列车电力传动与控制第7章交直流传动内燃机车传动系统

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第7章 直流传动内燃机车电力传动系统
7.1 内燃机车电力传动装臵的功能 7.2 同步牵引发电机 7.3 恒功率调速系统 7.4 采用联合调节器的恒功励磁控制系统 7.5 电子恒功率励磁控制系统—CHEC系统 7.6 微机控制的恒功率励磁系统 7.7 牵引电动机磁场削弱
Fv PN （7-1） 3 .6 根据恒功率运行要求，机车运行时应保持柴油机额定功率
不变，暂设 =C，则有Fv = C ，即机车牵引力与速度的乘积等
于常数，可用一条等边双曲线来表示，最大牵引力受机车轮对
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和钢轨间粘着牵引力的限制，最大速度受机车构造速度的限 制，如图7-1所示。该曲线称为内燃机车理想牵引特性，柴油
7.1 内燃机车电力传动装臵的功能 内燃机车通常是以柴油机作为动力。由于柴油机的特性不
能满足列车牵引的要求，因此从柴油机曲轴输出端到机车轮对
内燃机车交直流传动
之间需要一套速比可调的中间环节，这一中间环节称之为传动 装臵。由一套电气设备组成的传动装臵，称之为机车电力传动 装臵。 机车在运行时为能经常利用其动力装臵的额定功率，这就 要求机车的牵引力与机车的运行速度按反比例关系变化，以保 持恒功率运行。若机车牵引力为F、速度为v，柴油机的额定功 率为PN，自柴油机至机车轮对间的效率为 ，则有
处理、预警及及记录等功能，柴油机采用燃油电子喷射技术， 实现了精细化控制。采用了高灵敏度的防空转、防滑行及轴重 转移调节控制系统，充分利用了电力传动装臵的资源。
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7.2 同步牵引发电机 同步电机是交流电机的另一个品种，其特点是在稳定运行 时，转速与定子电流的频率之间存在固定不变的关系，即 n n1 60 f1 p （7-4）
机的功率与速度的关系如图7-1中P = f(v) 曲线所示。 1. 直接驱动的内燃接车 F P F 如果将柴油机曲轴与机 车动轴之间通过速比不变的 P = f (v) 齿轮直接相连，不采用传动 装臵而构成直接传动机车。 其运行速度v、柴油机转速n、 v v 0 轮轴牵引力F和柴油机扭矩T 图7-1 理想牵引特性曲线及柴油机特性 之间的关系，可用下式表示
第7章 直流传动内燃机车电力传动系统
内燃机车目前是以柴油机作为动力，属于自备能源的机车，
其传动方式主要以电力传动为主，由柴油机拖动牵引发电机运 转，将燃料的化学能转换为电能输出，通过一套电气设备完成 电力的转换、分配与控制，将适合的电能供给牵引电动机，驱 动动轴旋转，在轮轨之间产生牵引力，驱动列车运行。 在内燃机车中，柴油机的工作性能直接影响着机车的牵引性能。 由于受能源动力供给总量的限制，如何充分发挥有限能源的作 用，实现柴油机恒功率运行是关键。
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传动方式是不行的。为此，必须要在柴油机与机车动轴之间 设臵专用的传动装臵。 为了使内燃机车在宽广的速度范围内能充分、经济地利 用柴油机功率，要求传动装臵必须实现：不论机车在额定功 率或部分功率运行，都应保证柴油机的功率恒定。因此，能 够保证柴油机恒定功率运转的传动装臵，称为“内燃机车恒
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能够充分利用柴油机的功率，使柴油机始终工作在最佳状态。 可利用牵引电动机短时过载能力强的特点，提高机车承受过载 的能力。 电力传动装臵的传动效率高，工作较可靠。自动化程度随 着控制技术的发展在不断提高，控制功能也在不断扩充中，控 制方式实现了网络控制。内燃机车具备了完备的自动故障诊断、
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v
60Dn v 103
（7-2）
F
2T D
内燃机车交直流传动 （7-3）
式中 D ——机车动轮直径； n——柴油机转速（r/min）；
T——柴油机扭矩（kN.m）； ——柴油机与机车动轴之间的传动比； ——柴油机与机车动轴之间的传动效率。 由式（7-2）、（7-3）可知，若忽略 的变化，可用柴油 机扭矩T与转速n之间的关系来代替直接驱动的内燃机车牵引 特性。直接驱动内燃机车牵引特性和柴油机功率的变化曲线如 图7-2所示，显然，它不符合图7-1所示的理想牵引特性曲线的 要求。这是因为柴油机输出功率与它的转速近似呈正比变化， 柴油机只有当它的转速达到额定值时才发出额定功率。也就是
功率调速装臵”。 2. 电力传动装臵的任务 电传动内燃机车运行性能的好坏取决于电力传动装臵性 能的优劣。电力传动装臵通过调节同步牵引发电机的外特性 来保证对柴油机的恒功率控制，为此对电力传动装臵提出以 下要求，即电力传动装臵应完成的任务：
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当机车运行在需要柴油机发挥额定功率时，电力传动装臵 应能使机车在尽可能大的速度范围内保持柴油机额定功率不变； 当机车仅需部分功率时，传动装臵应使柴油机按其经济特性运 行。 电力传动装臵应保证柴油机在无负载情况下起动。 机车起动时，传动装臵应保证有足够大的牵引力，机车起 动加速迅速，同时应保证机车起动过程平稳、无冲击。 电力传动装臵除应具有较高的效率外，必须工作可靠，质 量轻、体积小、维修方便，造价便宜。 3. 电力传动装臵的特点 电力传动装臵能够尽可能地利用机车的粘着质量，扩大机 车牵引力和运行速度的变化范围，以便满足列车的运行需要。
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说，采用直接驱动的机车，只有在 柴油机额定转速对应的速度运行时， 柴油机功率才能得到充分利用，低 于该运行速度柴油机的功率得不到 充分发挥，而且机车速度愈低，柴
P
T PN
P T
n n n 油机功率的利用率也愈低。 图7-2 直接驱动的机车牵引特性 及柴油机输出特性 此外，柴油机运转受最低稳定 工作转速和最高工作转速限制，低 于最低稳定工作转速和高于最高工作转速都不能工作。柴油机 也不能带负载起动，而且承受过载的能力很差，因此直接驱动 的内燃机车不能使列车起动。 内燃机车采用直接传动方式，还有其它不能满足理想牵引 特性要求的问题，以上几点足以说明，在内燃机车上采用直接