增大，因此，采用更大机车牵引力保证良好机车性能。

2 在检修中应注意的问题

在工矿电机车运行过程中，小齿轮是电力机车牵引力传递的主要部件，但是，由于受运行条件的影响经常造成小齿轮折断及失效而频繁更换，给生产和检修带来很大麻烦。主要原因有以下几点：

2.1 齿的磨损

我们知道齿轮产生磨损主要原因由于杂质金属以及尘土等进入齿的工作面，齿的光洁度不够或油不足也是造成研磨的主要原因。齿面的磨损，将降低齿的工作强度，由于磨损所造成的齿形误差，将使运动不平稳，从而产生附加载荷及噪音，开式齿轮传动使磨损比较严重，虽然电机车是闭式齿轮传动，但是运行中齿轮盒经常受到铁道内的岩石磨损，经常进入齿轮盒内部部分杂质，造成齿轮磨损。

2.2 齿的折断

齿轮象一个悬臂梁，受载以后齿根处弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分尺寸发生急剧变化，以及沿齿宽方向留下的加工刀痕，引起应力集中。

如果齿工作时产生的弯曲应力的数量值和应力循环次数超过一定限度时，就会在应力集中的根部产生疲劳裂纹，疲劳裂纹的扩展导致齿的折断。严重的过载或冲击载荷也可能导致齿轮的折断，尤其是在曲线半径小，移动线路水平距离高低差较大，齿轮基本上是在这两种载荷状态下运行，所以齿折断的机会更大。由于齿轮轴和支座的变形或制造安装的偏差使载荷集中齿的某一部分也可能造成齿的折断。

2.3 齿的状况

良好的闭式齿轮传动常见于齿表面失效形式为点蚀，即迷疲劳磨损。反映到我车间电车检修时也是经常出现所见的点蚀仅为大大小小的磨点，最后联成一片，形成明显的损伤。

2.4 小齿轮传统安装工艺

我们知道齿轮与支座的变型或制造安装偏差都会造成齿轮载荷不均，针对此情况我们提出改进装配工艺，传统办法是从动齿轮装好后，落入主电机上，从动轮一侧大齿轮与主电机一侧小齿轮啮合正常作标准，而另一侧小齿轮与从动轮大齿轮的啮合是小齿轮加热沿大齿轮螺旋角装入，这样来保证两侧大小齿轮啮合角相同，使齿轮传动时，同时进入啮合区，防止两侧进入啮合受力不均，缺点是：如果小齿轮轴

有伤，推装不到位，仅凭经验是看不出来的，这样啮合面保证不了，而且大齿轮齿廊磨损，延着螺旋角旋入也很难保证组装的精度。

另外，大齿轮与电机小齿轮组装后需把大齿轮用轮箱固定在电机上，这时工作人员往往忽略了一点就是齿轮箱的止口是否完好，硬性用螺栓固定往往使齿受力加上在曲线受到冲击很易折断。

所以，小齿轮与电机组装时，轴必须光滑无损伤，无斑痕，这样保证足够接触面，有时做不到这一点受到外力的小齿轮就会迟缓脱落，造成电机轴和小齿轮报废。而且情况是比较严重的。

3 问题解决方法

3.1 只将一主动小齿轮加热套在牵引电机器电枢轴上，然后将电机吊入专用工具台上，以套好主动小齿轮沟定位，热套另一主动齿轮。

3.2 热套前只将另一主动小齿轮松套在电枢上进行调节定位，通过象限仪侧及另端小齿轮偏差角相等后，将该小齿轮退出并加热待升到规定温度再放入专用工具台套装（专用工具台放在专用定位支架上，在支承架上作平行移动的方向旋入，经象限仪定好度，主动齿轮也可以采用标准轮对的方法安装，即以双边压好从动轮的轮对作标准来安装，这种方法简单而且提高工作效率。但当齿轮螺旋角较大时，热套装需要沿螺旋角扭动来装入，此工艺是湘潭电机厂专利，我车间有一台仿型设备需改进的，参照电机工程手册第六卷及有关机械零件教科书）此种方法是采用定位侧量方法，保证了齿轮的啮合精度，保证两侧齿轮同时进入啮合区使每个齿受力相等，也能避免折齿现象发生。通过几年的生产与实践，我认为齿轮的折断主要是矿山生产条件特殊性，需要我们不断提高认识，从各个方面采取措施，使检修工艺不断改进，采用先进工艺确保齿轮装配精度也是避免齿轮折断主要方法，这是我们在设备检修过程中的粗浅认识。

3.3 由于电力机车的工作条件十分恶劣，为了减少齿轮的磨损，我们让电力机车司机交接班时随时检查电机车的每个齿轮盒是否完好。有破损的，及时回库更换，每班认真检查齿轮盒是否漏油或缺油现象，发现时及时处理。检修更换小齿轮时，认真检查小齿轮表面光洁度，光洁度不够的禁止使用。

3.4 在电力机车的使用中，严格控制司机启动机车时启动过快，要逐级增速。正反向运行时，不要动作过快，等电机车停稳后再反向提速。在加工工艺上，限制加工小齿轮时的根切现象。

4 实际效果

以上几个简单的改进方法，经过一段时间的运行，效果很好，更换小齿轮的频次由原来的月更换变成了一季度更换，大大减轻了检修人员的检修强度，减少了电力机车的回库修时间，提高了电力机车的开动率。

参考文献

[1]职业教育出版社《工矿电力机车司机》.

[2]鞍山冶金运输学校《电力机车电器、检修与运用》.

[3]范佳.机车牵引电机小齿轮微裂纹原因分析及改进措施[j].科技致富向导.2013（15）.

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1电流传感器

1．1结构及工作原理TQG4A型电流传感器由原边电路、磁路部件、安装在磁路气隙中的霍尔发生器、二次侧线圈和电子电路所组成，全部器件均密封安装在由阻燃塑料压注成形的外壳之中，具有很好的电隔离性能和抗振动冲击性能。TQG4A型电流传感器是采用霍尔器件的平衡式传感器，霍尔发生器位于磁路的气隙之中，其控制电流Ic与磁场Hc方向垂直，会产生相应的霍尔电势Uh。1．2故障判断电流传感器的故障，可以用检查无输入电压时偏移电流（失调电流）的方式判别。当原边无电流输入、副边加±24V电源、失调电流小于0．4mA时，一般可以认为电流传感器正常。

2电压传感器

电压传感器安装在高压电器柜内，跨接在牵引电动机的两端，将牵引电动机端电压反馈信号输入到电子控制柜。TQG3A、TSVl型电压传感器原理基本一样，现以TQG3A型电压传感器为例介绍。2．1结构及工作原理传感器除一次侧被测电压输入接线端子（＋HT，－HT）、限流电阻连接片、二次侧测量输出端子和工作电源供给端子（“＋”、“M”、“E”、“－”）外，所有电子器件均用绝缘材料固封于自熄式绝缘外壳内，结构紧凑、牢固。TQG3A型电流传感器是采用霍尔器件的平衡式传感器，传感器由限流电阻R1、一次侧线圈W1、霍尔发生器、二次侧线圈W2及放大电路等部分组成。当被测电压U经过限流电阻R1和一次侧线圈W1，产生电流Ip时，该电流流经W1，产生磁场Hp，使霍尔发生器有霍尔电势输出，该信号经放大电路放大，推动功率管，从电源获得补偿电流Is，Is流经W2所产生的磁场Hs的方向和Hp相反，从而补偿Hp，直到IpW1＝IsW2为止。所以，测得Is，便可知被测电压U的值。2．2使用注意事项2．2．1电压传感器接线中，＋HT、－HT端子接被测电压，＋HT接高电位，－HT接低电位。若被测电压为交流电时，Is方向跟随输入端电压方向改变而改变。“＋”、“－”端子接±24V电源，“M”端子经外接毫安表（也可不接），测量电阻Rm接到±24电源的中点（0V）。“E”端子为内部屏柜端子，一般接机车地线或电源“－”端，也可不接。2．2．2测量电阻Rm的计算。电压传感器电源为±24V±10％，并按额定被测电压2000V时，输出测量电流80mA，测量电阻Rm按如下计算。Rm＝（Umin－Uce－R2×Is）／Is（其中：Umin为电源电压最小值；Uce晶体管饱和压降；R2二次侧线圈电阻；Is二次侧输出测量电流）。2．2．3传感器在使用时必须先接通电源，然后再加上被测电压，当测量结束时，必须先断开被测电压，然后再断开电源，否则将因剩磁而影响测量精度。

3速度传感器

SS4G型电力机车采用FD型速度传感器与SD型速度表配套使用，指示机车运行速度、行走里程和时间。FD型速度传感器采用凹型永磁单相测速电机，此传感器装在机车轴箱上，通过机车轮轴轴头，驱动测速电机旋转，产生单相交流电压，经速度表内的速度控制板中的整流电路整流、滤波后，变成平滑直流电压，送入广角度直流毫安表。利用电机转速与电压的线性关系，在广角度电表上显示机车运行速度、轮径磨耗。使用、维护与检验：①速度表与FD型速度传感器需编号对应使用，传感器铭脾上的轮径数应与速度表铭牌上的轮径数相符，电表指针应调到机械零位，FD型速度传感器的电机传动轴转动必须灵活。②速度表与机车控制电路的连线必须牢固，不得有断线、短路现象。FD型速度传感器的电机安装在机车轴箱上，传动轴通过传动机构与机车轮轴联接，其安装必须牢固可靠；电机接线盒内接线不得有断线、短路等现象。③测速发电机使用半年后，应检查各传动零件和电机零件的工作状况，如有磨损应予更换。更换后，组装时应清洗零件和重新。电机电压的测定在速度表试验台上进行，采用阻抗不小于10MΩ、精度不低于0．5级的数字交流电压表测定。电压不符合技术要求时必须进行调整。调整完毕应用锁片自锁，防止调节螺钉松动。④速度表与传感器每使用3个月应在速度表校验台上进行一次速度和转速、速度取样点校验。速度表表头与传感器的校验工作在专用校验台上进行。校验时根据机车的实测轮径进行计算。

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图1显示的情况是韶山3型电力机车中的3重晶闸管的整流桥按一定顺序进行控制的电路图，由于我国的铁道对于电气机车的供电模式仅仅为单相供电，因此图1中所涉及的桥都是单相桥。下图发生的故障是晶闸管最为常见的故障，具体故障为晶闸管短路、开路和熔断器烧坏。本文仅仅针对晶闸管开路的状态下有可能出现的一系列故障进行识别。在诊断故障的时候所选择的测试点十分重要，经过研究看出，当整流电路发生故障的时候，所输出的波形信息会体现异常状态，该电压中体现了电路出现的故障信息，是重要的测试点，可以有效的诊断故障。通过图1可以分析出，图1中所体现的是三个串联单相桥，故障可能分成三类情况，一种为没有故障，另一种为一只或两只出现故障，第三种则为三只晶闸管均存在故障。没有故障的情况可视作特殊故障；一只出现故障共包含12种可能状态；两只发生故障又可划分为序号相差1、2、3、4、5、6、7各个情况以及序号相差5、8、9、10、12的情况；而假如三只晶闸管发生故障的时候，这个单桥不能继续工作。进行多重联结的单相串联电路实现了对于各个整流桥之中单一的桥的角α的控制，除此之外的其它的桥所处的工作状态则是需要根据整流电压的输出情况进行确定，也存在不进行工作实现桥输出值为零的直流电压，或者当α角的值为0°时，这个桥可以输出最大电压值。通过这种方法的运用，不仅可以实现输出电流之中谐波的降低，同时也能够实现各个桥之中仅存在单一的一组进行控制相位，而其他的各个桥或者处于不工作的状态，或者位移的因数为1的状态，最终实现总功率的因数不断提升的效果。

2单相串联3重联结电路的Matlab模型和仿真

依据图1，在Matlab环境下进行电路联结，图2是Matlab环境下单相串联3重联结电路仿真图示，在图中，PSB工具箱里的模块为多线变压器，所输入的是单相的交流电，其副边要分别联结3个单相桥，通过脉冲使得晶闸管发生器被触发，通过对于触发时刻的人为设置达到改变触发角的目的。因为输出的电压是测量的一个关键点，因此，需要另外进行测量电压模块的选择，通过示波器进行变化的观察，辅助进行分析。当开始进行仿真的时候，需要用宽脉冲的触发方法，根据实际的需求，当直流电压不足最高电压的三分之一时，对第I组桥α角实行控制，通过对VT23、VT24、VT33、VT34的连续触发，导通第I组桥，第II、III组桥所输出的直流电压值均为零。当没有故障发生时，脉冲触发器保持50Hz的频率，宽度为45°；当晶闸管发生开路故障的时候，并不会发出脉冲信号。RLC的负载参数R=100Ω，L=0.001，C取inf。

3基于BP网络的故障分析

BP网络对于信息的存储以及高速的处理与人类的视觉系统相近，在故障的诊断和处理中十分有效。BP网络是按照误差的逆传播计算方式进行对于多层的前阔网络训练，在目前来看，这种模型的应用十分的广泛。BP网络能够通过学习来存贮大量的映射关系，并不需要在使用前描述相关的映射关系方程。这种算法的理论依据十分可靠，所使用的推导过程十分严谨，数据的精度较高，同时具备较好的通用性。但是，BP网络也存在着自身的缺陷性，即这种算法的收敛速度十分慢，易使得结果陷入到局部的极小值，隐层数难以确定，隐层的节点个数也无法确定。因此，在现实的应用中，BP算法难以独自胜任工作，必须经过不断的改进和创新。电路中会主要出现这样的问题：在任意时刻只有一个晶闸管出现问题或两个晶闸管同时出现问题。应用仿真模拟试验，建立整流电路的模拟仿真试验，这个方法被广泛应用于整个三相全波桥式电路可控制的实践当中。但存在两方面的问题，一个是诊断故障的两只晶闸管只能在一个端上测得的信号，只能通过这个信号来判断，测量装置异常复杂；另一方面，在端点的问题判断上会更加艰难。采用三相整流装置的故障诊断方案，该方法对噪声具有判断性，且具有很好的范化能力和高诊断正确率等，这点已经在仿真实验中证实了他的优越性，适用于更多的电力机车整流电路。

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电力机车在运行中通过车顶电网供电，机车从电网上受电的装置称为机车受电弓。电力机车依靠“弓网作用”滑动取流，其工作过程承受滑动、摩擦、热、电和化学等综合因素，是一个比较复杂的过程。中国电气化铁路目前仍存在着弓网事故多，停电时间长等问题，据有关资料统计，我国电气化铁路停电、停运事故中弓网事故占事故的80%左右，特别是随着铁路向重载、高速、和信息化方向的发展，如何防止弓网事故显得尤为重要。

1、弓网故障因素

1.1 接触网因素

1.1.1 地理环境因素

接触网是露天架设无备用设备，受地理、地域、自然环境的影响特别大，突出表现在温度、风力、工业污染等方面。

1.1.2 接触网工艺

接触网勘察设计的开始，就决定了接触网质量的先天性，设计不合理，甚至错误，往往会造成接触网的“硬伤”运行，并给检修带来难以消除的隐患，随着不良状态的持续积累，在一定条件下就可能形成弓网故障的直接原因。

1.1.3 线岔

线岔的作用是在转辙的地方，当一组交叉悬挂的接触线被受电弓抬高时，另一组悬挂的接触线也能同时被抬高，从而使它与另一组接触线产生高差。线岔容易引起钻弓和刮弓事故。

1.1.4 接触网硬点

硬点是接触悬挂中一种有害的物理现象，是对接触悬挂中由于质量（质量分布不均）或弹性突变（弹性不均）可能改变机车受电弓运行状态的处所的统称，是一种不可消除的客观存在。当机车受电弓高速通过接触网硬点时，由于受电弓与硬点在线路方向上是正面冲击，相对速度较高，当冲击发生时，轻则影响机车取流，重则会打坏机车受电弓，造成弓网事故，严重影响安全运输。

1.2 受电弓因素

（1）滑板条磨耗。滑板条磨耗过快是电气化区段运营初期的正常现象，其磨耗分为：机械磨耗和电器磨耗。

（2）弓网拉弧。弓网之间要求始终有一定的接触压力以保证机车受流状况良好，当接触压力过小甚至为零时，受电弓滑板会脱离接触网而发生离线。虽然中、小离线不会对机车造成行车影响，但在离线瞬间产生的火花或电弧，会增加接触导线和受电弓滑板的电磨损，缩短其使用寿命。大离线则十分有害，甚至使机车的运行和安全受到影响。

（3）滑板偏磨。滑板偏磨也是影响滑板寿命的重要原因之一。滑板偏磨使滑板磨透，不能正常与接触网接触，甚至使滑板形成沟壑卡滞接触线从而造成刮弓。

（4）刮弓。刮弓是接触网和受电弓的重大故障。有时运输指挥部门错误也会导致刮弓，如果车站错给信号将电力机车放入无电线路，机车乘务员发现不及时，没采取降弓措施就容易形成刮弓。

（5）瓷瓶。电力机车受电弓支持瓷瓶是目前牵引供电系统中最薄弱的环节，一旦瓷瓶发生问题，往往造成很大损失。瓷瓶常见故障有破裂闪络造成电网直接接地、机车车顶瓷瓶发生接地故障直接造成机车故障。

（6）受电弓部件损坏。机车高速运行时，受电弓受力复杂，加上恶劣的工作环境，使受电弓的部件容易发生各类为题，如不及时发现处理将造成隐患。

1.3 其它因素

由于接触网、受电弓处于露天架设，且工作环境恶劣等，其自然灾害、人为损坏等不可控因素，也是造成弓网故障的一个原因。

2、受电弓实时动态车载监控系统目标

根据受电弓故障原因的分析和对现有受电弓检测系统的分析比较，我们提出实时动态车载监控系统，该系统的设计目标如下：

（1）检测范围：受电弓工作状态，车顶图像，包括接触网状态，能有效检测机车受电弓滑板条丢失、受电弓倾斜、受电弓无法升起等故障；（2）实时图像监控：支持2路D1分辨率图像实时监控，录像存储、检索；（3）高分辨率抓拍：为滑板磨损和变形分析提供可靠数据；（4）3G传输：提供远程监控和告警信息传送；（5）GPS定位：为故障修复和救援提供支持；（6）全天候设计：高性能LED补光，确保图像质量；（7）抗恶劣环境：支持IP67以上防护设计、抗电磁干扰和防震设计；（8）良好的扩展性：预留外部数据和告警信息输入。

3、系统设计

电力机车受电弓实时动态车载监控系统由6个子系统组成，包括摄像、电源、照明、传输、监控主机以及本地显示系统。

3.1 摄像系统

摄像系统由彩色低照度工业摄像机和全天候防护罩及支架构成。摄像系统主要完成对电力机车受电弓和车顶图像的实时采集和高分辨率图像抓拍。

在电气化铁道安装摄像机进行监控，重点是强电磁场干扰和恶劣环境问题。摄像机在室外车顶架设，其工作环境较为恶劣，环境工作温度-30摄氏度～60摄氏度，灰尘雨水较大，摄像机距离接触网不足3M，受到强电磁场的干扰。因此，在摄像机和护罩等配置需充分考虑下述因素。

（1）摄像机要求：支持自动光圈镜头；自动白平衡；自动背光补偿；最低照度不大于0.001LUX。

（2）护罩和支架要求：支持IP67以上防护要求；抗电磁干扰；防护罩内置可调节的摄像机安装板；自动温控：控制风扇和加热器的开启和关闭；支架采用钢质重型支架，用于固定整个摄像机。

（3）摄像系统安装：摄像机的安装需根据火车的结构以及受电弓位置来决定，根据韶山系列电力机车的勘察，火车车顶距离上方接触电网的距离约为2.6米，受电弓受电长度约为1.3米，为了使监控画面比较直观，实际监控区域需在受电弓受电长度上略微增加，约为2米的范围区域。

摄像机固定在距离受电弓2米左右的前端车顶上，这块区域大致位于司机室正上方，此处在进行车体检修时不会被拆离，故安装摄像设备不存在后期隐患。

摄像机安装时，与水平线保持40度左右的角度，并且摄像机镜头开角需要大于20度。

以同样的方式在火车尾部的受电弓安装摄像机。

3.2 电源系统

电源系统负责摄像机、监控主机和灯光系统的供电。

电源系统可通过从机车内电源引出DC110V，接上稳压装置将输入的DC110V直流电转换成稳定可调的DC6～24V直流电输出，为整个实时监控系统提供电源。

3.3 照明系统

照明系统主要由LED红外补光灯及可控开关构成，主要负责在光线不足的情况下对摄像系统进行补光。

（1）照明范围设计：根据韶山系列机车受电弓位置情况，LED红外补光灯照明范围需要大于摄像机所捕捉图像的范围，即光照范围大于2M。

（2）LED功率设计：根据受电弓顶端补光后最低照度需达到10～15LUX，因此LED红外补光灯功率设计为10W～15W。

（3）LED红外补光工艺：根据LED的光照范围和功率，LED红外补光系统采用小开角设计工艺，外置安装，制造工艺为COB方式，由于COB方式会造成集中发热的问题，需要在LED红外补光灯后加装散热设备避免LED本身损坏、达到延长寿命的目的。

（4）照明系统安装：外置安装，LED红外补光灯安装在摄像机旁，固定角度与水平线保持40度左右，并且LED红外补光灯灯头开角角度在20度～25度之间。

（5）照明系统防护：LED红外补光灯光源部分采用IP66以上防护等级设计，护罩采用IP67以上防护等级设计，LED红外补光灯不受电磁场干扰影响。

3.4 监控主机

监控主机是检测系统的核心，主要负责图像的编码、存储，同时提供高分辨率抓拍、GPS定位和3G无线传输。

（1）图像编码：系统支持4路D1（720X576）H.264编码；（2）高分辨率抓拍：支持1080P分辨率抓拍；（3）图像存储：D1（720X576）：每路图像1.5Mb/s存储到本地硬盘当中，1路视频1天存储视频大小大约为192×3600×24×1÷0.9=17.57G；（4）其他功能：GPS定位；支持电信或联通3G无线传输：传输图像为CIF（352X288）

3.5 本地显示系统

本地显示系统主要通过司机室的液晶监视器，直观地观察被监控区域的图像信息，必要时还可将某一路图像放大到全屏幕以便更细致的观察。

液晶监视器采用10规格，外加机壳固定，机壳上设置操作按键，可进行图像的检索和放大。

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一、问题提出

2009年，迎水桥机务段SS3型电力机车共落修制动电阻柜147台，月均12.25台，落修率极高。经统计烧损部位，电阻带引出线焊接部位烧损77件，占总数的87.5﹪，为烧损的主要因素；电阻带片间变形短路烧损2件，占总数的2.27﹪；电阻带组间窜动短路烧损4件，占总数的4.55﹪；机车复检时发现电阻带引出线开裂的5件，占总数的5.68﹪，因落修率较高，影响机车质量及机车安全运行，同时给机车检修带来了极大的困难。

二、制动电阻带结构及基本原理

兰州铁路局迎水桥机务段配属电力机车207台，主要为SS34000型及SS3B固定重联机车两种电力车型，其中SS34000型电力机车159台，SS3B固定重联机车48台。该两种车型除使用空气制动机系统外，还装有电阻制动系统，供列车在长大坡道下坡制动使用。利用牵引电机的可逆性，机车在电阻制动工况时，牵引电机呈发电机工况，将列车的动能与位能转变为电能，此时，发电机的转矩为制动转矩，发电机所产生的电能全部消耗在制动电阻带上而变为热能。

1、基本结构

SS34000型电力机车共配置两台TZZ4型制动电阻柜， SS3B固定重联机车配置了4台TZZ4型制动电阻柜。每个制动电阻柜共18个电阻元件，分为左中右3排，每排分为6层，每排6个元件用软铜编织线线首尾串联形成一个电阻段，每排自成一个独立的电阻段，每个电阻元件用4个支持绝缘瓷瓶安装在骨架上，骨架的前后在左右加盖封板，形成上下通风道。在电阻元件的四周加装挡风板（3mm厚环氧玻璃布板），使得冷却风量集中吹到电阻带上，而不在无效的空间损失掉。电阻元件作为电阻柜的核心，主要有电阻带、双头螺纹方钢、高铝瓷夹和前后金属支板组成，高铝瓷夹套装在方钢上，6根方钢分上下两层用螺母固定在前后金属支板上，电阻带上下边缘就嵌在瓷夹的槽中而受到支撑电阻带首尾引线头穿过小瓷套引出金属支板外，电阻带采用0.57*65电阻合金带N40（Cr20Ni35），绕制成波浪形，弓38折，每折长度478mm，每折电阻片上冲有20个鱼鳞状的通风口，弯头圆弧部分也冲有两个通风窗口，使得流动空气在窗口附近形成紊流，电阻带散热性能提高了20%左右。

2、电路原理

机车电阻制动时，主电路通过两位置转换开关1、2WH置“制动”位接成他励发电机电路。实现6台牵引电机主极全串联，励磁电空接触器闭合， 1ZGZ中的T17、T18、D13、D14励磁整流桥作为励磁电源向他励主极绕组电路提供励磁电源，此时各牵引电机M1-M6电枢与相应的制动电阻1-6ZR串联，每 一转向架3台并联同主整流桥T11、T21、D11、D12（T21、T22、D21、D22）组成各自独立的制动电路，制动时将列车的动能转化为电能，并由作为负载的制动电阻将电能转变为热能排向大气消耗，达到减速和限速的目的。

三、原因分析

通过对我段落修电阻带故障部位进行重点分析，发现故障原因主要包括以下方面:

1、引出线焊接部位烧损

我段落修的电阻带以引出线焊接部位烧损居多，通过对焊接部位焊接方式的汇总统计，主要有以下几种焊接形式：

⑴、焊接部位无通风槽： 图2

⑵、焊接部位有通风槽： 图3

⑶、双层加长焊接： 图4

以上三种焊接方式，均易出现在焊接部位振动断裂，引出线断裂后，电阻片的截面积减少1/3，在较大的制动电流作用下，将很快过热烧损。对于引出线的烧损，全部是在焊接部位侧，其并非焊接不良引起，而是由于电阻片振动造成引出线疲劳，逐步折断，最后致使烧损。

2、组间短路：部分电阻带由于组间窜动，造成组间短路烧损，此项原因引起的烧损产生的后果最为严重，往往造成两整组电阻元件全部过热，至少6片以上的电阻元件烧损而不能使用。

3、片间短路：由于电阻片受热变形，片间搭接短路烧损，此种烧损一般集中在某一个电阻元件，烧损产生的后果较前两种有所减轻。

4、绝缘瓷件爬电短路：由于制动电阻带施行状态修，长时间使用，瓷件粘附的灰尘较多，特别是在空气潮湿或温差较大的环境下使用电阻制动，瓷件容易因太脏和冷却后受潮而引起片间短路、放电烧损。

四、改进措施

1、由于绝大多数是由于电阻带引出线焊接部位侧烧损，从目前我段使用过的电阻片制作工艺来看，电阻片引出线采用“U”型焊接方式（如下图），极大的缓冲了电阻片振颤引起引出线疲劳、折损，从实际使用来看，引出线烧损问题极大地得到了解决。

2、我段通过在每片电阻带的每个中间瓷件连接处进行“打弯折”的方法，使得瓷件与电阻片之间的相对位移减小，从而达到杜绝由于组间短路引起电阻带烧损问题目的。

五、实施效果

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0.概述

HXD3型电力机车按照我国对目前铁路货运要求而要求设计的交流传动货运机车。该电力机车牵引电传动系统的整流采用四象限的PWM调制技术，它通过控制流入牵引整流器的交流电流波形和相位以及中间直流电压的幅值的大小，使输入的交流电流的波形尽可能接近于正弦波，而且使电流的相位和电压的相位差接近于零，这样即提升了机车的功率因数又限制了谐波电流。四象限整流与相控整流器相比，即提高了功率因数又使电流的谐波含量小。为了降低谐波含量，XHD3型电力机车的六组整流器的调制谐波相位要保持一致，但载波的相位不能一致，其相位差依次相差300、600……1800，从而达到了消除谐波的目的，并且保证等效干扰电流≤2.5A。

1.四象限整流电路工作原理

四象限整流器广泛应用在电力机车上，它有效解决了等效干扰电流、功率因数以及再生制动等对电力机车的要求。从图1所示，该电路图与二极管桥式电路相比每个桥臂上都增加了一个可控电气元件。该可控电气元件具有两个作用：（1）开关作用；（2）可以改变输出电流id的方向。该电路能在输入电压不变的情况下改变输出电流的方向，即可使输入电压us和输入电流iN工作在四个象限。由于电感Ls所吸收的无功功率来至直流电压侧，该四象限整流器能使这种功率的反馈成为可能。该整流器还能得到正弦波的电网电流，能够达到对电流和功率因数的控制的目的。该四象限的开关功能是在IGBT导通状态下，短接整流器的输入端，即整流器的输入电压us为零，当IGBT在关断状态下将直流电压接到交流侧使us=ud。

由于该四象限整流器采用PWM调制技术，不仅能实现控制网侧功率因数，还能够实现电能的双向传输。在直流环节设置的电容C能够吸收由于电网电流和直流电压产生的高频分量。

2.四象限整流器功率因数的控制

对电网电流的正弦调制，先确定电源侧电流is的上下限值，以防止电流的波动过大。在电网侧电压的正半周阶段，由于网侧电流比较小，即使电源被Ls短接，网侧电流is变化不大。为了能使网侧电流与电压同相，并且为正弦波，电流is应该有快速的上升速度dis/dt，使电感两端的电压U=Vs+Vd，即直流环节反馈无功功率，使网侧电流is尽快上升到电流给定值。同样，当网侧电压到一定值时，由于此时网侧电压较高，以电感Ls直接短接电源得到的电流上升的速度较快。为此希望电流尽快的下降到网侧电流is的给定值。这时电感电压UL=Vs-Vd。即电感L的电流下降速度较快。从能量的角度看此时是向直流中间环节输送能量。由此可以看出，为了使电流能在网侧电压幅值附近呈下降趋势，网侧电压的幅值要低于直流中间环节的电压Vd。

3.结束语

通过分析XHD3型电力机车整流器电路图的分析，掌握了整流器的工作原理、基本构成以及工作过程。为以后的检修工作提供了技术支持。

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关键词： 电力机车；功率因数补偿；电流干扰

Key words： electric locomotive；power factor compensation；current interference

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0038-02

1 电气化铁道的功率因数补偿及谐波抑制主要方法

1.1 改变电力机车的电传动方式，使其不产生谐波，且控制其功率因数为1 该方法的主要目的是将电力机车的直流电机拖动变换为异步电机拖动，这种变换是通过变压变频来实现的。怎样才能达到变压变频的效果呢？随着自关断器件和晶闸管强迫关断技术发展，功率半导体变流器通过控制系统和脉宽调制技术可以实现。

首先，工频交流电通过接触网的输入，经牵引变压器与四象限变流器将其转换为直流。最后形成由负载侧三相逆变器实现的变压变频提供异步牵引电动机的交直交电传动系统。

目前，发达国家交流传动机车的生产模式逐渐使用流水线式的生产，我国也已经开始着力于交直交电力机车的生产，随着科技水平的提高，社会科技的发展，交直交电力机车已经迈向成熟并成为未来发展的方向。

1.2 装设功率因数补偿及谐波抑制装置 目前，需要引起我们注意的是，相控电力机车在使用过程中会出现无功和谐波的情况，当前，解决这一问题的最好办法就是安装功率因数补偿以及谐波抑制装置。

目前，我国关于电气化轨道方面进行的补偿措施，主要针对的是无源无功补偿，也就是在装设LC调谐滤波器的协助下，进行无功补偿、抑制谐波。它的某些优点（如并不复杂的结构、成熟的技术和器件）大体上是可以平衡补偿某些不足的（如滤波特性对电网和负载参数的依赖等），并且它的维护方便，同时能够补偿无功和抑制谐波，是目前国内最基本的应用手段。

在电气化轨道上运用无源功补偿装置时，有两种基本方式。第一种是把这种无源功补偿装置安装在机车上。不仅能够补偿无功，而且还可以通过3到5次调谐谐波附近来抑制谐波。

在SS系列机车上，用的是基于晶闸管投切的无源无功补偿装置，不仅无功补偿的效果很好，滤波效果也不错。第二种是牵引变电所并联补偿装置。在补偿无功的同时增加电感到3次调谐谐波附近，可抑制3次谐波。变电所目前普遍采用真空开关投切补偿装置的方式，缺点是不能频繁进行投切。

2 功率因数补偿和谐波抑制谐波的基本原理

机车电路中当出现超前电压向量或者滞后的电流向量时，说明电感性充当了正弦交流电路中的负荷，其中相移因数就是两者之间的夹角余弦。我们还可以这样定义相移因数，在非正弦交流电路中，像电力机车的整流电路，因为有平波电抗器，所以来在接触网的正弦电压因为有了整流器的存在出现了畸形的电流波，通过傅里叶计算将这些畸形电流波逐个分解为电流谐波分量，从而出现了电压向量和基波成分电流向量之间出现了一个夹角，这个夹角的余弦值为相移因数。因此，运用并联功率因数补偿装置可以有效改善电力机车的功率因数，即通过电容器的容性电流来提高电压向量和基波成分电流向量之间夹角余弦值，同时，为了减少电网中畸形电流的产生，还要使用谐振滤波装置将谐波电流分流。

3 SS4G电力机车功率因数补偿装置的设计与实现

设计要求：①该机车在特定工况下，需取用特定电流的谐波含量要求。比如持续制牵引，所取用电流的3次谐波含量不能超过10%。

②在特定工况下的功率因数控制。比如在牵引或加馈制动工况的机车其额定功率若大于50%，功率因数应要大于0.9，其额定功率若小于50%，要求功率因数补偿和校正装置能自动投切。

③针对SS4G电力机车，我们可以在其四个牵引绕组上各并联一个基于L-C功率因数补偿的装置。该装置可以降低机车的3次谐波分量，提高机车功率因数。它的组成方式是两个可控硅组成的无触点开关。设置QS故障隔离开关，确保机车故障时能够停止动作。设置1KM真空隔离开关，以保护、隔离可控硅开关的击穿、失控。

④确保PFC装置正常运转，首先应将故障隔离开关盒真空隔离开关闭合。

⑤司机取出钥匙后，为了保障生命安全，核实PFC装置有没有正常使用，关闭真空隔离开关，LC通过电阻快速放电。

SS4G电力机车主电路总共安装4组补偿装置，这4组补偿装置的功率因数是一模一样的。并分别装配在主变压器次边牵引绕组上。

4 功率因数补偿装置的应用效果分析

通过多角度的控制，在安装功率因数补偿装置之前，以及安装之后，都要对变压器次边绕组电流波形进行试验，通过实验可知道电流波形明显的变化了，补偿效果也非常明显。其中半控桥与机车主变压器次边的一段绕组相联，使次边绕组电压与变压器次边绕组接触网一侧的等效电感进行换算，由结果我们可以看到它是一个与机车牵引变电站距离有关的变量。不考虑电阻，机车主变压器换算到次边绕组的漏电感用LT来表示，谐波支路的谐振电感用L表示，电容用C来表示，直流回路的平波电抗器电感用La来表示，主变压器次边绕组电流用1来表示，谐波支路电容电流用I来表示，直流回路平均输出电流用Id来表示，电压用Ud来表示，那么直流输出功率可用公式Pd=Ud*Id来表示。

控制角>90°时变压器绕组内电流1的波形，没有安装功率因数补偿装置时，直流负载电流Ia可通过二级管进行续流，变压器绕组电流i=0，仅当T=90°时，晶闸管触发导通，才有负载电流Ia流经变压器次边绕组，安装了功率因数补偿装置后，尽管在t

5 功率因数补偿装置投切及控制

补偿控制板是一块微机板，它是由电路PSD和215单片机组成。通过该控制板可以将无量功计算出来并对各种逻辑动作进行判定，对晶闸管开关投切和PFC接触器起决定作用，同时能实现PFC动作保护和故障显示。在整个电路中，提供模拟信号向形成信号或者数字信号转换的装置为补偿接口板，同时可以将系统的数字信号转换为模拟信号，用来判别晶闸管的过零时刻，同时可以监测PFC装置电流。

6 结论

为了改善变压器绕阻内部的电流形态，补偿装置要并联在主变压器次边牵引绕阻上，在三次谐波的准谐振点处设计谐振支路，可以吸收电力机车整流器产生的非线性负载谐振电流。此外，基波容电流是在基波网压的作用下L-C谐波电路产生的，它能够补偿相控整流机车滞后的负载电流，所以对电力机车的相位点数进行了改变，最后提高了电力机车的功率因数。

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