DF10D型内燃机车电气系统

中车集团大连机车车辆有限公司技术开发部DF4D型内燃机车电气系统DF10D型内燃机车电气系统2018年9月杜亚彬2目录第一部分电气系统概述第二部分电传动原理第三部分主要部件第四部分电路图及故障判断与处理中车大连机车车辆有限公司培训课程3第一部分电气系统概述一电力传动装置的作用二电气系统的内容三电气设备布置中车大连机车车辆有限公司培训课程4第一部分电气系统概述一DF10DDA型内燃机车是我公司于2007年研发的车型，是我公司一种非常成熟的车型。内燃机车的动力是柴油机，从柴油机到机车动轮之间，由电气设备组成的中间环节，叫做电力传动装置。它的任务是使柴油机工作特性适合于机车牵引的要求。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：（Ne-Nf)*η=FV/3600式中：F—机车牵引力(N)；V—机车速度(km/h)；Ne—柴油机输出功率(kW)；Nf—机车辅助装置消耗功率(kW)；η—机车传动装置的总传动效率。中车大连机车车辆有限公司培训课程5第一部分电气系统概述一按照上述表达式绘制内燃机车理想牵引特性，如上图左所示。在理想牵引特性曲线内，大部分区段牵引力F与速度V呈等边双曲线关系即F·V=C(C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范围内都应保持恒定，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，恒功率的最大速度则受牵引电动机换向等条件的限制。机车最大牵引力Fmax受机车动轮与钢轨之间粘着牵引力的限制和电机温升等的限制。中车大连机车车辆有限公司培训课程6第一部分电气系统概述一

柴油机的工作特性见如上图右所示，图中，曲线①为柴油机转矩特性[M=f(n)]，曲线②为功率特性[Ne=f(n)]。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，因而柴油机转速变化范围很窄。而对机车而言，需要具有宽广的速度变化范围，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两者不适应。2．柴油机曲轴输出的转矩M，几乎不随转速n变化，而机车却要求牵引力F与机车速度V成反比的变化，而不是与机车速度无关。由此可见，柴油机与机车轮对不能直接偶合。

中车大连机车车辆有限公司培训课程7第一部分电气系统概述一3．柴油机输出功率Ne随转速n，基本上呈直线变化；只有转速达到1000r/min时，功率才能达到最大值。而机车功率P与机车运行速度V有特殊固定的关系，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，两者有很大区别。4．柴油机要无负荷启动；而机车要在牵引大量列车情况下，有负荷启动，两者也不能适应。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，受线路阻力的影响，机车速度V在很大的范围内，随时变化；而此时此刻，不允许柴油机转速n超出名义转速，即外界环境条件不断的在影响机车速度V，而要求不影响柴油机转速n。

中车大连机车车辆有限公司培训课程8第一部分电气系统概述一综上所述，柴油机工作特性与机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4D型内燃机车采用交—直流电力传动装置。传动装置主要包括：同步主发电机、牵引电动机、启动发电机、励磁机、测速发电机、蓄电池、牵引整流柜等。为控制、保护和监视这些设备正常工作，还装设许多辅助设备。如：内燃机车控制器、转换开关、接触器、继电器、司机控制器、电测仪表、照明系统等。机车上各种电机、电器、仪表及各种电气装置之间的相互关系、工作原理、动作程序等见机车主电路、励磁电路、辅助电路、控制电路、照明电路及其他电路的电路图。

中车大连机车车辆有限公司培训课程9第一部分电气系统概述一二、电力传动装置的主要作用1、牵引驱动：使柴油机功率充分利用，机车速度范围更宽。2、电阻制动：将列车的动能和势能转化为电能在电阻柜上消耗。3、辅助传动：实现柴油机启动、辅助机组工作、蓄电池充电及机车照明供暖等。4、控制操纵：保证柴油机启动、调速；机车牵引、制动转换；前进、后退方向的转换等。5、监视保护：使司乘人员了解机车各部分的工作状态。中车大连机车车辆有限公司培训课程10第一部分电气系统概述一中车大连机车车辆有限公司培训课程11第一部分电气系统概述二电气系统的内容一、主传动系统东风10DDA型内燃机车采用交直流电力传动。柴油机通过联轴节驱动同步主发电机发电，把柴油机的机械能转换成电能。主发电机发出的三相交流电，经主整流柜整流成直流后，由直流牵引电动机再把电能转变成机械能，并经传动齿轮，驱动机车动轮。二、励磁系统DF10DDA机车主发励磁由机车控制器控制完成，无刷励磁。DF4DD:主发励磁由柴油机驱动的励磁机提供。励磁机励磁由内燃机车控制器或测速发电机提供。而测速发电机的励磁，是由功率调整电阻控制的。三、起动和辅助发电系统起动柴油机时，蓄电池向启动发电机供电，驱动柴油机转动。柴油机起动后，启动发电机转变成发电状态，供蓄电池充电和控制、辅助及照明系统用电。中车大连机车车辆有限公司培训课程12第一部分电气系统概述二电气系统的内容四、控制和保护系统包括柴油机转速、功率、机车运行方向、辅助发电、空压机工作等的控制和安全保护系统。五、测量和指示灯系统包括各种电表，如电压表、电流表、电测压力表、温度表、转速表以及如卸载、空转和保护系统各故障指示灯。六、照明系统包括车内外各处照明及插座。七、其他辅助装置包括风源净化装置、电热玻璃等。中车大连机车车辆有限公司培训课程13第一部分电气系统概述二电气系统的内容八、交流辅助传动系统DF10DDA机车交流辅助传动：交流辅发、辅助整流、辅逆变、空压机、冷却风扇电机、牵引通风机电机等DF4DD（DF10DDB):辅助系统机械传动+直流电机。

制动部件室司机室电气室传动室动力室冷却室辅助室

车钩

转向架燃油-蓄电池箱转向架车钩

第一部分电气系统概述三、电气设备布置中车大连机车车辆有限公司培训课程15第二部分电传动原理一电传动原理二牵引性能牵引能力三中车大连机车车辆有限公司培训课程16第二部分电传动原理

一电传动调节原理一、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三种工况：

1．内燃机车控制器微机励磁，主发电机恒功率输出。2．油马达励磁，柴油机供油齿条恒定。3．切缸励磁，柴油机不同转速时，与微机励磁比，主发输出功率降低。柴油机的最大运用功率与同步主发电机经牵引整流柜输出的电功率之间的关系，可用下式表示：

PF＝(Ne-Nf)ηFηZ＝UFIF10–3

式中:PF-同步主发电机经牵引整流柜的输出功率(kW)；东风4D:2604kW(柴油机转速为1000r/min)Nf-由柴油机驱动的辅助设备所消耗的功率(kW)；东风4D：220kW(柴油机转速为1000r/min)Ne-柴油机的装车功率(kW)；东风4D调：2960kW(柴油机转速为1000r/min)ηF-同步主发电机的效率；≈0.96ηZ-牵引整流柜的效率；≈0.99UF-同步主发电机经牵引整流柜的输出电压(V)；IF-同步主发电机经牵引整流柜的输出电流(A)。中车大连机车车辆有限公司培训课程17第二部分电传动原理

一电传动调节原理机车辅助功率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ηF与负载电流有关，在东风10D型调车内燃机车上，同步主发电机的调压比较小，在恒功率范围内，ηF的变化不大，而牵引整流柜的效率ηZ的变化也很小，可以认为是不变的。从公式(8-1)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，同步主发电机经牵引整流柜输出的功率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：中车大连机车车辆有限公司培训课程18第二部分电传动原理

一电传动调节原理

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牵引整流柜都有最高额定电压值和最高额定电流值的限制，因此，同步主发电机经牵引整流柜的理想外特性就不是无限延伸的双曲线，而是如图8-1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，称恒功率范围内最高电压UFmax，所对应的电流称恒功率范围内最小电流IFmin。D点相对应的电流为恒功率范围内最大电流IFmax，所对应的电压为恒功率范围内最小电压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。同步主发电机的理想外特性由额定电流值分界，可分为短时工作区和持续工作区，当IF≤IFe时，同步主发电机可持续运行，而当IF＞IFe时，电机只能做短时运行(如机车启动时)。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。图8-1中，如以ABCDE表示柴油机在额定转速1000r/min下同步主发电机外特性曲线。当柴油机转速降低时，柴油机功率亦随之下降，同步主发电机所维持的恒功率值也下降，所对应的理想外特性曲线也改变，如图8-1中曲线B1C1D1E，当柴油机转速再下降时，柴油机功率再随之下降，其理想外特性变为B2C2D2E。柴油机转速愈低，柴油机功率亦愈低，其理想外特性曲线愈向座标原点靠近。东风4D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。中车大连机车车辆有限公司培训课程19第二部分电传动原理

一电传动调节原理二、恒功率调节系统同步主发电机经牵引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及励磁磁通成正比。在固定转速(n＝常数)时，唯一可以人为调节的，就是同步主发电机励磁磁通φFL，而磁通φFL取决于励磁电流IFL(φFL∝IFL)，因此，同步主发电机实现恒功率特性的调节，实质是对其励磁电流的调节。中车大连机车车辆有限公司培训课程20第二部分电传动原理

一电传动调节原理当柴油机的输出功率等于负载的总功率时，柴油机平衡在一定的转速下工作，一旦外界扰动使柴油机的负载发生变化时，机组原来的平衡位置遭到破坏，负载阻力矩与柴油机的输出转矩失去平衡。这一现象首先反映在机组转速的变化上。通过测量机构把这一转速的变化反映出来，再通过放大机构并由执行机构使同步主发电机的励磁电路产生作用，使负载的总功率恢复原位。此时，柴油机的转速保持不变，即柴油机的功率恒定不变。ABKDE所示为同步主发电机在转速恒定(n＝常数)、励磁电流恒定(IFL＝常数)时的输出外特性。与图8-1中ABCDE所示理想外特性相比，它们的限压、限流部分较为接近。但恒功率部分差异较大，所以可以利用其限压、限流部分。而在恒功率区，则对同步主发电机的励磁电流进行调节，从而得到较理想的外特性。中车大连机车车辆有限公司培训课程21第二部分电传动原理

一电传动调节原理

同步主发电机的调节特性(IFL＝f(IF))。为了使同步主发电机具有恒功率特性，调节特性在不同负荷电流时的励磁电流值具有马鞍形的形状。油马达励磁时，同步主发电机F的励磁绕组是由经三级放大的励磁系统供电。第一级是由蓄电池供电，通过柴油机联合调节器油马达驱动整流子式可调电阻Rgt实现对测速发电机CF励磁绕组的控制。第二级是由测速发电机CF供电，将经放大的电流向励磁机L的励磁绕组提供励磁。第三级是由励磁机L供电，发出经过放大的三相交流电，经硅整流装置2ZL整流后，向同步主发电机F的励磁绕组提供励磁。最后同步主发电机F发出三相交流电经硅整流装置1ZL整流后，向六台牵引电动机供电实现机车牵引运行。所以同步主发电机F的工作状态，很大程度上取决于油马达带动的功调电阻Rgt的控制和联合调节器的调控性能。中车大连机车车辆有限公司培训课程22第二部分电传动原理

一电传动调节原理三、机车速度自动调节对于电传动的内燃机车而言，牵引电动机电枢轴经过主动齿轮、从动齿轮与机车轮对相连，因此，对机车运行速度的调节，实际上就是对牵引电动机转速进行调节。而自动调节的主要任务，就是使牵引电动机在给定的同步主发电机恒功率曲线上运行，尽量扩大机车恒功率的速度范围，充分利用柴油机功率。式中：UD-牵引电动机端电压(V)ID-牵引电动机负载电流(A)ΣR-牵引电动机的内电阻(Ω)Ce-电机的电势常数中车大连机车车辆有限公司培训课程23第二部分电传动原理

一电传动调节原理