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1、HXD3型交流传动货运电力机车电气系统介绍,铁路机车的4次技术变革,4交流,3直流,2液力,1蒸汽,电力牵引的发展,直流传动 交流传动,电源从电网下来，经变压器降压，传动控制单元控制四象限整流器完成交流到直流的变换，再控制逆变器完成直流到3相交流的VVVF（变压变频）变换，给异步牵引电机供电，达到对异步牵引电机转矩的控制。牵引时，能量是从电网流向电机，电能转化成机械能。制动时，过程相反，机械能转化成电能回馈电网。,电力机车交流传动系统调速原理,在传动控制单元的控制下，机车各部件有机地结合起来，实现电源的变换，由高压（25KV）、工频（50HZ）的不可控单相交流电源变换到3相可控变频、变压的交流
2、电源，供给异步牵引电机，实现对异步牵引电机的控制，从而实现传动控制的最终目的：按照司机的指令控制机车的运行速度。,1.概述,HXD3型交流传动货运电力机车的主传动和辅助传动系统均采用了交流控制技术，整个电气系统的设计坚持起点高、技术领先的原则，并充分考虑了大功率货运电力机车的实际需要，采用先进、成熟、可靠的技术，按照标准化、系列化、模块化、信息化的总体要求进行全方位设计的。,机车布线,HXD3机车布线的设计理念是尽量做到设备与设备之间的直接对接，减少中间环节，因此整车控制电缆、端子柜连接器及端子排的用量减少，线缆通过对设备间的两个横梁线槽及左右两侧墙上进行控制线路布线，机车中间走廊最下层为机车
3、主电路，其上方为到各风机接线。,HXD3型交流传动货运电力机车的控制监视系统，是在东芝公司机车控制监视系统方面成熟的软件、硬件、控制模式和系统思想的基础上研制的.机车控制监视系统（简称TCMS）的核心任务是：根据司机指令完成对主变流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时控制、牵引/制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车运行状态，具备完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。,HXD3型交流货运电力机车的制动系统采用的是克诺尔的CCB-型制动机,该制动系统是基于网络控制的电空制动系统.CCB-型制动机与微机显示屏一起来完成制动系统的
4、诊断、自检、校准、故障记录等。HXD3型交流货运电力机车的行车安全监控系统采用了目前国产电力机车通用的LKJ2000型监控主机，TAX2监测装置、JT1通用式机车信号设备（SJ-93信号主机）等。,整车电气线路组成：,主电路；辅助电路及110V充电模块电路；(含220V加热回路、低温预热回路、压缩机的低温预热及控制保护)机车控制与监视系统电路；（含机车重联控制、自动过分相控制、弓网故障保护控制电路）机车行车安全监控系统;制动系统;（含WSP空转滑行保护检测系统）机车各类灯及相关辅助设备的控制,机车主电路：,原边网侧电路；主变压器；主变流器；牵引电动机；库用动车电路等组成。,机车主电路,2.1原
5、边网侧电路,网侧电路由2台受电弓AP1、AP2、2台高压隔离开关QS1、QS2、1个高压电流互感器TA1、1个高压电压互感器TV1、1台主断路器QF1、1台高压接地开关QS10、1台避雷器F1、主变压器原边绕组AX、1个低压电流互感器TA2和回流装置EB16等组成。接触网电流通过受电弓AP1或AP2引入机车，经高压隔离开关QS1或QS2和主断路器QF1，通过大A端子进入车内，经25kV高压电缆由车内至车下，穿过TA1与主变压器原边1U端子相连，经过主变压器原边，从1V端子流出，穿过TA2与车体地相连，最后通过6个并联的回流装置EB1EB6，从轮对回流至钢轨,电能的计量,HXD3型电力机车选用了
6、爱尔斯特(ELSTER)公司生产的智能型电度表，可用于机车牵引、再生电能的计量，电度表设有屏显窗口和切换按钮，通过按钮切换，可以进入不同的状态模式（滚动模式、标准模式、ABL模式），进行信息量的查询，电度表既可查询近期每天的电能消耗及能量的反馈，还可查询当时的原边电压、电流及功率因数等。通过采集原边低压电流互感器TA2和高压电压互感器TV1提供的电流和电压信号来实现电能的计量,高压电气连锁保护,司乘人员上、下顶盖时要打开或关闭机械室天窗、或者对高压电器进行检查时需要打开柜门，为了确保安全，设置了高压互锁功能。高压接地开关QS10上配有一把蓝色钥匙和两把黄色钥匙，其中蓝色钥匙可以控制受电弓的升弓
7、气路，黄色钥匙可以打开机械室天窗或高压电器柜门，通过他们与接地开关的连锁控制，实现HXD3型电力机车的 高压电气安全互锁功能。机车正常运行时，高压接地开关QS10置运行位，此时兰色钥匙可以拔出，插入管路柜上的升弓气路阀，保证受电弓的气路连通，同时QS10的辅助连锁触点闭合（信号425得电），为主断路器闭合提供了必要条件。机车需要打开顶盖或电器柜柜门进行检修时，首先断开主断路器并降弓，然后将空气管路柜上的兰色钥匙旋转拔除，切断升弓气路；将兰色钥匙插入接地开关QS10并向右旋转，然后将接地开关旋至接地位，保证车顶设备可靠接地，此时旋转黄色钥匙并拔出，可以打开车顶盖或高压电器柜门。,受电弓 真空断路
8、器,高压电流互感器 高压电压互感器,避雷器 高压隔离开关,2.2主变压器,采用轴向分裂、心式卧放、下悬式安装的一体化多绕组变压器，具有高阻抗、重量轻等特点；采用真空注油、强油风冷、氮气密封等特殊的工艺措施，延长变压器的绝缘寿命。主变压器的六个1450V牵引绕组分别用于两套主变流器的供电；两个V辅助绕组分别用于辅助变流器的供电，辅助变流器的中间直流回路还同时给电源充电模块供电，辅助变流器的输出还经过隔离变压器，给司机室各加热设备及低温预热回路提供和11交流电源,主变压器,2.3主变流器,每台机车装有两个变流器机箱，每一变流器机箱内含有3组主变流器和一组辅助变流器。使其结构紧凑，便于设备安装。主变
9、流器由四象限整流器、直流环节、逆变器组成。采用IGBT元件。主变流器的性能适应货运机车大牵引力的特点。主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点，是国际上流行的冷却方式。,变流装置,冷却技术,牵引变流器,IGBT模块冷却示意图,2.3.1主变流器参数,开关元件：IGBT 4500V-900A冷却方式：水冷（纯水乙二醇）四象限脉冲整流器额定输入电压：1450VAC输入频率：50Hz额定输入电流：965A额定输入容量：1280KVA中间电压：2800V 牵引逆变器 输出电压：02150VAC（三相）输出电流：0520A额定输出电压：2000V额定输出电流：382A输
10、出频率：0120Hz,变流器功率模块说明:,功率模块是构成变流器的核心部件，是由上下桥臂的两组元件和反并联二极管构成，还包括冷却元件的水冷散热片和控制栅极电压的门放大器基板；四象限整流器是由相、相两个功率模块构成，逆变器是由相、相、相三个功率模块构成，即功率模块数量是由相单位构成由于四象限整流器和逆变器的电流值要求不同，因此四象限整流器是由个元件并联后组成功率模块，逆变器则是由单个元件构成功率模块，因此四象限整流器和逆变器的功率模块不能互换，但是他们采用的是相同的，额定值都是因此模块内的元件是可以互换的。运用、检修、维护时，都是以模块形式进行更换，然后送专用厂家进行维护检修。,逆变器功率模块,
11、2.3.2主变流器工作原理,机车采用两组主变流器UM1和UM2，每一组主变流器内含有3个牵引变流器，它们分别由主变压器的牵引绕组a1x1、a2x2、a3x3和a4x4、a5x5、a6x6供电，6组牵引变流器经过整流逆变后，分别给牵引电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6供电。当任何一组或几组牵引变流器支路出现故障时，均可通过故障隔离开关进行隔离，实现整车的冗余控制。牵引变流器主要由四象限整流器、中间直流电路和牵引逆变器几部分组成，每一部分的基本结构和工作原理如下：,中间直流电路,中间直流电路是四象限整流器和电机侧逆变器之间的中间环节。在三相交流传动系统中，中间直流电路起着很重要的作用，主要表
12、现为：在网侧整流器和电机侧逆变器之间实现瞬时功率平衡；储能电容向牵引电动机提供基波无功功率和高次谐波的通路；变流器换流能力直接受中间电路电压的影响，逆变器的调制电压质量也取决于其平衡程度，因此对它要求较高，总之，中间直流电路是保证交直交系统正常工作的一个重要环节。在中间直流回路中，直流电压产生2倍于输入电源频率的脉动（100Hz)，因此逆变器频率接近脉动频率时，牵引电动机电流产生脉动现象，由此而带来的问题是元件电流增加，电机转矩脉动增大。欧洲生产的电力机车一般是通过LC滤波器来减小直流电压脉动，但HXD3型电力机车取消了中间二次滤波回路环节，它是通过逆变器的软件控制，调节逆变器频率，使逆变器输
13、出电压正负周期的电压时间乘积趋于相等，来消除二次谐波电压的影响，大幅度抑制电动机电流脉动现象和转矩脉动现象。取消二次滤波回路，是HXD3型电力机车主回路的一个重要特点,HXD3型电力机车中间直流电路由中间电压支撑电容、瞬时过电压限制电路和主接地保护电路组成。中间电压支撑电容主要起稳定中间回路电压，同时可对四象限脉冲整流器和逆变器产生的高次谐波进行滤波。瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个接地信号传感器组成。每套机组分别含三套接地保护电路，可以分别对三个交直交牵引电路进行监测和保护，接地检测信号送TCMS，进行故障显示，接地保护开关设在控
14、制电器柜上，可进行故障切换运行。,逆变器、牵引电机电路,HXD3型交流传动货运电力机车的牵引逆变器是由IGBT元件组成的PWM逆变单元，整车的6个牵引逆变器分别向6台牵引电动机供电。由于牵引逆变器采用矢量控制模式，使异步牵引电动机具有快速反应的动态性能，实现了机车每个牵引电动机的独立控制。由于整车采用轴控方式，当整台机车的6个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀时，均可以通过牵引变流器的控制进行适当的补偿，以实现最大限度地发挥机车牵引力。,2.3.3主流器的保护电路,机车主电路的保护除原边过流保护及前边提到的瞬时过电压保护、接地保护外，在牵引变流器内，还设立了多种保护功能，以保
15、证牵引变流器和整车的安全运行。,水冷却系统的保护,牵引变流器的冷却系统是由复合冷却器的水空气热交换器、联管、阀门、储水箱、水泵、塞门、流量计、冷却介质等组成，利用去离子水和乙二醇的混合冷却介质通过热交换器对IGBT器件进行冷却，具有很好的冷却效果。在冷却系统中，设定了如下监视和保护：,A)通过流量计监测冷却水的流速，实现牵引变流器进口水压监测和失压保护；B)通过监测水空气热交换器风速，实现牵引变流器水冷却的保护；C)通过热敏电阻温度继电器对元件的监测，实现牵引变流器进出口水温的监视和保护；D)通过水位计，对储水箱的水位进行监视和低于最低许用水位的保护。,过流和过载保护,A)在每一组牵引变流器的
16、输入回路中，设有输入电流互感器ACCT，起控制和监视变流器充电电流及牵引绕组短路电流的作用，其动作保护值为1960A（us和ms)。保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号，通过按复位开关恢复；这种故障如果在分钟内连续发生两次，故障将被锁定，必须切断的控制电源，才能恢复正常。B)在每一组牵引变流器的输出回路中，设有输出电流互感器CTU、CTW，对牵引电机过载及牵引电机三相不平衡起控制和监视保护作用，牵引电机过载保护的动作值为1400A(us和ms)；保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触
17、器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。通过按复位开关恢复；这种故障如果在分钟内连续发生两次，故障将被锁定，必须切断的控制电源，才能恢复正常。,接地保护,牵引变流器的接地保护系统由跨接在中间回路的2个串联电容和1个接地信号检测传感器组成。当主牵引回路正常时，由于只有1点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。当主电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，传感器输出电流信号，使保护装置动作，其动作保护值为10A(1ms和150ms)。保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。此时
18、司机可将故障支路的 变流器切除,机车还剩56的牵引动力，继续维持机车运行，回段后再作处理，或者确认只有一点接地，也可将控制电器柜上对应的接地开关打至中立位，继续维持机车运行，回段后再作处理。,原边电压保护：,当原边网压高于32KV且持续0ms或者是高于3KV且持续ms时，CI保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发原边过压的信息。当原边网压低于KV且持续ms时，保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发原边欠压的信息。,瞬时过电压保护,在机车出现空转、滑行或者受电弓离线造成的网压中断等情况
19、时，牵引变流器的中间回路上可能出现瞬时过电压，为了防止这种过电压对变流器造成损坏，在中间直流回路设有瞬时过电压限制电路，由IGBT和限流电阻组成。这是一种多次重复方式的保护方法。当过电压存在时，该IGBT将导通，直流回路能量经限流电阻放电和释放，消除过电压。,牵引变流器中间直流回路电压范围保护,通过对牵引变流器中间直流回路电压传感器的监测，当牵引变流器的中间直流回路电压大于等于3200V时，中间回路瞬时过电压保护环节动作，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开；当牵引变流器的中间直流回路电压小于等于2000V时，中间回路低电压保护环节动作，四象限脉冲整流器和逆变器的
20、门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开（库内动车除外）。牵引变流器内部的控制电源故障时，通过微机系统内部检测实施保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开。,牵引变流器的检修安全连锁保护,在检查或操作牵引变流器之前，断开真空主断路器，降下受电弓，然后闭合主变流器的试验开关，通过司机台上的微机显示屏确认设备内的电容器已放电完毕后（小于36V），才能进行检查操作，否则中间回路的支撑电容上有很高的电压，没有及时放完，会危及人身安全,2.5库内动车,机车共设置两个主电路入库插座和主电路入库转换开关，方便机车库内动车的需要。库内电源通过单相插座送到二位或五位牵引电动机的主
21、变流器环节，进行库内动车作业。当需要用二位牵引电动机M2动车时，在主电路入库插座XSM1处接入库内动车电源引线，转换主电路入库转换开关QS3，再闭合地面电源，通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动；当需要用五位牵引电动机M5动车时，在主电路入库插座XSM2处接入库内动车电源引线，转换主电路入库转换开关QS4，再闭合地面电源，通过操纵司机控制器机车便可以向前、后移动。,主辅入库插座,辅助电路,机车的辅助电路分为三部分电路：辅助变流器供电电路110V充电电源模块电路辅助加热装置电路压缩机加热回路,3.1辅助变流器供电电路,电力机车辅助系统是机车的重要组成部分，包括通风、冷却系统、压缩机及空调等，
22、其作用是为机车牵引及制动系统提供保障的，而机车辅助变流系统又是为机车辅助系统提供三相交流电源的。因此辅助变流系统的好坏，直接关系到机车能否正常运行。HXD3型电力机车辅助变流系统的供电电路是由变压器辅助绕组、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，,辅助变流器供电电路图,3.1.1辅助变流器,机车设有2套辅助变流器，分别同2套主变流器安装在一起，组成功率变流柜。辅助变流器由四象限整流器、中间直流回路、逆变电路组成。辅助变流器能提供VVVF和CVCF三相电源，对辅助电机分类供电。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。,辅助变流器
23、,3.1.3辅助变流器供电电路,辅助变流器UA11、UA12的额定容量均为230kVA，分别由主变压器TM1的两个辅助绕组3U1、3U2供电，辅助绕组的电压均为399V。辅助变流器UA11的输出，经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM11给牵引风机电动机MA11、MA12、MA13、MA14、MA15、MA16和冷却塔风机电动机MA17、MA18供电。辅助变流器UA12的输出，同样经过辅助滤波器LC，通过输出接触器KM12给空气压缩机电动机MA19、MA20、主变压器油泵MA21、MA22、司机室空调EV11、EV12、主变流器内部的水泵WP1、WP2、辅助变流器风机APBM1、APBM2供电
24、，同时UA12还经过AT1隔离变压器，向司机室内的辅助加热设备和低温预热设备、卫生间及压缩机加热回路提供交流电源。,在辅助变流器UA11或辅助变流器UA12发生故障的情况下，微机柜TCMS将自动断开其相应的输出接触器KM11或输出接触器KM12，再闭合故障转换接触器KM20，把发生故障的辅助变流器的负载切换到另一套辅助变流器上，由该辅助变流器对全车的三相辅助电动机供电。当在库内需要对机车的辅助电动机进行动作及转向确认时，可通过辅助电路库用插座XSA1，并通过操作辅助电路库用转换开关QS11将DC600V库内电源引入辅助变流器UA12，进行辅助系统库内600V的动作试验。机车上的各辅助电动机均通
25、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的空气压力开关的控制。,3.1.4辅助变流器供电电路的保护,辅助变流器供电电路的接地保护每个辅助变流器的接地保护系统都是由跨接在中间回路的2个串联电容和1个接地信号检测传感器组成。辅助回路正常时，由于只有1点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。当辅助电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，
26、传感器输出电流信号，使保护装置动作。保护发生时，相控整流器和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,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
27、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电源，才可解锁。,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器的控制，DCPT5是用于逆变器的控制。当DCPT5监测到中间直流回路电压大于等于825V时，中间回路过电压保护环节动作，逆变器的门极均被封锁，逆变器停止输出；当DCPT5监测到中间直流回路电压小于等于580
28、V时，逆变器的门极被封锁，逆变器停止输出；当DCPT4监测到中间直流回路电压大于等于825V时，中间回路过电压保护环节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器K断开，四象限整流器停止输出；当DCPT4监测到中间直流回路电压小于等于270V时，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器K断开，四象限整流器停止输出；,辅助变流器输入电压的保护,当辅助变流器的输入电压（即辅助绕组的输出电压）低于283V时（即网压低于17.5KV时），低压保护环节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器K、AK断开，四象限整流器停止输出。当辅助变流器的输入电压高于502V时（即网压高于31.5KV时），过压保护环
29、节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器K、AK断开，四象限整流器停止输出。,110V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110V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32A。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，由非故障的辅助变流器向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。,3.2 110V充电电源模块电路,DC110V充电电源模块PSU含两组电源，通常只有一组电源工作，故障发生时另外一组电源自动启动，供给负载电源。DC110V充电电源采用
30、的是高频电源模块,输入电压DC750V,输出电压DC110V1%,(108.9111.1V)55A，6050W（25），采用自冷方式，控制电源电压采用DC750V。,机车控制电源的核心是DC110V充电电源屏PSU。机车110V控制电源采用的是高频电源模块与蓄电池并联，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UA11或UA12的中间回路电源，当UA11和UA12均正常时，由UA12向PSU 输入DC750V电源，当UA12故障时，转由UA11向PSU 输入DC750V电源。电源屏上设有两个转换开关
31、SW1和SW2，其中SW1有两档，“TCMS”和“手动控制”，SW2也有两档，“电源1”和“电源2”，其中“TCMS”档表示由微机自动控制，奇数日，电源1工作，偶数日，电源2工作，如果其中一组电源出现故障，可自动切换；“手动控制”表示人为设定，如果SW2置“电源1”，表示电源1工作，如果SW2置“电源2”，表示电源2工作，如果在手动状态下，电源出现故障，不能自动切换。,110V电源模块,蓄电池柜,3.3辅助加热装置电路,辅助加热回路的AC220V交流电源是由辅助变流器APU2通过隔离变压器AT1转换,进行供电的。机车辅助加热回路中，还设有低温预热回路，可以采用DC110V低温预热，也可以采用A
32、C110V低温预热。当低温预热开关QA72断开时，如果闭合自动开关QA56，接触器KM22闭合，将采用DC110V低温预热方式，对主变流器、辅助变流器、110V电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。预热一定时间，当辅助变流器正常工作后，可以闭合QA72，采用AC110V进行低温预热，此时继电器KE11和接触器KM21闭合，将采用AC110V低温预热方式，对主变流器、辅助变流器、110V电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。通过闭合自动开关QA73，可以对撒砂装置进行加热。,3.4压缩机加热回路,该部分电路是为了保证压缩机在也能可靠运转，而设置；压缩机加热时，压缩机不能打风,
33、压缩机加热回路电路,4机车控制监视系统电路,TCMS微机控制监视系统司机指令与信息显示电路机车逻辑控制和保护电路主变流器控制电路辅助变流器控制电路机车重联控制电路空调机组控制电路自动过分相控制电路弓网故障保护控制电路,4.1机车微机控制监视系统,微机控制监视系统TCMS,在整个机车控制中起主导作用，它的工作正常与否直接决定了机车能否安全、正常地运行,因此在配置上采取了双机冗余、双机热备措施，以提高系统的可靠性。TCMS完成机车下列方面的控制和保护功能：顺序逻辑控制、机车的牵引制动特性控制、定速控制、冗余控制、自动过分相控制、主变流器控制、辅助变流器控制和重联控制，并实现智能故障诊断、显示和机车
34、保护控制。,HXD3型电力机车控制框图,微机系统双机热备形式示意图,微机系统双机热备形式示意图（端故障）,TCMS微机控制柜,4.1.1TCMS主要完成的控制,牵引制动特性曲线的控制；（23t和25t切换：主CPU搭载基板PUZ33上的开关SW1置”0”是23t,开关SW置”0以外的数”是25t)定速控制;(速度15km/h,未采用空气制动)禁止功率输出；升弓控制；（控制上保证必须先断主断，才能降弓）压缩机起停控制；110V电源屏的控制；自动过分相控制；警惕装置控制；,对主断路器的闭合与分断控制,主断路器VCB作为机车的总保护开关，由多个结点控制，例如主变流器、辅助变流器等都可以将其断开，当所
35、有的结点都允许其闭合时，才能使其处于闭合状态。主断闭合：当微机柜TCMS接收到来自司机钥匙的“合主断”命令时，并且自身没有任何故障的情况下，允许闭合主断路器的连锁触点 主断断开：如果机车出现原边过流、变压器油温太高（100）、主变流器严重故障和辅助变流器严重故障或司机人为给出断主断的指令时，主断路器断开。,4.1.2 TCMS的故障处理与记录,TCMS在机车出现故障时，以显示屏显示、报警灯指示两种方式，通知操作人员，并自动完成相应的保护动作，记录发生故障时的相关信息，为后期诊断提供有用且必要的信息，而且还可以通过便携式计算机将故障履历下载进行分析和保存。,4.1.3 TCMS的信息显示,显示部
36、分设计的原则是显示简洁、明了醒目，但又兼顾现有的习惯。画面的上部为常显的信息，显示时间、速度、工况、重联状态等；中间区域为主信息显示区，根据不同的工况、按键的选择，将显示牵引/制动的有关参数、机器的状态、开关信息；底部为功能键区，由于采用触摸显示屏，因此它将根据不同的工况和选择，显示不同的功能键。通过显示屏亦可显示出机车重联与否以及重联机车的故障信息。显示模式在开机后根据不同工况来转换。,牵引/制动主画面,变流器画面,开关状态画面,辅助电源画面,故障履历画面,4.2司机指令与信息显示电路,在机车的I、II端司机室设置了完全相同的控制指令开关，可以分别对机车的微机控制与监视系统发出命令，实现机车
37、的控制。,司机指令与信息显示电路（端）,司机指令与信息显示电路（端）,4.3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将各辅助电动机自动开关、各风速继电器、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、主变流器试验开关、变压器温度过高保护开关、空气管路系统压力继电器等的状态指令送入微机柜TCMS，用于机车的各种工作逻辑控制、保护逻辑控制，并通过TCMS与主变流器和辅助变流器之间的通信，将有关控制指令信息送到主变流器和辅助变流器，达到整车联控的目的；还包括微机系统TCMS对受电弓、主断路器、压缩机、干燥器、踏面清扫、高压隔离开关等的控制指令输出。,4.4
38、主变流器与辅助变流器的控制电路,主变流器控制系统的核心任务是根据微机控制系统的指令，完成对四象限整流器的实时控制、逆变器暨交流异步牵引电动机的矢量控制和粘着控制，同时具备完整的故障保护、故障诊断功能和轻微故障的自恢复功能。,主变流器UM1和辅助变流器APU控制电路,主变流器UM2和辅助变流器控制电路,辅助变流器的控制系统,每一组辅助变流器设有独立的微机控制系统，实现辅助变流器的整流控制、逆变控制和外围接口信息的控制，并实现辅助变流器与微机控制监视系统的网络信息传递，完成辅助变流系统的故障诊断、保护与内部管理。,机车重联控制电路,4.5重联控制电路,在机车的每一端，分别设置了2个机车重联控制插座
39、和一个虚拟插座。机车采用以太网形式，实现本务机车的微机控制系统TCMS与重联机车的微机控制系统TCMS之间的信息传递，即以网络重联的形式，实现两台至4台机车间的重联控制。另外，在重联控制插座中，还设有机车重联电话信号，实现机车重联电话的重联。重联继电器的设定，是为了识别被重联机车的微机系统是否已正常上电。,重联控制的特点,多机重联时，微机控制系统发出的扭矩指令是由头车按照预置的牵引制动特性曲线，根据司机发出的牵引（制动）指令、级位指令及头车的速度，最终确定扭矩指令，该钮矩指令信息即控制头车，也控制其他重联机车，被重联机车的速度不参与计算，只接收头车的扭矩信息；通过重联插座不同点位的设置，可以确
40、保微机能自动识别每台被重联机车的操纵端，并随头车钥匙开关的控制，自动起动操纵端的制动显示屏LCDM；由操纵台发出的各种指令信息等，通过以太网传递，实现重联控制；机车的空转滑行保护、轴重转移控制等不参与重联控制；多机重联时，半自动过分相的控制：主断断时，多机同时断，主断合时，需要各车的微机控制系统通过网压判别，自行控制主断闭合。多机重联时，全自动过分相的控制是由每个重联机车自己单独控制。,机车重联时操纵端的确认,4.5其他控制电路,空调机组控制电路：自动过分相控制电路；弓网故障保护控制电路。,空调控制电路,自动过分相控制电路,弓网故障保护电路,和谐D3型交流传动货运电力机车微机网络系统介绍,和谐
41、D3型交流传动货运电力机车的微机网络系统即机车的控制系统，简称TCMS（Train Control&Monitoring System)。TCMS的核心任务是：根据司机指令完成对主变流器及异步电动机的实时控制、辅助变流器的实时控制、牵引/制动特性控制、传动系统的时序逻辑控制，显示机车运行状态，具备完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能。,2.机车微机控制系统,微机控制系统（简称TCMS）是机车的控制核心，微机控制柜连接机车主变流器、辅助变流器、控制电器柜、司机室操作台控制开关等电器设备，收集指令信息和各个电器设备的状态信息，综合处理后，完成
42、机车的控制功能。重联时通过Ethernet，向重联机车发送运行指令，接收重联机车的反馈信息。,2.1系统组成,TCMS对外接口,2.3TCMS机箱外形结构,2.2TCMS单元构成,AVR电源基板：将110V转换为24V、15V、5V；PUZ处理器基板：处理各个接口的输入信息；DET检测基板：检测系统故障，实时进行切换；SIF通讯基板：完成与CI和APU之间的通讯；AUX辅助基板：具有数字量输出、模拟量输入及脉冲量输入的功能；DIP开关量输入基板：采集全车的开关量信息；MDM重联控制基板：将本车的信息通过以太网传往他车，并将收到的他车信息传送给处理器单元，实现机车的重联功能。,2.3TCMS双机
43、热备系统,TCMS在整个机车控制中起主导作用，它的工作正常与否直接决定了机车能否安全、正常地运行。在主控制系统出现故障时，双机热备的机制将自动切换到辅控系统，确保机车维持运行到段，进行检修。,微机系统双机热备形式示意图(正常时),微机系统双机热备形式示意图(端故障时),2.3 TCMS主要完成的控制,牵引制动特性曲线的控制；（23t和25t切换：主CPU搭载基板PUZ33上的开关SW1置”0”是23t,开关SW1置”0以外的数”是25t)图定速控制;(速度15km/h,未采用空气制动)禁止功率输出；升弓控制；（控制上保证必须先断主断，才能降弓）压缩机起停控制；110V电源屏的控制；自动过分相控
44、制；警惕装置控制；,2.4 TCMS的故障处理与记录,TCMS在机车出现故障时，以显示屏显示、报警灯指示两种方式，通知操作人员，并自动完成相应的保护动作，记录发生故障时的相关信息，为后期诊断提供有用且必要的信息，而且还可以通过便携式计算机将故障履历下载进行分析和保存。,2.5 TCMS的信息显示,显示部分设计的原则是显示简洁、明了醒目，但又兼顾现有的习惯。画面的上部为常显的信息，显示时间、速度、工况、重联状态等；中间区域为主信息显示区，根据不同的工况、按键的选择，将显示牵引/制动的有关参数、机器的状态、开关信息；底部为功能键区，由于采用触摸显示屏，因此它将根据不同的工况和选择，显示不同的功能键
45、。通过显示屏亦可显示出机车重联与否以及重联机车的故障信息。显示模式在开机后根据不同工况来转换。,2.5 TCMS的信息显示,显示部分设计的原则是显示简洁、明了醒目，但又兼顾现有的习惯。画面的上部为常显的信息，显示时间、速度、工况、重联状态等；中间区域为主信息显示区，根据不同的工况、按键的选择，将显示牵引/制动的有关参数、机器的状态、开关信息；底部为功能键区，由于采用触摸显示屏，因此它将根据不同的工况和选择，显示不同的功能键。通过显示屏亦可显示出机车重联与否以及重联机车的故障信息。显示模式在开机后根据不同工况来转换。,显示区域的划分,画面名称显示区域,常显信息显示区域,可变信息显示区域,按键信息显示区域,模式转换部分框图,主变流器/牵引电机画面,开关状态画面,风机状态画面,辅助电源画面,空制状态画面,牵引/制动主画面,试运行画面,试运行画面,检修状态画面,记录画面,设定菜单画面,试验菜单画面,状态菜单画面,故障履历画面,故障履历画面,谢谢大家,AVR电源基板位置,PUZ处理器基板位置,回,DET检测基板位置,SIF通讯基板位置,AUX辅助基板位置,DIP开关量输入基板位置,MDM重联控制基板位置,
