内燃机车电传动——概述

《内燃机车电力传动控制》1、概述电力传动系统的各项功能是通过一定形式的电路驱动各种电气设备得以实现的，电传动内燃机车上的电路，按其作用可以分为主电路、调节电路、辅助电路和控制电路四大系统。

主电路将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个系统，实现机车的功率传输，是电传动机车最重要的组成部分之一，不但决定电传动机车的类型，而且在很大程度上决定该型机车的基本特性。

因此主电路性能的优劣，在很大程度上决定了机车性能的好坏、投资的多少及运行费用的高低等主要技术经济指标。

调节电路在交-直流传动中通常是内燃机车上保证柴油机发电机组恒功率运行的励磁调节系统，它包括牵引发电机的励磁回路及恒功率励磁调节回路等；在交-直-交流传动中则是指保证柴油机发电机组恒功率运行的牵引发电机励磁调节和逆变器变压变频调节系统。

调节电路应尽可能扩大牵引电机的恒功率范围，使机车在宽广的速度范围内都能充分发挥柴油机的功率，获得良好的经济运行特性，满足内燃机车牵引性能的要求。

辅助电路将机车上的各种辅助电气设备和辅助电源连成一个系统，成为保证机车正常运转不可缺少的电气装置。

机车上的辅助电气设备包括：通风机、空气压缩机、油泵等的拖动电机、起动辅助发电机、蓄电池、照明设备等。

辅助传动系统通常为直流传动，由辅助发电机在电压调整器（或微机）的控制下向辅助电路提供110v的直流电，再由各种直流电动机驱动辅助装置运转。

由于是恒定的110v直流电压供电，各辅助直流电动机基本不能调速，只能按工况以一定的转速运转或停止，使辅助系统并非保持在最佳工况下运转，工作效率不高。

另有一部分辅助装置则是由机械或液压驱动，工作效率同样不高。

因此，为提高机车整个辅助系统的性能及效率，近年来开始发展辅助交流传动系统，辅助装置的拖动电机为交流电动机，能够根据工况的变化进行变频或变极调速，使辅助系统处于最佳工作状态及工作效率。

控制电路将控制主电路和辅助电路各电气设备的控制电器、信号装置和控制电源连成一个电气系统，实现对机车的操纵和控制。

电传动原理第一节内燃机车电传动装置1.传动装置：内燃机车原动机为柴油机，从柴油机的曲轴到机车车轮之间，有一套数比可变的中间环节，这个环节称为传动装置。

2.传动装置的分类：机械传动（直接啮合）、液力传动（扭转器）、电传动（带电机）三种方式。

3.柴油机工作特性及机车牵引特性分析A柴油机负能工作在一定转数范围内，转速比小，而机车速度从0——120KM/H数比比较大。

B柴油机旋转方向是固定不变的，机车运行需要变更方向。

C柴油机输出功率随转速成正比，而转矩变化不大。

机车运行时，随时发挥最大功率，其牵引力与机车速度成反比(牛特性）。

D柴油机启动时，应和负载脱开，需外力拖动。

所以柴油机曲轴与车轮之间必须设一个速比可变的中间环节——传动装置。

第二节电力传动装置、分类1.功用及特点：电传动装置：是柴油机与车轮之间设置的发动机、电动机、电器控制装置等设备组成的之间环节。

特点：传动功率大、起速快、功率高、成本高。

2.分类：（按电流的制式分）A直—直流传动：柴油机——直流发电机——直流电动机——车轮。

功率小、体积大。

（俄罗斯生产）B交—直流传动：柴油机带交流发电机——整流，直流电动机——车轮。

C交—交流传动：柴油机——交流发电机——变频器交流电动机——车轮。

东风4采用交——直流传动装置。

组成：柴油机、牵引发电机、主整流柜、牵引电动机及齿轮箱组成。

****东风4型机车电传动原理：1.功率传递：柴油机——发电机——三相交流电经过主整流柜（1ZL）——直流电牵引电动机——齿轮箱——车轮2.励磁系统：启动发电机——rgt测速发电机——励磁机L——三相交流电励磁整流柜（2ZL）——直流电牵引发电机励磁，牵引发电机发电。

3.机车换向：变更牵引电动机励磁绕组中的电流方向，电机反转，机车换向，调整牵引发电机电压或进行磁场削弱对牵引电动机进行调速。

4.柴油机启动：由蓄电池——启动发电机——启动变速箱——柴油机启动。

第三节牵引发电机理想外特性1，柴油机F功率的分配柴油机有效功率=牵引发电机输入功率+机车辅助装置消耗功率。

第一章东风8B型内燃机车电力传动概述第一节内燃机车电力传动装置的作用内燃机车是用柴油机作为动力的。

从柴油机曲轴至机车动轮之间的一整套机械能-电能-机械能的变换和传递装置，叫做电力传动系统。

它的任务是使柴油机工作特性适合于机车特性的要求。

一、内燃机车电力传动装置的作用（一）柴油机特性与机车特性对机车而言，要求能充分利用其动力装置的额定功率，即要求机车牵引力与运行速度的乘积接近于柴油机扣除辅助功率输出的牵引功率，其表达式为：（N e－N f）·η=F·V/3600 （1－1）式中：F－机车牵引力（N）V－机车速度（km/h）N e－柴油机输出功率（kW）N f－机车辅助功率（kW）η－机车传动装置的总传动效率按照公式（1－1）绘制内燃机车理想牵引特性，如图1－1所示。

在理想牵引特性曲线内，大部分区段牵引力F与速度V呈等边双曲线关系，即F·V=C（C为常数）。

由图可见，在机车按理想牵引特性运行时，柴油机功率在机车主要的运行速度范围内都能保图1－1内燃机车理想牵引特性曲线图1－2柴油机转矩特性和功率特性和所对应的柴油机功率曲线持恒定，也就是说柴油机功率能被充分利用。

实际上，机车最大速度V max受牵引电动机结构和机车结构速度的限制，恒功率的最大速度则受牵引电动机换向等条件的限制。

机车最大牵引力F max受机车动轮与钢轮之间粘着牵引力的限制和电机温升等的限制。

柴油机的工作特性见图1－2。

图中，曲线①为柴油机转矩特性[M=f(n)]，曲线②为功率特性[N=f(n)]。

由机车特性和柴油机特性可以看出两者之间有诸多不能直接匹配之处：1．柴油机转速的变化，有最低工作转速n min和最高工作转速n max。

当转速低于n min 时，柴油机便会“熄火”，停止工作；当转速高于n max时，便会造成柴油机的机械损坏，因此，柴油机转速变化较窄。

对机车而言，具有宽广的速度变化范围，它的最低速度为“0”；最高速度可达机车的最高速度V max。

HXN3型内燃机车电传动控制系统研究分析【摘要】本文详细阐述了HXN3型内燃机车的各系统的工作原理，主要包括：交流传动系统、辅助供电系统、网络通讯系统、空气制动系统等，结合内燃机车的性能特性分析了目前HXN3机车电传动的矢量控制、PWM控制等技术、网络通讯控制的观点以及方法。

【关键字】内燃机车；电传动；控制技术1 引言随着经济的快速发展，铁路运输业的得到了迅猛发展，为此机车“客运高速，货运重载”的需求也越来越大，未来提高大功率内燃机车的性能，逐渐将先进的交流电传动技术应用于HXN3内燃机车，这不仅提高了内燃机车机车的技术水平，也提升了铁路装备的制造水平。

为此，HXN3内燃机车的交流电传动技术需要更深一步分析研究。

近十几年来交流电传动技术以及相关的控制技术已经逐渐应用于内燃机车控制过程，为满足铁路运输属于需求的内燃机车的大功率要求，对内燃机车的交流电传动技术以及与之相关各个系统的控制技术进行研究和分析，是目前铁路机车研究领域中的一个重要方向。

2 内燃机车电传动简介2.1直流电传动直流电传动是电力机车较普遍应用的一种传动方式，再工作过程输入直流电机的电能与机械能进行可逆的转换。

内燃机通过具有弹性性质的联轴节来驱动直流发电机，发电机把内燃机曲轴上的机械能转变为可以调节控制的直流电能，经直流牵引电动机把电能转变为转速以及转矩都能够进行调节的机械能，然后通过联轴节连接齿轮箱，经过齿轮箱驱动机车动车轮对，这样来实现牵引控制。

这种传动方式的发电机和牵引电动机都是釆用直流电机，所以也称为直-直电传动。

2.2交-直流电传动伴随内燃机功率与转速的逐渐提高，内燃机车逐步向大功率方向发展，但是直流牵引发电机的功率输出由于受到换向以及机车功率限界等各个因素的制约限制，单台内燃机功率一般被限制在2200KW以内，直到上世纪60年代，大功率机车的整流技术逐步成熟，交-直流电传动技术得到了广泛应用。

交-直流电传动属于直流调速系统，他是采用交流牵引发电机，交流牵引发电机输出的三相交流电，经过整流器将交流整流转变为直流，然后再经过直流牵引电动机通过联轴节来驱动机车动车车轮，直流牵引发电机相比，这种交流传动方式的牵引发电机具有无换向器的特性，这种方式结构简单，运行安全可靠，并且维护简单。

内燃机车电力传动内燃机车电力传动第一节概述内燃机车的原动机一般都是柴油机，从柴油机曲轴到机车动轮(轮对)之间,需要一套速比可变的中间环节,这一中间环节称为传动装置。

内燃机车的传动装置有电力传动、液力传动和机械传动三种，电力传动又分为直-直流电力传动、交-直流电力传动、交-直-交流电力传动和交-交电力传动，目前国内使用的DF4、DF5、DF7、DF8、DF11等型机车均采用交-直流电力传动。

一、电力传动装置的作用1.传动作用将机车柴油机曲轴输出的机械能进行能量变换，传递给轮对，驱动机车运行，并使机车具有理想的牵引特性。

要求机车牵引力和运行速度都有一个比较宽广的变化范围，并且在较大的机车速度范围内，柴油机都始终在额定工况下运行，即柴油机的功率能够得到充分发挥和利用。

此外，机车应具有足够高的启动牵引力。

电机，它是根据电磁感应原理制造的。

DF4和DF11型内燃机车分别使用的是TQFR-3000型和JF204C型同步牵引发电机。

（一）TQFR-3000型同步牵引发电机1、TQFR-3000型同步牵引发电机的组成结构TQFR-3000型同步牵引发电机其型号的含义是：T-同步；Q-牵引；F-发电机；R-热力机车；3000-额定容量为3000kv.A。

是一台卧式、单轴承、径向自通风、十八极凸极式三相交流同步发电机。

电机输入端（主驱动端）轴伸为法兰盘形式，通过弹性连轴节与柴油机曲轴连接，使发电机和柴油机连为一体构成机组。

电机输出端（辅助驱动端）为锥度轴伸，通过带有橡胶减震装置的万向连轴节与启动变速箱连接。

牵引发电机定子是实现电机能量转换的电枢部分，其作用是安放电枢绕组、产生感应电势、支撑转子，并提供部分磁路。

主要有机座、定子铁心、电枢绕组、刷架装置及端盖等五部分组成。

机座用于固定定子铁心并承受定子的扭矩。

前端有三相绕组和零线四个集电环，上部焊有接线端子。

定子铁心用于嵌放电枢绕组，并提供磁路。

电枢绕组共有108个线圈，为三相星形连接，并有中性点引出线，用于产生感应电势和对外输出电流。

速范围工作，并且使范围内的转速和功率得以调节，设置调控系统。

调控系统的主要部件是调速器或联合调节器及最大供油止挡。

调控系统受司机控制器调速手轮的控制。

调速手轮每一位置对应柴油机一确定转速。

若外负载改变影响柴油机该转速的稳定时，调速器动作，使燃油系统的喷油泵改变供油量，调整柴油机输出扭矩，保持该转速不变。

例如司机控制器调速手轮的某一位置柴油机转速为n*，随着外负载的变化柴油机油出扭矩沿图2—2—9的直线n*—c变动．调速手轮在其他位置时转速虽然不同，但扭矩变化也是沿该转速上下变动。

由于最大供油止挡限制，调速手轮各位置的最大供油量相同，因此，柴油机最大输出扭矩基本相同。

其扭矩曲线如图2—2—9曲线1所示。

通常称此曲线为柴油机外特性曲线。

四、机油系统机油系统是将具有一定压力的机油送入柴油机各个摩擦面润滑，同时清洗磨屑、冷却活塞顶部，并利用曲轴的旋转格润滑连杆轴颈后的机油飞溅到气缸的表面，以润滑活塞与缸壁间的摩擦。

用过的机油经管路滤清、冷却后继续使用。

机油系统是由机油泵、机油滤清器、机油热交换器及管路组成。

如图9—8所示。

机油泵从柴油机油底壳吸出机油，经滤清器滤清后，送至热交换器，将较高温度的机油进行冷却后，送入柴油机主油道，由主油道分送至运动部件、配气机构和涡轮增压器，润滑及冷却后流回油底壳。

五、冷却系统燃油在气缸内燃烧时燃气的温度很高，将使活塞、气缸等零件过热损坏。

为保证柴油机正常工作在规定的温度范围内，借助于空气、水等介质对上述零件进行冷却。

冷却系统由膨胀水箱、冷却水泵、散热器、冷却风扇等组成。

冷却水循环分成两个单独系统。

循环管路如图2一2—10所示。

冷却水充满管路和膨胀水箱。

柴油机工作后通过曲轴旋转带动高、低温水泵工作，形成两套独立的冷却水系统。

当高温水泵工作后，冷却水冷却气缸套和缸头后进入散热器，由冷却风扇用空气冷却。

高温水冷却后又返回高温水泵。

低温水泵工作后，冷却水首先冷却进入中间冷却器的压缩空气，而后再冷却机油热交换器的机油，最后进入另一组散热器，也由冷却风扇用空气冷却，然后返回低温水泵。

“内燃机车电传动”课程,主要研究内燃机车中如何利用电气装置将柴油机功率传至机车动轮,并通过电气设备的作用,调节柴油机工作特性与机车牵引要求之间的矛盾,从而使机车获得理想的牵引特性。

第一节 内燃机车传动装置的功用柴油机是内燃机车的原动力,从柴油机曲轴到机车动轮之间,需要一套速比可变的中间环节,这一中间环节称为传动装置。

由电气设备组成的这个中间环节,叫做电力传动装置。

传动图1—1 柴油机工作特性装置的任务是将柴油机的输出功率传递至机车动轮,并使机车具有良好的牵引性能。

为了阐述内燃机车设置传动装置的必要性,首先必须了解柴油机工作特性和机车牵引的要求。

柴油机的工作特性如图1—1所示。

1.柴油机有最低工作转速n min 和最高工作转速n max 限制。

柴油机转速低于n min 就不能工作(熄火),高于n max 可能因机械强度不够而破损。

2.柴油机的输出扭矩M C 随柴油机每循环供油量变化。

当柴油机每循环供油量一定时,柴油机的扭矩基本确定,不随转速变化,或者说柴油机转速改变时,其扭矩变化很小。

3.柴油机的功率N C 基本上与转速成正比。

柴油机只有在额定转速下,才可能输出额定功率。

图1—2 机车牵引特性4.柴油机承受过载的能力很差,稍有过载,转速就会下降,甚至熄火。

同时,柴油机不能带负荷启动。

5.柴油机曲轴只能作单方向旋转。

如果把柴油机的曲轴与机车的动轮通过离合器和传动齿轮直接相连,就构成了所谓直接驱动式内燃机车。

这种直接驱动式内燃机车的牵引特性曲线如图1—2中的ZJ 所示,其形状和柴油机扭矩曲线形状完全一样,只是坐标比例不同。

直接驱动式内燃机车的主要问题如下:1.因受柴油机最高转速和最低转速限制,直接驱动式内燃机车的运行速度变化范围很小,不能满足列车运行的要求。

2.因柴油机输出扭矩不随转速变化,故直接驱动式内燃机车牵引力调节范围很小,不能满足列车运行的要求。

3.柴油机的功率与转速成正比。

直接驱动式内燃机车只有在最高运行速度时,才能发挥柴油机额定功率,而列车运行中速度经常变化,这不利于柴油机功率的充分发挥。