機(jī)車牽引變壓器原理

　　機(jī)車牽引變壓器是交流電力機(jī)車上的一個(gè)重要部件，用來把接觸網(wǎng)上取得的25KV高壓電壓變換為供給牽引電機(jī)及其他電機(jī)、電器工作所適合的電壓，其工作原理和普通電力變壓器相同。牽引變壓器主變壓器安裝在交流饋電的電力機(jī)車上，把饋電電源變換為適當(dāng)?shù)闹麟娐冯娫春洼o助電路電源。

　　電氣化鐵路運(yùn)輸是當(dāng)今世界技術(shù)最先進(jìn)的、應(yīng)用最廣泛的鐵路運(yùn)輸方式。電力機(jī)車是電氣化鐵路的牽引動力設(shè)備。而電力機(jī)車牽引變壓器主變壓器則是機(jī)車上最重要的設(shè)備之一，其運(yùn)行的安全可靠是關(guān)乎整個(gè)鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾蛩亍?/p>

　　我國電氣化鐵路采用單相工頻供電系統(tǒng)，額定工作電壓為25KV，正常的工作電壓20~29KV，允許偏差+16%和-20%，接觸網(wǎng)提供的單相工頻25KV電源，通過受電弓接觸進(jìn)入電力機(jī)車，電力機(jī)車牽引變壓器將此電壓降壓，多路輸出到牽引變流器主變流器、輔助變流器、勵磁電源、控制電源、旅客列車供電系統(tǒng)等其他用電設(shè)備。電力機(jī)車電動車組的牽引變壓器是電力牽引系統(tǒng)中電壓等級變換和電源分配的重要設(shè)備，也是電力機(jī)車電動車組中重量和體積最大、價(jià)格最貴的單臺電器設(shè)備。可以說電力機(jī)車牽引變壓器就是整個(gè)列車心臟，是列車動力的來源，其運(yùn)行狀況直接影響電氣化鐵路系統(tǒng)能否安全、高效的運(yùn)營。

　　機(jī)車牽引變壓器基本結(jié)構(gòu)

　　電力機(jī)車牽引變壓器的基本結(jié)構(gòu)分為芯式和殼式兩種。芯式結(jié)構(gòu)或殼式結(jié)構(gòu)是指變壓器鐵芯與繞組的相對位置而言。在我國，芯式變壓器在應(yīng)用上占有優(yōu)勢，除SS7以外都是采用心式結(jié)構(gòu)，SS7采用的是殼式結(jié)構(gòu)。如圖《電力機(jī)車牽引變壓器的基本結(jié)構(gòu)》所示。

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　　車型不同，各種繞組的配置也有所不同，但從總體結(jié)構(gòu)上來看，牽引變壓器可以分為鐵心、繞組、油箱、油保護(hù)裝置、冷卻系統(tǒng)、套管、變壓器油等七大組成部分。

　　鐵心

　　芯式變壓器和殼式變壓器的區(qū)別在于：

　　（1）芯式變壓器芯式變壓器的原、副繞組套裝在鐵心的兩個(gè)鐵心柱上，結(jié)構(gòu)簡單，電力變壓器一般采用心式結(jié)構(gòu)。

　　（2）殼式變壓器殼式變壓器的鐵心包圍繞組的上下和側(cè)面，制造復(fù)雜，小型干式變壓器多采用這種結(jié)構(gòu)。

　　如《殼式變壓器和心式變壓器的結(jié)構(gòu)圖》所示：

　　鐵心分為鐵心柱和鐵扼兩部分，鐵心柱上裝有繞組，鐵扼則主要是用于閉合磁路。我國的牽引變壓器鐵心柱采用11級階梯狀斷面，鐵扼則采用“T”型斷面，這樣可以降低高度。

　　線圈繞組

　　牽引變壓器的繞組分為高壓繞組和低壓繞組，高壓繞組只有一組，而低壓繞組有多組，按照功能可以分為牽引繞組、輔助繞組、勵磁繞組等。按照高、低壓繞組之間的相對位置，可以布置成同心式或交疊式兩類。同心式繞組指的是高、低壓繞組同心的套在鐵心柱上。而交疊式繞組通常被做成餅式，高、低壓繞組交疊的放置。同心式繞組按照其繞制方法的不同，又可以分為圓筒式、螺旋式和連續(xù)式等。

　　由于各種車型的性能側(cè)重點(diǎn)不同，所以各型號的牽引變壓器的各種繞組的繞制方法各有不同，例如SS8的高壓線圈采用的是連續(xù)式繞法，共有兩個(gè)高壓線圈，分別設(shè)置在A柱和X柱。兩個(gè)高壓線圈互相并聯(lián)。牽引線圈由于主電路采用不等分三段橋，所以被一分為二，一部分用于大橋，電壓為牽引總電壓的1/2，另一部則帶有中間抽頭，每一部分電壓為總電壓的1/4，其中大橋用牽引繞組采用雙螺旋式，小橋用牽引繞組采用雙餅式。輔助繞組也是采用雙餅式。勵磁繞組只安裝在X柱上，采用的是單層圓筒式繞法。

　　油箱

　　我國牽引變壓器的油箱一般都分為兩層，一層用以安放主變壓器，一層用以安裝其他電抗器設(shè)備。此外，在油箱上還裝有吊攀、活門、放油塞、壓力釋放閥、測溫桶等輔助裝置，方便變壓器的吊裝、油樣采集等操作。上油箱和下油箱之間都進(jìn)行了隔磁處理，割斷漏磁的通路。

　　油保護(hù)裝置

　　（1）儲油柜：儲油柜主要作用是防止因變壓器油熱脹冷縮引起的變壓器油箱油壓過高或缺油，因此其容量應(yīng)可以保證在變壓器最高工作溫度下，變壓器有不會溢出，在變壓器最低工作溫度下，儲油柜中還有油。

　　（2）油位表：用于顯示變壓器殼體中的油量。

　　（3）吸濕器：通過管道與儲油箱的上部相連，對變壓器油箱中的空氣除濕，并且在變壓器油冷卻收縮的時(shí)候，保證注入儲油箱的空氣是干燥的空氣。

　　（4）信號溫度計(jì)：常見的有WTZ-288和WTZK-02兩種型號，主要用于油溫測量，由測溫桶、金屬毛細(xì)管、彈簧等部件組成，信號溫度計(jì)還設(shè)有電接點(diǎn)，可以發(fā)出電信號，方便預(yù)警和控制。

　　（5）油流繼電器：常見的有YJ-100和YJ-100-A型，用以檢測變壓器內(nèi)油循環(huán)是否正常。它還帶有一組常開和常閉接點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)潛油泵的控制以及油循環(huán)故障報(bào)警。

　　（6）壓力釋放閥：當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障，或者外部電路出現(xiàn)短路導(dǎo)致變壓器溫度過高時(shí)，會引起變壓器油汽化，壓力釋放閥的存在可以保護(hù)油箱不至于被膨脹的氣體脹破，從而導(dǎo)致變壓器油的泄漏，最終導(dǎo)致變壓器無法工作。

　　冷卻系統(tǒng)

　　韶山系列機(jī)車的冷卻系統(tǒng)由油路和風(fēng)路系統(tǒng)組成，變壓器油在潛油泵的加壓下，由下向上流過主變壓器、電抗器、潛油泵、油流繼電器進(jìn)入冷卻柜，冷卻柜放置在通風(fēng)機(jī)的風(fēng)道中，冷卻風(fēng)由上往下吹過冷卻柜，將變壓器油冷卻，冷卻后的變壓器油經(jīng)管路回到主變壓器。

　　套管

　　套管的主要作用就是將變壓器的接線引出來，根據(jù)材料可以分為兩種，一種采用電瓷件為絕緣件，一種采用膠木板作為絕緣件，以膠木板為絕緣件的套管還可以由接線頭的個(gè)數(shù)分為二聯(lián)、三聯(lián)等。

　　變壓器油

　　變壓器油主要起絕緣和冷卻的作用。為無色無味粘稠狀液體。在使用一段時(shí)間后會發(fā)黃，絕緣系數(shù)下降，所以每次輕大修時(shí)，根據(jù)采樣測試的結(jié)果，有可能需要更換。

　　此外，為了減少整流電壓的脈動，改善電機(jī)的換向、提高機(jī)車的功率因數(shù)，減少電網(wǎng)諧波，降低供電所無功功率，電力機(jī)車根據(jù)不同型號的需求，還加裝了各種電抗器來實(shí)現(xiàn)上述功能。主要包括：平波電抗器、濾波電抗器、功率因數(shù)補(bǔ)償電抗器、磁場分流電抗器等
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