东风7G型机车电气系统

26
3.6 JD307A型通风机电动机

型式：三相异步电动机

额定功率：30kW

额定电压：400V

额定电流：54A

额定功率因数：0.88

额定频率：100Hz

额定转速：2970r/min n=60f/p=60X100/2=3000r/min

额定效率：91%

极数：4

绝缘等级：H

工作制：连续
30
异步电动机的机械特性
T
不稳定区
稳定区
0
nk n1
图6—3 异步电动机机械特性
（1）不稳定运行区0~nK： 当负载转矩小于电机转矩时，
电机很快加速进入稳定运行区； 当负载转矩大于电机转矩时，
电机很快减速而堵转。 （2）稳定运行区nK~n1： n 为电机正常工作区段，机械 稳定性好，能适应负载的变化。
n-电机转速(r/min)；Es-感应电势(V)。
22
电压平衡方程式
对于串励电动机：U =Es+IsRD= Ceφ n +IsRD
U-电源电压；
ES-电枢电势； RD-电机绕组电阻；
IS
+
+
举例：串励电动机空载飞车问题
空载时，Is较小，RD较小， IsRD可 以忽略，U =Es+IsRD可近似为
U
FN Fmax
Ne

FV 3.6
=常数
Ne-柴油机功率；F-机车牵引力；V-机车速度；-传动装置效率。
F·V=常数，即要求牵引力F与机车
N
的速度V成反比的变化关系；
0
Vmin
Vmax
机车理想牵引特性曲线及柴油机功率曲线
最大牵引力Fmax受动轮与钢轨之间 粘着牵引力的限制；
V
最高速度Vmax受构造速度的限制 。
采用微机控制技术，具备恒功、限流、限压、防空转 功能，同时具备显示、保护、报警及记录功能。
采用交流传动技术，辅助系统比传统的机械传动具有 更突出的优点。
继承了标准化、规范化的成果，机车实现了模块化。
6
东风7G型与东风7C型机车
东风7G型机车（招标车）
前20台车：JF208C主发电机、ZQDR-410牵引电动机、 一级磁场削弱、辅助交流传动
空载电势E0仅正比于转子励磁 磁通φ0，因此空载特性曲线的
形状与磁化曲线φ0=f（IL）相似。
图 2—68 TQFR—3000 型同步发电机 的空载特性（n=1100r/min） 14
外特性：是指当发电机的转速n、励磁电流IL、负载功 率因数cos 不变时，发电机的端电压U随负载电流I之间 的变化关系，即U=f (I)
东风7G型内燃机车 电气系统
2020/1/28
1
主要内容
东风7G型机车电气系统简介 东风7G型机车电机 东风7G型机车电器 东风7G型机车电气原理说明 电气系统使用维护 电气系统故障处理
2
1 电力传动装置概述
1.1 柴油机的运用特性
转矩特性 M=f(n) 功率特性 N=f(n)
每极磁通量，Krz-绕组系数，W-每相绕组的匝数
13
同步牵引发电机的特性
空载特性：是指发电机在空载运行时，端电压U0（即 E0）随着转子励磁电流IL变化的关系，即 U0 = f (IL) 或
E0 = f (IL)
由空载电势 E0 = 4ห้องสมุดไป่ตู้44 WKrzfφ0可
知，在发电机转速等于额定转
速时，感应电势频率f不变，故
当I =0时，端电压U就 等于空载电势E0。
当有负载后，端电压U 由于电枢反应的去磁作 用以及电枢绕组的阻抗 压降而开始下降。但这 时磁路很饱和，所以并 未使端电压显著下降。
图 2—74 TQFR—3000 型同步牵引发电机的外特性
15
随着电枢电流I 的进一步增加，电枢反应的去磁作 用逐步加强，使电机磁路离开饱和状态，端电压U 随着I 的增加迅速下降。
状相似，但对应于同一励磁电流
图 2—75 TQFR—3000 型同步牵引 发电机的负载特性
IL下，电枢电流I愈大，则电枢 反应的去磁作用愈强，因而端电
压就愈低。
17
3.2 ZD109J型牵引电动机

额定功率：530kW
410kW

额定电压：670/980V
550/770V

额定电流：845/577A

额定功率因数：0.85

额定频率：100Hz

额定效率：92％

额定转速：3000r/min

额定励磁电压：60V

额定励磁电流：43A

励磁方式：他励

绝缘等级：H/H

工作制：连续

冷却方式：自通风
25
3.5 JD358型冷却风扇电动机

型式：变极三相异步电动机

极数：10/14

额定功率：60/22kW
ES M RS
U =Es=Ceφ n，又因Is较小，
RL
φ 也小（磁化曲线），为平
衡U，n必然很高，引起飞车。 - （a）串励电动机
-
图2—11 直流电动机
23
牵引电动机的速度调节
根据转速公式，可知直流电动机的调速方法有三种：
• 改变电源电压U
n U I s RD
Ce
• 调节励磁磁通φ
• 调节电枢电阻RD

额定转速：1200/857r/min n(10)=60f/p=60X100/5=1200
n(14)=60f/p=60X100/7=857

额定电压：400V

额定电流：120/50A

额定效率：90%/88%

额定频率：100Hz

额定功率因数：0.8/0.7

工作制：连续

绝缘等级：H

冷却方式：自通风
第21台后：JF208A主发电机、ZD109J牵引电动机、 取消磁场削弱、辅助交流传动
东风7C型机车（路外车）
TQFR-3000主发电机、ZQDR-410牵引电机、一级磁场削 弱、一（二）级电阻制动、辅助机械传动
7
东风7G型机车电气系统布局
8
3 东风7G型机车电机
JF208A型主发电机 ZD109J型牵引电动机 JF409A2型辅助发电机 JD358型风扇电动机 JD307A型通风机电动机 ZQF-80型起动发电机 ZD316型风泵电动机 ZTP-12型油泵电动机
势在转子导体中产生感应电流。
转子导体感应电流与旋转磁场相互作用产
生电磁力，方向用左手定则确定。电磁力
作用在转子上形成电磁转矩，使转子按旋
异步电动机工作原理示意图 转磁场的旋转方向转动。
为了在转子导体中产生感应电势和电流，
s no n no
转子与旋转磁场必须存在相对运动，则异
步电机转子转速 n 总是小于同步转速 no ， 故称异步电动机。转差率：
20
直流电机的基本原理
fx
换向器
图 2—3
ex ex fx
直流电动机的工作原理
电动机：载流导体在磁场中 受力，用左手定则可判断出 电磁转矩的方向，形成了旋 转运动，实现了电能向机械 能的转变。
发电机：运动导体在磁场中 发电，用右手定则可判断出 感应电势的方向，形成了电 枢电流，实现了机械能向电 能的转变。
9
3.1 JF208A型主发电机

额定容量：2911kVA
(2985)

额定电压：425/770V
(438/613)

额定电流：3955/2183A
(3936/2805)

额定转速：1000r/min
(1100)

额定频率：150Hz f=nXp/60=1000X9/60=150 (165)

励磁电流：≤10A
代用图
1-定子铁心；2-磁极；3-磁轭支架；4-风扇叶片；5-转轴；6-机座；7-滑环；
8-刷架；9-定子电枢绕组；10-端盖；11-吸风网；12-导风板；13-出线端
11
主发电机的基本原理
定子中嵌有三相对称绕组图A2— X、59 B同Y步、发C电Z机，的称工作为原电理 枢绕组，
这三组绕组的匝数和导线截面相等，在空间位置上互 相距离120°电角度。 转子上绕有励磁绕组，当直流电流通过励磁绕组时，
(244/272)

额定效率：95.5％/94.5％（含励磁损耗）

励磁方式：他励

励磁机励磁电压：70/80

励磁机励磁电流：6.8/7.8

绝缘等级: 主机 H/H（定子/转子）B=130 F=155 H=180
励磁机 F/F（定子/转子）

工作制：连续

冷却方式：径向自通风
10
JF208A型主发电机结构
使转子磁极产生极性不变的N 极和S 极。
12
当原动机拖动转子旋转时，定子绕组与转子磁场之间产 生相对运动，在定子三相绕组中将产生感应电势，其波 形大小和频率均相同，相位互差120°电角度。
发电机产生的三相感应电势按正弦波形变化，每相电势 有效值为：
E1 = 4.44WKrz·fφ1
f(=p.n/60)-感应电势频率，p-磁极对数，n-转子转速 φ1-
直流电机的励磁方式与换向。
21
直流电机的电磁转矩和感应电势
电磁转矩
M

PN
2a
I
s
Cm
Is
Cm-转矩常数，决定于电机的结构；φ -磁通(Wb)；
Is-电枢电流(A)；M-电磁转矩(N·m)。
感应电势
Es

PN
60a
n

Ce
n
Ce-电势常数，决定于电机的结构；φ -磁通(Wb)；
800/570A

最大电流：1200A
1080A

额定效率：93％

额定转速：770r/min
640r/min

最大转速：2385r/min
2365r/min

最小励磁率：54％

励磁方式：串励

工作制：连续

绝缘等级：H/H（定子/转子）：

冷却方式：强迫外通风

冷却空气量：110m3/min
18
一般额定转差率Se=0.04~0.06
31
异步电动机调速的方法
T
U1` ＞ U1``＞ U1```
U1`
U1``
U1```
..cb a TZ
0
nk n1
n
图6—4 电机转矩与外加电压的关系
（1）改变电压的调速 转速变化范围小，使电机最大
转矩发生较大的波动，削弱了适应
负载变化的能力。
（2）改变磁极对数的调速

冷却方式：自通风
27
异步电动机的结构
28
异步电动机的基本原理
当三相交流电通入定子三相绕组时，就在定子内建立 起一个在空间连续旋转的磁场，称为旋转磁场。
旋转磁场的转 速称为同步转 速no
no

60 f1 p
29
转子导体与旋转磁场存在相对运动，在转
子导体中产生感应电势，方向用右手定则
确定。由于转子绕组是闭合的，则感应电
改变电源电压U可以通过调节柴油机转速或改
变主发电机励磁电流来实现；调节励磁磁通φ也就是 进行磁场削弱；调节电阻要损耗大量电能，将使牵
引效率降低。电机电流Is是由负载决定的，不能人
为调节。
24
3.4 JQF409A2型辅助发电机

额定容量：260kVA

额定电压：400V

额定电流：375A

最大电流：870A
4
东风7G型机车电力传动示意
恒功特性
牛马特性
柴油机
牵引 发电机
整流 装置
牵引 电动机
轮对
（交流）
（直流）
5
2 东风7G型机车电气系统简介
采用JF208A型无刷励磁主发电机，励磁机与主发电机 合并，结构及性能更加先进。
采用ZD109J型牵引电动机，调速范围更宽，取消了磁 场削弱装置。
采用双三相整流桥电路，整流元件由36个减少到12个， 且无均流问题。
额定功率：80kW 额定电压：110V 额定电流：728A 额定转速：1115/2730r/min 励磁方式：发电机工况时为他励
电动机工况时为串励 励磁容量：发电机工况励磁电压不大于105V，励磁电流不大于8A 转矩：启动电流在2100A时转矩不小于3295N·m
在2730r/min时转矩不小于1648N·m 工作制：断续制(80kW 5min到30kW 5min) 冷却方式：自通风
NM
Ne N
M
0
nmin
nmax
柴油机特性曲线及功率曲线
1) 功率得不到充分利用 ；
2) 转速变化范围很窄，过载能
力较差，故机车的运行速度
范围和负载变化受到限制；
3) 不能带负荷启动，故不能使
列车启动和低速运行；
4) 曲轴只能单方向旋转 ，故不
n
能改变机车的运行方向。
3
1.2 机车牵引特性
机车在运行时能充分利用其动力装置的额定功率
ZD109J型牵引电动机结构
代用图
1-油杯；2-刷架圈；3.17-轴承；4-挡油板；5-前端盖；6-平衡块；7-换向器；8-电刷装置；
9-均压绕组；10-机座；11-主极线圈；12-主磁极铁心；13-无纬带；14-平衡块；15-电枢绕组；
16-后端盖；18-换向极铁心；19-换向极线圈。
19
3.3 ZQF-80型起动发电机
随着励磁电流IL和转速n的下降，外特性曲线逐渐 下移，与横坐轴的交点也左移 。
此特性即故障励磁特性，或称固定励磁特性。
16
负载特性：当发电机转速n、电
枢电流I和功率因数cos 不变时，
发电机的励磁电流IL与端电压U 之间的关系，称为负载特性，即
U = f (IL）。 负载特性与空载特性曲线形