SS4G型電力機(jī)車主電路(見附圖一)是以SS4、SS5和SS6型機(jī)車主電路為基礎(chǔ)，并消化、吸收了8K和6K型機(jī)車的一些先進(jìn)技術(shù)而設(shè)計的。具有如下主要特點：
1.機(jī)車采用加饋電阻制動，每節(jié)車四臺牽引電機(jī)主極繞組串聯(lián)，由一臺勵磁半控橋式整流器供電。每臺轉(zhuǎn)向架上的二臺牽引電機(jī)電樞與各自的制動電阻串聯(lián)后，并聯(lián)在一起，并與主整流器相串聯(lián)。
2.機(jī)車全部采用了霍耳傳感器檢測直流電流、電壓信號，以利司機(jī)安全，并可提高系統(tǒng)的控制精度。
3.為提高機(jī)車功率因數(shù)和改善通訊干擾，機(jī)車增加了PFC裝置。
一、網(wǎng)側(cè)高壓電路
網(wǎng)側(cè)高壓電路包括兩部分：變壓器原邊的牽引電流電路及低壓測量電路。如下圖所示。
圖4-1 網(wǎng)側(cè)高壓電路
由受電弓1AP引入接觸網(wǎng)高壓電，經(jīng)主斷路器4QF、高壓電壓互感器6TV、高壓電流互感器7TA引入機(jī)車內(nèi)部，原邊電流經(jīng)主變壓器8TM的高壓(原邊)繞組AX，由機(jī)車接地裝置向牽引變電所回流。二節(jié)車之間的25kV母線用高壓聯(lián)接器2AP進(jìn)行連接。
低壓部分有自動開關(guān)102QA、網(wǎng)壓表103PV、電度表105PJ、PFC用電壓互感器100TV，以及接地電刷110E、120E、130E和140E。這些電器設(shè)備所組成的電路主要用于檢測機(jī)車網(wǎng)壓和提供電度表用的電壓信號。
二、整流調(diào)壓電路
采用轉(zhuǎn)向架獨立供電方式，由二套獨立的整流調(diào)壓電路，分別向相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架供電。牽引繞組a1-b1-x1和a2-x2供電給主整流器70V，組成前轉(zhuǎn)向架供電單元;牽引繞組a3-b3-x3和a4-x4供電給主整流器80V組成后轉(zhuǎn)向架供電單元。
下圖所示為前轉(zhuǎn)向架單元的三段不等分半控橋式整流調(diào)壓電路。其中各段繞組的電壓為Ua2x2=Ua1x1=2Ua1b1=2Ub1x1=699.5V
圖4-2 前轉(zhuǎn)向架單元整流調(diào)壓電路
三段不等分整流橋的工作順序簡述如下：
首先投入四臂橋。即觸發(fā)四臂橋的晶閘管，投入a2-x2繞組。整流電壓由零逐漸升至1/2Ud(Ud為總整流電壓)，六臂橋的整流元件續(xù)流。當(dāng)四臂橋滿開放后，六臂橋投入。先投入繞組a1-b1，整流電壓在1/2~3/4Ud之間調(diào)節(jié)。待滿開放后，b1-x1繞組再投入，整流電壓在3/4Ud~Ud之間調(diào)節(jié)。
在整流器的輸出端還分別并聯(lián)了兩個電阻75R和76R，其電阻的作用有兩個：一是機(jī)車高壓空載做限壓試驗時，作整流器的負(fù)載，起續(xù)流作用;二是正常運行時，能夠吸收部分過電壓。
三、牽引電路
機(jī)車的牽引電路，即機(jī)車主電路的直流電路部分，部分電路如下圖所示。
圖4-3 牽引電路示意圖
機(jī)車牽引電路，采用轉(zhuǎn)向架獨立供電方式。第一轉(zhuǎn)向架的第一臺牽引電機(jī)1M與第二臺牽引電機(jī)2M并聯(lián)，由主整流器70V供電;第二轉(zhuǎn)向架的第三臺牽引電機(jī)3M與第四臺牽引電機(jī)4M并聯(lián)，由主整流器80V供電。兩組供電電路完全相同且完全獨立。
牽引電機(jī)支路的電流路徑基本相同，現(xiàn)以第一牽引電機(jī)支路為例加以說明：其電流路徑為正極母線71→平波電抗器11L→線路接觸器12KM→電流傳感器111SC→電機(jī)電樞→位置轉(zhuǎn)換開關(guān)的“牽”-“制”鼓107QPR1→位置轉(zhuǎn)換開關(guān)的“前”一“后”鼓107QPV1→主極磁場繞組→107QPV1→牽引電機(jī)隔離開關(guān)19QS→107QPR1→負(fù)極母線72。
與主極繞組并聯(lián)的有固定分路電阻14R、一級磁削電阻15R和接觸器17KM、二級磁削電阻16R和接觸器18KM。14R與主極繞組并聯(lián)后，實現(xiàn)機(jī)車的固定磁削級，其磁削系數(shù)為0.96。15R通過接觸器17KM的閉合投入，實現(xiàn)機(jī)車的I級磁削級，其磁削系數(shù)為0.70。16R通過接觸器18KM投入，實現(xiàn)機(jī)車的Ⅱ級磁削級，其磁削系數(shù)為0.54。當(dāng)17KM和18KM同時閉合時，15R和16R同時投入，實現(xiàn)機(jī)車的Ⅲ級磁削級，其磁削系數(shù)為0.45。
牽引電機(jī)故障隔離開關(guān)19QS、29QS、39QS和49QS均為單刀雙投開關(guān)，有上、中、下三個位置。上為運行位，中為牽引工況故障位，下為制動工況故障位。
庫用開關(guān)20QP和50QP為雙刀雙投開關(guān)。在正常運行位時，其主刀與主電路隔離，其相應(yīng)輔助接點接通受電弓升弓電磁閥，方可升弓;在庫用位時，其主刀將庫用插座30XS或40XS的庫用電源分別與2M電機(jī)或3M電機(jī)的電樞正極引線22或32及總負(fù)極72或82連接，其輔助接點斷開受電弓升弓電磁閥的電源線，使其在庫用位時不能升弓。只要20QP或50QP之一在庫用位，即可在庫內(nèi)動車。同時，通過相應(yīng)的聯(lián)鎖接點可分別接通12KM和22KM或32KM和42KM，從而使1M或4M通電，以便于工廠或機(jī)務(wù)段出廠試驗時試電機(jī)轉(zhuǎn)向、出入庫及旋輪。
空載試驗轉(zhuǎn)換開關(guān)10QP和60QP為叁刀雙投開關(guān)。當(dāng)機(jī)車處于正常運行位時，10QP和60QP將1位和4位電壓傳感器112SV和142SV分別與1M和4M的電樞相連，其相應(yīng)輔助接點接通12KM、22KM、32KM和42KM的電空閥;當(dāng)機(jī)車處于空載試驗位時，10QP和60QP將112SV和142SV分別與主整流器70V和80V的輸出端相連，同時短接76R和86R，其相應(yīng)輔助接點斷開線路接觸器12KM、22KM、32KM和42KM的電空閥電源線，使I0QP或60QP置于試驗位時電機(jī)與整流器脫開，確?？蛰d試驗時的安全性。
四、加饋電阻制動電路
SS4G型電力機(jī)車采用加饋電阻制動電路，主要優(yōu)點是能夠獲得較好的制動特性，特別是低速制動特性。下圖為機(jī)車加饋制動工況時的簡化電路圖。
圖4-4 加饋電阻制動簡化圖
加饋電阻制動是在常規(guī)電阻制動的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種能耗制動技術(shù)。在常規(guī)的電阻制動中，IZ隨著機(jī)車速度的減小而減小。因此，機(jī)車輪周制動力也隨著機(jī)車速度的變化而變化。為了克服機(jī)車輪周制動力在機(jī)車低速區(qū)域減小的狀況，加饋電阻制動從電網(wǎng)中吸收電能，并將該電能補(bǔ)足到IZ中去，以此獲得理想的輪周制動力。
根據(jù)理論分析可知，機(jī)車輪周制動力為
B=CφIZ (N)
式中C——機(jī)車結(jié)構(gòu)常數(shù);
φ——電機(jī)主極磁通(Wb);
IZ——電機(jī)電樞電流(A)。
機(jī)車處于加饋電阻制動時，經(jīng)位置轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到制動位，牽引電機(jī)電樞與主極繞組脫離與制動電阻串聯(lián)，且同一轉(zhuǎn)向架的二臺電機(jī)電樞支路并聯(lián)之后，與主整流器串聯(lián)構(gòu)成回路。此時，每節(jié)車四臺電機(jī)的主極繞組串聯(lián)連接，經(jīng)勵磁接觸器、勵磁整流器構(gòu)成回路，由主變壓器勵磁繞組供電。
為了能在靜止?fàn)顩r下檢查加饋制動系統(tǒng)是否正常，機(jī)車在靜止時，系統(tǒng)仍能給出50A的加饋制動電流(此時勵磁電流達(dá)到最大值930A)。
五、功率因數(shù)補(bǔ)償電路(PFC電路)
SS4G型電力機(jī)車主電路設(shè)置有四組完全相同的PFC裝置。其電路結(jié)構(gòu)見下圖。
該裝置是通過濾波電容和濾波電抗的串聯(lián)諧振，以降低機(jī)車的三次諧波含量，提高機(jī)車的功率因數(shù)。它主要由真空接觸器(電磁式)、無觸點晶閘管開關(guān)、濾波電容、濾波電抗和故障隔離開關(guān)等電器組成。
在PFC電路中設(shè)置有故障隔離開關(guān)，在PFC電路出現(xiàn)接地時做隔離處理用。當(dāng)故障隔離開關(guān)處于故障位時，一方面使PFC電路與機(jī)車主變壓器的牽引繞組完全隔離;另一方面，通過其輔助聯(lián)鎖控制真空接觸器主觸頭分?jǐn)唷Ｍ瑫r，其主閘刀還將對電容器進(jìn)行放電。
為確保人身安全，當(dāng)司機(jī)取出司機(jī)鑰匙時，因在每組PFC電路中的濾波電容和濾波電抗上并聯(lián)了一個低阻(800Ω)，使得濾波電容上的電壓能夠快速放電。該電阻的投入是靠一高壓繼電器(116KM、126 KM、156 KM和166KM)來實現(xiàn)的。
六、保護(hù)電路
SS4G型電力機(jī)車主電路保護(hù)包括：短路、過流、過電壓及主接地保護(hù)等四個方面。
1、短路保護(hù)
當(dāng)網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)短路時，通過網(wǎng)側(cè)電流互感器7TA→原邊過流繼電器101KC，使主斷路器4QF動作，實現(xiàn)保護(hù)。其整定值為320A。
當(dāng)次邊出現(xiàn)短路時，經(jīng)次邊電流互感器176TA、177TA、186TA及187TA→電子柜過流保護(hù)環(huán)節(jié)，使主斷路器4QF動作，實現(xiàn)保護(hù)。其整定值為3000A±5%。
在整流器的每一晶閘管上各串聯(lián)一個快速熔斷器，實現(xiàn)元件擊穿短路保護(hù)。
2、過流保護(hù)
考慮到牽引工況和制動工況時，牽引電機(jī)的狀況不同，牽引電機(jī)過流保護(hù)的整定值和保護(hù)方式設(shè)置不同。
在牽引工況時，牽引電機(jī)的過流保護(hù)通過直流電流傳感器111SC、121SC、131SC和141SC→電子柜→主斷路器來實現(xiàn)，其整定值為1300A±5%。
在制動工況時，牽引電機(jī)的過流保護(hù)通過直流電流傳感器111SC、121SC、131SC和141SC→電子柜→勵磁過流中間繼電器559KA→勵磁接觸器91KM來實現(xiàn)。其整定值為1000A±5%。
在制動工況時，設(shè)有勵磁繞組的過流保護(hù)，通過直流電流傳感器199SC→電子柜→勵磁過流中間繼電器559KA→勵磁接觸器91KM來實現(xiàn)。其整定值為1150A±5%。
3、過電壓保護(hù)
機(jī)車的過電壓包括：大氣過電壓、操作過電壓、整流器換向過電壓和調(diào)整過電壓等。大氣過電壓的保護(hù)主要采用兩種方式：一是在網(wǎng)側(cè)設(shè)置新型金屬氧化物避雷器5F;二是在主變壓器的各次邊繞組上設(shè)置RC吸收器。
當(dāng)機(jī)車主斷路器4QF打開或接通主變壓器空載電流時，機(jī)車會產(chǎn)生操作過電壓，通過網(wǎng)側(cè)避雷器5F和牽引繞組上的RC吸收器能夠?qū)Υ瞬僮鬟^電壓進(jìn)行限制。
機(jī)車的主整流器70V和80V、勵磁整流器99V的每一晶閘管及二極管上均并聯(lián)有RC吸收器，以抑制整流器的換向過電壓。
另外，牽引電機(jī)的電壓由主整流器進(jìn)行限壓控制，其限制值為1020V±5%。
4、接地保護(hù)
牽引工況下，每“轉(zhuǎn)向架供電單元”設(shè)一套接地保護(hù)系統(tǒng)，除網(wǎng)側(cè)電路外，主電路任一點接地時，接地繼電器均動作。接地繼電器動作之后，通過其聯(lián)鎖使主斷路器動作，實現(xiàn)保護(hù)。
制動工況下，具有兩套獨立回路，勵磁回路屬于第二回路。當(dāng)制動工況發(fā)生接地故障時，接地繼電器動作，通過其聯(lián)鎖使主斷路器動作，實現(xiàn)保護(hù)。