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1、6 辅助电气系统HXN5辅助电气系统6 辅助交流发电机滑环牵引电机通风机和空压机发电机通风机牵引交流发电机冷却风扇电机蓄电池电器柜HXN5型内燃机车的辅助交流发电机（以下简称辅助发电机或AA）与牵引交流发电机（以下简称牵引发电机或TA）安装在一起（见图6-1），统称发电机组件。型号为5GMG201E1。其中，辅助发电机包括一套励磁绕组和三套互相独立的输出绕组。柴油机起动后，在AA励磁绕组通有励磁电流的情况下，三个输出绕组分别输出不同等级的交流电源供给机车辅助电路。主要包含（但不限于）励磁供电系统、辅助电动机供电回路、蓄电池充电系统以及控制系统等。图6-1 机车辅助电器设备布置图1616.1 辅
2、助交流发电机图6-2 辅助发电机内部原理图6.1.1 辅助发电机位置辅助发电机AA集成与交流发电机，它位于机车的交流发电机间内。与牵引发电机一起连接在柴油机后部。见图6-1中。6.1.2 辅助发电机特点辅助发电机三套绕组输出三个不同等级的三相交流电源。分别供给不同的辅助电路。即主辅发电机励磁电路、冷却风扇等辅助发电机回路、蓄电池充电电路。按负载的不同。可将这三套绕组分为：励磁供电绕组、辅助电动机供电绕组、蓄电池充电供电绕组。如图6-2 所示：当柴油机旋转时，由于辅助发电机的转子与柴油机曲轴连在一起，所以辅助发电机AA的转子也在旋转。如果此时给辅助发电机的励磁绕组通一直流电，则辅助发电机发电的两
3、个外部条件均已满足。旋转的励磁绕组产生旋转的磁场，当该磁场被电枢绕组切割时，在电枢绕组上便产生了电动势。所以产生了电压。由于磁场是旋转的，反应到输出绕组上便产生交变的电压。这样就输出了交流电。因为每套绕组均有三相，所以便产生了三相交流电源。6.1.3辅助交流发电机的起动6.1.3.1辅助交流发电机AA起动条件控制系统决定辅助发电机（AA）何时起动。AA的起动必须同时满足三个条件方能进行。机车上的CCA可检测这些条件并作出反应。柴油机转速在400转/分到1050 转/分之间，并至少持续20秒。所有辅助柜的柜门关闭并锁好，DIS1DIS4触点闭合。智能显示器的第2级开关显示屏上的AA输入/输出（i
4、n/out）开关必须打到In 位置。1柴油机转速检测如果辅助发电机不在运行，智能显示器3通过ECU（柴油机控制单元）采集有关柴油机转速数据。如图6-3。ECU读取来自柴油机曲轴传感器的输入数据，并将该数据转换成曲轴转速信息，并传送给DS3。智能显示器中的软件对柴油机转速设有限值检测。如果转速值在400转/分到1050 转/分之间，则起动定时器。如果柴油机转速保持稳定持续20秒，智能显示器将继续检测其他两个条件是否满足。2辅助柜关闭检测ECUWA WBAACWA WBCIOWA WBDS3WA WB终端电缆终端电缆图6-3 智能显示器与柴油机控制单元（ECU）间的信息传递机车上的任何一个辅助柜在
5、起动辅助发电机时都不允许打开。如果由于某种原因已经打开，那么CIO将通过与门锁相连的一组DIS开关触点检测到门的状态。图6-4示出了当辅助柜门打开时DIS3的状态。在这种情况下，CIO得不到蓄电池的高电平输入信号，CIO将该信息传送给了DIS3（见图6-5）。DIS1DIS1DIS1DIS1R1CIOS15蓄电池+蓄电池-如果辅助发电机正在运行时打开柜门，智能显示器检测到这种情况会立即作出反应，关闭AAC（辅助发电机励磁控制器），使AA停止运行。只要该情况存在，DS3将不执行辅助发电机的起动操作。图6-4 辅助柜门打开时触点状态ECUWA WBAACWA WBCIOWA WBDS3WA WB终
6、端电缆终端电缆图6-5 CIO与DS3间信息传递DIS1DIS2DIS3DIS4CIOS15蓄电池+蓄电池-当辅助柜门关闭并锁好时，表明柜内无人，可以安全恢复机车高电压，DIS3的状态即发生改变，如图6-6所示。CIO 接到蓄电池的高电平输入，并将该信息送给DS3。DS3接到该信息后，在其他两个条件也得到满足的情况下，其软件即认为可以安全起动辅助发电机了。R1图6-6 辅助柜门关闭时触点闭合3对辅助发电机断路开关的响应在智能显示器的第二级开关屏上。见图6-7中，标有“Aux Alt”的拨动式开关即为辅助发电机切断开关，图中开关的位置表明AA处于切除状态。AA切断开关的位置可通过拨动两排按钮中的
7、一个按钮来控制，这些按钮安装于智能显示器显示屏的下面。尤其是当智能显示器上显示出第2级开关屏时，拨动按钮排中的4号按钮便可以转换Aux Alt开关的位置。如图6-8所示，当开关拨到“接入”（In）位置时,在其他两个起动条件均满足的情况下，DS3的软件便允许辅助发电机起动。图6-7 智能显示器显示辅助发电机处于切除状态图6-8 智能显示器显示辅助发电机处于接入状态6.1.3.2辅助发电机起动 当起动辅助发电机的三个条件得到满足时，控制系统便开始起动辅助发电机。 1蓄电池给辅助发电机提供励磁智能显示器DS3控制CIO吸合励磁继电器（FFR）。当FFR被触发时，其触点保证蓄电池电流通过AA的励磁线圈
8、。电路状态如图6-10所示，励磁线圈中的励磁电流I励磁仅包含蓄电池电流，即I励磁=I蓄电池。此时，AA的各输出绕组开始建立电压输出。由于在AA的辅助电动机供电线圈输出端直接接有交流发电机通风机电动机、辅助柜通风机电动机和过滤用排风机电动机。这些负载的接入有利于保持输出线圈上电压的平稳升高。在升压过程中，控制系统必须及时对电压上升状况进行跟踪检测，并计算出在AA起动过程中乃至起动后均要用到的重要控制参数。电动机负载有助于这种检测的实现。在AA的辅助电动机供电线圈输出端建立电压时，该电压经电压衰减模块进行衰减处理后，由AAC作为输入读取。反馈电路如图6-9所示。AAC读取输出电压后，再利用输出电压
9、过零点而计算得到的发电机输出频率计算出AA辅助电动机供电线圈每赫兹的输出电压值。TAC蓄电池+励磁供电绕组蓄电池充电供电绕组励磁线圈AACFFRFFRWABCC蓄电池-辅助电动机供电绕组辅助交流发电机相电压ABCWB图6-9 辅助发电机的蓄电池供电励磁电路2蓄电池与AAC同时给辅助发电机提供励磁当AAC计算出AA的电动机供电线圈输出的V/Hz比率约为0.38时，此时，AAC中的软件系统触发其内置SCR整流桥，来自AA的励磁供电线圈的交流电被整流桥电路转换为直流电，与蓄电池一起给AA的励磁绕组励磁，即I励磁=I蓄电池+IAAC，随着AAC电流的加入，I励磁增大，从而电动机供电线圈输出的V/Hz比
10、率也有所增大，AA的励磁供电线圈输出也增大，从而使IAAC增大，相应地I励磁、V/Hz比率及AAC输出又有所增大。形成了一正反馈循环。AAC的软件系统对该过程进行监视与控制，不断地跟踪检测AA的电机供电线圈输出端的V/Hz比率增大状态。V/Hz比率与I励磁同步增大，当其值达到3.0时，AAC的控制软件将有所变化。3辅助发电机的AAC励磁及输出调节当AAC计算出AA的电动机供电线圈输出的V/Hz比率已经达到3.0 V/Hz时，即通过ARC网络向智能显示器DS3发送信息， DS3接到信息后便命令CIO让FFR（磁场继电器）释放，使其触头断开。FFR继电器的触头断开后，蓄电池就不再向AA的励磁绕组供
11、电。当由于失去了蓄电池供电电流而使I励磁值减小时，AAC能够检测到电机供电线圈输出的V/Hz比率的变化，输出更大的电流IAAC以补偿I励磁的减小，从而使V/Hz比率恢复到3.0并继续增大。直到AA的电动机供电线圈输出的V/Hz比率达到最终工作值3.83。AA的其它供电线圈也都能为机车上其它辅助系统提供所需要的电源。辅助发电机起动程序完成后。6.2交流发电机励磁电路辅助发电机有三套输出绕组，其中一套为励磁供电绕组。该绕组输出的交流电经励磁控制器转换为直流提供给牵引发电机TA和辅助发电机 AA的励磁绕组。使TA和AA输出交流电分别供给牵引回路和辅助回路。图6-10为该回路电路。ARC网络连接、连至
12、BBC及更远处ARC网络连接、通过TMC、TBC及TAC与DS3相连AAC辅助发电机励磁控制器AA励磁供电绕组AA励磁绕组TAPARC网络连接、连至TBC、TMC、AAC等处ARC 网络连接、通过ECU与DS3相连TAC牵引发电机励磁控制器TA励磁绕组图6-10 辅助交流发电机励磁供电电路原理图6.2.1 辅助发电机励磁电路6.2.1.1 电路设备辅助发电机励磁电路由AA励磁供电绕组、AAC（辅助发电机励磁控制器）和AA的励磁绕组组成。另外，AAC还通过TMC，TBC及TAC 与DS3 相连。智能显示器DS3 控制AAC 的运行。 表6-1给出了这些器件在HXN5型机车上的安装位置及它们的功能
13、。表6-1：辅助发电机励磁电路中的器件项 目安装位置功能AA励磁供电绕组交流发电机间（ALT）提供三相交流电给AA励磁AAC（辅助发电机励磁控制器）CA4（控制区4 ）将AA励磁供电绕组输出的三相交流电变换为直流并加以控制AA励磁绕组ALT利用AAC提供的直流电建立磁场，智能显示器3HCN（副司机操纵台）控制AAC的运行6.2.1.2 工作原理在司机控制器控制柴油机转速到第8位时，AA励磁供电绕组输出其最大值67VAC（线电压）。在智能显示器3的控制下，该交流电被AAC转换为直流电并加以控制。在智能显示器3 对AAC进行正常控制且供给AA励磁绕组直流电流的情况下，AA给机车所有控制、辅助系统提
14、供电源。如果由于某种原因需要停止AA。智能显示器3可通过使AAC停止工作来实现。当CA2、CA3、CA4、CA5 的柜门敞开或们的连锁开关断开时，智能显示器3也可自动完成该工作。当然关断AAC的工作也可由操作人员手工完成。AAC除了接受智能显示器3 命令控制辅助发电机励磁电流外，还可通过读取AA的反馈信息对自己的工作状况进行监控。6.2.2 牵引发电机励磁电路6.2.2.1 电路设备TA励磁绕组电路由AA励磁绕组、TAC（牵引发电机控制器）、TAP（牵引发电机保护板）、TA励磁绕组组成。智能显示器3 控制TAC 的运行。其线路连接如图6-4所示。表6-2给出了这些器件在HXN5型内燃机车上的安
15、装位置和功能。表6-2：辅助发电机励磁电路中的器件器件安装位置功能AA励磁供电绕组交流发电机间（ALT）提供三相交流电给TA励磁TAC（牵引发电机励磁控制器）CA2（控制区2 ）将AA励磁供电绕组输出的三相交流电变换为直流并加以控制TAPALT保护TATA励磁绕组CA2利用TAC提供的直流电建立磁场，智能显示器3HCN（副司机操纵台）控制TAC的运行6.2.2.2 工作原理在柴油机转速提到第8位手柄时，AA的励磁供电绕组输出达到最大值67VAC（线电压）。该交流电被施加到TAC的输入端。在智能显示器3 的控制下，TAC将交流电转换为直流电，并控制直流输出的大小和开断。通常TAC的输出直流电直接被送达三TA的励磁绕组，但在必要时可由TAP 加以短路。只有在
