DF10D型內(nèi)燃機(jī)車電氣系統(tǒng)

中車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司技術(shù)開發(fā)部DF4D型內(nèi)燃機(jī)車電氣系統(tǒng)DF10D型內(nèi)燃機(jī)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(dòng)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(jī)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(dòng)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(jī)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(jī)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(jī)車的動(dòng)力是柴油機(jī)，從柴油機(jī)到機(jī)車動(dòng)輪之間，由電氣設(shè)備組成的中間環(huán)節(jié)，叫做電力傳動(dòng)裝置。它的任務(wù)是使柴油機(jī)工作特性適合于機(jī)車牽引的要求。對(duì)機(jī)車而言，要求能充分利用其動(dòng)力裝置的額定功率，即要求機(jī)車牽引力與運(yùn)行速度的乘積接近于柴油機(jī)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(jī)車牽引力(N)；V—機(jī)車速度(km/h)；Ne—柴油機(jī)輸出功率(kW)；Nf—機(jī)車輔助裝置消耗功率(kW)；η—機(jī)車傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)效率。中車大連機(jī)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(jī)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(jī)車按理想牽引特性運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)功率在機(jī)車主要的運(yùn)行速度范圍內(nèi)都應(yīng)保持恒定，也就是說柴油機(jī)功率能被充分利用。實(shí)際上，機(jī)車最大速度Vmax受牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)車結(jié)構(gòu)速度的限制，恒功率的最大速度則受牽引電動(dòng)機(jī)換向等條件的限制。機(jī)車最大牽引力Fmax受機(jī)車動(dòng)輪與鋼軌之間粘著牽引力的限制和電機(jī)溫升等的限制。中車大連機(jī)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(jī)的工作特性見如上圖右所示，圖中，曲線①為柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩特性[M=f(n)]，曲線②為功率特性[Ne=f(n)]。由機(jī)車特性和柴油機(jī)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(jī)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(shí)，柴油機(jī)便會(huì)“熄火”，停止工作；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于nmax時(shí)，便會(huì)造成柴油機(jī)的機(jī)械損壞，因而柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍很窄。而對(duì)機(jī)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(jī)車的最高速度Vmax。由此可見，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速n與機(jī)車速度V兩者不適應(yīng)。2．柴油機(jī)曲軸輸出的轉(zhuǎn)矩M，幾乎不隨轉(zhuǎn)速n變化，而機(jī)車卻要求牽引力F與機(jī)車速度V成反比的變化，而不是與機(jī)車速度無關(guān)。由此可見，柴油機(jī)與機(jī)車輪對(duì)不能直接偶合。

中車大連機(jī)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(jī)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(shí)，功率才能達(dá)到最大值。而機(jī)車功率P與機(jī)車運(yùn)行速度V有特殊固定的關(guān)系，由此可見，柴油機(jī)功率N與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系和機(jī)車功率P與速度V的關(guān)系，兩者有很大區(qū)別。4．柴油機(jī)要無負(fù)荷啟動(dòng)；而機(jī)車要在牽引大量列車情況下，有負(fù)荷啟動(dòng)，兩者也不能適應(yīng)。5．柴油機(jī)只能單一方向旋轉(zhuǎn)，而機(jī)車要能夠前、后兩方向運(yùn)行。柴油機(jī)與機(jī)車不能直接偶合。6．機(jī)車運(yùn)行中，在輸出功率不變的情況下，受線路阻力的影響，機(jī)車速度V在很大的范圍內(nèi)，隨時(shí)變化；而此時(shí)此刻，不允許柴油機(jī)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(jī)車速度V，而要求不影響柴油機(jī)轉(zhuǎn)速n。

中車大連機(jī)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(jī)工作特性與機(jī)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(jī)與機(jī)車之間的諸多問題，東風(fēng)4D型內(nèi)燃機(jī)車采用交—直流電力傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置主要包括：同步主發(fā)電機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、蓄電池、牽引整流柜等。為控制、保護(hù)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(jī)車控制器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接觸器、繼電器、司機(jī)控制器、電測(cè)儀表、照明系統(tǒng)等。機(jī)車上各種電機(jī)、電器、儀表及各種電氣裝置之間的相互關(guān)系、工作原理、動(dòng)作程序等見機(jī)車主電路、勵(lì)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(jī)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(dòng)裝置的主要作用1、牽引驅(qū)動(dòng)：使柴油機(jī)功率充分利用，機(jī)車速度范圍更寬。2、電阻制動(dòng)：將列車的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能在電阻柜上消耗。3、輔助傳動(dòng)：實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)啟動(dòng)、輔助機(jī)組工作、蓄電池充電及機(jī)車照明供暖等。4、控制操縱：保證柴油機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速；機(jī)車牽引、制動(dòng)轉(zhuǎn)換；前進(jìn)、后退方向的轉(zhuǎn)換等。5、監(jiān)視保護(hù)：使司乘人員了解機(jī)車各部分的工作狀態(tài)。中車大連機(jī)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(jī)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(dòng)系統(tǒng)東風(fēng)10DDA型內(nèi)燃機(jī)車采用交直流電力傳動(dòng)。柴油機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)同步主發(fā)電機(jī)發(fā)電，把柴油機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。主發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)再把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，并經(jīng)傳動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪。二、勵(lì)磁系統(tǒng)DF10DDA機(jī)車主發(fā)勵(lì)磁由機(jī)車控制器控制完成，無刷勵(lì)磁。DF4DD:主發(fā)勵(lì)磁由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的勵(lì)磁機(jī)提供。勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁由內(nèi)燃機(jī)車控制器或測(cè)速發(fā)電機(jī)提供。而測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，是由功率調(diào)整電阻控制的。三、起動(dòng)和輔助發(fā)電系統(tǒng)起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，蓄電池向啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。柴油機(jī)起動(dòng)后，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)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(jī)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(hù)系統(tǒng)包括柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、機(jī)車運(yùn)行方向、輔助發(fā)電、空壓機(jī)工作等的控制和安全保護(hù)系統(tǒng)。五、測(cè)量和指示燈系統(tǒng)包括各種電表，如電壓表、電流表、電測(cè)壓力表、溫度表、轉(zhuǎn)速表以及如卸載、空轉(zhuǎn)和保護(hù)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(jī)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(dòng)系統(tǒng)DF10DDA機(jī)車交流輔助傳動(dòng)：交流輔發(fā)、輔助整流、輔逆變、空壓機(jī)、冷卻風(fēng)扇電機(jī)、牽引通風(fēng)機(jī)電機(jī)等DF4DD（DF10DDB):輔助系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)+直流電機(jī)。

制動(dòng)部件室司機(jī)室電氣室傳動(dòng)室動(dòng)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(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程15第二部分電傳動(dòng)原理一電傳動(dòng)原理二牽引性能牽引能力三中車大連機(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程16第二部分電傳動(dòng)原理

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

1．內(nèi)燃機(jī)車控制器微機(jī)勵(lì)磁，主發(fā)電機(jī)恒功率輸出。2．油馬達(dá)勵(lì)磁，柴油機(jī)供油齒條恒定。3．切缸勵(lì)磁，柴油機(jī)不同轉(zhuǎn)速時(shí)，與微機(jī)勵(lì)磁比，主發(fā)輸出功率降低。柴油機(jī)的最大運(yùn)用功率與同步主發(fā)電機(jī)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(jī)經(jīng)牽引整流柜的輸出功率(kW)；東風(fēng)4D:2604kW(柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min)Nf-由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助設(shè)備所消耗的功率(kW)；東風(fēng)4D：220kW(柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min)Ne-柴油機(jī)的裝車功率(kW)；東風(fēng)4D調(diào)：2960kW(柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min)ηF-同步主發(fā)電機(jī)的效率；≈0.96ηZ-牽引整流柜的效率；≈0.99UF-同步主發(fā)電機(jī)經(jīng)牽引整流柜的輸出電壓(V)；IF-同步主發(fā)電機(jī)經(jīng)牽引整流柜的輸出電流(A)。中車大連機(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程17第二部分電傳動(dòng)原理

一電傳動(dòng)調(diào)節(jié)原理機(jī)車輔助功率Nf主要由牽引電動(dòng)機(jī)通風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)扇、空氣壓縮機(jī)和機(jī)車輔助設(shè)備用電等組成，一般與列車運(yùn)行情況無關(guān)，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，最大輔助功率可近似認(rèn)為是常數(shù)。同步主發(fā)電機(jī)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(jī)車上，同步主發(fā)電機(jī)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(jī)額定功率Ne不變，當(dāng)機(jī)車輔助功率Nf一定時(shí)，同步主發(fā)電機(jī)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(jī)理想外特性：中車大連機(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程18第二部分電傳動(dòng)原理

一電傳動(dòng)調(diào)節(jié)原理

恒功率的最高電壓愈高，機(jī)車的恒功率速度愈高；恒功率的最大電流愈大，機(jī)車的恒功率牽引力就愈大，這是機(jī)車牽引性能所要求的。實(shí)際上，因?yàn)橥街靼l(fā)電機(jī)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(jī)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(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電壓，稱恒功率范圍內(nèi)最高電壓UFmax，所對(duì)應(yīng)的電流稱恒功率范圍內(nèi)最小電流IFmin。D點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電流為恒功率范圍內(nèi)最大電流IFmax，所對(duì)應(yīng)的電壓為恒功率范圍內(nèi)最小電壓UFmin。C點(diǎn)所對(duì)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(jī)的理想外特性由額定電流值分界，可分為短時(shí)工作區(qū)和持續(xù)工作區(qū)，當(dāng)IF≤IFe時(shí)，同步主發(fā)電機(jī)可持續(xù)運(yùn)行，而當(dāng)IF＞IFe時(shí)，電機(jī)只能做短時(shí)運(yùn)行(如機(jī)車啟動(dòng)時(shí))。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，同步主發(fā)電機(jī)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(jī)在額定轉(zhuǎn)速1000r/min下同步主發(fā)電機(jī)外特性曲線。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，柴油機(jī)功率亦隨之下降，同步主發(fā)電機(jī)所維持的恒功率值也下降，所對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)速再下降時(shí)，柴油機(jī)功率再隨之下降，其理想外特性變?yōu)锽2C2D2E。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速愈低，柴油機(jī)功率亦愈低，其理想外特性曲線愈向座標(biāo)原點(diǎn)靠近。東風(fēng)4D型內(nèi)燃機(jī)車，通過對(duì)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使同步主發(fā)電機(jī)按理想外特性曲線工作。中車大連機(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程19第二部分電傳動(dòng)原理

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

一電傳動(dòng)調(diào)節(jié)原理當(dāng)柴油機(jī)的輸出功率等于負(fù)載的總功率時(shí)，柴油機(jī)平衡在一定的轉(zhuǎn)速下工作，一旦外界擾動(dòng)使柴油機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，機(jī)組原來的平衡位置遭到破壞，負(fù)載阻力矩與柴油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩失去平衡。這一現(xiàn)象首先反映在機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化上。通過測(cè)量機(jī)構(gòu)把這一轉(zhuǎn)速的變化反映出來，再通過放大機(jī)構(gòu)并由執(zhí)行機(jī)構(gòu)使同步主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電路產(chǎn)生作用，使負(fù)載的總功率恢復(fù)原位。此時(shí)，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，即柴油機(jī)的功率恒定不變。ABKDE所示為同步主發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速恒定(n＝常數(shù))、勵(lì)磁電流恒定(IFL＝常數(shù))時(shí)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(duì)同步主發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程21第二部分電傳動(dòng)原理

一電傳動(dòng)調(diào)節(jié)原理

同步主發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性(IFL＝f(IF))。為了使同步主發(fā)電機(jī)具有恒功率特性，調(diào)節(jié)特性在不同負(fù)荷電流時(shí)的勵(lì)磁電流值具有馬鞍形的形狀。油馬達(dá)勵(lì)磁時(shí)，同步主發(fā)電機(jī)F的勵(lì)磁繞組是由經(jīng)三級(jí)放大的勵(lì)磁系統(tǒng)供電。第一級(jí)是由蓄電池供電，通過柴油機(jī)聯(lián)合調(diào)節(jié)器油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)整流子式可調(diào)電阻Rgt實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)CF勵(lì)磁繞組的控制。第二級(jí)是由測(cè)速發(fā)電機(jī)CF供電，將經(jīng)放大的電流向勵(lì)磁機(jī)L的勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁。第三級(jí)是由勵(lì)磁機(jī)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(jī)F的勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁。最后同步主發(fā)電機(jī)F發(fā)出三相交流電經(jīng)硅整流裝置1ZL整流后，向六臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)供電實(shí)現(xiàn)機(jī)車牽引運(yùn)行。所以同步主發(fā)電機(jī)F的工作狀態(tài)，很大程度上取決于油馬達(dá)帶動(dòng)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(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程22第二部分電傳動(dòng)原理

一電傳動(dòng)調(diào)節(jié)原理三、機(jī)車速度自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)于電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車而言，牽引電動(dòng)機(jī)電樞軸經(jīng)過主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪與機(jī)車輪對(duì)相連，因此，對(duì)機(jī)車運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，實(shí)際上就是對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。而自動(dòng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)，就是使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)在給定的同步主發(fā)電機(jī)恒功率曲線上運(yùn)行，盡量擴(kuò)大機(jī)車恒功率的速度范圍，充分利用柴油機(jī)功率。式中：UD-牽引電動(dòng)機(jī)端電壓(V)ID-牽引電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流(A)ΣR-牽引電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻(Ω)Ce-電機(jī)的電勢(shì)常數(shù)中車大連機(jī)車車輛有限公司培訓(xùn)課程23第二部分電傳動(dòng)原理

一電傳動(dòng)調(diào)節(jié)原理