DF10D型內(nèi)燃機車電氣系統(tǒng)

中車集團大連機車車輛有限公司技術(shù)開發(fā)部DF4D型內(nèi)燃機車電氣系統(tǒng)DF10D型內(nèi)燃機車電氣系統(tǒng)2018年9月杜亞彬2目錄第一部分電氣系統(tǒng)概述第二部分電傳動原理第三部分主要部件第四部分電路圖及故障判斷與處理中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程3第一部分電氣系統(tǒng)概述一電力傳動裝置的作用二電氣系統(tǒng)的內(nèi)容三電氣設(shè)備布置中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程4第一部分電氣系統(tǒng)概述一DF10DDA型內(nèi)燃機車是我公司于2007年研發(fā)的車型，是我公司一種非常成熟的車型。內(nèi)燃機車的動力是柴油機，從柴油機到機車動輪之間，由電氣設(shè)備組成的中間環(huán)節(jié)，叫做電力傳動裝置。它的任務(wù)是使柴油機工作特性適合于機車牽引的要求。對機車而言，要求能充分利用其動力裝置的額定功率，即要求機車牽引力與運行速度的乘積接近于柴油機扣除輔助功率輸出的牽引功率，其表達(dá)式為：（Ne-Nf)*η=FV/3600式中：F—機車牽引力(N)；V—機車速度(km/h)；Ne—柴油機輸出功率(kW)；Nf—機車輔助裝置消耗功率(kW)；η—機車傳動裝置的總傳動效率。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程5第一部分電氣系統(tǒng)概述一按照上述表達(dá)式繪制內(nèi)燃機車?yán)硐霠恳匦?，如上圖左所示。在理想牽引特性曲線內(nèi)，大部分區(qū)段牽引力F與速度V呈等邊雙曲線關(guān)系即F·V=C(C為常數(shù))。由圖可見，在機車按理想牽引特性運行時，柴油機功率在機車主要的運行速度范圍內(nèi)都應(yīng)保持恒定，也就是說柴油機功率能被充分利用。實際上，機車最大速度Vmax受牽引電動機結(jié)構(gòu)和機車結(jié)構(gòu)速度的限制，恒功率的最大速度則受牽引電動機換向等條件的限制。機車最大牽引力Fmax受機車動輪與鋼軌之間粘著牽引力的限制和電機溫升等的限制。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程6第一部分電氣系統(tǒng)概述一

柴油機的工作特性見如上圖右所示，圖中，曲線①為柴油機轉(zhuǎn)矩特性[M=f(n)]，曲線②為功率特性[Ne=f(n)]。由機車特性和柴油機特性可以看出兩者之間有諸多不能直接匹配之處：1．柴油機轉(zhuǎn)速的變化，有最低工作轉(zhuǎn)速nmin和最高工作轉(zhuǎn)速nmax。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于nmin時，柴油機便會“熄火”，停止工作；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于nmax時，便會造成柴油機的機械損壞，因而柴油機轉(zhuǎn)速變化范圍很窄。而對機車而言，需要具有寬廣的速度變化范圍，它的最低速度為“0”；最高速度可達(dá)機車的最高速度Vmax。由此可見，柴油機轉(zhuǎn)速n與機車速度V兩者不適應(yīng)。2．柴油機曲軸輸出的轉(zhuǎn)矩M，幾乎不隨轉(zhuǎn)速n變化，而機車卻要求牽引力F與機車速度V成反比的變化，而不是與機車速度無關(guān)。由此可見，柴油機與機車輪對不能直接偶合。

中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程7第一部分電氣系統(tǒng)概述一3．柴油機輸出功率Ne隨轉(zhuǎn)速n，基本上呈直線變化；只有轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min時，功率才能達(dá)到最大值。而機車功率P與機車運行速度V有特殊固定的關(guān)系，由此可見，柴油機功率N與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系和機車功率P與速度V的關(guān)系，兩者有很大區(qū)別。4．柴油機要無負(fù)荷啟動；而機車要在牽引大量列車情況下，有負(fù)荷啟動，兩者也不能適應(yīng)。5．柴油機只能單一方向旋轉(zhuǎn)，而機車要能夠前、后兩方向運行。柴油機與機車不能直接偶合。6．機車運行中，在輸出功率不變的情況下，受線路阻力的影響，機車速度V在很大的范圍內(nèi)，隨時變化；而此時此刻，不允許柴油機轉(zhuǎn)速n超出名義轉(zhuǎn)速，即外界環(huán)境條件不斷的在影響機車速度V，而要求不影響柴油機轉(zhuǎn)速n。

中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程8第一部分電氣系統(tǒng)概述一綜上所述，柴油機工作特性與機車工作特性之間存在很大的不適應(yīng)性和矛盾。為解決上述柴油機與機車之間的諸多問題，東風(fēng)4D型內(nèi)燃機車采用交—直流電力傳動裝置。傳動裝置主要包括：同步主發(fā)電機、牽引電動機、啟動發(fā)電機、勵磁機、測速發(fā)電機、蓄電池、牽引整流柜等。為控制、保護和監(jiān)視這些設(shè)備正常工作，還裝設(shè)許多輔助設(shè)備。如：內(nèi)燃機車控制器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接觸器、繼電器、司機控制器、電測儀表、照明系統(tǒng)等。機車上各種電機、電器、儀表及各種電氣裝置之間的相互關(guān)系、工作原理、動作程序等見機車主電路、勵磁電路、輔助電路、控制電路、照明電路及其他電路的電路圖。

中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程9第一部分電氣系統(tǒng)概述一二、電力傳動裝置的主要作用1、牽引驅(qū)動：使柴油機功率充分利用，機車速度范圍更寬。2、電阻制動：將列車的動能和勢能轉(zhuǎn)化為電能在電阻柜上消耗。3、輔助傳動：實現(xiàn)柴油機啟動、輔助機組工作、蓄電池充電及機車照明供暖等。4、控制操縱：保證柴油機啟動、調(diào)速；機車牽引、制動轉(zhuǎn)換；前進(jìn)、后退方向的轉(zhuǎn)換等。5、監(jiān)視保護：使司乘人員了解機車各部分的工作狀態(tài)。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程10第一部分電氣系統(tǒng)概述一中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程11第一部分電氣系統(tǒng)概述二電氣系統(tǒng)的內(nèi)容一、主傳動系統(tǒng)東風(fēng)10DDA型內(nèi)燃機車采用交直流電力傳動。柴油機通過聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動同步主發(fā)電機發(fā)電，把柴油機的機械能轉(zhuǎn)換成電能。主發(fā)電機發(fā)出的三相交流電，經(jīng)主整流柜整流成直流后，由直流牽引電動機再把電能轉(zhuǎn)變成機械能，并經(jīng)傳動齒輪，驅(qū)動機車動輪。二、勵磁系統(tǒng)DF10DDA機車主發(fā)勵磁由機車控制器控制完成，無刷勵磁。DF4DD:主發(fā)勵磁由柴油機驅(qū)動的勵磁機提供。勵磁機勵磁由內(nèi)燃機車控制器或測速發(fā)電機提供。而測速發(fā)電機的勵磁，是由功率調(diào)整電阻控制的。三、起動和輔助發(fā)電系統(tǒng)起動柴油機時，蓄電池向啟動發(fā)電機供電，驅(qū)動柴油機轉(zhuǎn)動。柴油機起動后，啟動發(fā)電機轉(zhuǎn)變成發(fā)電狀態(tài)，供蓄電池充電和控制、輔助及照明系統(tǒng)用電。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程12第一部分電氣系統(tǒng)概述二電氣系統(tǒng)的內(nèi)容四、控制和保護系統(tǒng)包括柴油機轉(zhuǎn)速、功率、機車運行方向、輔助發(fā)電、空壓機工作等的控制和安全保護系統(tǒng)。五、測量和指示燈系統(tǒng)包括各種電表，如電壓表、電流表、電測壓力表、溫度表、轉(zhuǎn)速表以及如卸載、空轉(zhuǎn)和保護系統(tǒng)各故障指示燈。六、照明系統(tǒng)包括車內(nèi)外各處照明及插座。七、其他輔助裝置包括風(fēng)源凈化裝置、電熱玻璃等。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程13第一部分電氣系統(tǒng)概述二電氣系統(tǒng)的內(nèi)容八、交流輔助傳動系統(tǒng)DF10DDA機車交流輔助傳動：交流輔發(fā)、輔助整流、輔逆變、空壓機、冷卻風(fēng)扇電機、牽引通風(fēng)機電機等DF4DD（DF10DDB):輔助系統(tǒng)機械傳動+直流電機。

制動部件室司機室電氣室傳動室動力室冷卻室輔助室

車鉤

轉(zhuǎn)向架燃油-蓄電池箱轉(zhuǎn)向架車鉤

第一部分電氣系統(tǒng)概述三、電氣設(shè)備布置中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程15第二部分電傳動原理一電傳動原理二牽引性能牽引能力三中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程16第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理一、概述恒功率調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是，機車運行中，司機控制器主手柄不變，柴油機在一定的轉(zhuǎn)速下，隨列車運行阻力不斷變化，使同步主發(fā)電機輸出電流、電壓能滿足恒功率的要求，充分利用柴油機功率。恒功率調(diào)節(jié)可分為以下三種工況：

1．內(nèi)燃機車控制器微機勵磁，主發(fā)電機恒功率輸出。2．油馬達(dá)勵磁，柴油機供油齒條恒定。3．切缸勵磁，柴油機不同轉(zhuǎn)速時，與微機勵磁比，主發(fā)輸出功率降低。柴油機的最大運用功率與同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜輸出的電功率之間的關(guān)系，可用下式表示：

PF＝(Ne-Nf)ηFηZ＝UFIF10–3

式中:PF-同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜的輸出功率(kW)；東風(fēng)4D:2604kW(柴油機轉(zhuǎn)速為1000r/min)Nf-由柴油機驅(qū)動的輔助設(shè)備所消耗的功率(kW)；東風(fēng)4D：220kW(柴油機轉(zhuǎn)速為1000r/min)Ne-柴油機的裝車功率(kW)；東風(fēng)4D調(diào)：2960kW(柴油機轉(zhuǎn)速為1000r/min)ηF-同步主發(fā)電機的效率；≈0.96ηZ-牽引整流柜的效率；≈0.99UF-同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜的輸出電壓(V)；IF-同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜的輸出電流(A)。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程17第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理機車輔助功率Nf主要由牽引電動機通風(fēng)機、冷卻風(fēng)扇、空氣壓縮機和機車輔助設(shè)備用電等組成，一般與列車運行情況無關(guān)，當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速一定時，最大輔助功率可近似認(rèn)為是常數(shù)。同步主發(fā)電機的效率ηF與負(fù)載電流有關(guān)，在東風(fēng)10D型調(diào)車內(nèi)燃機車上，同步主發(fā)電機的調(diào)壓比較小，在恒功率范圍內(nèi)，ηF的變化不大，而牽引整流柜的效率ηZ的變化也很小，可以認(rèn)為是不變的。從公式(8-1)中可以看出，要保持柴油機額定功率Ne不變，當(dāng)機車輔助功率Nf一定時，同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜輸出的功率PF＝UFIF應(yīng)接近一恒值，即其外特性應(yīng)是等邊雙曲線。同步主發(fā)電機理想外特性：中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程18第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理

恒功率的最高電壓愈高，機車的恒功率速度愈高；恒功率的最大電流愈大，機車的恒功率牽引力就愈大，這是機車牽引性能所要求的。實際上，因為同步主發(fā)電機和牽引整流柜都有最高額定電壓值和最高額定電流值的限制，因此，同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜的理想外特性就不是無限延伸的雙曲線，而是如圖8-1中ABCDE所示，其中，線段AB表示受最高電壓限制，線段DE表示受最大電流限制，線段BCD表示恒功率區(qū)域。B點相對應(yīng)的電壓，稱恒功率范圍內(nèi)最高電壓UFmax，所對應(yīng)的電流稱恒功率范圍內(nèi)最小電流IFmin。D點相對應(yīng)的電流為恒功率范圍內(nèi)最大電流IFmax，所對應(yīng)的電壓為恒功率范圍內(nèi)最小電壓UFmin。C點所對應(yīng)的電壓稱額定電壓Ue，相應(yīng)的電流稱額定電流Ie。同步主發(fā)電機的理想外特性由額定電流值分界，可分為短時工作區(qū)和持續(xù)工作區(qū)，當(dāng)IF≤IFe時，同步主發(fā)電機可持續(xù)運行，而當(dāng)IF＞IFe時，電機只能做短時運行(如機車啟動時)。當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速改變時，同步主發(fā)電機也相應(yīng)的具有不同的理想外特性曲線。圖8-1中，如以ABCDE表示柴油機在額定轉(zhuǎn)速1000r/min下同步主發(fā)電機外特性曲線。當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速降低時，柴油機功率亦隨之下降，同步主發(fā)電機所維持的恒功率值也下降，所對應(yīng)的理想外特性曲線也改變，如圖8-1中曲線B1C1D1E，當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速再下降時，柴油機功率再隨之下降，其理想外特性變?yōu)锽2C2D2E。柴油機轉(zhuǎn)速愈低，柴油機功率亦愈低，其理想外特性曲線愈向座標(biāo)原點靠近。東風(fēng)4D型內(nèi)燃機車，通過對電機勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使同步主發(fā)電機按理想外特性曲線工作。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程19第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理二、恒功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)同步主發(fā)電機經(jīng)牽引整流柜輸出電流的大小，取決于列車的運行阻力(主要是坡道阻力)，同步主發(fā)電機經(jīng)整流后輸出電壓的大小與電機轉(zhuǎn)速以及勵磁磁通成正比。在固定轉(zhuǎn)速(n＝常數(shù))時，唯一可以人為調(diào)節(jié)的，就是同步主發(fā)電機勵磁磁通φFL，而磁通φFL取決于勵磁電流IFL(φFL∝IFL)，因此，同步主發(fā)電機實現(xiàn)恒功率特性的調(diào)節(jié)，實質(zhì)是對其勵磁電流的調(diào)節(jié)。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程20第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理當(dāng)柴油機的輸出功率等于負(fù)載的總功率時，柴油機平衡在一定的轉(zhuǎn)速下工作，一旦外界擾動使柴油機的負(fù)載發(fā)生變化時，機組原來的平衡位置遭到破壞，負(fù)載阻力矩與柴油機的輸出轉(zhuǎn)矩失去平衡。這一現(xiàn)象首先反映在機組轉(zhuǎn)速的變化上。通過測量機構(gòu)把這一轉(zhuǎn)速的變化反映出來，再通過放大機構(gòu)并由執(zhí)行機構(gòu)使同步主發(fā)電機的勵磁電路產(chǎn)生作用，使負(fù)載的總功率恢復(fù)原位。此時，柴油機的轉(zhuǎn)速保持不變，即柴油機的功率恒定不變。ABKDE所示為同步主發(fā)電機在轉(zhuǎn)速恒定(n＝常數(shù))、勵磁電流恒定(IFL＝常數(shù))時的輸出外特性。與圖8-1中ABCDE所示理想外特性相比，它們的限壓、限流部分較為接近。但恒功率部分差異較大，所以可以利用其限壓、限流部分。而在恒功率區(qū)，則對同步主發(fā)電機的勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到較理想的外特性。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程21第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理

同步主發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性(IFL＝f(IF))。為了使同步主發(fā)電機具有恒功率特性，調(diào)節(jié)特性在不同負(fù)荷電流時的勵磁電流值具有馬鞍形的形狀。油馬達(dá)勵磁時，同步主發(fā)電機F的勵磁繞組是由經(jīng)三級放大的勵磁系統(tǒng)供電。第一級是由蓄電池供電，通過柴油機聯(lián)合調(diào)節(jié)器油馬達(dá)驅(qū)動整流子式可調(diào)電阻Rgt實現(xiàn)對測速發(fā)電機CF勵磁繞組的控制。第二級是由測速發(fā)電機CF供電，將經(jīng)放大的電流向勵磁機L的勵磁繞組提供勵磁。第三級是由勵磁機L供電，發(fā)出經(jīng)過放大的三相交流電，經(jīng)硅整流裝置2ZL整流后，向同步主發(fā)電機F的勵磁繞組提供勵磁。最后同步主發(fā)電機F發(fā)出三相交流電經(jīng)硅整流裝置1ZL整流后，向六臺牽引電動機供電實現(xiàn)機車牽引運行。所以同步主發(fā)電機F的工作狀態(tài)，很大程度上取決于油馬達(dá)帶動的功調(diào)電阻Rgt的控制和聯(lián)合調(diào)節(jié)器的調(diào)控性能。中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程22第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理三、機車速度自動調(diào)節(jié)對于電傳動的內(nèi)燃機車而言，牽引電動機電樞軸經(jīng)過主動齒輪、從動齒輪與機車輪對相連，因此，對機車運行速度的調(diào)節(jié)，實際上就是對牽引電動機轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。而自動調(diào)節(jié)的主要任務(wù)，就是使?fàn)恳妱訖C在給定的同步主發(fā)電機恒功率曲線上運行，盡量擴大機車恒功率的速度范圍，充分利用柴油機功率。式中：UD-牽引電動機端電壓(V)ID-牽引電動機負(fù)載電流(A)ΣR-牽引電動機的內(nèi)電阻(Ω)Ce-電機的電勢常數(shù)中車大連機車車輛有限公司培訓(xùn)課程23第二部分電傳動原理

一電傳動調(diào)節(jié)原理