HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材.pdf
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HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章1第一章机车总体1.概述以在中国国内的主干线上进行大型货运为目的,设计并制造了HXD3型交流大功率电力机车。
此机车采用PWM矢量控制技术等最新技术的同时,尽量考虑对环境保护,减少维修工作量。
另外,考虑能够在中国全境范围内运行为前提,在满足环境温度在-40+40,海拔高度在2500m以下的条件的同时,最大考虑到4组机车重联控制运行。
2.机车主要特点2.1轴式为C0-C0,电传动系统为交直交传动,采用IGBT水冷变流机组,1250kW大转矩异步牵引电动机,具有起动(持续)牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。
2.2辅助电气系统采用2组辅助变流器,能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源,对辅助机组进行分类供电。
该系统冗余性强,一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。
2.3采用微机网络控制系统,实现了逻辑控制、自诊断功能,而且实现了机车的网络重联功能。
2.4总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路,电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧;采用了规范化司机室,有利于机车的安全运行。
2.5采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构,有利于提高车体的强度和刚度。
2.6转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构,二系采用高圆螺旋弹簧;采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。
2.7采用下悬式安装方式的一体化多绕组(全去耦)变压器,具有高阻抗、重量轻等特点,并采用强迫导向油循环风冷技术。
2.8采用独立通风冷却技术。
牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式;主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器,由车顶直接进风冷却;辅助变流器也采用车外进风冷却的方式;另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。
2.9采用了集成化气路的空气制动系统,具有空电制动功能。
机械制动采用轮盘制动。
2.10采用了新型的模式空气干燥器,有利于压缩空气的干燥,减少制动系统阀件的故障率。
HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章23.机车主要技术参数3.1工作电源电流制单相交流50Hz额定电压25kV在22.5kV31kV之间时,机车能发挥额定功率,在22.5kV17.5kV和17.5kV17.2kV范围内机车功率按不同斜率线性下降,在17.2kV时功率为零;在31kV31.3kV范围内机车功率线性下降至零,如下图示。
3.2牵引性能参数电传动方式交直交传动持续功率7200kW机车速度:
持续制速度70km/h(23t轴重)65km/h(25t轴重)最高速度120km/h起动牵引力520kN(23t轴重)570kN(25t轴重)持续牵引力(半磨耗轮)370kN(23t轴重)400kN(25t轴重)恒功率速度范围65km/h120km/h(25t轴重)70km/h120km/h(23t轴重)3.3动力制动性能参数电制动方式再生制动电制动功率7200kW(70km/h120km/h)(23t轴重)17.2kV17.5kV22.5kV31.0kV31.3kV网压100%功率输出(%)77.8%HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章37200kW(65km/h120km/h)(25t轴重)最大电制动力370kN(15km/h70km/h)(23t轴重)400kN(15km/h65km/h)(25t轴重)3.4主要结构尺寸轨距1435mm轴式C0-C0机车总重138t31+%t(23t轴重)150t13+%t(25t轴重)轴重23+2t机车前、后车钩中心距20846mm车体底架长度19630mm车体宽度3100mm车体高度4100mm(新轮)机车全轴距14700mm转向架固定轴距2250+2000mm车轮直径1250mm(新轮)1200mm(半磨耗)1150mm(全磨耗)受电弓落下时,滑板顶面距轨面高度477530mm受电弓滑板距轨面的工作范围52006500mm车钩中心线距轨面高度(新轮)88010mm排障器距轨面高度11010mm3.5功率因数当机车发挥10%及以上额定功率时)0.983.6等效干扰电流(JP)额定功率时,机车在持续制牵引工况下,在距牵引变电所10km处测量2.5A3.7额定网压下,在牵引工况发挥持续功率时的机车总效率0.853.8机车采用微机控制3.8.1机车微机控制功能机车预备的顺序逻辑综合控制HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章4机车牵引力和制动力控制机车空电联合制动控制机车主、辅电路过流、过压、欠压、接地等保护控制机车空转/滑行保护控制机车重联控制机车轴重转移补偿控制机车定速控制3.8.2其它功能停车状态下,微机控制系统自诊断功能行驶过程中对被控对象进行实时在线监测诊断功能故障信息的记录、保存和显示功能故障记录的转储功能3.9机车动力学性能机车应能以5km/h速度安全通过半径为125m的曲线,并应能在半径250m的曲线上进行正常摘挂作业。
机车动力学其它性能、参数应符合TB/T2360-1993的有关要求。
3.10机车单机以120km/h速度于平直道上施行紧急空气制动时,最大制动距离800m(23t轴重)900m(25t轴重)4.机车特性4.1机车牵引特性机车的牵引、制动控制采用恒牵引力(制动力)、准恒速特性控制方式。
4.1.1牵引特性控制要求采用恒牵引力、准恒速特性控制;牵引控制司机控制器手柄为13级,级间能平滑调节;每级牵引力变化设定为F80kN;控制要求:
1)23时的牵引力计算
(1)基本公式:
扭矩值(kN)=换级触点号*80kN
(2)最大扭矩值速度10公里/小时HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章5扭矩值(kN)=52010公里/小时速度70公里/小时扭矩值(kN)=544.8(2.48*速度(公里/小时)速度70公里/小时扭矩值(kN)=25970/速度(公里/小时)(3)缩减扭矩值扭矩值(kN)=(640*换级触点号)(64*速度(公里/小时)计算结果为负时,视为0kN。
(4)输出扭矩值(传输到CI的扭矩值)上文
(1)(3)中,最小值成为输出扭矩值。
2)25时的牵引扭矩计算
(1)基本公式:
扭矩值(kN)=换级触点号*80kN
(2)最大扭矩值速度10公里/小时扭矩值(kN)=57010公里/小时速度65公里/小时扭矩值(kN)=600.9(3.09*速度(公里/小时)速度65公里/小时扭矩值(kN)=26000/速度(公里/小时)(3)缩减扭矩值扭矩值(kN)=(640*换级触点号)(64*速度(公里/小时)计算结果为负时,视为0kN。
(4)输出扭矩值(传输到CI的扭矩值)上文
(1)(3)中,最小值成为输出扭矩值。
4.1.2机车牵引特性控制曲线见图4-1,4-3(23t轴重)、图4-2,4-5(25t轴重)4.2制动特性4.2.1控制要求采用准恒速特性控制;制动控制司机控制器手柄为12级,级间能平滑调节;每级速度变化V=10km/h;控制要求:
1)23时的制动扭矩计算HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章6
(1)速度70公里/小时换级触点为1N输出扭矩值(kN)=(33.7*速度(公里/小时)134.8换级触点在1N以外输出扭矩值(kN)=(33.7*速度(公里/小时)(337*(换级触点号-1)计算结果为负时,视为0kN。
计算结果超过370kN时,视为370kN。
(2)速度70公里/小时a)最大扭矩值扭矩值(kN)=25970/速度(公里/小时)b)缩减扭矩值换级触点为1N输出扭矩值(kN)=(33.7*速度(公里/小时)134.8换级触点在N以外输出扭矩值(kN)=(33.7*速度(公里/小时)(337*(换级触点号1)计算结果为负时,视为0kN。
计算结果超过370kN时,视为370kN。
C)输出扭矩值在上文“a”和“b”中,最小值成为输出扭矩值。
2)25时的制动扭矩计算
(1)速度65公里/小时换级触点为1N输出扭矩值(kN)=(36.4*速度(公里/小时)145.6换级触点在1N以外输出扭矩值(kN)=(36.4*速度(公里/小时)(364*(换级触点号-1)计算结果为负时,视为0kN。
计算结果超过400kN时,视为400kN。
(2)速度65公里/小时a)最大扭矩值扭矩值(kN)=26000/速度(公里/小时)b)缩减扭矩值换级触点为1N输出扭矩值(kN)=(36.4*速度(公里/小时)145.6换级触点在1N以外HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章7输出扭矩值(kN)=(36.4*速度(公里/小时)(364*(换级触点号-1)计算结果为负时,视为0kN。
计算结果超过400kN时,视为400kN。
C)输出扭矩值在上文“a”和“b”中,最小值成为输出扭矩值。
4.2.2机车制动特性曲线见图4-2(23t轴重),4-4(25t轴重)HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章801002003004005006000204060801001201N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N12N13N图4-1大功率交流传动电力机车牵引特性控制曲线(23t轴重)0100200300400500600020406080100120图4-2大功率交流传动电力机车制动特性控制曲线(23t轴重)机车牵引力(KN)速度(km/h)机车牵引力(KN)速度(km/h)HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第一章901002003004005006000204060801001201N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N12N13N图4-3大功率交流传动电力机车牵引特性控制曲线(25t轴重)01002003004005006000204060801001201N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N12N图4-4大功率交流传动电力机车制动特性控制曲线(25t轴重)速度(km/h)机车牵引力(KN)速度(km/h)机车牵引力(KN)HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章10第二章设备布置与通风系统1.设备布置1.1设备配置HXD3型电力机车为6轴货运机车,HXD3型电力机车的外形图如图1-1所示,机车设备配置图如图1-2(a)-(c)所示,明细表如表1-1所示。
在机车的两端各设有一个司机室,两个司机室的中间是机械室。
在机械室内设有600mm宽的中央通道,在通道左右两侧设有主变换装置、鼓风机、电动空气压缩机等机器。
在车体下设有2台3轴的转向架及主变压器,在顶盖上设有特高机器。
车内设备布置以平面斜对称布置为主,设备成套安装,有利于机车的重量分配和机车的制造、检修和部件的互换。
图1-1HXD3型电力机车外形图底板下装置顶盖上装置机械室1END司机室2END司机室HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章11图1-2机车设备布置(a)HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章12图1-2机车设备布置(b)HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章13图1-2机车设备配置(c)HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章14表1-1机车设备配置明细表DEVICE符号额定值1PANTOGRAPHDSA2002AP1,225kV-1000A2PANTOGRAPH电磁阀WMV-1/2ZG2YV41,423滑动板异常检出装置ZD2PDU1,24PANTOGRAPH支撑绝缘子FZS-30/8-40065导体支撑绝缘子FZM-30/4-40046空气绝缘管47PANTOGRAPH断路器BT25.042QS1,28计量器用变压器(GSEFB25FGr.0)1TV125000V/100V9真空断路器BVACN99.21500V101QF110接地SWITCHBTE25.040L1A1B021QS101112SECTION检出装置GFX-31EV3313SECTION检出用地面检测装置4T1T41415避雷针RVLQB-38.5LY1F116特高CABLE117一次变流器1TA1400A/5A18主变压器FPWR-50Hz-9006kV-N1TM19006kVA/8400kVA/606kVA19一次变流器MCT15-501TA215VA400/5A2021配线用连接器YH6A-G1002XSM1,2(600V-167A)2223主变换装置2UM1,224主电动机连接箱YH3D/FB625主电动机6M1626PGSENSOR6BV414627配线用连接器GTC6L/0L628接地装置JTGJ-0036EB16150A2930ACFILTER装置1LC3132配线用连接器YH6A-G1001XSA1(600V-167A)33配线用连接器GTC0L-32-M9PC-01G-F-J1XSC3150V-50A3435主电动机送风机SL22-476MA11162.35m3/S-2800Pa36复合冷却器送风机2MA17,186.5m3/S-1650Pa3738复合冷却器23940电动空气压缩机2MA19,2025kW48A4142司机室COOLER2EV11,124000kcal/h43分电箱2EV13,1444正面窗2EH11,12220V/500W45热水器JT-4B-D/L2EH31,32220V-1.6kW(热水)0.7kW(波动4647TCMS1AE414849辅助负荷用变压器1AT1380V/220V5051MMBM风速检出继电器TJY5A-0.3/1106KP4146294Pa52MMBM风速检出继电器TJY5A-0.3/1102KP47,48294Pa5354调压器1KP51-1750-900kPa55调压器1KP51-2825-900kPa56气压SWITCH1KP60350-470kPa5758SWITCH1PS-MREP2.5-3.5bar5960JUMPER连接器(两栓)2记事序号名称型式数量HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章15记事序号名称型号数量装置符号额定值61JUMPER连接器(插座)4“CZ1,2,3,4”62栓箱26364配线用断路器(TOILET2)5SU3767-0KW10
(1)(Q2)220Vac-2P-10A65配线用断路器(TOILET1)5SX2310-7CC
(1)(Q1)380Vac-3P-10A66配线用断路器(TOILET3)5SX5201-7
(1)(Q3)110Vdc-2P-1A6768充电装置1UC69蓄电池DM17049GB41DC11V-170Ah7071机械室灯KTD028EL4552DC110V-215W72手提灯OUTLET5UB0106-1CC222“XL12”73标识灯PZ110-254EL555825W-110V74前灯(副)JFF110-2004EL5962200W-110V75前灯(主)JTD297-12EL63,64DC110V-350W76地板下点检灯NW-12J-II4EL6770DC110V-60W77地板下点检用OUTLETC4-62“XSC1,2”6A7879保温加热器(主空压机)2“(MA19,20)”500W2/台80保温加热器(除湿装置)“Dryer1,2”40W/台8182小空气压缩机LP1151MD53860W/8bar83气压SW1KP5784气压SW2KP588586撒沙电磁阀WMV-ZEST2“YV240,241“87沙干燥用电磁阀WMV-ZEST1YV9688沙管加热器8EH33A-H110V-30W89沙管加热器8EH35A-H110V-100W9091停车制动电阀阀1YV5050-100Pa92气压开关1KP599394汽笛电磁阀2“YV81,82”95汽笛电磁阀2“YV83,84”9697除湿装置LTZ3.2H2“Dryer1,2”电磁阀14W9899制动单元1100防空转防滑行用PG6Bv51-56101防滑行电磁阀6YV101-106102踏板年清扫电磁阀1YV95103气压开关1KP6150-100kPa104105ATP装置LKJ20001PS1106107充电器JYJ4L9194108充电器用配线用连接器JHJ-44109信号控制装置JT1Z-A1PS2110接续箱JHJY1-K251PS7111112压力传感器TQG14E11SP110Bar113压力传感器TQG14E21SP110Bar114压力传感器TQG14E31SP110Bar115116速度表发电机切换装置CSJH-S91EV31117速度发电机DF16s4conf2“BV47,48”118速发用配线用连接器CSJH-92HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章16DEVICE符号额定值121列号地面检测装置XCTF-2orHTK-1961122123综合通信装置LCIR1124125TOILET1AC220V-4kW126127中继端子台128中继CONNECETOR记事序号名称型式数量HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章171.1.1司机室设备布置机车司机室如图1-3所示。
在司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、热水器、紧急放风阀、灭火器等设备。
司机室顶部设有空调装置(冷热)、风扇、头灯、司机室照明等设备。
司机室前窗采用电加热玻璃,窗外设有电动刮雨器,窗内设有电动遮阳帘;侧窗外设有机车后视镜。
在操纵台上设有TCMS显示器、ATP显示器、压力组合模块、司机控制器、制动控制器、扳键开关组、制动装置显示器、冰箱、暖风机、脚炉和膝炉。
1.1.2机械室设备布置机械室设备配置如图1-4所示。
1端设备室紧邻1端司机室,内部布置有主电动机通风机、更衣箱、卫生间、蓄电池充电装置、蓄电池柜、滤波装置、微机及监控柜(TCMS&ATP柜)、控制电器柜、综合通信柜。
图1-3司机室设备配置HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章182端机械室紧邻2端司机室,内部布置有主电动机通风机、空压机、主风缸、辅助风缸、干燥器、制动屏柜。
在I端设备室和II端设备室之间设有中央机械室内,室内布置有主变流装置、复合冷却器及复合冷却器通风机组。
图1-4机械室设备配置HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章191.1.3车顶设备车顶设备配置如图1-5所示。
顶盖由3个顶盖组成,1端顶盖、2端顶盖配置有受电弓,中央顶盖上配置有高压隔离开关、高压电压互感器、真空断路器、避雷器、接地开关等高压电器。
在中央顶盖上设有检修升降口,由此上车顶进行检修和维修作业。
(为确保安全,天窗设置钥匙联锁装置。
)图1-5车顶设备布置1.1.4车下设备车下设备如图1-6所示。
悬挂在机车中部的主变压器,以变压器为中心对称布置的2台转向架。
在转向架上配置有主电机等设备。
另外还配置了动车插座、辅助控制电路外接电源插座、行灯插座、机车电子标签、速度传感器和轴温传感器等设备。
图1-6车下设备布置1.2机车设计理念正如1.1项所示的机器配置,HXD3型机车是根据下述a)c)的理念决定设备配置而进行设计的机车。
a)因为HXD3型机车为大功率交流传动电力机车,考虑将主电动机驱动控制相关的1台主变压器(MainTransformer:
MTr(TM1))以及2组主变流装置(CONVERTER/INVERTER:
(UM1,UM2))配置在机车心脏部位的机车中央部位。
质量较重的主变压器悬挂安装在车体下中央部位,主变流装置设置在机械室中央通道的两侧(各1台)。
b)为了同时对主变压器以及主变流装置进行冷却,在尽可能近的部位设置由轴流通风机和冷却器构成的2组复合冷却器(CombinedCoolingTower:
CCT(MA17,MA18))、连接配HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章20管,以尽可能有效地进行冷却。
为了使机车前后、左右平衡,以机车中央为中心设置质量较大的主变压器、主变流装置、复合冷却装置。
c)为了大功率主电动机(MM(MA11MA16)的冷却,设置有单独的轴流通风机。
通风机设在机车机械室地板支架上,由风道向主电动机送风。
1.2.1设备设置顺序设备设置顺序如下述1)4)所示。
1)主变压器的设备配置a)如图1-7所示,主变压器油箱(Tank)内部线圈(Coil)的前后两侧设有隔板(Separator),将其分割成2室。
因为将其分为2室,所以冷却油只集中在发热的线圈部位进行冷却,从而提高了冷却效果。
图1-7b)主变压器的2次线圈侧的端子类部件也互相隔开不连通,配置在主变压器的中央部位。
即将主变压器的2次端子设置在主变压器的中央部位。
2)主变流装置的设备配置a)如图1-8所示,主变流装置的输入端子部位最好能直接连接在主变压器的2次端子上。
主变压器的2次端子的排列方法(排列顺序)和主变流装置的主回路端子的排列方法(排列顺序)要一致。
HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章21图1-83)主变流装置和复合冷却装置(CCT)的设备布置a)如图1-9所示,在机械室内将主变流装置和CCT作为一个统一的单元进行装配,(装配采用平面斜对称布置),使车体中心左右的重量分配平衡。
图1-9b)CCT和主变流装置相连接的牵引控制系统是左右配置的,按照下述内容可以将顶盖分为两个端部部分、中央部分,即3部分可拆卸的顶盖。
两端拆卸顶盖:
在装受电弓(Pantograph)的顶盖上,两端均为相同设计。
中央拆卸顶盖:
在保护主变流装置和CCT部的顶盖部位,车顶上设置有高压电器设备。
(受电弓高压隔离开关(PantographDisconnectionSwitch)、高压电压互感器(PotentialTransformer),真空断路器(带接地开关)(VCB)、避雷器(Arrestar)、高压电缆(CableHead)),如图1-10所示。
HXD3型大功率交流传动电力机车培训教材第二章第二章22图1-104)其它装置及机器类设备的设置如图1-11所示,各装置和机器类设备要根据功能和电压分区进行集中设置。
a)在1END侧集中设置低压、控制类设备。
在END侧集中设置有TCMS、低压电器部件、ATP等设备。
如此设置有利于下述、所示内容。
装置间的布线尽量减到最短,方便布线。
使特别高压高压低压传送信号类等各种配线不混淆、提高可靠性,从而使故障、错误操作降低到最小限度。
图1-11b)在2端(2end)集中设置空
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