机车电传动与控制3

机车电传动与控制第三章交-直流恒功率调速系统系黄海凤—直流恒功率调速系统中涉及以下四个主要问题：交直流恒功率调速系统中涉及以下个主要问题：¾为保证机车在恒功率下运行，牵引发电机应具有的理想外下运行牵引发电机应具有的特性；¾为使牵引发电机获得理想外特性而采用的励磁控制系统；¾牵引电动机采用磁场削弱来扩大恒功率调速范围的方法；¾同步牵引发电机电枢绕组采用并—串联换接或牵引电动机采用串并联换接扩大恒功率调速范围的方法。

—第一节交流牵引发电机的理想外特性内燃机车的电传动装置，主要应完成三个任务：¾机车需要柴油机发出满功率时，应使机车在规定的运行速度范围内保证柴油机在额定功率下工作；¾机车仅需柴油机以部分负荷运行时，应使机车在规定运行速度范围内保证柴油机能按其经济特性运行；¾机车应有良好的起动性能。

交—直流传动系统中，通过调节牵引发电器的外特性完成以交直流传动系统中通过调节牵引发电器的上三个任务。

牵引发电机作为牵引电动机的电源，需要改变其输出电压以满足机车起动及调速的要求；作为柴油机负载又要求在输出电压变化时维持柴油机功率不变。

满足上述要求的牵引发电机应具有什么样的理想外特性？一牵引发电机的理想外特性一、牵引发电机的理想外特性牵引发电机的输出功率与柴油机有效功率之间的关系可用下式表示：＝－Ｎ＝·ＰF 1000（Ｎe Ｎfj ）ηF ηZ ＵF ＩFＰF —牵引发电机直流侧的功率（Ｗ）；Ｎe —柴油机有效功率（ｋＷ）；Ｎ—由柴油机所驱动的辅助设备所消耗的功率（ｋＷ）；fj ηF —牵引发电机的效率；—硅整流器的效率；ηZ ＵF —整流后的牵引发电机电压（Ｖ）；Ｉ—整流后的牵引发电机电流（Ａ）。

F一、牵引发电机的理想外特性¾假设Ｎ不变，并忽略效率的变化，柴油机功率恒fj定，则Ｕ·ＩF=常数F这一双曲线通常称为牵引发电机的恒功率外特性曲线¾恒功率范围内的最高电压ＵFPmax限制¾恒功率范围内的最大电流ＩFPmax限制一、牵引发电机的理想外特性N ab U Fe U FPmax ·=持续工作区短时工作区U F I F 常数fg N e 牵引发电机按额定电流ＩFde 设计；U c 由ＩFde 分界，可dFde U FPmin 分为持续工作区与短时工作区。

e 图3-1牵引发电机的理想外特性I F0I Fe I FPmin I FPmax 图3-1 牵引发电机的理想外特性辅助装置功率变化的影响U F a b N fj 值最小时¾实际运行时辅助装置b`功率Ｎfj 会有所变化。

¾为维持柴油机功率不d 变，牵引发电机的理想d`I F 0e 外特性曲线是随着Ｎfj 的变化而变化的，称为功d N fj 值最大时图3-2 Ｎfj 变化时，牵引发电机的理想外特性率转移。

司机控制器各手柄位时的理想外特性曲线¾司机控制器的每一手柄位的理想外特性曲线同样都由恒功率、限流、限压区段所组成。

要求在最大手柄位时恒功率应与柴应油机额定功率相对应，低手柄位时各恒功率应与柴油机各转速下的经济特性曲线上的功率相对应。

¾低手柄位时的限电流值应该根据机车起动要求来选择。

般。

一般应在第一手柄位时限流值较小，但在低手柄范围内限流值增加较快，到较高手柄的范围内增大慢一些，以使机车起动既加较快到较高手柄的范围内增大慢些以使机车起动既快速又平稳，并能较好地控制轮对空转打滑现象。

¾各手柄位的限压值主要由牵引发电机的最大励磁电流所引起的励磁绕组发热所限制。

司机控制器各手柄位时的理想外特性曲线U F161412108642图3-2牵引发电机各手柄位的理想外特性I F图3 2 牵引发电机各手柄位的理想外特性二、同步牵引发电机的调整特性、为了得到同步牵引发电机的理想外特性，必须使为了得到同步牵引发电机的理特性，须使励磁电流随着负载电流的变化而变化。

当保持柴油机的转速不变时牵引发电机的励磁电流当保持柴油机的转速不变时，牵引发电机的励磁电流I FL 随负载电流I F 的变化关系，称为牵引发电机的调整特性，即I FL ＝f （I F ）。

牵引发电机的调整特性可通过它的自然外特性用图解法求得。

调整特性展示了同步牵引发电机励磁电流大致的调节规律，为设计励磁控制系统、正确选择元件参数提供依据。

二同步牵引发电机的调整特性二、同步牵引发电机的调整特性第二节牵引发电机恒功率励磁系统的基本工作原理一、恒功率励磁系统的组成主要由下列各个环节组成：给定信号单元发出各手把位的功率给定值G¾给定信号单元：发出各手把位的功率给定值G。

¾检测单元：检测柴油机或牵引发电机输出的实际功率。

比较环节进行比较¾比较环节：将功率检测信号J与功率给定信号G进行比较，得出偏差信号Pi （Pi=G－J）送往调节器。

调节器去控制执行元件¾调节器：根据偏差值Pi发出调节信号T去控制执行元件。

励磁系统的动态和静态性能一般均取决于调节器的性能。

用于调节牵引发电机励磁电流的装置所以又¾执行元件：用于调节牵引发电机励磁电流的装置，所以又称励磁调节装置。

¾被调对象：被调对象在恒功率励磁系统中，被调对象应该是柴油机或牵引发电机。

励磁系统的分类１、直接控制的励磁系统2、间接控制的励磁系统二、恒功率励磁系统的工作原理设牵引发电机已工作在恒功率外特U FI FL1＞I FL2b IFL1性曲线上的某点a，则G=J，偏差信号Pi等于零，调节信号T维持不变。

I FL2若机车运行中因阻力减小使牵引发电机电流减小时，则励磁电流瞬间未变工作点将按其a c c未变，工作点将按其自然外特性a cb上升至c点,显然P i=G－J＜0。

ac`恒功率曲线由于Pi＜0，使调节信号Ｔ值下降，励磁电流减小，从而使牵引发电机输出功率下降。

直到新的工作点图3-10 恒功率励磁系统调节过程I F0c`重合在恒功率外特性曲线上时为止。

此时Pi=G－Ｊ＝０，励磁电流不再变化不再变化。

三恒功率励磁系统的分类三、恒功率励磁系统的分类横功率调节系统按其工作原理可分为三类¾采用液力调节器(油马达)的恒功率励磁系统；¾采用的恒功率励磁系统（简称电电子调节装置子恒功率励磁系统；子恒功率励磁系统）；¾采用微机控制的恒功率励磁系统。

１、采用液力调节器的恒功率励磁系统¾常将完成恒功率励磁调节任务的液力元件与柴油机调速器组合在一起，故称为联合调节器，这种系统也称为采用联器组合在起故称为这种系统也称为采用联合调节器的恒功率励磁系统。

¾特点：对柴油机实行了以恒供油量及恒转速为目标的控制，从而实现柴油机恒功率控制。

¾该系统为双闭环控制系统——转速闭环系统和供油量（功率）闭环系统。

１ 采用液力调节器的恒功率励磁系统¾函数变换器：给出符合柴油机经济特性曲线的转速与供油 量给定信号之间的关系曲线 ¾功调伺服器、供油伺服器——积分调节器21２、电子恒功率励磁系统¾主要依靠电子装置来完成恒功率调节任务的励磁系统，目前已发展比较完善；¾由于发电机输出功率比较容易检测，而柴油机功率一般不易直接检测 所以电 恒功率励磁系统通常以调节牵引 不易直接检测，所以电子恒功率励磁系统通常以调节牵引 发电机输出功率恒定为目标。

¾其特点是只要设定了各司机手柄位的功率给定值，牵引发电机就可获得各手柄位下的理想外特性曲线；整个电子 系统的响应速度快，具有良好的动态性能。

¾为了能够保证柴油机恒功率，必须解决辅助装置功率转 为了能够保证柴油机恒功率 必须解决辅助装置功率转移的问题。

22２、电子恒功率励磁系统 、¾调节器：常用比例放大器、比例积分器等 ¾执行元件：常用斩波器、可控整流器等23辅助装置功率转移¾ 当机车辅助装置功率变化时，为维持柴油机恒功率， 必须相应地改变牵引发电机的功率以维持柴油机功率恒定。

一 设置辅助装置的功率检测环节24辅助装置功率转移二 当辅助装置功率变化时，相应改变牵引发电机的功率 给定信号值，以维持柴油机功率不变。

一般多利用联合调节 给定信号值 以维持柴油机功率不变 般多利用联合调节 器来实现辅助功率转移。

25３、微机控制恒功率励磁系统简单地说就是用微机或微处理器完成功率检测、比较 及调节等功能。

实际上，微机的作用远不止于此，它还具有 调节等功能 实际上 微机的作用远不止于此 它还具有 许多常规系统无法比拟的复杂功能，使整个内燃机车系统更 加完美。

¾ 在微机控制中许多复杂的控制功能都是通过软件编程、数 学运算来实现的，从而大大简化了电路结构。

¾ 微机控制能更方便地综合多种信号，实现各种复杂的逻辑 能更方便 综 多种 ，实现 种复杂 辑 控制及各种特殊规律的控制；微机能完成各种控制算法， 从而实现系统的最优控制。

¾ 微机控制系统还能方便地实行机车运行参数的实时检测、 自动显示 存储及故障报警 保护等功能 自动显示、存储及故障报警、保护等功能。

26第三节 东风4型机车恒功率励磁系统27一 东风4型机车恒功率励磁系统的基本原理 一、东风DF4型 DF4型系列机车 是我国生产的 主要干线机车 DF4B型 DF4C型 DF4D型 ¾ DF4型系列机车主要依靠液力元件来进行恒功率励磁调节。

在结构上，完成恒功率励磁调节任务的液力元件与柴油机调 速器组合在一起，称为联合调节器。

28DF4联合调解器¾ 以控制柴油机恒功率为目标。

¾ 通过全制式调速器进行恒转速控制，此时，柴油机供 油量信号就可作为柴油机的功率信号。

¾ 当规定转速下的供油量恒定时，则该转速下的功率值 也为恒定。

¾ 因此是一个双闭环系统，即一个是恒转速闭环，另一 因此是 个双闭环系统 即 个是恒转速闭环 另 个是恒供油量闭环。

29一 东风4型机车恒功率励磁系统的基本原理 一、东风30一东风一、东风4型机车恒功率励磁系统的基本原理柴油机负载变化转速变化供油量变化柴油机负载恢复保证柴油机发电机励磁调节供油量恢复恒功运行¾当调节过程完毕，调节系统处于平衡状态时，柴油机必定既处于给定转速值下，又在给定供油量下工作，柴油机功率。

保持恒定二、联合调节器的工作原理三、恒功率励磁控制系统调节过程、恒率励控制系统节过程（一）机车起动：柴油机空载启动后，主手柄从0为提到1位，牵引发电机获得励磁电流而发电牵引电动机获得电流而驱牵引发电机获得励磁电流而发电，牵引电动机获得电流而驱动机车开始走车。