模塊7 直流傳動內(nèi)燃機車電力傳動系統(tǒng)《列車電力傳動與控制》教學(xué)課件

《列車電力傳動與控制》?精品課件合集第X章XXXX模塊7

直流傳動內(nèi)燃機車電力傳動系統(tǒng)第7章直流傳動內(nèi)燃機車電力傳動系統(tǒng)

7.1內(nèi)燃機車電力傳動裝置的功能7.2同步牽引發(fā)電機7.3恒功率調(diào)速系統(tǒng)7.4采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功勵磁控制系統(tǒng)7.5電子恒功率勵磁控制系統(tǒng)—CHEC系統(tǒng)7.6微機控制的恒功率勵磁系統(tǒng)7.7牽引電動機磁場削弱第7章直流傳動內(nèi)燃機車電力傳動系統(tǒng)內(nèi)燃機車目前是以柴油機作為動力，屬于自備能源的機車，其傳動方式主要以電力傳動為主，由柴油機拖動牽引發(fā)電機運轉(zhuǎn)，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸出，通過一套電氣設(shè)備完成電力的轉(zhuǎn)換、分配與控制，將適合的電能供給牽引電動機，驅(qū)動動軸旋轉(zhuǎn)，在輪軌之間產(chǎn)生牽引力，驅(qū)動列車運行。在內(nèi)燃機車中，柴油機的工作性能直接影響著機車的牽引性能。由于受能源動力供給總量的限制，如何充分發(fā)揮有限能源的作用，實現(xiàn)柴油機恒功率運行是關(guān)鍵。7.1內(nèi)燃機車電力傳動裝置的功能內(nèi)燃機車通常是以柴油機作為動力。由于柴油機的特性不能滿足列車牽引的要求，因此從柴油機曲軸輸出端到機車輪對2024/8/225之間需要一套速比可調(diào)的中間環(huán)節(jié)，這一中間環(huán)節(jié)稱之為傳動裝置。由一套電氣設(shè)備組成的傳動裝置，稱之為機車電力傳動裝置。機車在運行時為能經(jīng)常利用其動力裝置的額定功率，這就要求機車的牽引力與機車的運行速度按反比例關(guān)系變化，以保持恒功率運行。若機車牽引力為F、速度為v，柴油機的額定功率為PN，自柴油機至機車輪對間的效率為，則有（7-1）

根據(jù)恒功率運行要求，機車運行時應(yīng)保持柴油機額定功率不變，暫設(shè)=C，則有Fv=C，即機車牽引力與速度的乘積等于常數(shù)，可用一條等邊雙曲線來表示，最大牽引力受機車輪對和鋼軌間粘著牽引力的限制，最大速度受機車構(gòu)造速度的限制，如圖7-1所示。該曲線稱為內(nèi)燃機車理想牽引特性，柴油機的功率與速度的關(guān)系如圖7-1中P=f(v)曲線所示。

1.直接驅(qū)動的內(nèi)燃接車如果將柴油機曲軸與機車動軸之間通過速比不變的齒輪直接相連，不采用傳動裝置而構(gòu)成直接傳動機車。其運行速度v、柴油機轉(zhuǎn)速n、輪軸牽引力F和柴油機扭矩T之間的關(guān)系，可用下式表示（7-2）

2024/8/227（7-3）

式中D——機車動輪直徑；n——柴油機轉(zhuǎn)速（r/min）；T——柴油機扭矩（kN.m）；

——柴油機與機車動軸之間的傳動比；——柴油機與機車動軸之間的傳動效率。由式（7-2）、（7-3）可知，若忽略的變化，可用柴油機扭矩T與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系來代替直接驅(qū)動的內(nèi)燃機車牽引特性。直接驅(qū)動內(nèi)燃機車牽引特性和柴油機功率的變化曲線如圖7-2所示，顯然，它不符合圖7-1所示的理想牽引特性曲線的要求。這是因為柴油機輸出功率與它的轉(zhuǎn)速近似呈正比變化，柴油機只有當它的轉(zhuǎn)速達到額定值時才發(fā)出額定功率。也就是說，采用直接驅(qū)動的機車，只有在柴油機額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的速度運行時，柴油機功率才能得到充分利用，低于該運行速度柴油機的功率得不到充分發(fā)揮，而且機車速度愈低，柴油機功率的利用率也愈低。此外，柴油機運轉(zhuǎn)受最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速和最高工作轉(zhuǎn)速限制，低于最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速和高于最高工作轉(zhuǎn)速都不能工作。柴油機也不能帶負載起動，而且承受過載的能力很差，因此直接驅(qū)動的內(nèi)燃機車不能使列車起動。內(nèi)燃機車采用直接傳動方式，還有其它不能滿足理想牽引特性要求的問題，以上幾點足以說明，在內(nèi)燃機車上采用直接2024/8/229傳動方式是不行的。為此，必須要在柴油機與機車動軸之間設(shè)置專用的傳動裝置。為了使內(nèi)燃機車在寬廣的速度范圍內(nèi)能充分、經(jīng)濟地利用柴油機功率，要求傳動裝置必須實現(xiàn)：不論機車在額定功率或部分功率運行，都應(yīng)保證柴油機的功率恒定。因此，能夠保證柴油機恒定功率運轉(zhuǎn)的傳動裝置，稱為“內(nèi)燃機車恒功率調(diào)速裝置”。

2.電力傳動裝置的任務(wù)電傳動內(nèi)燃機車運行性能的好壞取決于電力傳動裝置性能的優(yōu)劣。電力傳動裝置通過調(diào)節(jié)同步牽引發(fā)電機的外特性來保證對柴油機的恒功率控制，為此對電力傳動裝置提出以下要求，即電力傳動裝置應(yīng)完成的任務(wù)：2024/8/2210當機車運行在需要柴油機發(fā)揮額定功率時，電力傳動裝置應(yīng)能使機車在盡可能大的速度范圍內(nèi)保持柴油機額定功率不變；當機車僅需部分功率時，傳動裝置應(yīng)使柴油機按其經(jīng)濟特性運行。電力傳動裝置應(yīng)保證柴油機在無負載情況下起動。機車起動時，傳動裝置應(yīng)保證有足夠大的牽引力，機車起動加速迅速，同時應(yīng)保證機車起動過程平穩(wěn)、無沖擊。電力傳動裝置除應(yīng)具有較高的效率外，必須工作可靠，質(zhì)量輕、體積小、維修方便，造價便宜。3.電力傳動裝置的特點電力傳動裝置能夠盡可能地利用機車的粘著質(zhì)量，擴大機車牽引力和運行速度的變化范圍，以便滿足列車的運行需要。2024/8/2211能夠充分利用柴油機的功率，使柴油機始終工作在最佳狀態(tài)。可利用牽引電動機短時過載能力強的特點，提高機車承受過載的能力。電力傳動裝置的傳動效率高，工作較可靠。自動化程度隨著控制技術(shù)的發(fā)展在不斷提高，控制功能也在不斷擴充中，控制方式實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)控制。內(nèi)燃機車具備了完備的自動故障診斷、處理、預(yù)警及及記錄等功能，柴油機采用燃油電子噴射技術(shù)，實現(xiàn)了精細化控制。采用了高靈敏度的防空轉(zhuǎn)、防滑行及軸重轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，充分利用了電力傳動裝置的資源。2024/8/22127.2同步牽引發(fā)電機同步電機是交流電機的另一個品種，其特點是在穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率之間存在固定不變的關(guān)系，即

（7-4）式中n1——旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。同步電機之名由此而來。同步電機既可作電動機運行，也可作發(fā)電機運行，目前主要作發(fā)電機運行，所有發(fā)電系統(tǒng)幾乎都采用同步發(fā)電機。內(nèi)燃機車牽引發(fā)電機就是采用同步發(fā)電機，由柴油機驅(qū)動產(chǎn)生三相交流電能，為機車提供牽引動力。7.2.1同步牽引發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.同步牽引發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)型式，同步發(fā)電機可以分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機其電樞裝在轉(zhuǎn)子上，主磁極裝在定子上，這種結(jié)構(gòu)在小容量同步發(fā)電機中應(yīng)用較多。旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在高壓、大容量的同步發(fā)電機中，由于勵磁部分的容量、電壓較電樞小得多，把主磁極裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上，電刷和集電環(huán)的負載將大為減輕，工作條件得以改善。目前，旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)已成為中、大型同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)。2024/8/2214在旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機中，電樞繞組設(shè)置在定子上。按照主磁極的形狀，又可分為隱極式和凸極式，如圖7-3所示。隱極式轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻；凸極式轉(zhuǎn)子有明顯突出的磁極，氣隙不均勻。對于高速同步發(fā)電機(n1≥3000r/min)，從轉(zhuǎn)子機械強度和妥善地固定勵磁繞組考慮，采用隱極式結(jié)構(gòu)較為適宜，將使勵磁繞組均勻分布在轉(zhuǎn)子表面鐵心槽內(nèi)，以減小離心力的作用。對于低速發(fā)同步電機(n1≤1000r/min)，轉(zhuǎn)子承受的離心力較小，一般采用凸極式結(jié)構(gòu)，將勵磁繞組集中安放，制造工藝簡單。牽引發(fā)電機采用旋轉(zhuǎn)凸極式結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)凸極式同步發(fā)電機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是能量交換的中心，電樞繞組裝在定子上，起著產(chǎn)生旋2024/8/2215轉(zhuǎn)磁場、輸出電功率的作用。其結(jié)構(gòu)形式與異步電動機相似，由定子鐵心、三相對稱繞組和機座等組成；轉(zhuǎn)子由磁極、鐵心、轉(zhuǎn)軸以及集電環(huán)等部件組成。2.同步牽引發(fā)電機的工作原理同步牽引發(fā)電機的工作原理也是基于電磁感應(yīng)定律，當原動機拖動由直流勵磁的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速n1時，定子繞組與轉(zhuǎn)子磁場之間出現(xiàn)相對運動，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在定子繞組內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電勢（也稱為勵磁電勢），用E0表示。由于定子上的三相繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)相同、匝數(shù)相等，且在空間互差120°電角度，因此在定子三相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為三相對稱電勢，其大小相等，相位互差120°電角度。如圖7-4所示。同步牽引發(fā)電機空載運行時，其輸出電壓U0=E0。改變勵磁電流If的大小可相應(yīng)地改變空載電勢E0的大小。當同步牽引發(fā)電機定子繞組接入三相對稱負載時，定子繞組（電樞繞組）中流過對稱的三相電流，將產(chǎn)生一個以同2024/8/2217步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成旋轉(zhuǎn)磁場。在穩(wěn)定狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子上的主極磁場保持相對靜止，這時轉(zhuǎn)子磁場磁極是拖動者，定子合成磁場磁極是被拖動者，轉(zhuǎn)子主磁場的軸線超前于定子合成磁場軸線，功率角＞0。由于功率角的存在，定、轉(zhuǎn)子磁場之間產(chǎn)生了磁拉力且相互作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，此時轉(zhuǎn)子上將受到一個與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動性電磁轉(zhuǎn)矩。為克服這一制動性的電磁轉(zhuǎn)矩，必須要從轉(zhuǎn)子上吸收（輸入）機械能，轉(zhuǎn)子磁極依靠磁拉力拖動定子合成磁場磁極一起同步旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能從電樞繞組（定子）上輸出，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換，這就是三相同步牽引發(fā)電機的工作原理，如圖7-4(c)所示。功率角的大小表明了兩磁場之間切向磁拉力的大小，即2024/8/2218電磁轉(zhuǎn)矩的大小，也意味著牽引發(fā)電機所轉(zhuǎn)換功率的大小。如果逐步減少發(fā)電機的輸入功率（機械功率），根據(jù)功率平衡關(guān)系，這時發(fā)電機中所產(chǎn)生的電磁功率以及輸出的電功率將相應(yīng)地減少，磁拉力減小，功率角也逐漸減小。7.2.2同步牽引發(fā)電機的磁場同步牽引發(fā)電機在空載和負載運行時，氣隙磁場差別較大，電磁過程也有所不同，在此需要分別討論。

1.空載運行時的氣隙磁場由原動機拖動同步發(fā)電機到達同步轉(zhuǎn)速，在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，使電樞繞組開路時的運行狀態(tài)稱為空載運行。（1）空載磁場空載運行時，同步發(fā)電機的氣隙磁場就是主極磁場，它由2024/8/2219勵磁電流通過勵磁繞組而建立的。由于磁路不同，主極磁通由主磁通和漏磁通兩部分組成。主磁通通過氣隙與定子繞組交鏈，參與能量的轉(zhuǎn)換，是發(fā)電機的工作磁通。主磁通經(jīng)過的磁路叫做主磁路，它包括了氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主極鐵心和轉(zhuǎn)子磁軛等五部分；漏磁通不通過氣隙，只與勵磁繞組相交鏈，它不參與能量的交換。（2）空載特性當轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主極磁場將在氣隙中建立一個旋轉(zhuǎn)磁場，它“切割”定子三相對稱繞組，在定子繞組中將感應(yīng)產(chǎn)生一個頻率為f的三相對稱電勢，即勵磁電勢，表示為（7-5）

2024/8/2220若忽略高次諧波的影響，勵磁電勢的有效值為，其中為每極主磁通。改變直流勵磁電流If的大小，便可得到相對應(yīng)的主磁通和勵磁電勢E0

。將勵磁電勢E0與勵磁電流If之間的關(guān)系稱為同步發(fā)電機的空載特性，即E0

=f(If)，空載特性曲線如圖7-5所示?？蛰d特性是同步發(fā)電機的一條基本特性，其意義、性質(zhì)以及測取方法與直流發(fā)電機一樣。同步發(fā)電機空載運行時，其端電壓U0=E0。從空載曲線上可以看出，當勵磁電流較小時，磁路尚未飽和，勵磁電勢與勵磁電流之間成比例變化（線性關(guān)系）。隨著勵磁電流的增大，鐵心逐漸飽和，特性曲線開始彎曲，空載電勢的增加速度變慢。

2.對稱負載時的磁場（1）電樞反應(yīng)同步牽引發(fā)電機帶上三相對稱負載后，定子繞組（電樞繞組）中將流過三相電流，電樞繞組將產(chǎn)生電樞磁勢Fa，其基波磁勢與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。此時，電樞磁勢Fa與勵磁磁勢Ff相互作用，形成了氣隙合成磁勢，并以此建立負載時的氣隙磁場。盡管勵磁電流和勵磁磁勢未變，但氣隙磁場卻發(fā)生了變化，使得發(fā)電機定子繞組中的電勢也發(fā)生了變化，輸出端電壓已不再是E0了，也就是說，負載時電樞磁勢會對發(fā)電機主磁場以及感應(yīng)電勢產(chǎn)生很大影響。2024/8/2222同步發(fā)電機各電磁量都是按照正弦規(guī)律分布與變化的，三相同步發(fā)電機在對稱負載下，電樞磁勢基波分量對勵磁磁勢的影響稱為電樞反應(yīng)。由此可見，同步發(fā)電機也是由定、轉(zhuǎn)子雙邊勵磁的電機，在這一點上和直流電機相同，它不同于異步電動機的僅定子單邊勵磁，所以，從空載到負載，其氣隙磁場將會發(fā)生顯著的變化。電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于電樞磁勢和勵磁磁勢（主極磁勢）在空間的相對位置。分析表明，此相對位置取決于勵磁電勢和負載電流之間的相位差角，相位差角也叫做內(nèi)功率因數(shù)角。在此按照和同相位和異相位兩種情況分別來進行討論。(2)——和同相位時2024/8/2224圖7-6a表示一臺兩極同步發(fā)電機的示意圖。為分析簡單，圖中每相電樞繞組用一個集中繞組來表示，和的正方向規(guī)定為從繞組首端流出、從尾端流入。在圖7-6a所示瞬間，主極軸線與電樞A相繞組的軸線正交，所匝鏈的主磁通為零。因為電勢滯后于感生它的磁通90°，故A相勵磁電勢的瞬時值達到正的最大值，其方向為從X端流入、A端流出；B、C兩相的勵磁電勢和分別滯后于A相勵磁電勢120°和240°，如圖7-6b所示。設(shè)電樞電流與勵磁電勢相位相同，即內(nèi)功率因數(shù)則在圖7-6b所示瞬間，A相電流亦將達到正的最大值，B相和C相電流分別滯后于A相電流120°和240°。根據(jù)多相交流繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場理論可知，在對稱三相繞組中通以對稱三相電流2024/8/2225時，若某一相電流達到最大值，則在此瞬間，三相基波合成磁勢的幅值將與該相繞組的軸線重合。如圖7-6a所示瞬間，電樞基波合成磁勢Fa的軸線應(yīng)與A相繞組的軸線和轉(zhuǎn)子磁勢交軸重合。由于Fa與轉(zhuǎn)子均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以在其他瞬間，F(xiàn)a的軸線恒與轉(zhuǎn)子磁勢交軸重合。由此可見，時，

Fa是一個交軸磁勢，即交軸電樞磁勢所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。由于交軸電樞反應(yīng),使氣隙合成磁場B與主磁場B0在空間形成一定的相位差,如圖7-6d所示。對于同步發(fā)電機，當時，主磁場將超前于氣隙合成磁場，于是主極上將受到一個制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。所以，交軸電樞磁勢與產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（7-6）

2024/8/2226及能量轉(zhuǎn)換直接相關(guān)。從圖7-6a、b可見，當用電角度表示時，主磁場B0與電樞磁勢Fa之間的相位關(guān)系，恰好與匝鏈A相的主磁通和A相電流之間的時間相位關(guān)系相一致，且圖7-6a的空間矢量與圖7-6b的時間相量均為同步旋轉(zhuǎn)。這樣若把圖7-6b中的時間參考軸與圖7-6a中A相繞組的軸線取為一致，就可以把圖7-6a和圖7-6b合并，得到一個時-空統(tǒng)一的矢量圖，如圖7-6c所示。由于三相電勢和電流均為對稱，所以在統(tǒng)一矢量圖中，僅畫出A相一相的勵磁電勢、電流和與之匝鏈的主磁通，并把下標省略，寫成、和。在統(tǒng)一矢量圖中，F(xiàn)f既代表主極基波磁勢的空間矢量，也表示時間相量的相位；既代表A相電流相量，又表示電樞磁勢Fa

的空間相位。2024/8/2227(3)——和不同相位時在圖7-7a所示瞬間，A相繞組的勵磁電勢達到正的最大值。若電樞電流滯后于勵磁電勢某一相位角(),則A相電流在經(jīng)過這段時間后才達到其正的最大值，也就是說，在秒后，電樞磁勢的幅值才與A相繞組的軸線重合。所以電樞磁勢Fa

應(yīng)在距離A相軸線電角度處，即Fa

滯后于勵磁磁勢（主極磁勢）Ff已（）電角度。由于Fa與Ff同向、同速旋轉(zhuǎn)，所以它們之間的相對位置將始終保持不變。此時Fa可分解成兩個分量，即交軸電樞磁勢Faq和直軸磁勢Fad，故其中，，。（7-7）

2024/8/2229交軸電樞磁勢所產(chǎn)生的交軸電樞反應(yīng)，其作用已在前面作了分析。直軸電樞磁勢所產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)，對主極而言，其作用可為去磁，亦可增磁，這要視角的正、負而確定。從圖7-7a、b可看出，若電樞電流滯后于勵磁電勢，則直軸電樞反應(yīng)呈去磁性；若電樞電流超前于勵磁電勢，直軸電樞反應(yīng)呈增磁性，如圖7.7（c）所示。

直軸電樞反應(yīng)對同步發(fā)電機的運行性能影響很大，若同步發(fā)電機單獨供電給一組負載時，呈去磁或增磁性的直軸電樞反應(yīng)將使氣隙內(nèi)的合成磁通減少或增加，從而使發(fā)電機的端電壓發(fā)生變化。若同步發(fā)電機接在電網(wǎng)上，其無功功率和功率因數(shù)是超前還是滯后，與直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)密切相關(guān)。2024/8/22307.2.3同步牽引發(fā)電機的運行特性同步牽引發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性包括外特性、調(diào)節(jié)特性和效率特性。根據(jù)這些特性可以確定標志發(fā)電機性能的基本數(shù)據(jù)，它包括發(fā)電機的電壓調(diào)整率、額定勵磁電流和額定效率。

1.外特性外特性是指發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵磁電流和負載功率因數(shù)不變時，發(fā)電機的端電壓與電樞電流之間的變化關(guān)系，即當同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n、勵磁電流If不變時，同步發(fā)電機的感應(yīng)電勢E0也恒定不變。當負載的功率因數(shù)（負載的性質(zhì)）不變時，隨著負載電流I的變化，發(fā)電機的漏阻抗壓降將隨之變化，故發(fā)電機的輸出電壓也將發(fā)生變化。也就是說，對于不同功率因數(shù)的負載，發(fā)電機輸出電壓的變化是不同的，因此同步發(fā)電機將有不同的外特性。當同步發(fā)電機帶有感性負載或電阻性負載時，外特性是下降的，這是由于電樞反應(yīng)的去磁作用和漏磁阻抗壓降所引起的；當同步發(fā)電機帶有電容性負載且內(nèi)功率因數(shù)角超前時，即＜0，這時電樞反應(yīng)的增磁作用、容性電流的漏抗壓降上升，使得外特性可能呈上升趨勢。從外特性可求出發(fā)電機的電壓調(diào)整率。調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，使電樞電流為額定電流、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)、端電壓為額定電壓，此勵磁電流為發(fā)電機的額定勵磁電流IfN，然后保持勵磁電流為IfN、轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，卸去負載(I=0)，此時端電壓升高的百分數(shù)即為同步發(fā)電機的電壓的調(diào)整率，用表示，即（7-8）對于凸極同步發(fā)電機，通?？刂疲粚τ陔[極同步發(fā)電機，由于電樞反應(yīng)較強，一般控制。在電傳動內(nèi)燃機車上，同步牽引發(fā)電機的輸出電壓頻率較高，它輸出的三相交流電通過硅整流裝置整流成直流電后供給直流牽引電動機，電流的脈動分量較小。由于牽引電動機作為感性負載，其主極、換向極以及電樞繞組具有較大的電感，對整流電流的脈動分量產(chǎn)生較大的電抗，起到平波的作用，故整流電流的脈動分量將變得更小，可以看作是穩(wěn)定的直流。繞組的電抗對直流電流是僅呈現(xiàn)電阻作用而不起阻抗作用，因此從整流器端看牽引電動機，它相當于一個純電阻負載。整流裝置自身的電感很小，所以，同步牽引發(fā)電機的負載基本上是電阻2024/8/2233性的，。同步牽引發(fā)電機負載電流I總是滯后于感應(yīng)電勢E0，內(nèi)功率因數(shù)＞0，電樞反應(yīng)中總存在著呈去磁作用的直軸分量。隨著負載的增加（負載等效電阻減小），也在增大，使得電樞反應(yīng)的去磁作用更加強烈，發(fā)電機磁路開始離開飽和區(qū)進入線形區(qū)，這時發(fā)電機輸出電壓下降更快，其外特性呈凸起的下降曲線。所以，同步牽引發(fā)電機應(yīng)是具有強烈電樞反應(yīng)去磁作用的發(fā)電機，這樣可使牽引發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路電流不會很大。在電傳動內(nèi)燃機車上，為了滿足柴油機恒功率運行的要求，必須要對同步牽引發(fā)電機的外特性（自然外特性）進行調(diào)節(jié)，使其滿足恒功率的需要。在牽引發(fā)電機設(shè)計中，采用了較小的氣隙、磁路比較飽和等措施，使發(fā)電機自然外特性2024/8/2234呈凸起下降的曲線。如果同步發(fā)電機具有較強的電樞反應(yīng)，隨著負載的增加，去磁作用逐步加強，這有利于減小對自然外特性的調(diào)節(jié)范圍，使其特性更接近于恒功率所要求的人為特性，而又使發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路電流不致太大，有利于機車電氣系統(tǒng)的安全保護。在內(nèi)燃機車中，同步牽引發(fā)電機的人為外特性隨著轉(zhuǎn)速、勵磁電流的變化而變化著，但曲線形狀相似。轉(zhuǎn)速越低、勵磁電流越小，特性曲線也逐步下移，特性變低。同步牽引發(fā)電機的相電壓U、相電流I與整流后的直流電壓、UF、電流IF之間存在著一定的比例關(guān)系，因此通常采用三相整流后的直流電壓UF與直流電流IF之間的關(guān)系來代替發(fā)電機的外特性，即UF=f(IF)，如圖7-8所示。2024/8/22362.調(diào)整特性調(diào)整特性表示發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負載功率因數(shù)不變時，勵磁電流與電樞電流之間的關(guān)系，即。圖7-9表示帶有不同功率因數(shù)的負載時，同步發(fā)電機的調(diào)整特性。由圖可見，在感性負載和純電阻負載時，為補償電樞電流所產(chǎn)生的去磁電樞反應(yīng)和漏阻抗壓降，隨著電樞電流的增加，必須相應(yīng)地增加勵磁電流，此時調(diào)整特性是上升的。在容性負載時，調(diào)整特性也可能是下降的。從調(diào)整特性上可確定額定勵磁電流。2024/8/22373.效率特性效率特性是指轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時，發(fā)電機的效率與輸出功率的關(guān)系，即同步牽引發(fā)電機的基本損耗包括電樞的基本鐵耗pFe、電樞基本銅耗pcu、勵磁銅耗pcuf

和機械損耗。電樞的基本鐵耗是指主磁通在電樞鐵心齒部和軛部中交變所引起的損耗。電樞基本銅耗是指折算到基準工作溫度時，電樞繞組的直流電阻損耗。勵磁銅耗包括勵磁繞組的基本銅耗、電刷的電損耗以及勵磁設(shè)備的全部損耗。機械損耗包括軸承、電刷的摩擦損耗和通風(fēng)損耗。雜散損耗包括電樞漏磁通在電樞繞組和其它金屬結(jié)構(gòu)部件中所引起的渦流損耗，高次諧波磁場掠過主極表面所引2024/8/2238起的損耗等。確定了總損耗后，效率可按下式確定

內(nèi)燃機車用同步牽引發(fā)電機額定效率一般在96%~96.5%之間。（7-9）無刷同步牽引發(fā)電機JF222，4200kVA，1170V，2070A；1000rpm，150Hz，6P；勵磁72V、7A；PF=0.95，H/H，Y0/y0，6140kgJF208A，2911kVA、425/770V，3955/2183A，1000rpm/150Hz，cosφ0.95H/H，三相四線；勵磁73/80V，6.5/7.1A，H/H，ZD109E額定功率630kW，最大值：1000V/1260A/2465rpm；額定值：755V/900A/855rpm；質(zhì)量2950kg，串勵，H/HJF208A同步牽引發(fā)電機JF208A，2911kVA、425/770V，3955/2183A，1000rpm/150Hz，cosφ0.95H/H，三相四線；勵磁73/80V，6.5/7.1A，H/H勵磁系統(tǒng)----在牽引發(fā)電機定子上端部裝設(shè)了12只磁極，由此構(gòu)成一臺小容量固定磁極式三相同步發(fā)電機，作為牽引發(fā)電機的勵磁機。勵磁機輸出三相額定100Hz交流電源經(jīng)固定在電樞輸出端的三相橋式整流器整流成直流電，直接為旋轉(zhuǎn)磁極式牽引發(fā)電機提供勵磁。三相橋式整流器采用旋轉(zhuǎn)二極管相集成模塊，且并聯(lián)一個壓敏模塊，模塊采用無錫飛航電力電子有限公司生產(chǎn)的ZXQ200-12、MMY20K-750V。

整流模塊ZXQ200-12技術(shù)參數(shù)通態(tài)平均電流200A；通態(tài)峰值壓降<1.8V；反向重復(fù)峰值電壓1200V；反向重復(fù)峰值電流≤4mA；絕緣耐壓>2500V壓敏模塊MMY20K-750V。2024/8/22407.3恒功率調(diào)速系統(tǒng)交-直流電力傳動內(nèi)燃機車上，電力傳動裝置主要由同步牽引發(fā)電機及直流牽引電動機構(gòu)成。同步牽引發(fā)電機由柴油機拖動產(chǎn)生交流電，經(jīng)硅整流器整流后供給直流牽引電動機，牽引電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動動輪旋轉(zhuǎn)，在輪軌之間產(chǎn)生牽引力，牽引列車運行。在此主要介紹交-直流電力傳動裝置實現(xiàn)恒功率調(diào)速的方法及原理。在交-直流電傳動的內(nèi)燃機車上，其恒功率條件下的運行速度變化是通過調(diào)節(jié)牽引電動機的電壓及磁通來獲得。牽引電動機電壓的調(diào)節(jié)一般總是通過調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機的輸出電壓來實現(xiàn)，也可通過改變主電路聯(lián)接方式來達到。牽引電動機磁通的調(diào)節(jié)，一方面由于機車采用的是串勵牽引電動機，其2024/8/2241磁通可隨著牽引電動機電樞電流的變化而自動調(diào)節(jié)；另一方面還通過對牽引電動機磁場削弱的方法來獲得更為寬廣的恒功率運行速度范圍。因此，需重點討論交-直流恒功率調(diào)速中的三個主要問題：1.為保證機車在恒功率條件下運行，牽引發(fā)電機應(yīng)具有的理想外特性。2.為獲得牽引發(fā)電機理想外特性而采用的勵磁控制系統(tǒng)。3.牽引電動機采用擴大恒功率調(diào)速范圍的方法---磁場削弱、串并聯(lián)轉(zhuǎn)換。2024/8/22427.3.1同步牽引發(fā)電機的理想外特性在內(nèi)燃機車中，牽引發(fā)電機既是柴油機的負載，又是牽引電動機的電源。作為牽引電動機的電源，就需要能改變輸出電壓以滿足機車起動及調(diào)速的要求；作為柴油機的負載，在改變輸出電壓時要保持柴油機功率不變。也就是說，當機車運行在需要柴油機輸出滿功率時，應(yīng)使機車在規(guī)定的運行速度范圍內(nèi)保證柴油機在額定功率下運轉(zhuǎn)，既不過載也不欠載；當機車運行在需要柴油機輸出部分功率時，應(yīng)使機車在規(guī)定的運行速度范圍內(nèi)保證柴油機按其經(jīng)濟特性運轉(zhuǎn)。所有這些主要是通過調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機的外特性來實現(xiàn)。

1.牽引發(fā)電機的理想外特性在內(nèi)燃機車上，柴油機所發(fā)出的功率除小部分供給機車輔2024/8/2243助設(shè)備外，絕大部分都供給同步發(fā)電機作為牽引之用，因此牽引發(fā)電機的輸出功率與柴油機有效功率之間的關(guān)系為式中PF——牽引發(fā)電機直流側(cè)的功率，kW；Pc——柴油機有效功率，kW；Pf——由柴油機所驅(qū)動的輔助設(shè)備消耗的功率，kW；——發(fā)電機的效率；——硅整流器的效率；UF——整流后牽引發(fā)電機電壓(整流器輸出電壓)，V；IF——整流后牽引發(fā)電機電流(整流器輸出電流)，A；（7-10）

2024/8/2245機車各輔機消耗功率總和約占柴油機功率的10%~15%。輔機功率的大小與它們的工況有關(guān)，與機車運行工況關(guān)系不大。牽引發(fā)電機、整流器的效率變化不大，先假設(shè)輔機功率不變，忽略效率的變化，則保持柴油機功率恒定不變的要求就轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機功率（整流器直流側(cè)功率PF=UFIF）保持不變，即牽引發(fā)電機在電壓、電流變化時仍要保持輸出功率不變。反映到外特性上就是要按等邊雙曲線輸出，這一曲線通常叫做牽引發(fā)電機的恒功率外特性曲線，如圖7-10所示。由于受UPmax和IPmax的限制，理想外特性曲線可分為三個區(qū)段。a-b段為限壓區(qū)，d-e段為限流區(qū)，b-d段為恒功率區(qū)，其中b-c段為持續(xù)工作區(qū)，它可持續(xù)長時期運行，c-d段為短時工作區(qū)，牽引發(fā)電機只能作短時運行。2024/8/2246柴油機在滿負荷（最高手柄位）輸出時，發(fā)電機理想外特性上的c點就是發(fā)電機的額定工作點，其對應(yīng)的電壓、電流值分別為發(fā)電機的額定電壓UFN（低壓額定電壓）和額定電流IFN（持續(xù)電流）。恒功率曲線上的d點電壓稱為恒功率最低電壓UPmin，相應(yīng)的電流稱為恒功率范圍內(nèi)的最大電流IPmax。恒功率曲線上持續(xù)工作區(qū)內(nèi)的b點電壓稱為高壓額定電壓UPmax，相應(yīng)的電流稱為恒功率范圍內(nèi)的最小電流IPmin。高壓額定電壓與低壓額定電壓之比稱為牽引發(fā)電機的調(diào)壓比KPU，即KPU=UPmax/UFN，它是衡量牽引發(fā)電機恒功率范圍大小的重要參數(shù)。調(diào)壓比越大則機車的恒功率范圍越寬，即調(diào)速范圍也越寬。調(diào)壓比的大小受到牽引發(fā)電機自身因素（絕緣強度、冷卻能力等因素）的制約，故不可能無限制地2024/8/2247增大。當務(wù)之急是如何在現(xiàn)有技術(shù)條件下，擴大牽引發(fā)電機的調(diào)壓比，這是電傳動內(nèi)燃機車控制系統(tǒng)急需解決的一個問題。當牽引發(fā)電機在UPmin~UPmax之間運行時，牽引電動機相應(yīng)地在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行，同時柴油機是在某一固定不變的有效功率值下穩(wěn)定運行，這就達到了恒功率調(diào)速的目的。通常機車運行的主要速度范圍是在發(fā)電機持續(xù)運行的恒功率區(qū)段內(nèi)，牽引發(fā)電機在限流區(qū)及限壓區(qū)工作時，柴油機功率有所降低，但限流區(qū)段通常僅是機車在起動階段時運行的區(qū)段，而限壓區(qū)段是機車運行中不希望進入的區(qū)域。有些機車在整個運行范圍內(nèi)，牽引發(fā)電機不會進入限壓區(qū)段工作，有些機車在高速運行時才有可能進入限壓區(qū)段。圖7-10所示的理想外特性是在假設(shè)輔機功率Pf不變時得到的，但實際上機車運行時，Pf會有所變化，理想外特性也將隨著Pf的變化有一定的變化幅度，從Pf最大值到最小值之間變化，理想外特性曲線的變化情況如圖7-11所示。

當機車輔助功率發(fā)生變化時，相應(yīng)的牽引發(fā)電機理想外特性總是在區(qū)域之內(nèi)。由此可見，為維持柴油機功率不變，牽引發(fā)電機的理想外特性并不是唯一的，而是隨著Pf的變化在一個區(qū)域內(nèi)變化。在設(shè)計牽引發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，需要考慮Pf的變化。但是，Pf的變化相對于柴油機的額定功率而言是比較小的，為了分析問題的方便，可以不考慮Pf的變化，因此相對應(yīng)于柴油機某一功率下的牽引發(fā)電機理想恒功率曲線僅為一條。由于在電傳動內(nèi)燃機車上，柴油機一般都采用全制式聯(lián)合調(diào)速器來調(diào)節(jié)柴油機的轉(zhuǎn)速，因此司機控制器的每一級位與柴油機的一個轉(zhuǎn)速相對應(yīng)。司機各手柄位下的理想外特性，如圖7-12所示。柴油機在不同轉(zhuǎn)速（手柄位）時對應(yīng)的發(fā)電機理想外特性，同樣由恒功率、限流、限壓區(qū)段組成，其構(gòu)成、形狀與額定轉(zhuǎn)速下的理想外特性相似，且低于額定轉(zhuǎn)速下的理想外特性。最高手柄位時牽引發(fā)電機理想外特性中恒功率區(qū)段的功率與柴油機額定功率相對應(yīng)，低手柄位時各恒功率區(qū)段的功率與柴油機各轉(zhuǎn)速下經(jīng)濟特性曲線上的功率相對應(yīng)。2024/8/2250低手柄時理想外特性曲線中的限流值應(yīng)該根據(jù)機車起動要求來確定，因為機車的起動牽引力是由各手柄位的限流值所決定的。一般來說，限流值在第一位時可選得小一些，但在低手柄位范圍內(nèi)限流值增加較快，到高手柄位范圍內(nèi)增加較慢些，這樣處理可使機車起動快而平穩(wěn)，并能有效地控制起動時的空轉(zhuǎn)打滑。各手柄位的限壓值主要取決于牽引發(fā)電機勵磁繞組的發(fā)熱情況。這里所討論的牽引發(fā)電機外特性均是指硅整流器直流側(cè)的電壓和電流之間的關(guān)系，由于硅整流器的交流輸入與直流輸出之間具有固定的比例關(guān)系，因此硅整流器直流側(cè)的電壓和電流間的關(guān)系即反映了牽引發(fā)電機交流側(cè)的外特性，這兩者之間沒有根本的區(qū)別。2024/8/22512.同步發(fā)電機的調(diào)整特性為了得到同步發(fā)電機的理想外特性，必須使其勵磁電流隨著負載的變化而變化。當保持柴油機的轉(zhuǎn)速不變時，牽引發(fā)電機的勵磁電流隨著負載電流的變化關(guān)系，稱為牽引發(fā)電機的調(diào)整特性，即IFL=f(IF)。牽引發(fā)電機的調(diào)整特性可通過它的自然外特性利用圖解法求得。同步牽引發(fā)電機在某一轉(zhuǎn)速n下，對應(yīng)于不同勵磁電流的自然外特性如圖7-13所示。圖7-13中給出了勵磁電流分別為IFL1、IFL2、IFL3時的三條自然外特性，其中IFL1＞IFL2＞IFL3。在該轉(zhuǎn)速下，牽引發(fā)電機的恒功率理想外特性曲線為abcde，其中abcde各點分別為恒功率曲線與各自然外特性的交點或切點，這些交點或切點對應(yīng)的發(fā)電機負載電流為IFa、IFb、IFc、2024/8/2252IFd、IFe。a點e與點在IFL1對應(yīng)的自然外特性上，b點與d點在IFL2對應(yīng)的自然外特性上，c點則在IFL3對應(yīng)的自然外特性上，將abcde各點對應(yīng)的勵磁電流和負載電流值繪制在IFL-IF坐標中，連接各點，即可得到轉(zhuǎn)速為n時同步牽引發(fā)電機的調(diào)整特性，如圖7-14中曲線所示。按照同樣的方法，可求出理想外特性上的限壓和限流區(qū)段的調(diào)整特性em、ka。由于同步牽引發(fā)電機理想外特性的限壓段和限流段與最大勵磁電流對應(yīng)的自然外特性很接近，其勵磁電流基本不變，故在調(diào)整特性上對應(yīng)的這兩個區(qū)段可近似為直線，調(diào)整特性曲線呈馬鞍形。同步牽引發(fā)電機在不同的轉(zhuǎn)速下，具有不同的自然外特性，它所對應(yīng)的理想外特性也不同，所以發(fā)電機應(yīng)有不同的調(diào)節(jié)特性，但各調(diào)整特性的變化規(guī)律相似，曲線形狀也為馬鞍形。2024/8/2254調(diào)整特性反映了同步牽引發(fā)電機勵磁電流的基本變化規(guī)律，它是勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計中元件參數(shù)選擇的重要依據(jù)。在一些恒功率控制系統(tǒng)中，牽引發(fā)電機在各轉(zhuǎn)速下的限壓值和限流值是通過限制發(fā)電機的勵磁電流來實現(xiàn)的，這時各轉(zhuǎn)速下的最大勵磁電流可通過相應(yīng)的調(diào)整特性來確定。7.3.2恒功率勵磁系統(tǒng)能使牽引發(fā)電機按理想外特性運行的勵磁系統(tǒng)稱為恒功勵磁系統(tǒng)。從自動控制原理的角度上來看，恒功率勵磁系統(tǒng)應(yīng)屬于無靜差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1.恒功勵磁系統(tǒng)的組成恒功勵磁系統(tǒng)是基于“檢測偏差，糾正偏差”的原理工作。在內(nèi)燃機車上，基本都是以控制同步牽引發(fā)電機功率恒定為目標，典型的恒功率勵磁系統(tǒng)圖7-15所示，它主要由以下幾個環(huán)節(jié)組成2024/8/2256給定信號單元——由它發(fā)出機車各手柄位時的功率給定信號Pg，從而給出了各手柄位時柴油機或牽引發(fā)電機的功率值，給定信號也叫基準信號。檢測單元——由它檢測柴油機或牽引發(fā)電機的實際功率。檢測單元輸出的檢測信號Pj與柴油機或牽引發(fā)電機實際輸出功率成正比。比較環(huán)節(jié)——它的作用是將功率檢測信號Pj與功率給定信號Pg進行比較，得出偏差信號Pi（Pi=Pg-Pj）送往調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器——調(diào)節(jié)器將偏差值轉(zhuǎn)換為執(zhí)行元件的驅(qū)動信號，其性能與整個勵磁系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能有很大關(guān)系。常用的調(diào)節(jié)器有比例放大器、積分器、比例積分器等。執(zhí)行元件——用以調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機勵磁電流的裝置，也2024/8/2257叫勵磁調(diào)節(jié)裝置。它可由變阻器、直流斬波器或可控整流器等組成。被調(diào)對象——在恒功勵磁系統(tǒng)中，被調(diào)對象是柴油機或牽引發(fā)電機。牽引發(fā)電機功率的恒定是通過調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機勵磁電流來實現(xiàn)，而勵磁電流是通過執(zhí)行元件來調(diào)節(jié)的。根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)裝置與勵磁電源所處地位的不同，勵磁系統(tǒng)一般可分為兩類。（1）直接控制的勵磁系統(tǒng)將勵磁調(diào)節(jié)裝置直接設(shè)置在牽引發(fā)電機勵磁回路中，直接調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機的勵磁電流，這樣的系統(tǒng)稱為直接控制的勵磁系統(tǒng)，其工作原理如圖7-16所示。在該系統(tǒng)中，勵磁機與同步牽引發(fā)電機TF均由柴油機驅(qū)動。當柴油機轉(zhuǎn)速一定時，勵磁機的輸出電壓恒定。勵磁機可由直流發(fā)電機或交流發(fā)電機擔當，若勵磁機采用交流發(fā)電機，首先應(yīng)通過整流器將交流整流成直流，這時勵磁調(diào)節(jié)裝置應(yīng)具備整流和調(diào)節(jié)雙重功能。勵磁調(diào)節(jié)可采用可控整流裝置，通過調(diào)節(jié)可控元件的導(dǎo)通角完成整流和調(diào)節(jié)功能，也可采用固定整流方式，然后再采用直流斬波器或其它調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機的勵磁電流。2024/8/2259圖7-17表示ND2型內(nèi)燃機車勵磁系統(tǒng)原理圖。它采用他勵直流發(fā)電機作為牽引發(fā)電機，其勵磁電源直接利用輔助發(fā)電機輸出電壓UFf，勵磁調(diào)節(jié)裝置通過調(diào)節(jié)串入他勵繞組中的功調(diào)電阻Rgt，實現(xiàn)對他勵發(fā)電機輸出電壓的調(diào)節(jié)。在直接勵磁控制系統(tǒng)中，因為是直接調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機的勵磁電流，故調(diào)節(jié)電流較大，對調(diào)節(jié)元件的容量要求也較大，但調(diào)節(jié)過程時間常數(shù)較小。（2）間接控制的勵磁系統(tǒng)將勵磁調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在勵磁機的勵磁回路中，勵磁發(fā)電機采用交流發(fā)電機，通過對勵磁機的勵磁進行調(diào)節(jié)，達到間接地調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機勵磁電流的目的，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為間接控制系統(tǒng)，其工作原理如圖7-18所示，圖中2ZL為勵磁機的整流器。在間接控制的勵磁系統(tǒng)中，通過勵磁調(diào)節(jié)裝置對勵磁機的勵磁電流進行控制和調(diào)節(jié)，使勵磁機的電壓按同步牽引發(fā)電機的勵磁要求變化，而勵磁機則起中間放大作用。這種間接控制的勵磁系統(tǒng)，雖然調(diào)節(jié)過程的時間常數(shù)相對較大，但調(diào)節(jié)過程中的被調(diào)節(jié)電流較小，調(diào)節(jié)單元所需容量很小，特別適合于電子調(diào)節(jié)裝置。目前，這類間接調(diào)節(jié)系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各種大功率內(nèi)燃機車上。2024/8/22612.恒功勵磁系統(tǒng)的工作原理恒功勵磁系統(tǒng)的工作過程可簡述如下：假設(shè)牽引發(fā)電機已工作在恒功率曲線上的a點，則功率給定信號Pg與檢測信號Pj相等，即Pg=Pj。因為Pg=Pj，所以比較環(huán)節(jié)輸出的偏差信號Pi等于零。假定調(diào)節(jié)器采用積分器，則零值的偏差信號輸入到調(diào)節(jié)器時，調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號T不變（積分器屬于無靜差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。不包含積分元件的調(diào)節(jié)系統(tǒng)均為有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即需要存在一定值的偏差信號，可使系統(tǒng)得到一定值的調(diào)節(jié)信號Pi=Pg-Pj）。因此，由調(diào)節(jié)信號T控制的執(zhí)行元件將保持牽引發(fā)電機的勵磁電流不變，從而使牽引發(fā)電機點的工況不變。當因某種原因，例如機車在運行中因阻力減小使牽引電動機轉(zhuǎn)速增加，從而使牽引發(fā)電機電流減小時，2024/8/2263由于此瞬間牽引發(fā)電機勵磁電流未變，牽引發(fā)電機工作點將沿其自然外特性acb上升到c點。這時，c點的功率大于恒功率曲線上任一點的功率，所以通過檢測元件得到c點的功率檢測信號Pj將大于功率給定Pg信號。由于Pj>Pg，因而經(jīng)比較環(huán)節(jié)得到一個偏差信號Pi=Pg-Pj<0,將負的偏差信號輸入給調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號值下降，則執(zhí)行元件使牽引發(fā)電機勵磁電流減小，即牽引發(fā)電機輸出功率隨著自然外特性的變化而下降。這一調(diào)節(jié)過程一直要進行到牽引發(fā)電機新的工作點重合在恒功率曲線上時為止。此時，檢測信號Pj與給定信號Pg相等，偏差信號Pi=Pg-Pj=0，調(diào)節(jié)器輸出值將不再變化，勵磁電流相應(yīng)地也不再變化，整個勵磁系統(tǒng)才處于平衡狀態(tài)。另一種情況是當機車運行過程中因某種原因使牽引發(fā)電機工作點的功率低于2024/8/2264恒功率曲線上的功率時，則Pj<Pg，比較器輸出的偏差信號Pi=Pg-Pj>0，此偏差信號將使調(diào)節(jié)器輸出信號值增大，從而使牽引發(fā)電機勵磁電流增加，牽引發(fā)電機的輸出功率也將隨之增大，直至輸出功率達到恒功率曲線上的功率時為止。由上述調(diào)節(jié)過程可看出，只要牽引發(fā)電機的輸出功率值與給定信號對應(yīng)的功率值不相等時，比較環(huán)節(jié)就會輸出一個偏差信號。由于偏差信號的存在，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就不斷地進行調(diào)節(jié)，直到消除偏差信號時為止。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，功率檢測信號必等于功率給定信號，此結(jié)論適合于任何采用積分器作為調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制系統(tǒng)。所以，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，給定功率值的大小規(guī)定了柴油機或牽引發(fā)電機輸出功率值的大小，改變Pg值，就可改變被調(diào)對象的輸出值。2024/8/2265由上述調(diào)節(jié)過程可看出，只要牽引發(fā)電機的輸出功率值與給定信號對應(yīng)的功率值不相等時，比較環(huán)節(jié)就會輸出一個偏差信號。由于偏差信號的存在，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就不斷地進行調(diào)節(jié)，直到消除偏差信號時為止。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，功率檢測信號Pj必等于功率給定信號Pg，此結(jié)論適合于任何采用積分器作為調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制系統(tǒng)。所以，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，給定功率值Pg的大小規(guī)定了柴油機或牽引發(fā)電機輸出功率值的大小，改變值Pg，就可改變被調(diào)對象的輸出值。（2）動態(tài)性能動態(tài)特性通常有很多度量指標，如穩(wěn)定性、過渡過程時間、超調(diào)量等。2024/8/2266對于恒功率勵磁系統(tǒng)，過渡過程時間是衡量系統(tǒng)性能好壞的一個重要指標。當機車運行阻力變化、輔助裝置功率變化或牽引電動機磁場削弱時，牽引發(fā)電機的工作點將偏離恒功率曲線，即擾動（凡是使柴油機功率偏離穩(wěn)定值運行的因素統(tǒng)稱為擾動）發(fā)生，使柴油機輸出功率偏離穩(wěn)定值而發(fā)生過載或欠載，恒功率勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用又將使柴油機輸出功率恢復(fù)到原穩(wěn)定值。由擾動發(fā)生到被調(diào)量又回到穩(wěn)定值的這一段變化過程稱為過渡過程，過渡過程所經(jīng)歷的時間稱為過渡過程時間。過渡過程時間越短，控制系統(tǒng)的動態(tài)性能越好。過渡過程時間短的勵磁控制系統(tǒng)將使柴油機能經(jīng)常工作在穩(wěn)定功率值下。超調(diào)量是衡量系統(tǒng)動態(tài)性能的另一重要指標。擾動發(fā)生時，勵磁系統(tǒng)使柴油機功率恢復(fù)到穩(wěn)定功率的過程中，可能會2024/8/2267發(fā)生一些過沖（過調(diào)）現(xiàn)象，即超調(diào)。超調(diào)量過大將使柴油機過載嚴重，同時使機車牽引力出現(xiàn)波動、產(chǎn)生較大的沖擊，對粘著條件產(chǎn)生很嚴重的破壞作用，影響機車的穩(wěn)定運行且容易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)、打滑。一般而言，超調(diào)量越大過渡過程時間越長。

3.恒功率勵磁系統(tǒng)的分類

恒功率勵磁系統(tǒng)按所采用調(diào)節(jié)裝置不同可分為兩大類，即采用液力調(diào)節(jié)裝置的恒功率勵磁系統(tǒng)；采用電子調(diào)節(jié)裝置的恒功率勵磁系統(tǒng)，包括集成元件、計算機控制。(1)采用液力調(diào)節(jié)裝置的恒功率勵磁系統(tǒng)液力調(diào)節(jié)裝置的恒功率勵磁系統(tǒng)是一種依靠液力元件來實現(xiàn)恒功率勵磁調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在上世紀五十年代開始廣泛2024/8/2268的應(yīng)用，六十年代已達到了非常成熟的地步。由于受結(jié)構(gòu)的制約，完成恒功率勵磁調(diào)節(jié)任務(wù)的液力元件與柴油機的調(diào)速器組合在一起，組成聯(lián)合調(diào)節(jié)器，也叫做采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)。我們國家生產(chǎn)的DF系列內(nèi)燃機車幾乎都采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)。聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)的特點是以柴油機的供油量和轉(zhuǎn)速為控制對象，進行了恒供油量和恒轉(zhuǎn)速的控制。為了控制柴油機輸出功率恒定，必須要檢測柴油機的輸出功率。目前還不能直接檢測出柴油機的輸出功率，只能采取間接的方法來檢測。在電力傳動內(nèi)燃機車柴油機上，一般都裝有全制式調(diào)速器，通過調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用，柴油機能精確地保持各手柄位下的轉(zhuǎn)速不變。此時，就可以柴油機供油量信號作為柴油機的輸出功率信號。當規(guī)定轉(zhuǎn)速下的供油量恒定時，則對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的柴油機輸出功率也將保持恒定。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)的工作原理，如圖7-20所示。2024/8/2270采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，它由供油量閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)組成。函數(shù)變換器給出符合柴油機經(jīng)濟特性曲線的轉(zhuǎn)速與供油量給定信號之間的關(guān)系曲線。供油量閉環(huán)是以柴油機供油齒條的位置作為供油量檢測信號，它與由手柄決定的供油量給定信號相比較，得到一個差值以驅(qū)動功調(diào)伺服器，改變功調(diào)電阻Rgt的阻值，從而調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機的勵磁，改變柴油機的負載，一直到供油齒條的位置（即實際供油量）符合給定供油量要求為止。由于在這個閉環(huán)系統(tǒng)中采用的調(diào)節(jié)器是由液力驅(qū)動的積分式伺服器，故該閉環(huán)系統(tǒng)屬于無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速閉環(huán)是以柴油機的轉(zhuǎn)速作為檢測信號，將它與手柄給定轉(zhuǎn)速信號比較，輸出偏差信號使液力供油伺服器動作，帶動柴油機供油齒條移動改變供油量，達到改變柴油機功2024/8/2271率、轉(zhuǎn)速之目的。若柴油機轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速，即負載功率小于柴油機輸出功率時，比較器輸出一負偏差信號，液力供油伺服器驅(qū)動供油齒條朝著減小供油量的方向移動，使供油量減小，直到柴油機轉(zhuǎn)速恢復(fù)到給定轉(zhuǎn)速值為止。若柴油機轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速，這時比較器輸出一正偏差信號，液力伺服器驅(qū)動供油齒條朝著增加供油量的方向移動，使供油量增加，從而將柴油機的轉(zhuǎn)速（功率）恢復(fù)到給定值。顯然這兩個閉環(huán)系統(tǒng)是相互獨立但又有聯(lián)系的閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是當負載發(fā)生變化時，通過改變供油量的大小以維持柴油機轉(zhuǎn)速恒定；供油量控制系統(tǒng)是當供油量偏離給定值時，通過改變牽引發(fā)電機的勵磁電流，以改變發(fā)電機輸出功率（柴油機負載）使供油量恢復(fù)到給定值。由此可見，維持柴油機轉(zhuǎn)速和供油量的恒定就是2024/8/2272保持柴油機輸出功率的恒定。由于兩個閉環(huán)系統(tǒng)同時存在，所以在機車運行時，因擾動而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)過程比較復(fù)雜。首先是柴油機負載變化而引起轉(zhuǎn)速變化，由轉(zhuǎn)速變化引起供油量的變化，而供油量變化將引起牽引發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作，調(diào)節(jié)發(fā)電機的功率使柴油機負載趨于恢復(fù)恒定值。當調(diào)節(jié)過程結(jié)束系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，柴油機必定處于給定轉(zhuǎn)速、給定供油量下工作，所以柴油機的功率恒定不變。圖7-20中虛線框內(nèi)的元件均已組合到聯(lián)合調(diào)節(jié)器內(nèi)，其中有兩個液力伺服器，一個叫供油伺服器，另一個叫功調(diào)伺服器。執(zhí)行元件為功調(diào)電阻Rgt，Rgt相當于一個可調(diào)節(jié)電阻，它是由功調(diào)伺服器的輸出量來改變其電阻值。（2）電子恒功勵磁系統(tǒng)電子恒功勵磁系統(tǒng)通常是以調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機輸出功率恒定為目標，系統(tǒng)框圖如圖7-21所示。電子恒功率勵磁控制系統(tǒng)需要檢測牽引發(fā)電機的輸出電壓和輸出電流值，將檢測結(jié)果送入乘法器便得到牽引發(fā)電機的輸出功率值。把這個實測功率與給定功率相比較，得出偏差值送2024/8/2274入調(diào)節(jié)器。常用的調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器(P)或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器。由調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號，通過執(zhí)行元件調(diào)節(jié)勵磁電流，以達到控制牽引發(fā)電機的功率。執(zhí)行元件一般采用直流斬波器，斬波器元件采用可控硅、大功率晶體管或大功率MOSFET。直流斬波器有脈寬調(diào)制型（定頻調(diào)寬）和定寬調(diào)頻型兩種形式。在電子恒功率系統(tǒng)中，各參量一般都采用電壓量。根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)工作原理，對于采用無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，檢測功率應(yīng)等于給定功率，即UPj=Upg。因此，只要確定了各手柄位的功率值UPg，UPj值也將保持恒定，牽引發(fā)電機就可獲得理想的外特性曲線。與此同時由于電子調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度很快，該系統(tǒng)具有良2024/8/2275好的動態(tài)性能。需要指出的是，電子恒功系統(tǒng)一般只保證了牽引發(fā)電機輸出功率恒定，盡管牽引發(fā)電機輸出功率占柴油機輸出功率的絕大部分，但并不保證柴油機功率恒定。因此對于采用電子恒功率勵磁控制的系統(tǒng)而言，必須要考慮輔助裝置功率的轉(zhuǎn)移問題，即如何使牽引發(fā)電機的勵磁隨著輔助系統(tǒng)功率的變化而調(diào)節(jié)，以維持柴油機的功率恒定。實現(xiàn)輔助系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移的方法有兩種?！镌O(shè)置檢測環(huán)節(jié)檢測輔助裝置功率此方案設(shè)置了一套輔助功率檢測環(huán)節(jié)，通過此環(huán)節(jié)來檢測輔助裝置功率，原理框圖如圖7-22所示。將檢測到的輔助裝置功率信號UPfj與牽引發(fā)電機功率檢測信號UPj相加，即2024/8/2276(UPfj+UPj)，以此作為功率反饋信號加至勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)穩(wěn)定時UPg=UPfj+UPj，當UPg不變時，則（UPfj+UP）也不變。若輔助功率增加時，輔助功率檢測信號UPfj相應(yīng)增加，牽引發(fā)電機輸出功率將減小，其檢測信號UPj也減??；同理，若輔助功率減小時，牽引發(fā)電機輸出功率將增加，這樣就可以維持柴油機功率不變。由于這一方案需要檢測輔助裝置所消耗的功率，當輔助裝置均采用電力驅(qū)動方式時，較容易實現(xiàn)。若采用其他非電力驅(qū)動方式，如由柴油機直接驅(qū)動時，輔助功率的檢測相對要困難一些，檢測手段較復(fù)雜，此方案實施有一定的難度?！锿ㄟ^聯(lián)合調(diào)節(jié)器實現(xiàn)輔助功率轉(zhuǎn)移此方案利用聯(lián)合調(diào)節(jié)器上的功調(diào)電阻Rgt來修正功率給定信號，使牽引發(fā)電機功率給定信號隨輔助裝置功率的變化而變化，從而達到穩(wěn)定柴油機輸出功率的目的。當輔助系統(tǒng)功率增大時，通過修正Rgt值使牽引發(fā)電機功率給定信號UPg減小，避免柴油機過載，維持柴油機功率恒定。當輔助系統(tǒng)功率減小時，及時修正Rgt值使牽引發(fā)電機功率給定信號UPg增大，保持柴油機功率恒定不變。目前大多數(shù)采用電子恒功率勵磁裝置的內(nèi)燃機車，不論采用何種方式，基本上都依靠聯(lián)合調(diào)節(jié)器上的功調(diào)電阻來修正功率給定信號。盡管采用功調(diào)電阻修正功率給定信號這一形式相同，但在應(yīng)用不同的電子恒功率方式時對功調(diào)電阻的依賴程度卻大不相同。2024/8/2279（3）兩種恒功率勵磁系統(tǒng)的性能比較電子恒功率勵磁系統(tǒng)與采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)相比，具有諸多優(yōu)點，主要表現(xiàn)在動態(tài)性能、控制特性精確度、系統(tǒng)的可擴展性和系統(tǒng)通用性等方面。在動態(tài)性能方面，電子恒功率勵磁控制系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)因調(diào)節(jié)過程需要通過柴油機-發(fā)電機組這個慣性很大的環(huán)節(jié)，因而調(diào)節(jié)系統(tǒng)過渡過程時間較長，在機車實際運行中，由于負載的頻繁變化，所造成的功率波動較大。電子恒功率勵磁系統(tǒng)由于直接用牽引發(fā)電機輸出的電功率信號作為反饋信號，反饋到勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)中去，調(diào)節(jié)過程不需經(jīng)過柴油機-發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速反饋，而且各個環(huán)節(jié)的元件全部采用電子器件，因此整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)慣性很小、反應(yīng)2024/8/2280很靈敏，動態(tài)性能好。在電子恒功率勵磁系統(tǒng)控制下，機車運行時柴油機幾乎不受機車負載變化的影響，始終工作在規(guī)定的功率值上。良好的動態(tài)性能是電子恒功率勵磁系統(tǒng)的一個主要優(yōu)點。在特性控制精確度方面，由于受結(jié)構(gòu)限制，聯(lián)合調(diào)節(jié)器上供油量給定信號與柴油機轉(zhuǎn)速之間是一個近似線形關(guān)系，因此柴油機轉(zhuǎn)速與功率之間的配合，并不一定符合牽引發(fā)電機理想外特性的要求。同時在各手柄位時的限壓、限流值的控制，往往也不能達到牽引發(fā)電機理想外特性的要求。對于電子恒功率勵磁系統(tǒng)而言，由于各手柄位下功率給定信號、限壓、限流給定信號均采用電模擬量或數(shù)字量，因而可以比較容易地按照牽引發(fā)電機理想外特性要求進行控制。2024/8/2281在控制功能擴展方面，采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)，可擴展可能性很小。若需要進行其他項目的控制，則必須要重新設(shè)置新的控制系統(tǒng)，這樣勢必要增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。而電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以方便地綜合各種信號進行控制，不同控制要求的各系統(tǒng)可以綜合在同一系統(tǒng)內(nèi)，因而在電子恒功率勵磁系統(tǒng)中，功能可擴展能力較強，只要增加少量環(huán)節(jié)就同時能進行電阻制動的恒電流、恒勵磁控制，也可方便的實施牽引電動機的空轉(zhuǎn)保護等。電子恒功率勵磁系統(tǒng)通用性較好，同樣的裝置幾乎可應(yīng)用到任何功率等級的電傳動機車上。同時采用電子恒功率勵磁控制的機車，控制精度高、調(diào)節(jié)方便，幾乎不用進行水阻試驗就可以調(diào)整各參數(shù)，系統(tǒng)還可實現(xiàn)狀態(tài)自檢，這給現(xiàn)場使用帶來2024/8/2282了極大的方便。與采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)相比，電子恒功率勵磁系統(tǒng)在輔助功率轉(zhuǎn)移方面存在明顯的不足或缺點，主要表現(xiàn)在：采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)能方便地實現(xiàn)機車輔助功率的轉(zhuǎn)移，而對于電子恒功率勵磁系統(tǒng)，當輔助功率變化時，需要相應(yīng)地改變牽引發(fā)電機的功率給定信號，以維持柴油機功率不變。由于輔助功率的檢測比較復(fù)雜，因此解決輔助功率的檢測往往又會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，所以目前大多數(shù)采用電子恒功率勵磁系統(tǒng)的機車，仍采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)輔助功率的轉(zhuǎn)移。對于柴油機來說，當運行較長時間后，由于高壓油泵、噴2024/8/2283油器的性能將下降，即使在同一供油量下，實際輸出功率也有所下降，供油量與輸出功率之間的匹配關(guān)系發(fā)生了變化。這時應(yīng)在供油量不變的情況下，及時調(diào)整柴油機輸出功率，相應(yīng)地降低柴油機功率，以避免因部件性能下降對柴油機運行帶來不利影響。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率控制系統(tǒng)，本身就是以保持供油量恒定為控制目標，柴油機能夠自動適應(yīng)變化，這是它的優(yōu)點。電子恒功率控制系統(tǒng)并不具有這一特點，必須通過附加的裝置來修正功率給定信號。一般功率給定信號通過功調(diào)電阻進行修正，可以方便地解決輔機功率轉(zhuǎn)移及供油量調(diào)節(jié)的問題?？煽啃詥栴}，這在機車上是一個特別重要的問題。美國作為內(nèi)燃機車技術(shù)的強國，在電子恒功率控制方面，特別是在微機控制方面應(yīng)用十分普遍，從運行可靠性來看絕不低于采用聯(lián)2024/8/2284合調(diào)節(jié)器的恒功率系統(tǒng)。在我國電子恒功率控制系統(tǒng)的應(yīng)用還不是很普遍，可靠性還有待提高，應(yīng)用經(jīng)驗還不多，各主機廠和科研單位應(yīng)在此方面加大研發(fā)力度，采用新技術(shù)、新工藝以提高可靠性。通過上述分析可知道，電子恒功率控制系統(tǒng)盡管存在著一些不足，但從總體性能上來看，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，是內(nèi)燃機車恒功率控制發(fā)展的方向，廣泛采用計算機控制技術(shù)，可使恒功率控制系統(tǒng)的性能更加完善，保證柴油機在最佳工況下運行。7.4采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功勵磁控制系統(tǒng)目前，采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功勵磁控制系統(tǒng)仍然在廣泛應(yīng)用，主要采用間接恒功勵磁控制，在小信號端進行調(diào)節(jié)，通過電路逐級進行放大，達到對牽引發(fā)電機勵磁電流的控制。我國主型內(nèi)燃機車DF4、DF8、DF11系列均采用兩級放大的間接恒功勵磁控制系統(tǒng)，在功調(diào)電阻和勵磁機之間加入了一級中間放大裝置-測速發(fā)電機，以減小功調(diào)電阻的容量和提高放大倍數(shù)，如圖7-23所示。2024/8/2286牽引發(fā)電機TF的勵磁由勵磁機L提供，勵磁機依靠直流測速發(fā)電機CF對其勵磁。測速發(fā)電機采用他勵方式，由柴油機拖動，功調(diào)電阻Rgt串接在其他勵回路中，Rgt受聯(lián)合調(diào)節(jié)器的控制。在采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的內(nèi)燃機車柴油機上，其工作特性是依靠聯(lián)合調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用而得到，故聯(lián)合調(diào)節(jié)器作為該類恒功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心元件，對柴油機以及機車性能的影響很大。7.4.1聯(lián)合調(diào)節(jié)器的基本功能柴油機可以工作在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之間，也可以運行在額定功率與部分功率以至空載之間。國產(chǎn)內(nèi)燃機車柴油機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一般為400～500r/min、額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。柴油機轉(zhuǎn)速的控制是通過司控器來實現(xiàn)的，在額定轉(zhuǎn)2024/8/2287速以下，功率、轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的下降而下降。根據(jù)柴油機原理，一定的供油量對應(yīng)一定的輸出轉(zhuǎn)矩，因此對于某一確定的手柄位置（即確定的供油齒條位置），柴油機都有一個確定的轉(zhuǎn)速、功率和供油量。根據(jù)柴油機油耗曲線，油耗率是隨著轉(zhuǎn)速的升高而降低，也就是說，在高轉(zhuǎn)速時油耗率較低，從經(jīng)濟角度考慮，柴油機運行在較高的轉(zhuǎn)速時較為有利。柴油機的這些特性需要通過調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。聯(lián)合調(diào)速器已由A型發(fā)展到了D型，調(diào)速性能有了很大提高，其基本結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能相同。在DF11部分新造車上裝用了調(diào)速性能優(yōu)良的PGMV型調(diào)速器，取得了很好的效果。PGMV調(diào)速器是在美國WoodWard公司生產(chǎn)的PGEV調(diào)速器基礎(chǔ)上，為適應(yīng)中國鐵路市場與機車接口的變形產(chǎn)品，它保留了PG類2024/8/2288調(diào)速器滑閥調(diào)整系統(tǒng)、補償系統(tǒng)，采用了聯(lián)合調(diào)節(jié)器的配速機構(gòu)，其外形接口、安裝尺寸和聯(lián)合調(diào)節(jié)器相同，可以和聯(lián)合調(diào)節(jié)器互換安裝。但其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能要優(yōu)于聯(lián)合調(diào)節(jié)器。PGMV調(diào)速器反饋補償系統(tǒng)設(shè)計合理，需要調(diào)整的環(huán)節(jié)不多，其調(diào)整過程比聯(lián)合調(diào)節(jié)器要簡單。聯(lián)合調(diào)節(jié)器具有穩(wěn)速、配速和功率調(diào)節(jié)三個功能，其原理如圖7-24所示。1.穩(wěn)速（基本調(diào)速）功能為了分析問題方便，暫不考慮功率調(diào)節(jié)作用，假定司控器手柄位置不變，即寶塔彈簧高度不變。在這里按柴油機穩(wěn)定工作、減載和增載三種工作情況來分別討論。（1）柴油機穩(wěn)定工作情況2024/8/2290當柴油機負載不變時，其轉(zhuǎn)速也不變，這時飛鐵所受的離心力和寶塔彈簧的壓力相平衡，飛鐵處于垂直位置，調(diào)速滑閥中閥盤將通往供油伺服器的油路封閉，供油伺服器中的動力活塞下方的油壓也正好與動力彈簧的壓力相平衡，動力活塞則靜止不動，共油齒條的位置也不變，調(diào)速器穩(wěn)定在平衡位置，如圖7-24所示狀態(tài)。（2）柴油機負載減少時的工作情況當柴油機的負載減小時，如輔助系統(tǒng)功率減小等，柴油機轉(zhuǎn)速將迅速增加，使得飛鐵轉(zhuǎn)速也相應(yīng)增大，飛鐵所受的離心力大于寶塔彈簧的壓力，飛鐵開始向外展開，使托盤上升壓縮寶塔彈簧，進而帶動調(diào)速滑閥柱塞上移，通往供油伺服器的油路打開，其動力活塞下部的壓力油卸載，動力活塞2024/8/2291下部背壓減小，在動力彈簧的作用下，動力活塞和供油齒條下移，使供油量減少。由于供油量的減少使轉(zhuǎn)速下降，飛鐵所受離心力減小，開始由張開位置向垂直位置收攏，寶塔彈簧開始伸長，調(diào)速滑閥柱塞下移、工作閥盤將通向供油伺服器的油路逐漸封閉，直到飛錘處于垂直位置調(diào)節(jié)過程結(jié)束。經(jīng)過如此調(diào)節(jié)后，柴油機轉(zhuǎn)速保持不變，但由于供油量減小使得輸出功率也相應(yīng)地減小，適應(yīng)負載的變化。（3）柴油機負載增加時的工作情況當柴油機負載增加時，轉(zhuǎn)速下降，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程與負載減小時的調(diào)節(jié)過程相反。隨著轉(zhuǎn)速下降，飛鐵因離心力減小而合攏，寶塔彈簧伸展、托盤及調(diào)速滑閥柱塞下移，與供油伺2024/8/2292服器之間的油路被打開，壓力油進入供油伺服器動力活塞的下部，從下部對動力活塞施加壓力，使其壓縮動力彈簧開始向上移動，拉動供油齒條朝增加供油量的方向移動。與此同時，由于供油量增加柴油機轉(zhuǎn)速上升，使得飛鐵離心力增大，飛鐵由最初的合攏狀態(tài)開始向垂直位置變化，調(diào)速滑閥中穩(wěn)速柱塞上移、通向供油伺服器間的油路被封閉，終止壓力油的供給使動力活塞停止移動、供油齒條保持在此位置上，飛鐵已恢復(fù)到垂直位置（平衡位置），整個調(diào)整過程結(jié)束。此時，柴油機轉(zhuǎn)速恢復(fù)到了原來的轉(zhuǎn)速，供油量有所增大，輸出功率相應(yīng)增加以適應(yīng)負載的增加。通過上述分析，在不是人為地進行功率調(diào)整的前提下，當柴油機負載減小或增加時，經(jīng)過調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，使供油量減少2024/8/2293或增大，柴油機的功率也相應(yīng)地減小或增加，而柴油機轉(zhuǎn)速保持不變，達到了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的目地。在實際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程不是一次能完成的，需要經(jīng)過幾次波動后才使得柴油機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當然希望調(diào)節(jié)過程越短越好。穩(wěn)速調(diào)節(jié)是在司控器位置不變、寶塔彈簧高度一定時，以轉(zhuǎn)速作為檢測信號，供油量作為輸出控制信號，通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，以改變供油量為代價，最終使轉(zhuǎn)速恢復(fù)到穩(wěn)定值、輸出功率適應(yīng)負載變化，柴油機在新的負載狀態(tài)下穩(wěn)速運轉(zhuǎn)。

2.配速（轉(zhuǎn)速給定）功能（1）司控器主手柄由低速位向高速位改變時的工作情況當主手柄由低速位移向高速位時，聯(lián)合調(diào)節(jié)器中的寶塔彈2024/8/2294簧被壓縮，寶塔彈簧與飛鐵之間的平衡關(guān)系被破壞，寶塔彈簧所受壓力將大于飛鐵離心力，飛鐵開始向內(nèi)收攏帶動調(diào)速滑閥穩(wěn)速柱塞下移，壓力油進入供油伺服器動力活塞的下部，從下部對動力活塞施加壓力，使其壓縮動力彈簧開始向上移動，拉動供油齒條朝增加供油量的方向移動。與此同時，由于供油量增加柴油機轉(zhuǎn)速上升，使得飛鐵離心力增大，飛鐵由最初的合攏狀態(tài)開始向垂直位置變化，穩(wěn)速柱塞開始上移，工作閥盤將通向供油伺服器的油路封閉，切斷壓力油通路，終止壓力油的供給使動力活塞停止移動、供油齒條保持在此位置上，飛鐵已恢復(fù)到垂直位置（平衡位置），整個調(diào)整過程結(jié)束。此時，柴油機在較高的轉(zhuǎn)速及供油量下輸出較高的功率穩(wěn)定運行。202