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1、word第一章东风8B型内燃机车电力传动概述第一节内燃机车电力传动装置的作用内燃机车是用柴油机作为动力的。从柴油机曲轴至机车动轮之间的一整套机械能-电能-机械能的变换和传递装置，叫做电力传动系统。它的任务是使柴油机工作特性适合于机车特性的要求。一、内燃机车电力传动装置的作用一柴油机特性与机车特性对机车而言，要求能充分利用其动力装置的额定功率，即要求机车牵引力与运行速度的乘积接近于柴油机扣除辅助功率输出的牵引功率，其表达式为：NeNf=FV/3600 11式中：F机车牵引力NV机车速度km/hNe柴油机输出功率kWNf机车辅助功率kW机车传动装置的总传动效率 图11内燃机车理想牵引特性曲线 图1
2、2 柴油机转矩特性和功率特性 和所对应的柴油机功率曲线按照公式11绘制内燃机车理想牵引特性，如图11所示。在理想牵引特性曲线内，大局部区段牵引力F与速度V呈等边双曲线关系，即FV=CC为常数。由图可见，在机车按理想牵引特性运行时，柴油机功率在机车主要的运行速度X围内都能保持恒定，也就是说柴油机功率能被充分利用。实际上，机车最大速度Vmax受牵引电动机结构和机车结构速度的限制，恒功率的最大速度如此受牵引电动机换向等条件的限制。机车最大牵引力Fmax受机车动轮与钢轮之间粘着牵引力的限制和电机温升等的限制。柴油机的工作特性见图12。图中，曲线为柴油机转矩特性M=f(n)，曲线为功率特性N=f(n)。
3、由机车特性和柴油机特性可以看出两者之间有诸多不能直接匹配之处：1柴油机转速的变化，有最低工作转速nmin和最高工作转速nmax。当转速低于nmin时，柴油机便会“熄火，停止工作；当转速高于nmax时，便会造成柴油机的机械损坏，因此，柴油机转速变化较窄。对机车而言，具有宽广的速度变化X围，它的最低速度为“0；最高速度可达机车的最高速度Vmax。由此可见，柴油机转速n与机车速度V两者的工作情况根本不同。2柴油机曲轴输出的转矩M，只与柴油机每循环的供油量有关，当不调节柴油机高压油泵齿条的位置供油量不变时，柴油机转矩M不随转速n变化；而机车牵引力F与机车速度V成反比的变化。可见，以上两种关系之间有着本
4、质的区别，不能直接对应。3柴油机输出功率N随转速n的增长和降低，根本上两者呈直线变化；而机车功率P与机车运行速度V没有固定的关系，由此可见，柴油机功率N与转速n之间的关系和机车功率P与速度V的关系，两者有本质的区别。4柴油机要无负荷起动；而机车要在牵引大量列车情况下，有负荷起动，两者亦具有本质的不同。5柴油机只能单一方向旋转，而机车要能够前、后两方向运行。柴油机与机车不能直接偶合。6机车运行中，在输出功率不变的情况下，受线路的影响，机车速度V在很大的X围内，随时变化；而此时，不允许柴油机转速n超知名义转速，即外界环境条件不断的在影响机车速度V，而不影响柴油机转速n。综上所述，柴油机工作特性与机
5、车工作特性之间存在很大的不适应性和矛盾。为解决上述柴油机与机车之间的诸多问题，东风8B型内燃机车采用交直流电力传动装置。二东风8B型内燃机车电力传动装置的主要作用1牵引驱动将机车柴油机曲轴输出的机械能，传递给轮对，驱动机车运行，并使机车具有理想的牵引特性。机车牵引力和运行速度都有一个比拟宽广的变化X围，并且在较大的速度X围内，柴油机始终在额定工况下运行，即柴油机的功率能够得到充分发挥和利用。此外，机车应具有足够高的起动牵引力。2电阻制动利用直流电机的可逆性原理，在电阻制动工况，将直流串励牵引电动机改为直流他励发电机，通过轮对将列车的动能和势能，转变为电能，消耗在制动电阻上，再以热能的形式散到大
6、气中。在这过程中，牵引电动机轴上产生的反转矩作用于机车动轮，产生制动力。这个制动作用称为电阻制动。传动装置应能保证机车电阻制动的实施和满足电阻制动性能的要求。3辅助传动驱动机车辅助装置工作，实现柴油机起动、辅助机组工作，向蓄电池充电、向机车照明、取暖等供电。4操纵控制按照机车电路图的设计要求和工作程序，自动或手动完成有关电器件的动作，以保证柴油机在无负载情况下起动和进展转速调节；保证机车能正常进展牵引、制动工况的转换；前进、后退方向的转换；以与操纵机车正常运行。5监视保护使司乘人员能正确了解机车各局部的工作状态、显示某些必要的参数。当机车某部出现故障时，能自动显示或采取有效措施，以尽量维持机车
7、运行和防止事故的扩大。此外，还要求机车电力传动装置各个环节，最大限度的实现结构紧凑、工作可靠、重量轻、维修方便。二、东风8B型内燃机车电气系统概述东风8B型内燃机车的主传动采用交直流电传动。由16V280ZJA型柴油机经大圆薄板联轴节和联接箱分别与同步主发电机F转子和定子相连接。电机轴伸端通过弹性柱销法兰、万向轴一、前变速箱带动起动发电机QD、感应子励磁机L与测速发电机1CF。柴油机起动工况时，起动发电机QD作为直流串励电动机，由蓄电池XDC供电，驱动柴油发电机组。柴油机运转工况时，起动发电机作为他励直流发电机，经微机辅助电压调节系统输出机车辅助电压直流110V，向机车控制电路、照明电路与各辅
8、助电机供电，同时向蓄电池充电。当微机辅助电压调节系统故障时，可手动闭合固定发电开关10K，转入固定发电状态。机车牵引工况时，同步主发电机F产生的三相交流电经主硅整流柜1ZL三相桥式全波整流后，供应6台并联的直流牵引电动机1D6D，再由牵引齿轮驱动轮对，从而使机车运行。从1ZL到1D6D之间的电路由6个主接触器1C6C分别控制。方向转换开关HKF转换牵引电动机励磁绕组的电流方向，从而改变牵引电动机的转向，控制机车前进或后退。为扩大机车的恒功率运行速度X围，除了同步主发电机有一定的恒功率调压X围外，还采用一级磁场削弱。磁场削弱接触器XC由微机控制，当微机发生故障时可通过转换开关XKK手动过渡和返回
9、。机车设有电阻制动。工况转换开关HKG将牵引电动机改接成他励直流发电机，6台牵引电动机主极绕组串联，由同步主发电机F经1ZL、制动接触器ZC供应励磁，牵引电动机电枢通过齿轮由轮对驱动，切割主极磁场，将列车运行动能和坡道势能转化为电能，分别消耗在制动电阻1RZ6RZ上，转化为热量，再由轴流式通风机将热量吹散到大气中。转为发电机的牵引电动机16D，发电过程中产生的反转矩作用于机车，实现电阻制动。为改善机车在低速时的电阻制动性能，机车设置二级电阻制动。当机车速度降至25km/h时，1RZC6RZC分别将制动电阻1RZ6RZ短接一半电阻，一级电阻制动转换到二级电阻制动，从而增大牵引电动机制动电流和制动
10、力；反之，机车速度上升至30km/h时，1RZC6RZC断开，即由二级电阻制动返回一级电阻制动。当机车需要做自负荷试验时，将主电路中1C6C断开，合上自负荷开关ZFK，通过HKF、HKG使制动电阻1RZ6RZ分别与1D6D的主极绕组串联后，再6路并联，将柴油发电机组发出的电能经1ZL整流后消耗在制动电阻上。同步主发电机F的励磁是由励磁机L发出的三相交流电经励磁整流柜2ZL整流后供应的。机车采用两种励磁方式：励磁一：微机控制系统，它通过多种电流、电压、转速、温度、压力等传感器、继电器、仪表，实现机车各种工况的励磁控制、保护、故障显示与诊断功能。在机车牵引工况，可实现各档位的恒功励磁、限流、限压、
11、防空转；在自负荷工况可实现各档位的功率调节；在电阻制动工况，可实现恒励磁、恒制动电流、高速线性制动限流、防滑行控制、一级和二级电阻制动的过渡与返回控制。励磁二：柴油机联合调节器自动调节油马达驱动的调整电阻Rgt，改变测速发电机1CF的励磁，从而改变励磁机L的励磁以满足机车牵引工况和自负荷工况的根本要求。由于励磁二没有设置电阻制动恒流控制、电阻制动高速线性限流、一级和二级电阻制动转换等功能，故在励磁二工况不允许使用电阻制动。励磁一和励磁二的工况转换是通过万能转换开关WZK手动转换的。柴油机的转速调节：通过设在操纵台上的编码型司机控制器主手柄控制调速器驱动装置WTQ，以控制柴油机联合调节器中的步进
12、电机实现柴油机有档无级调速。机车主电路中设有过流、接地和制动电阻风机失风保护电路。司机操纵台上设有电表模块机车双针速度表、电测量双针仪表、状态指示灯、风表模块(双针压力表、数码显示器、语音箱)等监视仪表与故障集中显示装置、监控数码显示器、微机诊断屏。监控数码显示器和微机诊断屏向司机提供各种运行数据与故障信息。在电表模块内装有语音装置，可以发出监控、轴温等语音报警。机车电气设备还有照明、采暖热脚炉、电取暖器、电烤箱(饮水机)、电冰柜、预热锅炉控制与驱动系统、牵车外接直流电源插座和外接三相交流电源插座。机车司机室还设有空调系统，其电源由机车110V辅发电源经空调电源提供。第二节机车电传动调节系统与
13、原理一、恒功率调节一概述恒功率调节的主要任务是，机车运行中，司机控制器主手柄不变，柴油机在一定的转速下，随列车运行阻力不断变化，使同步主发电机输出电流、电压能满足恒功率的要求，充分利用柴油机功率。恒功率调节可分为以下二种工况：1.联合调节器油马达电阻单独工作；2.微机控制系统工作。柴油机的最大运用功率与同步主发电机经主硅整流柜输出的电功率之间的关系，可用下式表示：PF=NeNfFZ=UFIF10312式中：PF同步主发电机经主硅整流柜的输出功率kWNe柴油机输出功率kWNf机车辅助功率kWF同步主发电机的效率 z主硅整流柜的效率UF同步主发电机经主硅整流柜的输出电压VIF同步主发电机经主硅整流
14、柜的输出电流A图13同步主发电机理想外特性机车辅助功率Nf主要由牵引电动机通风机、冷却风扇、空气压缩机和机车辅助设备用电等组成，一般与列车运行情况无关，当柴油机转速一定时，最大辅助功率可近似认为是常数。同步主发电机的效率F与负载电流有关，在恒功X围内F的变化不大，而主硅整流柜的效率Z的变化也很小，可以认为是不变的。从公式12中可以看出，要保持柴油机额定功率Ne不变，当机车辅助功率Nf一定时，同步主发电机经主硅整流柜输出的功率PF=UFIF应接近一恒值，即其外特性应是等边双曲线。同步主发电机理想外特性曲线，见图13。恒功率的最高电压愈高，机车的恒功率速度愈高；恒功率的最大电流愈大，机车的恒功率牵
15、引力就愈大，这是机车牵引性能所要求的。实际上，因为同步主发电机和主硅整流柜都有最高电压值和最高电流值的限制，因此，同步主发电机经主硅整流柜的理想外特性就不是无限延伸的双曲线，而是如图13中ABCDE所示，其中，线段AB表示受最高电压限制，线段DE表示受最大电流限制，线段BCD表示恒功率区域。B点相对应的电压，称恒功率X围内最高电压UFmax，所对应的电流称恒功率X围内最小电流IFmin。D点相对应的电流为恒功率X围内最大电流IFmax，所对应的电压为恒功率X围内最小电压UFmin。C点所对应的电压称额定电压Ue，相应的电流称额定电流Ie。当柴油机转速改变时，同步主发电机也相应的具有不同的理想外特性曲线。柴油机转速愈低，柴油机功率愈低，其理想外特性曲线愈向座标原点靠近。东风11型内燃机车通过对电机励磁系统的调节，使同步主发电机按理想外特性曲线工作。二恒功率调节系统同步主发电机经主硅整流柜输出电流的大小，取决于列车的运行阻力主要是坡道阻力，同步主发电机经整流后输出电压的大小与电机转速以与励磁磁通成正比。在固定转速n=常数时，且唯一可以人为调节的，就是同步主发电机励磁磁通FL，而磁通F
