內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)3——第三章-交-直流傳動(dòng)恒功率(1)

1、內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)（一）內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)（三） 對(duì)電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的調(diào)速即是對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。根據(jù)直流牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： 機(jī)車在恒功率條件下的運(yùn)行速度變化可由調(diào)節(jié)牽引電動(dòng)機(jī)的端電壓UD及勵(lì)磁磁通D來實(shí)現(xiàn)。 在交直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車上，牽引電動(dòng)機(jī)電壓的調(diào)節(jié)一般是通過調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)的輸出電壓來達(dá)到，另外也可通過改變主電路的聯(lián)接方式來達(dá)到。而牽引電動(dòng)機(jī)磁通的調(diào)節(jié)，一方面由于機(jī)車上通常采用的是串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，其磁通隨著牽引電動(dòng)機(jī)電樞電流ID的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)；另一方面還可采用對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)磁場削弱的方法來擴(kuò)大磁通調(diào)節(jié)范圍，從而獲得更為寬廣的恒功率運(yùn)行速度范圍。因此，在交直流恒功率調(diào)速系統(tǒng)中將涉及以下四個(gè)主

2、要問題：（1）為保證機(jī)車在恒功率條件下運(yùn)行，牽引發(fā)電機(jī)應(yīng)具有的理想外特性；（2）為使?fàn)恳l(fā)電機(jī)獲得理想外特性而采用的勵(lì)磁控制系統(tǒng)；（3）牽引電動(dòng)機(jī)采用磁場削弱來擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍的方法；（4）同步牽引發(fā)電機(jī)電樞繞組采用并串聯(lián)換接或牽引電動(dòng)機(jī)采用串并聯(lián)換接擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍的方法。 DeDDDDCRIUn第一節(jié)第一節(jié) 交流牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性交流牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性 作為內(nèi)燃機(jī)車的傳動(dòng)裝置，主要應(yīng)當(dāng)完成下述三項(xiàng)任務(wù)： （1）當(dāng)機(jī)車運(yùn)行在需要柴油機(jī)發(fā)出滿功率時(shí)，應(yīng)使機(jī)車在規(guī)定的運(yùn)行速度范圍內(nèi)保證柴油機(jī)在額定功率下工作，既不過載也不欠載； （2）當(dāng)機(jī)車僅需柴油機(jī)以部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，應(yīng)使機(jī)車在規(guī)定運(yùn)

3、行速度范圍內(nèi)保證柴油機(jī)能按其經(jīng)濟(jì)特性運(yùn)行； （3）機(jī)車應(yīng)有良好的起動(dòng)性能。 在交直流傳動(dòng)系統(tǒng)中，以上三項(xiàng)任務(wù)主要依靠調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)的外特性來達(dá)到。 在內(nèi)燃機(jī)車上，牽引發(fā)電機(jī)既是柴油機(jī)的負(fù)載，又是牽引電動(dòng)機(jī)的電源。作為牽引電動(dòng)機(jī)的電源，就需要改變輸出電壓以滿足機(jī)車起動(dòng)及調(diào)速的要求；作為柴油機(jī)負(fù)載又要求在輸出電壓變化時(shí)維持柴油機(jī)功率不變。為此，需首先研究滿足上述要求的牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性。一、牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性一、牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性 牽引發(fā)電機(jī)的輸出功率與柴油機(jī)有效功率之間的關(guān)系可用下式表示： F1000（efj）FZFF F牽引發(fā)電機(jī)直流側(cè)的功率（）；e柴油機(jī)有效功率（）； fj由柴油

4、機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輔助設(shè)備所消耗的功率（）； F牽引發(fā)電機(jī)的效率；Z硅整流器的效率；F整流后的牽引發(fā)電機(jī)電壓（）；F整流后的牽引發(fā)電機(jī)電流（）。 UFPmax UFPmin UFde (UFge) UF Ne IFPmax IFPmin IFe IF a b c d e 0 f g 持續(xù)工作區(qū) 短時(shí)工作區(qū) UFIF=常數(shù) (IFch) 圖31 牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性 假設(shè)fj不變，并忽略效率的變化，柴油機(jī)功率恒定，則FF=常數(shù) 這一雙曲線通常稱為牽引發(fā)電機(jī)的恒功率外特性曲線 恒功率范圍內(nèi)的最高電壓 限制 恒功率范圍內(nèi)的最大電流 限制 由額定電流值分界，可分為短時(shí)工作區(qū)域與持續(xù)工作區(qū) v輔助裝置功率變化

5、的影響輔助裝置功率變化的影響UF Ne IF a b c e 0 圖32 Nfj值變化時(shí)，牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性 b c d d Nfj值最小時(shí) Nfj值最大時(shí) 實(shí)際上機(jī)車運(yùn)行時(shí)輔助裝置功率會(huì)有所變化。為維持柴油機(jī)功率不變，牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性曲線并不是唯一循著bcd曲線變化， 而是隨著的變化而有所變化，稱之為功率轉(zhuǎn)移，在設(shè)計(jì)牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，需要考慮值的變化。但值的變化與額定功率相比較小，為便于討論問題，可以忽略的變化，此時(shí)相應(yīng)某一柴油機(jī)功率 下的牽引發(fā)電機(jī)理想恒功率曲線僅為一條。 v司機(jī)控制器各手柄位時(shí)的理想外特性曲線司機(jī)控制器各手柄位時(shí)的理想外特性曲線 UF IF 2 4 6 8

6、10 12 14 16 圖33 牽引發(fā)電機(jī)各手柄位時(shí)的理想外特性 司機(jī)控制器的每一手柄位與柴油機(jī)的每一轉(zhuǎn)速-功率值相對(duì)應(yīng)。其中每一手柄位的理想外特性曲線同樣都由恒功率、限流、限壓區(qū)段所組成。要求在最大手柄位時(shí)恒功率區(qū)段的功率應(yīng)與柴油機(jī)額定功率相對(duì)應(yīng)，低手柄位時(shí)各恒功率區(qū)段的功率應(yīng)與柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下的經(jīng)濟(jì)特性曲線上的功率相對(duì)應(yīng)。低手柄位時(shí)的限電流值應(yīng)該根據(jù)機(jī)車起動(dòng)要求來選擇。一般應(yīng)在第一手柄位時(shí)限流值較小，但在低手柄范圍內(nèi)限流值增加較快，到較高手柄的范圍內(nèi)增大慢一些，這樣可使機(jī)車起動(dòng)既快速又平穩(wěn)，并能較好控制機(jī)車起動(dòng)時(shí)容易發(fā)生的輪對(duì)空轉(zhuǎn)打滑現(xiàn)象。各手柄位時(shí)的限壓值主要由牽引發(fā)電機(jī)的最大勵(lì)磁電流所引

7、起的勵(lì)磁繞組發(fā)熱所限制。 二、同步牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性二、同步牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 為了得到同步牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性，必須使勵(lì)磁電流隨著負(fù)載電流的變化而變化。當(dāng)保持柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速不變時(shí)，牽引發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流隨負(fù)載電流的變化關(guān)系，稱為牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 ，即（）。 牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性可通過它的自然外特性用圖解法求得 。調(diào)整特性展示了同步牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大致的調(diào)節(jié)規(guī)律，為設(shè)計(jì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)、正確選擇元件參數(shù)提供依據(jù)。 UF IF IFL1 IFL2 IFL3 IFe IFd IFc IFb IFa m e d c b a k 0 IFL IF IFL1 IFL2 IFL3 IFe IFd IF

8、c IFb IFa m e d c b a k 0 n=常數(shù) P=常數(shù) 圖34 同步牽引發(fā)電機(jī)調(diào)整特性的圖解法 圖35 同步牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 第二節(jié)第二節(jié) 牽引發(fā)電機(jī)恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的基本工作原理牽引發(fā)電機(jī)恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的基本工作原理 一、恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的組成一、恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的組成 功率給定 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行元件（勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置） 被調(diào)對(duì)象（牽引發(fā)電機(jī)） 柴油機(jī) 功率檢測 輔助裝置 G J T Pi IFL 比較環(huán)節(jié) 輸出電功率 至牽引電動(dòng)機(jī) + - 圖36 控制柴油機(jī)輸出功率恒定的勵(lì)磁系統(tǒng) 圖37 控制牽引發(fā)電機(jī)輸出功率恒定的勵(lì)磁系統(tǒng) 功率給定 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行元件（勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置） 被調(diào)對(duì)象（牽引

9、發(fā)電機(jī)） 功率檢測 柴油機(jī) 輔助裝置 G J T Pi IFL 比較環(huán)節(jié) 輸出電功率 至牽引電動(dòng)機(jī) + - v勵(lì)磁系統(tǒng)的分類勵(lì)磁系統(tǒng)的分類 根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置在勵(lì)磁系統(tǒng)中的位置不同，勵(lì)磁系統(tǒng)大致可分為兩類：、直接控制的勵(lì)磁系統(tǒng) 、間接控制的勵(lì)磁系統(tǒng) + 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置 L F 1ZL 至牽引電動(dòng)機(jī) 圖38 直接控制的勵(lì)磁方式 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置 L F 2ZL 1ZL + 至牽引電動(dòng)機(jī) 圖39 間接控制的勵(lì)磁方式 調(diào)節(jié)過程時(shí)間常數(shù)較小，有利于提高動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能。但是，流過勵(lì)磁調(diào)節(jié)元件的電流較大，對(duì)調(diào)節(jié)元件的容量就要求大。 為了減小執(zhí)行元件的容量，常在執(zhí)行元件和牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組之間加入一級(jí)或者兩級(jí)中間放大

10、環(huán)節(jié) ，但調(diào)節(jié)過程的時(shí)間常數(shù)相對(duì)較大。 二、恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理二、恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理 a b c c UF IF 恒功率曲線 1 2 圖310 恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程 1、2勵(lì)磁電流分別為IFL1、IFL2時(shí)的牽引發(fā)電機(jī)自然外特性曲線；IFL1IFL2。 恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的工作過程： 設(shè)牽引發(fā)電機(jī)已工作在恒功率外特性曲線上的某點(diǎn)a，則功率給定信號(hào)與功率檢測信號(hào)相等，即，偏差信號(hào)Pi等于零。若采用了積分型調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)維持不變。 若機(jī)車運(yùn)行中因阻力減小使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，從而使?fàn)恳l(fā)電機(jī)電流減小時(shí)，則在此瞬間，勵(lì)磁電流未變，牽引發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)將按其自然外特性a b c上升

11、至點(diǎn)。顯然Pi，使調(diào)節(jié)信號(hào)值下降，勵(lì)磁電流減小 ，從而使?fàn)恳l(fā)電機(jī)輸出功率隨著自然外特性曲線的變化而下降。直到牽引發(fā)電機(jī)新的工作點(diǎn)c重合在恒功率外特性曲線上時(shí)為止。此時(shí)Pi，勵(lì)磁電流不再變化，整勵(lì)磁系統(tǒng)才處于平衡狀態(tài)。 三、三、 恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的分類恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的分類 盡管各種恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)基本相同，但由于采用的調(diào)節(jié)器類型不同， 使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和性能會(huì)很不相同。因此按調(diào)節(jié)器的性質(zhì)分類，可分為下列三類：（1）采用液力調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)；（2）采用電子調(diào)節(jié)裝置的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)（簡稱電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)）；（3）采用微機(jī)控制的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)。 、采用液力調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)、采

12、用液力調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)上，完成恒功率勵(lì)磁調(diào)節(jié)任務(wù)的液力元件常與柴油機(jī)調(diào)速器組合在一起，稱為聯(lián)合調(diào)節(jié)器，所以這種系統(tǒng)也稱為采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)。其特點(diǎn)是對(duì)柴油機(jī)實(shí)行了以恒供油量及恒轉(zhuǎn)速為目標(biāo)的控制，從而實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)恒功率控制。該系統(tǒng)為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)和供油量（功率）閉環(huán)系統(tǒng)。 圖311 采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)方框圖 函數(shù)變換器 功調(diào)伺服器 功調(diào)電阻 牽引發(fā)電機(jī) 柴油機(jī) Gy Jy IFL 輸出電功率至牽引電動(dòng)機(jī) + - 轉(zhuǎn)速信號(hào)給定 供油伺服器 轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測 + - Jn Gn 供油齒條位置 n 聯(lián)合調(diào)節(jié)器 手柄位 函數(shù)變換器：給出符合柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)特性曲線

13、的轉(zhuǎn)速與供油量給定信號(hào)之間的關(guān)系曲線 功調(diào)伺服器、供油伺服器：積分調(diào)節(jié)器、電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)、電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng) 主要依靠電子裝置來完成恒功率調(diào)節(jié)任務(wù)的勵(lì)磁系統(tǒng)。由于發(fā)電機(jī)輸出功率比較容易檢測，而柴油機(jī)功率一般不易直接檢測，所以電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)通常以調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)輸出功率恒定為目標(biāo)。 其特點(diǎn)是只要設(shè)定了各司機(jī)手柄位的功率給定值，牽引發(fā)電機(jī)就可獲得各手柄位下的理想外特性曲線；整個(gè)電子系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。但為了能夠保證柴油機(jī)恒功率，必須解決輔助裝置功率轉(zhuǎn)移的問題。 圖312 電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)控制方案 功率給定 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行元件（勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置） 被調(diào)對(duì)象（牽引發(fā)電機(jī)） 電壓檢測

14、 Upg IFL 輸出電功率 至牽引電動(dòng)機(jī) + - 電流檢測 乘法器 Uppi Upj Uuj Uij UT UF IF 調(diào)節(jié)器：常用比例放大器、比例積分器等 執(zhí)行元件：常用斬波器、可控整流器等v輔助裝置功率轉(zhuǎn)移輔助裝置功率轉(zhuǎn)移 當(dāng)機(jī)車上輔助裝置功率變化時(shí)，相應(yīng)改變牽引發(fā)電機(jī)功率以維持柴油機(jī)功率恒定 。實(shí)現(xiàn)輔助裝置功率轉(zhuǎn)移的方法有下述兩種：（1）設(shè)置輔助裝置的功率檢測環(huán)節(jié) 圖313 用檢測輔助裝置功率的方法實(shí)現(xiàn)輔助裝置功率轉(zhuǎn)移 功率給定 調(diào)節(jié)器 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置 牽引 發(fā)電機(jī) 牽引發(fā)電機(jī)功率檢測 Upg IFL 輸出電功率 至牽引電動(dòng)機(jī) + - 輔助裝置功率檢測 加法器 Uppi Upj+Ufpj

15、 Ufpj Upj UT 柴油機(jī) 輔助裝置 （2）當(dāng)輔助裝置功率變化時(shí)，相應(yīng)改變牽引發(fā)電機(jī)的功率給定信號(hào)值，以維持柴油機(jī)功率不變。改變牽引發(fā)電機(jī)功率給定信號(hào)的辦法有多種，一般多利用聯(lián)合調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)輔助功率轉(zhuǎn)移。 、微機(jī)控制恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)、微機(jī)控制恒功率勵(lì)磁系統(tǒng) 進(jìn)入八十年代以來，微型計(jì)算機(jī)的制造技術(shù)迅速發(fā)展，微機(jī)成本下降，體積減小，功能提高，因此，越來越多的控制系統(tǒng)采用了微型計(jì)算機(jī)。機(jī)車上也開始應(yīng)用了微機(jī)，并逐步完善和增強(qiáng)微機(jī)功能，可以說目前新一代的內(nèi)燃機(jī)車無不采用微機(jī)控制裝置。 對(duì)于微機(jī)控制的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)，簡單地說就是用微機(jī)或微處理器完成功率檢測、比較及調(diào)節(jié)等功能。實(shí)際上，微機(jī)的作用遠(yuǎn)不止

16、于此，它還具有許多常規(guī)系統(tǒng)無法比擬的復(fù)雜功能，使整個(gè)內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)更加完美。 在微機(jī)控制中許多復(fù)雜的控制功能都是通過軟件編程、數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的， 從而大大簡化了電路結(jié)構(gòu)。 微機(jī)控制能更方便地綜合多種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制及各種特殊規(guī)律的控制；微機(jī)能完成各種控制算法，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。 微機(jī)控制系統(tǒng)還能方便地實(shí)行機(jī)車運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測、自動(dòng)顯示、存儲(chǔ)及故障報(bào)警等功能。第三節(jié)第三節(jié) 東風(fēng)東風(fēng)4型機(jī)車恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)型機(jī)車恒功率勵(lì)磁系統(tǒng) 一、東風(fēng)一、東風(fēng)4型機(jī)車恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理型機(jī)車恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理 聯(lián)合調(diào)節(jié)器式恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程首先是柴油機(jī)的負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化，由

17、轉(zhuǎn)速變化引起供油量變化以維持轉(zhuǎn)速恒定；而供油量變化引起牽引發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用，使柴油機(jī)負(fù)載趨向于恢復(fù)給定值，進(jìn)而在控制轉(zhuǎn)速恒定的同時(shí)，使供油量趨于恢復(fù)給定值。當(dāng)調(diào)節(jié)過程完畢，調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，柴油機(jī)必定既處于給定轉(zhuǎn)速值下，又在給定供油量下工作，柴油機(jī)功率保持恒定。 圖314 東風(fēng)4型機(jī)車恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)方框圖 函數(shù) 變換器 功調(diào) 伺服器 功調(diào)電阻 牽引 發(fā)電機(jī) 柴油機(jī) Gy Jy IFL 輸出電功率至牽引電動(dòng)機(jī) + - 轉(zhuǎn)速信號(hào)給定 供油伺服器 轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測 + - Jn Gn 供油齒條位置 n 聯(lián)合調(diào)節(jié)器 測速 發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁機(jī)及整流器 輔助裝置 擾動(dòng) 司機(jī) 控制器 二、聯(lián)合調(diào)節(jié)器的工作

18、原理二、聯(lián)合調(diào)節(jié)器的工作原理 圖 315 聯(lián)合調(diào)節(jié)器-C 工作原理圖 圖 315 聯(lián)合調(diào)節(jié)器-C 工作原理圖 三、恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程三、恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程三、恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程三、恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程（一）機(jī)車起動(dòng)：柴油機(jī)空載啟動(dòng)后，主手柄從0為提到1位，牽引發(fā)電機(jī)獲得勵(lì)磁電流而發(fā)電，牽引電動(dòng)機(jī)獲得電流而驅(qū)動(dòng)機(jī)車開始走車。（二）司機(jī)控制器主手柄位不變，外界負(fù)載有變化： 1. 恒功率的調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和供油量維持恒定。 2. 牽引發(fā)電機(jī)限流、限壓：采用了限制各手柄位時(shí)牽引發(fā)電機(jī)最大勵(lì)磁電流IFLmax的方法。 （三）司機(jī)控制器主手柄位不

19、變，輔助裝置功率變化：相應(yīng)改變牽引發(fā)電機(jī)功率，以保證柴油機(jī)恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。（四）升降司機(jī)控制器主手柄位：柴油機(jī)轉(zhuǎn)速給定值和供油量給定值改變，從而改變柴油機(jī)輸出功率，以調(diào)節(jié)機(jī)車的牽引力和速度適應(yīng)線路工況的變化。v調(diào)節(jié)過程曲線圖 318 東風(fēng)4型機(jī)車牽引發(fā)電機(jī)恒功率調(diào)節(jié)過程 圖 319 機(jī)車起動(dòng)時(shí)牽引發(fā)電機(jī)工況變化情況 五、東風(fēng)五、東風(fēng)4型機(jī)車勵(lì)磁系統(tǒng)的性能分析型機(jī)車勵(lì)磁系統(tǒng)的性能分析 東風(fēng)4型機(jī)車勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要存在以下三方面的問題： （一）柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)特性不盡如意：由于結(jié)構(gòu)上的原因，柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下的供油量給定值是通過線性關(guān)系的函數(shù)變換器（即聯(lián)合杠桿）給出的，因此在調(diào)整符合柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)特性要求的非線性功

20、率曲線時(shí)受到線性關(guān)系及其它因素的限制。 （二）機(jī)車的起動(dòng)性能較差，起動(dòng)加速較緩慢：由測速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IcfL到牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IFL之間經(jīng)過二級(jí)電機(jī)放大，各手柄位下牽引發(fā)電機(jī)最大勵(lì)磁電流與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速近似成平方關(guān)系，使得牽引發(fā)電機(jī)在低手柄位下的限流值太低，且隨著手柄位提升，限流值增大速率較慢，反而在較高手柄位時(shí)限流值增長較快，因而使機(jī)車的起動(dòng)性能較差。 （三）恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能較差，過渡過程時(shí)間較長：調(diào)節(jié)信號(hào)傳遞過程中必須通過柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組這一很大的機(jī)械慣性環(huán)節(jié)，并且聯(lián)合調(diào)節(jié)器本身是靠反應(yīng)速度較慢的液力伺服器進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使過渡過程的時(shí)間增加。 第四節(jié)第四節(jié) 東風(fēng)東風(fēng)7型機(jī)車電子恒功率

21、勵(lì)磁系統(tǒng)型機(jī)車電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng) 機(jī)車柴油機(jī)的主要負(fù)載是牽引發(fā)電機(jī)。在機(jī)車運(yùn)行過程中，外界負(fù)載經(jīng)常變化，因而要隨時(shí)對(duì)牽引發(fā)電機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)信號(hào)傳遞過程中，由于要通過柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組這一較大的機(jī)械慣性環(huán)節(jié)，并且液力伺服機(jī)構(gòu)的反應(yīng)速度較慢，致使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能較差，過渡時(shí)間較長。 可以設(shè)想，若對(duì)牽引發(fā)電機(jī)直接進(jìn)行恒功率快速調(diào)節(jié)，使?fàn)恳l(fā)電機(jī)隨時(shí)保持恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，則在輔助裝置功率不變的情況下柴油機(jī)自然保持恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)聯(lián)合調(diào)節(jié)器基本處于穩(wěn)態(tài)，克服了通過聯(lián)合調(diào)節(jié)器進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。這種快速調(diào)節(jié)的方法是隨著電子技術(shù)的發(fā)展才得以實(shí)現(xiàn)的。采用電子裝置來完成恒功率調(diào)

22、節(jié)任務(wù)的勵(lì)磁系統(tǒng)稱為電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)。 電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)通常以調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)輸出功率恒定為目標(biāo)。 一、東風(fēng)一、東風(fēng)7型機(jī)車電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理型機(jī)車電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理主要特點(diǎn)為： （1）將柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速作為牽引發(fā)電機(jī)功率給定信號(hào)及限流、限壓給定信號(hào)的指令，使得在改變司機(jī)手柄位時(shí)，牽引發(fā)電機(jī)功率的提升或下降與柴油機(jī)功率變化有較好的配合； （2）采用霍爾元件作為牽引發(fā)電機(jī)功率及電流信號(hào)的檢測元件，采用隔離放大器作為電壓信號(hào)的檢測元件，所測得的模擬信號(hào)便于整定并與主電路良好隔離； （3）控制電路中主要采用了集成運(yùn)放、晶體管、電阻、電容等元件，電路簡單，控制性能優(yōu)良； （4）采用

23、隔離式晶體管斬波器，使電路工作安全可靠； （5）加入防空轉(zhuǎn)單元，檢測出空轉(zhuǎn)信號(hào)，使?fàn)恳l(fā)電機(jī)降低功率，以達(dá)到空轉(zhuǎn)保護(hù)的目的； （6）給定信號(hào)、檢測信號(hào)、調(diào)節(jié)信號(hào)全部采用模擬電壓量，因而調(diào)整容易，通用性好，同一套系統(tǒng)可用于不同功率等級(jí)的機(jī)車上而只需改變給定信號(hào)單元有關(guān)參數(shù)即可。 v機(jī)車電子恒功率控制系統(tǒng)圖機(jī)車電子恒功率控制系統(tǒng)圖L F 1D 2D 3D 4D 5D 6D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 + + + F1 F2 F3 F4 + -Uug -Uig -Upg Uuj Uij Upj -Uulim -Uilim Ulim

24、Un 圖320 東風(fēng)7型機(jī)車電子恒功率控制系統(tǒng)方框圖 Rgt UK Up + 110V 6臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)電流檢測信號(hào) 6臺(tái)牽引電機(jī)電流檢測信號(hào) D1 D2 1ZL 2ZL Ut v系統(tǒng)各單元系統(tǒng)各單元1電壓檢測隔離放大器；2、3電流、功率檢測霍爾傳感器；4、5、6電壓、電流、功率檢測比例放大器；7、8、9限壓、限流、功率給定函數(shù)變換器；10防空轉(zhuǎn)檢測單元；11柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器；12f/v變換器；Rgt功調(diào)電組；F1、F2、F3反相比例放大器；F4反相比例積分器；13定頻調(diào)寬斬波器；1419牽引電動(dòng)機(jī)電流檢測霍爾傳感器；IZL主整流柜；2ZL勵(lì)磁整流柜；L勵(lì)磁機(jī)。v電子恒功率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程電子

25、恒功率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程 1、恒功率調(diào)節(jié)過程：功率給定信號(hào)Upg和功率檢測信號(hào)Upj進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，通過由運(yùn)放F4組成的反相比例積分器改變調(diào)節(jié)信號(hào)Ut去控制晶體管斬波器13的導(dǎo)通比，使勵(lì)磁機(jī)L的勵(lì)磁電流變化，從而使?fàn)恳l(fā)電機(jī)F功率變化，直至Upj-Upg=0時(shí)為止。 2、限流、限壓調(diào)節(jié)過程：將給定的限壓、限流信號(hào)Uug、Uig和電壓、電流檢測信號(hào)Uuj、Uij分別輸入由運(yùn)放F1和F2組成的反相比例放大器的反相端進(jìn)行比較，當(dāng)超限時(shí)，限流或限壓信號(hào)送入由F4組成的PI調(diào)節(jié)器中，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓Ut減小，從而使?fàn)恳l(fā)電機(jī)電壓或電流不超過允許值，達(dá)到限壓和限流的目的。 3、機(jī)車動(dòng)輪發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)

26、的調(diào)節(jié)過程：空轉(zhuǎn)牽引電動(dòng)機(jī)的電流將會(huì)大幅度下降，防空轉(zhuǎn)單元10通過對(duì)6臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)電流差異的檢測發(fā)出空轉(zhuǎn)信號(hào)UK，輸入到PI調(diào)節(jié)器反相端，使PI輸出電壓Ut減小，以降低牽引發(fā)電機(jī)輸出功率來制止輪對(duì)空轉(zhuǎn)（稱為空轉(zhuǎn)恢復(fù)）。 4、輔助裝置功率轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)過程：當(dāng)輔助裝置功率Nfip變化時(shí)，首先引起柴油機(jī)功率變化，通過聯(lián)合調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)動(dòng)作，使功調(diào)電阻Rgt的電阻值變化，在其電阻回路的分壓端產(chǎn)生一電壓信號(hào)Up，加入到PI調(diào)節(jié)反相輸入端，使Ut變化，從而導(dǎo)致牽引發(fā)電機(jī)輸出功率相應(yīng)變化，以維持柴油機(jī)功率恒定。二、電子恒功率系統(tǒng)性能分析二、電子恒功率系統(tǒng)性能分析 電子恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)與采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵(lì)磁系

27、統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)： 1、 由于是直接將牽引發(fā)電機(jī)輸出的電功率信號(hào)反饋到調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，因此調(diào)節(jié)過程不必象聯(lián)合調(diào)節(jié)器系統(tǒng)那樣通過柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的較大滯后的速度反饋，并且各環(huán)節(jié)全由電子器件組成，因此整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，動(dòng)態(tài)性能好，具有較高的控制精度。 2、由于電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以方便地綜合各種信號(hào)進(jìn)行控制，因此各種控制要求的系統(tǒng)均可綜合在同一系統(tǒng)內(nèi)。 除了進(jìn)行恒功率牽引控制外，尚能進(jìn)行電阻制動(dòng)控制、牽引電動(dòng)機(jī)超速及機(jī)車空轉(zhuǎn)保護(hù)等。 3、電子恒功率控制裝置能方便地實(shí)現(xiàn)各種特殊、較復(fù)雜規(guī)律的控制，例如功率斜坡控制、多級(jí)空轉(zhuǎn)保護(hù)等，這能在更廣的范圍內(nèi)改善機(jī)車的運(yùn)行性能。 4、電子恒功率勵(lì)磁裝置具有很好的通用

28、性，同一套裝置幾乎能適用于任何功率等級(jí)的電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車上而只需改變少量參數(shù)即可，并且 該裝置調(diào)整十分方便。 第五節(jié)第五節(jié) 微機(jī)控制的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)微機(jī)控制的恒功率勵(lì)磁系統(tǒng)一、采用微機(jī)恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)的優(yōu)越性及必然趨勢一、采用微機(jī)恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)的優(yōu)越性及必然趨勢 微機(jī)控制系統(tǒng)是包括進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的微型計(jì)算機(jī)、程序、存儲(chǔ)器以及將微機(jī)與機(jī)車設(shè)備相連接的數(shù)字量和模擬量接口裝置及信號(hào)傳輸總線。它與模擬電子控制的本質(zhì)區(qū)別在于在微機(jī)控制中，許多復(fù)雜的控制功能都可以通過計(jì)算機(jī)的數(shù)字運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，從而大大簡化了電路結(jié)構(gòu)，即所謂用編程軟件代替硬件。微機(jī)控制能更方便地綜合多種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制及各種特殊

29、規(guī)律的控制；微機(jī)能完成各種控制算法從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。所以采用微機(jī)控制，不僅可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、調(diào)試容易、成本降低，抗干擾能力增強(qiáng)，而且能獲得更多更復(fù)雜的控制功能、更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)及控制精度。此外，采用微機(jī)控制還能方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)顯示、存儲(chǔ)、打印及故障報(bào)警等；特別是微機(jī)系統(tǒng)的功能改變及功能擴(kuò)展十分容易，通常僅需改變軟件設(shè)計(jì)即可達(dá)到。 由于微機(jī)控制的優(yōu)越性能，它的功能范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們最初的想像力。在機(jī)車上采用的微機(jī)系統(tǒng)往往已不僅限于恒功率控制，它還包括柴油機(jī)控制、輔助功率控制、粘著（防空轉(zhuǎn)和打滑）控制、優(yōu)化操縱以及參數(shù)檢測顯示和故障診斷等功能?？梢哉f，裝備微機(jī)系統(tǒng)是現(xiàn)代化機(jī)車

30、的重要標(biāo)志。 二、二、JWK1S型微機(jī)恒功率控制裝置型微機(jī)恒功率控制裝置 由四方機(jī)車廠生產(chǎn)的JWK1S型機(jī)車微機(jī)控制裝置，采用8098單片微機(jī)，具有牽引發(fā)電機(jī)恒功率及限壓、限流控制，機(jī)車恒速控制，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超速保護(hù)，機(jī)車超速保護(hù)，柴油機(jī)工作小時(shí)累計(jì)等功能，已裝用于東風(fēng)5型機(jī)車，也可用于其它型號(hào)的電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。 vJWK1S型微機(jī)恒功率勵(lì)磁控制的工作原理型微機(jī)恒功率勵(lì)磁控制的工作原理 1D L F 110V 1CF L LC LLC + 斬波器 DLC LH YH 電壓 電流 整流 整流 2D 3D 4D 5D 6D 1C 2C 3C 4C 5C 6C 限壓給定 限流給定 功率給定 乘法運(yùn)算

31、PI 運(yùn)算 求最小值 HSI PWM HSO A/D Uuj Uij Duj Dij Dpj Dug Dig Dpg DK n + + + - - - Du Di Dp 圖338 JWK1S型微機(jī)恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理圖 . . vJWK1S型微機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型微機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 機(jī)車速度 電壓檢測 電流檢測 輔助功率檢測 恒功勵(lì)磁 恒速控制 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù) 柴油機(jī)超速保護(hù) 機(jī)車超速保護(hù) 備用接口擴(kuò)展功能 開關(guān)電源 開關(guān)量指 令 參數(shù)整定 8098 HSK 1ZJ Rgt DLC 110V 鍵盤及顯示器 4051 A/D HSI 8255 8279 HSO 8255 339 JWK1S

32、輸出繼電器 v單片機(jī)系統(tǒng) 8098單片機(jī)包括16位CPU、8位對(duì)外數(shù)據(jù)通道（固稱為準(zhǔn)16位），232字節(jié)RAM單元，4路通道帶采樣保持的10位A/D轉(zhuǎn)換器，4個(gè)高速輸入口（HSI）和6個(gè)高速輸出口（HSO），自帶波特率發(fā)生器的全雙工串行口，8個(gè)中斷向量，2個(gè)16位定時(shí)器，1路PWM脈寬調(diào)制輸出又可用作D/A轉(zhuǎn)換器，還有一個(gè)程序監(jiān)視定時(shí)器（Watchdog），一旦系統(tǒng)軟硬件發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器能使系統(tǒng)復(fù)位而使CPU恢復(fù)工作。 擴(kuò)展了一片EPROM2764作為控制程序存儲(chǔ)器；一片RAM6264作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，RAM中信息可掉電保持； A/D轉(zhuǎn)換口采用4051模擬多路開關(guān)擴(kuò)展8路，主要用于參數(shù)信號(hào)

33、輸入；一片8255并行口，用于開關(guān)量輸入、輸出；一片8279可編程鍵盤/顯示器接口，用于鍵盤及顯示。 v控制性能 牽引發(fā)電機(jī)電壓檢測信號(hào)及電流檢測信號(hào)、輔助裝置功率檢測信號(hào)（即功調(diào)電阻信號(hào)）等3路模擬電壓信號(hào)輸入8098單片機(jī)A/D口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；柴油機(jī)轉(zhuǎn)速及機(jī)車速度等兩路脈沖頻率信號(hào)由8098高速輸入口HSI進(jìn)行檢測；控制信號(hào)由8098高速輸出口HSO輸出脈寬調(diào)制波，經(jīng)反相器放大、光耦隔離、晶體三極管驅(qū)動(dòng)，送斬波器進(jìn)行勵(lì)磁控制；4路開關(guān)量指令：恒速/恒功轉(zhuǎn)換指令（HSK）、提手柄指令（1ZJ）、功調(diào)電阻切除指令（Rgt）及電子勵(lì)磁指令（DLC）經(jīng)光耦隔離輸入8255并行口，8098單片機(jī)定時(shí)

34、對(duì)各輸入回路進(jìn)行掃描（查詢），即可判斷外部信號(hào)狀態(tài)；8098單片機(jī)發(fā)出的恒速控制、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)、柴油機(jī)超速保護(hù)及機(jī)車超速保護(hù)等開關(guān)量控制信號(hào)送8255鎖存，經(jīng)反相器放大、再經(jīng)集成驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，使對(duì)應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)的控制或保護(hù)；8279控制鍵盤顯示板：通過7404段驅(qū)動(dòng)和75451位驅(qū)動(dòng)控制4位LED顯示，采用138譯碼器，有3個(gè)觸點(diǎn)式按鍵，即復(fù)位鍵、參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵及常規(guī)顯示轉(zhuǎn)換鍵。 v開關(guān)量指令及保護(hù)輸出 （1）機(jī)車速度信號(hào)由高速輸入口HSI.1檢測，當(dāng)恒功/恒速開關(guān)（HSK）處于恒速位時(shí)，微機(jī)將轉(zhuǎn)換時(shí)的機(jī)車速度作為速度給定值，與檢測的機(jī)車速度信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的偏差

35、輸出開關(guān)量給柴油機(jī)無極調(diào)速裝置，控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速/功率及牽引發(fā)電機(jī)的輸出功率，進(jìn)而控制機(jī)車的速度恒定。 （2）當(dāng)司機(jī)提手柄到1位時(shí)（1ZJ閉合），微機(jī)控制牽引發(fā)電機(jī)輸出功率為60KW，保證機(jī)車平穩(wěn)啟動(dòng)；到升位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上升，牽引發(fā)電機(jī)功率緩慢跟隨上升，到降位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，牽引發(fā)電機(jī)功率快速下降，以減少柴油機(jī)冒黑煙；到保位時(shí)，按恒功率曲線控制牽引發(fā)電機(jī)輸出功率。 （3）當(dāng)功調(diào)電阻Rgt未切除時(shí)，微機(jī)檢測功調(diào)電阻信號(hào)作為輔助裝置功率的檢測，將輔助裝置剩余的功率轉(zhuǎn)移到牽引發(fā)電機(jī)上。 （4）當(dāng)電子勵(lì)磁開關(guān)（DLC）接通后，微機(jī)控制斬波器進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)。 （5）當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到740r/min時(shí)，

36、微機(jī)輸出一組開關(guān)量信號(hào)，使中間繼電器3ZJ線圈得電，進(jìn)行潤滑油壓保護(hù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到715r/min時(shí)該信號(hào)撤消。 （6）當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1180r/min時(shí)，微機(jī)輸出一組開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行超速保護(hù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到999r/min時(shí)該信號(hào)撤消。 （7）當(dāng)機(jī)車速度達(dá)到82km/h時(shí)，微機(jī)輸出一組開關(guān)量信號(hào)，使中間繼電器8ZJ線圈得電，進(jìn)行機(jī)車超速保護(hù)，當(dāng)速度下降到79km/h時(shí)該信號(hào)撤消。 v鍵盤顯示及參數(shù)整定 （1）鍵盤顯示板上有3個(gè)按鍵：復(fù)位鍵、參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵及常規(guī)顯示轉(zhuǎn)換鍵。有4位LED顯示器。當(dāng)按動(dòng)常規(guī)顯示轉(zhuǎn)換鍵時(shí)，可轉(zhuǎn)換顯示轉(zhuǎn)速、電壓、電流、功率；當(dāng)按動(dòng)參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵時(shí)，可轉(zhuǎn)換顯示調(diào)整參數(shù)：比

37、例系數(shù)（0.000.99）、積分時(shí)間（0.000.99s）、輔助功率轉(zhuǎn)移值（060KW）、功率曲線選擇代號(hào)及修正值。 （2）恒功率曲線調(diào)整及校核 微機(jī)存儲(chǔ)有三條恒功率曲線，以數(shù)據(jù)表格的形式可供查詢，以作為功率給定值。這三條恒功曲線是：a.基本功率曲線，b.低速段提高3%功率曲線，c.高速段提高3%功率曲線。按動(dòng)參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵使LDE顯示曲線選擇代號(hào)，調(diào)節(jié)電位器W5選擇曲線，調(diào)節(jié)W7選擇修正量或修正系數(shù)。曲線調(diào)整后，可在水阻試驗(yàn)中進(jìn)行功率曲線校核，若功率略有偏差，可修正電壓、電流定標(biāo)值，或調(diào)整功率曲線修正值，使?jié)M足校核條件。 （3）PI控制參數(shù)整定 按動(dòng)參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵使LDE顯示比例系數(shù)，調(diào)節(jié)電

38、位器W4使比例系數(shù)顯示0.50.9；再按動(dòng)參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵使LDE顯示積分時(shí)間，調(diào)節(jié)W6使積分時(shí)間顯示0.30.6s。調(diào)節(jié)過程中，應(yīng)觀察牽引發(fā)電機(jī)的電壓和電流表，表針顯示穩(wěn)且調(diào)節(jié)靈活，才說明參數(shù)整定適當(dāng)。 （4）電壓、電流定標(biāo) 在水阻試驗(yàn)中，司機(jī)提手柄到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速約為800r/min，調(diào)整水電阻極板，使?fàn)恳l(fā)電機(jī)電壓為450V，按動(dòng)常規(guī)顯示轉(zhuǎn)換鍵使LED顯示電壓，調(diào)整電壓檢測信號(hào)放大器的電位器W2，使顯示值為450V；然后調(diào)整水阻極板使電流為4000A，按動(dòng)同一鍵使LED顯示電流，調(diào)整電流檢測信號(hào)放大器的電位器W3，使顯示值為4000A。 （5）限幅值驗(yàn)證 在復(fù)位后5秒內(nèi)按動(dòng)參數(shù)顯示轉(zhuǎn)換鍵，設(shè)定

39、提前限幅方式，可使最大電壓、電流限幅值設(shè)定為500V、4000A。要恢復(fù)正常限幅值700V、6000A，重新復(fù)位即可。設(shè)置提前限流和限壓的目的，是在水阻試驗(yàn)中確保水阻臺(tái)及機(jī)車電器的安全。 v機(jī)車微機(jī)控制裝置在國內(nèi)的運(yùn)用 由四方機(jī)車廠生產(chǎn)的JWK1S型微機(jī)控制裝置已在東風(fēng)5型機(jī)車上獲得了成功的應(yīng)用，此外還有大連內(nèi)燃機(jī)車研究所研制的WLK982型微機(jī)控制裝置、大連所與四方廠聯(lián)合研制的WK1L（S）型微機(jī)控制裝置均已批量地裝用于東風(fēng)5型機(jī)車上。大連機(jī)車廠研制的LTQ型微機(jī)恒功勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也已批量地裝于東風(fēng)4C、東風(fēng)4D（客運(yùn)）、東風(fēng)5B、GKD1、部分東風(fēng)4B以及出口伊朗、坦桑尼亞等型電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車上

40、。以上機(jī)車微機(jī)控制裝置均是我國自行設(shè)計(jì)和研制的，經(jīng)過試驗(yàn)、樣機(jī)裝車到投入小批量生產(chǎn)，從功能單一到多功能，使微機(jī)控制裝置不斷改進(jìn)和完善，為今后機(jī)車全面推廣應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。為了吸收消化國外先進(jìn)技術(shù)，1989年大連機(jī)車廠與美國GE公司合作，引進(jìn)美國先進(jìn)的微機(jī)技術(shù)及設(shè)備，研制成新一代大功內(nèi)燃機(jī)車東風(fēng)6型機(jī)車。東風(fēng)6型機(jī)車裝備了以微機(jī)為核心的新一代電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可進(jìn)行通常的機(jī)車系統(tǒng)控制和各種電氣保護(hù)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，還有對(duì)一些故障進(jìn)行自動(dòng)處理等功能，成為我國內(nèi)燃機(jī)車上裝備微機(jī)系統(tǒng)功能最多，性能最好，應(yīng)用最為成功的新型機(jī)車，它的研制成功，為我國今后其它類型機(jī)車采用微機(jī)控制創(chuàng)造了良好的

41、開端。此后大連機(jī)車廠對(duì)東風(fēng)6型機(jī)車開展了全面國產(chǎn)化的研制工作并已取得了成功。戚墅堰機(jī)車廠在吸收美國GE公司技術(shù)的基礎(chǔ)上，于1992年研制出首臺(tái)裝備新一代機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)的東風(fēng)11型內(nèi)燃機(jī)車。三、東風(fēng)三、東風(fēng)11型機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)簡介型機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)簡介 （一）東風(fēng)11型機(jī)車電傳動(dòng)系統(tǒng)概述1、機(jī)車交直流傳動(dòng)系統(tǒng) 由16V280ZJA型柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)型號(hào)為JF240C的同步牽引發(fā)電機(jī)，構(gòu)成柴油發(fā)電機(jī)組。同步牽引發(fā)電機(jī)F發(fā)出三相交流電，經(jīng)主硅整流柜1ZL整流后，供給6臺(tái)ZD106型直流牽引電動(dòng)機(jī)，通過牽引齒輪驅(qū)使動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)車前進(jìn)。 牽引電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)向架上架懸式安裝，順置排列，有利于減輕機(jī)車

42、在運(yùn)行時(shí)的軸重轉(zhuǎn)移及提高機(jī)車粘著重量利用率。 6臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)1D6D在主電路采用全并聯(lián)電路形式。在牽引工況時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)為直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)車；在電阻制動(dòng)工況時(shí)，它作為直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，對(duì)機(jī)車產(chǎn)生制動(dòng)作用，將制動(dòng)能量消耗在制動(dòng)電阻上，故稱為電阻制動(dòng)。 2、柴油機(jī)啟動(dòng)及機(jī)車輔助發(fā)電、柴油機(jī)啟動(dòng)及機(jī)車輔助發(fā)電 起動(dòng)輔助發(fā)電機(jī)為直流發(fā)電機(jī)，型號(hào)為ZQF80型。 在柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)輔助發(fā)電機(jī)QD由蓄電池供電，作為直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，通過變速箱帶動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，起動(dòng)輔助發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為他勵(lì)輔助發(fā)電機(jī)工作，由微機(jī)柜中的輔機(jī)板或電壓調(diào)整器自動(dòng)地控制輔助發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使其輸出電壓保持

43、為1102V，向機(jī)車控制電路、照明電路、各輔助電機(jī)等供電，同時(shí)向蓄電池組充電。3、同步牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、同步牽引發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 同步牽引發(fā)電機(jī)由勵(lì)磁機(jī)L提供勵(lì)磁電流，勵(lì)磁機(jī)采用JGL405B型感應(yīng)子勵(lì)磁機(jī)，它為一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)。勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電經(jīng)三相橋式勵(lì)磁整流柜2ZL整流后，向牽引發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁電流。 對(duì)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁控制，采用了微機(jī)勵(lì)磁控制調(diào)節(jié)裝置，稱為勵(lì)磁一；同時(shí)保留了傳統(tǒng)的液力伺服器控制功調(diào)電阻Rgt的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，稱為勵(lì)磁二作為后備。通過安裝在低壓柜內(nèi)的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)WZK可對(duì)這兩種勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式進(jìn)行選擇。 4、磁場削弱調(diào)速、磁場削弱調(diào)速 為了提高機(jī)車的恒功率運(yùn)行速度范圍，

44、在司機(jī)手柄位2位以上時(shí)，可對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)施一級(jí)磁場削弱。磁場削弱可由微機(jī)或司機(jī)手動(dòng)控制一個(gè)磁場削弱接觸器XC的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)一級(jí)磁場削弱過渡。正向過渡速度為112km/h，反向過渡速度為98km/h。 5、機(jī)車電阻制動(dòng)、機(jī)車電阻制動(dòng) 當(dāng)機(jī)車實(shí)施電阻制動(dòng)時(shí)，利用直流電機(jī)的可逆原理，使直流牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)樗麆?lì)直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將機(jī)車運(yùn)行的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，再將此電能供給制動(dòng)電阻，以熱能形式耗散于空氣中，這時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)矩作用于機(jī)車動(dòng)輪，產(chǎn)生制動(dòng)力。為了充分發(fā)揮制動(dòng)功率，在機(jī)車一定速度范圍內(nèi)，通過微機(jī)控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁電流和制動(dòng)電流的恒流控制。 6、機(jī)車主電路的保護(hù)、機(jī)車主電路的保護(hù) 機(jī)車主電路中采用霍爾元

45、件傳感器采集電壓、電流信號(hào)，對(duì)主電路設(shè)有接地、過流，電阻制動(dòng)過流、制動(dòng)電阻通風(fēng)機(jī)失風(fēng)、輪對(duì)空轉(zhuǎn)等兩套保護(hù)電路：一套為微機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)，另一套為傳統(tǒng)的繼電器控制保護(hù)電路。 7、電空制動(dòng)裝置、電空制動(dòng)裝置 機(jī)車上裝有電空制動(dòng)系統(tǒng)，通過JZ7空氣制動(dòng)機(jī)及空電轉(zhuǎn)換開關(guān)、壓力開關(guān)，控制列車的制動(dòng)或緩解電磁閥，實(shí)現(xiàn)全列車的電空制動(dòng)與緩解。 8、速度監(jiān)控裝置、速度監(jiān)控裝置 為保證高速機(jī)車運(yùn)行安全，機(jī)車上安裝速度監(jiān)控裝置。機(jī)車設(shè)備接收軌道電路的信息，供機(jī)車速度顯示器顯示目標(biāo)速度，以及為速度監(jiān)督設(shè)備提供地面信號(hào)要求的限制速度。速度監(jiān)督裝置檢測列車實(shí)際走行速度，與地面信號(hào)要求的限速值進(jìn)行比較，一旦運(yùn)行超速，采取制

46、動(dòng)或緊急制動(dòng)等減速或停車措施?？傊俣缺O(jiān)控裝置均為人工減速、超速防護(hù)，是屬于人機(jī)聯(lián)控、人控為主的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)。 9、軸承溫度檢測裝置、軸承溫度檢測裝置 在端司機(jī)操縱臺(tái)上裝有MS6B型電腦多路溫度檢測裝置，可隨時(shí)監(jiān)測主發(fā)電機(jī)及牽引電動(dòng)機(jī)軸承、空心軸軸承、機(jī)車軸箱軸承等溫度。通過32路溫度傳感器，進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫，一旦發(fā)生故障、超溫均報(bào)警。 此外，機(jī)車上還設(shè)有預(yù)熱鍋爐的單片機(jī)自動(dòng)控制，該系統(tǒng)采用半導(dǎo)體測溫元件檢測并控制柴油機(jī)水系統(tǒng)溫度，可以使預(yù)熱鍋爐自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)降溫滅火，并具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制功能。（二）東風(fēng)（二）東風(fēng)11型機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)型機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng) 1、機(jī)車微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、機(jī)車微機(jī)

47、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 341 東風(fēng)11型機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)工作原理框圖 2、微機(jī)系統(tǒng)的控制作用、微機(jī)系統(tǒng)的控制作用 （1）牽引控制 恒功率、限流、限壓控制 通過功調(diào)電阻實(shí)現(xiàn)輔助裝置功率轉(zhuǎn)移控制：在柴油機(jī)640r/m以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)輔助裝置功率轉(zhuǎn)移，達(dá)到柴油機(jī)恒功率的目的；640r/m以下時(shí)，功調(diào)電阻已不起負(fù)載調(diào)節(jié)作用，只能維持主發(fā)電機(jī)恒功率。 在司機(jī)提升手柄位進(jìn)行功率加載的過程渡過程中，為防止柴油機(jī)因慣性滯后而引起瞬時(shí)過載及冒黑煙現(xiàn)象，微機(jī)系統(tǒng)對(duì)功率的加載率進(jìn)行了控制；在司機(jī)降低手柄位的過程中，為使?fàn)恳β势交淖儯C(jī)對(duì)功率的減載速率進(jìn)行了限制，但減載速率要比加載速率稍快一些。 為使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平滑地增

48、大（特別是當(dāng)機(jī)車起動(dòng)時(shí)），在微機(jī)控制下每臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的電流最大上升率不得超過200A/S；而在降低手柄位時(shí)，為使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩能平滑地減少，電流最大下降率不得超過250A/S 。 為滿足機(jī)車恒功率調(diào)速范圍的要求，牽引電動(dòng)機(jī)在牽引工況（主手柄2位及以上）下可進(jìn)行一級(jí)磁場削弱。磁場削弱由微機(jī)自動(dòng)控制，當(dāng)機(jī)車達(dá)到預(yù)定的速度值時(shí)，先降低勵(lì)磁，減小主發(fā)電機(jī)功率輸出，然后進(jìn)行磁場削弱正向過渡，在此過渡過程中，不致使柴油機(jī)過載。 （2）電阻制動(dòng)控制）電阻制動(dòng)控制 機(jī)車電阻制動(dòng)時(shí)，主手柄可置于212位中的任意一位。在主手柄各檔位置下，微機(jī)系統(tǒng)使機(jī)車在高速的一段范圍內(nèi)保持制動(dòng)電流恒定（稱為恒流制動(dòng)），在低速的一

49、段范圍內(nèi)保持勵(lì)磁電流恒定（稱為恒勵(lì)磁制動(dòng)）。按照規(guī)定，當(dāng)機(jī)車速度超過135km/h時(shí)，為防止?fàn)恳妱?dòng)機(jī)換向條件惡化，其電樞電流從最大值開始呈線性減少，直至機(jī)車速度182km/h時(shí)的最小電流值。 （3）空轉(zhuǎn)）空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)的控制滑行保護(hù)的控制 為提高機(jī)車的粘著牽引性能，微機(jī)系統(tǒng)中設(shè)有空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)系統(tǒng)。為此，在各牽引電動(dòng)機(jī)換向器軸端裝有速度傳感器，測量速度頻率信號(hào)輸入微機(jī)。微機(jī)系統(tǒng)連續(xù)地監(jiān)測各輪軸的速度，并進(jìn)行比較，若速度差或加速度大于預(yù)置的限定值，就將實(shí)行相應(yīng)的保護(hù)：撤砂、減少勵(lì)磁和功率等。（三）故障診斷與保護(hù)（三）故障診斷與保護(hù) 微機(jī)系統(tǒng)通過傳感器檢測機(jī)車電氣系統(tǒng)的電壓、電流、頻率信號(hào)和柴油

50、機(jī)系統(tǒng)的溫度、壓力信號(hào)（這些信號(hào)被定義為監(jiān)控參數(shù)），與預(yù)置的門限值相比較。若檢測到的監(jiān)控參數(shù)超限，則產(chǎn)生一條故障信息，并在漢字診斷信息顯示器CDID上進(jìn)行故障顯示。同時(shí)，微機(jī)系統(tǒng)根據(jù)故障類別及嚴(yán)重程度的不同，產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作：報(bào)警（指示燈），記錄故障，柴油機(jī)減載，柴油機(jī)卸載，柴油機(jī)停機(jī)。當(dāng)機(jī)車故障被排除后，根據(jù)故障的不同，產(chǎn)生相應(yīng)的復(fù)位方法：（1）自動(dòng)方式被監(jiān)控參數(shù)低于門限值，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位；（2）自動(dòng)回零方式主手柄回零位，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 v主要保護(hù)功能主要保護(hù)功能 1、主發(fā)電機(jī)過流、過壓保護(hù) ； 2、主發(fā)電機(jī)磁場過流保護(hù)； 3、牽引電動(dòng)機(jī)過流保護(hù)； 4、牽引電動(dòng)機(jī)超速保護(hù) ； 5、制動(dòng)電阻過

51、流保護(hù) ； 6、牽引電動(dòng)機(jī)磁場過流保護(hù)； 7、主回路接地、漏電保護(hù)； 8、輪對(duì)空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)； 9、柴油機(jī)機(jī)油壓力低保護(hù)； 10、柴油機(jī)曲軸箱超壓保護(hù)；11、柴油機(jī)超速保護(hù) ； 12、柴油機(jī)機(jī)油、水溫高保護(hù)；13、空氣濾清器阻塞保護(hù)； 14、柴油機(jī)燃油壓力低保護(hù)。 機(jī)車發(fā)生故障時(shí)，故障發(fā)生前一分鐘的部分監(jiān)控參數(shù)已被記錄下來，故障記錄器共有64幀數(shù)據(jù)（每秒記錄一次），它記錄的總是最近一次發(fā)生的故障，以供分析故障時(shí)使用。 第六節(jié)第六節(jié) 牽引電動(dòng)機(jī)磁場削弱牽引電動(dòng)機(jī)磁場削弱 采用牽引電動(dòng)機(jī)磁場削弱的目的：擴(kuò)大機(jī)車恒功率調(diào)速范圍 牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性：恒電壓：恒功率：UF IF nD ID a b c d d c nc b nb a （b） （a） 圖342 牽引電動(dòng)機(jī)在恒功率供電情況 下的轉(zhuǎn)速特性 （a）牽引發(fā)電機(jī)恒功率外特性；（b）牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性。 DeDDeDDDDCUCRIUnDDeDDeDDDDDICPCRIIPn/