交流传动电力机车

交流传动电力机车（精选9篇）

交流传动电力机车 篇1

0 引言

我国大力发展以交流传动为显著特点的轨道交通装备。交流传动电力机车以“和谐号”为代表, 主要用于货运/客运运输, 具有单轴功率大, 控制系统技术领先, 运行可靠等诸多优点。在国家各大铁路局甚至是国有地方铁路都先后得到应用, 在各地承担着重要的运输任务。因此, 对电力机车牵引系统牵引控制方法以及电气匹配的分析和研究具有重要意义。

1 牵引变压器与主变流器的匹配

1.1 牵引变压器

牵引变压器将网侧接触网高压电经过隔离变压后输出到牵引绕组, 为主变流器提供电能。在设计时, 在安装尺寸、体积满足总体要求的前提下, 主要应考虑以下几个方面。

1.1.1 额定容量选择

按照常规计算方法, 主变压器额定容量应包括轮轴牵引功率的折算值、辅助系统的折算值、列车供电系统折算值以及变压器损耗等方面, 但实际容量往往低于以上计算值。

1) 限于机车安装空间和自重, 较大的容量往往带来较大的体积和重量, 设计难度大且很不经济。

2) 机车额定容量的确定主要是基于绕组温升的考虑, 因机车运行一般不会长期工作在额定功率工况下, 绕组温升一般不会太高, 所以, 在设计时可以考虑在计算值的基础上有所降低, 但是, 必须根据机车配属机务段的不同运行区间进行温升校核。

3) 机车辅助供电系统和列车供电系统在折算容量时, 可按照实际输出的有功功率考虑, 且可根据不同负载的工作频繁度进行相应调整。

4) 主变压器的过载能力与绕组温度有关, 环境温度较低时的过载能力往往大于温度较高的区域, 所以在年平均气温较大的区段, 主变压器容量确定可稍有降低。

5) 主变压器的损耗在参数设计时一般不去考虑, 在主变压器的自身技术设计阶段时会考虑预留该部分余量。

6) 在某种难以调和的状态下, 变压器可通过选用更加优质的材料进行设计, 但往往成本会较大程度上浮。

1.1.2 变比确定

主变压器的变比确定主要涉及与主变流器的参数匹配。对变流器而言, 牵引绕组输出电压越高, 额定功率下的输入电流就会越低, 较低的电流可以降低四象限整流器的负担。但并非越大越好, 该值受到变流器中间回路恒定电压的限制。

1.1.3 短路阻抗

短路阻抗 (主要指漏电感) 是交流传动电力机车主变压器设计中的一个重要参数。该阻抗的作用包括:平波和升压电感。

1.2 主变流器

整车电气方案的设计时, 它与主变压器的匹配主要涉及主变流器的四象限整流部分、中间直流环节等两个主要环节, 其三相逆变部分主要与牵引电机匹配相关。

1.2.1 四象限整流部分

国内“和谐号”电力机车主要包括三个系列, 即:株洲电力机车有限公司生产的HXD1系列;大同电力机车有限公司生产的HXD2系列;大连机车车辆有限公司生产的HXD3系列。整流环节均采用了电压型单相桥式四象限整流结构, 实现网侧电压和电流的四象限运行, 做到能量的双向传输。即:整流系统工作在牵引工况时, 电压、电流运行在1、3象限;整流系统工作在再生制动工况时, 电压、电流运行在2、4象限;电流相位与牵引时相比相差180度。该结构在稳定输出电压的同时, 保证输入端网测电压和电流功率因数接近于1 (再生制动时为-1) 。

在整车电气方案的设计阶段, 主变压器与主变流器的配合主要也是在于与四象限整流的配合。主要包括:变压器变比与变压器短路阻抗。

1) 变压器变比:为保证变流器在恒功率输出区间的稳定运行, 变压器牵引绕组输出电压需在一定的范围内:牵引绕组电压最小值需符合恒功区变流器的最大输入电流;在维持中间直流恒定且可控的前提下, 牵引绕组电压尽可能的大。所以, 在调制深度可以达到1的前提下, 牵引绕组电压的输出范围必须满足以下的必要公式:

2) 变压器短路阻抗:经前文分析, 变压器短路阻抗的数值需要与主变流器的设计相配合。该数值的确定可通过计算得出, 但目前一般通过仿真软件直接仿真进行匹配。从整车匹配设计角度出发, 在保证网测等效干扰电流在要求范围之内的前提下, 变压器短路阻抗不应过大。否则, 将会造成主变压器损耗、温升的上升, 同时体积和成本也随之提高, 进而显得极不经济。此外, 交流传动电力机车一般采用多重四象限控制, 从而进一步降低网测谐波。该技术可以在一定程度上降低对主变压器短路阻抗的要求。

1.2.2 中间直流环节

作为主变流柜内部的变流过度环节, 中间直流环节与主变压器的匹配主要是指对谐振电抗器的选取。因为四象限整流器的应用, 在中间直流环节引入了100 Hz的电流谐波分量, 为滤除该电流分量, 保证逆变部分稳定工作, 需设置LC谐振电路, 需满足:

此外, 中间回路二次谐波电流的峰值近似满足以下公式:

设计时, 为保证二次谐振回路中电感 (和电容) 电压较小, 二次滤波电感一般应设计得尽可能小。

2 主变流器和牵引电机的匹配

主变流器和牵引电机的匹配直接影响交流传动系统的优越性是否得到最大限度的发挥。在整车设计时, 不仅要考虑启动转矩、最大功率, 还要保证变流器和电机的重量、外形尺寸的总体限制条件。牵引电机的牵引特性曲线包括三大部分:恒转矩区、恒功率区和自然特性曲线。一般, 电机在启动时采用恒压频比启动, 使得牵引电机内部定子励磁磁通恒定, 轮轴输出转矩基本恒定。随着机车速度的上升, 变流器输出电压达到额定值, 此时进入恒功率调速区。根据牵引电机内部参数关系, 输出转矩近似满足以下公式:

所以, 主变流器和牵引电机存在两种典型匹配方案:

1) 大电机小逆变器方案:保持Us为一恒定值, 转差频率fsl和电源频率fs, 按比例调节, 即s=fsl/fs=恒值。

2) 大逆变器小电机方案:保持转差频率fsl恒定, 为恒定值。

综合以上两种方案, 前者应用较广, 目前的主流电力机车均采用该控制方式;后者因其需要较大的变流器容量、车内空间、较高的中间电压等级等, 应用较不普遍。

3 牵引电机的控制方式匹配

目前, 典型的牵引电机控制方式包括轴控和架控两种: (1) 轴控方式是应用较为广泛的形式。 (2) 架控方式也是一种普遍的控制方式。所以, 在整车电气方案设计时需要综合考虑机车总体设计要求、线路状况、运行区间等因素, 并结合成本控制的相关要求作出合理的选择。

4 辅助系统匹配

电力机车辅助系统是主传动系统正常工作的可靠保障, 在方案设计时应注意以下几点: (1) 辅助系统的输入电源可以来自牵引变压器次边, 也可以来自变流器中间直流回路, 而且各有优缺点。然而, 在辅助负载容量要求不大、技术允许的情况下, 一般建议采用主辅集成的方式, 将辅助变流系统至于主变流柜内部, 从中间直流回路取电。 (2) 辅助模块的开关器件 (通常为IGBT) 的开关频率 (750 Hz以上) 一般大于主变流器的逆变模块, 所以控制精度更高。但是与牵引回路逆变器输出三相方波电压不同, 辅助系统的输出电压需要经过LC滤波以达到输出正弦的目的。LC滤波参数可以通过计算得到, 也可以通过simulink等仿真软件仿真进行匹配, 但是, 在追求输出电压低谐波含量的同时, 必须注意对滤波电感和电容的外形尺寸限制。

5 结语

综上所述, 设计人员可以考虑从主变压器与主变流器匹配、主变流器与牵引电机的匹配、电机控制方式的匹配、辅助系统匹配等四个方面着手, 并结合机车运行环境和业主的不同要求进行交流传动电力机车电气传动系统方案设计。

摘要：结合国内和谐型交流传动电力机车分析了机车电传动系统的工作特点和匹配关系。利用simulink软件对机车电传动系统的仿真分析, 对主变压器、主变流器、牵引电机、辅助系统三个部分的匹配关系进行了较为深入的探讨。

关键词：电力机车,匹配,设计,经济

交流传动电力机车 篇2

（1）交流牵引电机的类型。交流牵引电机有同步和异步之分，目前城轨交通车辆普遍采用的是交流异步牵引电机，异步牵引电机在空间利用和重量上都优于同步牵引电机，因此被广泛应用。异步牵引电机采用 VVVF 控制，即直流电通过逆变器变为三相交流电，用电压和频率的变化来控制异步牵引电机的转速变化，获得最佳的调速性能，并实现再生制动。

交流异步牵引电机的转速控制方法是在保持电源频率恒定的情况下改变定子电压的大小，从而实现控制目的的。目前，我国的城轨交通车辆多采用闭环控制系统，基本采用：转差-电流控制，如上海地铁 2 号线车辆；矢量控制，如西安地铁 2 号线 DKZ27 型车辆、广州地铁 1 号线车辆、北京地铁 1 号线 SMF04 型车辆等；直接转矩控制，如深圳地铁 1 号线车辆。

交流传动电力机车 篇3

机车辅助电源是机车的重要组成部分,其作用就是保障机车牵引、制动工况正常运行。各种类型电力机车的辅助系统大同小异,如图1所示,主要包括辅助电源、通风和冷却系统、空调机组、压缩机等设备。为了适应电力机车严酷的运行环境,辅助系统还应该满足以下条件[1]:1)在国家有关标准规定的输入电压范围内具备正常工作的能力,对我国电力机车而言,即在17.5～31 kV范围内,其辅助变流器输出电压及频率应能满足空压机、油泵、风机等负载的正常工作能力;2)除具备变压变频输出能力外,还应具备允许空压机等负载在变流器工作时直接启动及切除的能力,以满足空压机等负载频繁启停的要求;3)具备适应恶劣环境的工作能力及高可靠性,满足机车在各种环境下正常运行的要求;4)考虑一定的冗余度,尽可能避免机车因辅助系统的原因引起运行途中停车等大事故。

2 辅助电源技术方案分析

早期直流传动电力机车中,辅助电源利用三相异步劈相机把主变压器辅助绕组的单相工频交流电源“劈”成三相交流电源,再供给辅助电路驱动三相异步电动机[2]。由于三相异步劈相机的结构和工作原理决定了辅助回路三相线电压的极不对称性,不对称度在270 V时达到10%,在460 V时达到了7%,这使辅助电动机降低了带负载能力,损耗增大[3]。此外,劈相机工作噪音大,是司机室的主要噪音源。这种辅助电源方案在交流传动电力机车中已经淘汰。

交流传动电力机车采用整流逆变方案,整流器把主变压器辅助绕组单相交流变成直流,然后利用辅助逆变器输出三相交流驱动辅助电机。这种方案供电品质高,辅助电机可由逆变器控制实现软启动,启动电流小;能够实现多种整流器和逆变器的组合结构,使系统对负载控制的灵活性和系统冗余性增强,使辅助电源的可靠性得到很大提高。整流逆变方案在初期整流器采用半控整流,其特点是降压整流,控制简单,技术成熟。但半控整流输入功率因数低,对电网影响大,易受电网波动的影响,已经逐步被4象限整流技术取代。4象限整流技术其特点是升压整流,运用锁相环技术跟踪基波相位,使输入功率因数接近1,对电网影响小。采用辅助逆变器驱动辅机时,一般在辅助逆变器和辅机之间加入正弦滤波器或者是dv/dt滤波器来降低辅助逆变器输出的PWM波对辅机损耗、发热以及绝缘的影响。目前,多数交流传动电力机车都采用了4象限整流器和逆变器匹配的方案。4象限整流辅助电源示意图见图2。

整流逆变方案基本解决了交流传动电力机车辅助系统供电问题,使机车运行效率得到了提高,可靠性增加。但是辅助电源采用4象限整流器时,变压器容器内部还要增加若干个辅助电抗器,而变压器体积受到严格的限制,这为变压器设计、制造增加了困难。为了进一步简化变压器设计,降低辅助电源的复杂性,一种新型辅助电源方案被应用到HXD1型电力机车中,这种方案类似于轻轨和地铁直流供电车辆的辅助电源方案。如图3 所示,该辅助电源方案直接从主电路中间回路获得直流电源,采用高压IGBT逆变成三相电源,再经过降压、滤波驱动辅助电机。这种集成式辅助电源与主回路共用支撑电容,省略了变压器辅助电源供电绕组和辅助4象限整流器;减少了变压器绕组数量和变流柜中元器件的个数,降低了故障率;在机车运行过分相时辅助回路可以不断电运行,中间回路利用牵引电机发电运行供电,这样减少了频繁启动对辅助电机的冲击,提高了牵引传动的系统可靠性。文章以中间回路集成式辅助系统为对象进行讨论分析。

3 辅助逆变器控制方法

机车辅助逆变器有2台,一台采用VVVF工作方式,给风机负载供电;另一台采用CVCF工作方式,给压缩机等恒频恒压负载供电。这里以VVVF工作方式的逆变器为例分析控制方式。传统的正弦脉宽(SPWM)控制方式,逆变器输出基波线电压最大不超过undefined,而电压空间矢量(SVPWM)在线性调制区最大输出线电压为Ud,具有更大的线性调制区域[4],所以这里采用SVPWM方式控制逆变器。SVPWM技术是利用基本空间矢量组合作用得到参考电压矢量uout作用的结果,其对应关系如图4所示。

空间矢量作用时间为

dx=kMsin(60°-α) (1)

dy=kMsin α (2)

dz=1-dx-dy (3)

其中,undefined,因此给定调制深度M,则可以得出dx,dy,dz。

4 辅助系统理论分析

为了充分利用变压器的漏感,集成式辅助电源可以由图5所示电路实现,这样归算到变压器二次侧漏感和电容器就构成了LC滤波回路,从而确保电机端电压谐波畸变率(THD)小于5%。这里把辅助逆变器和理想变压器作为整体电源,归算到变压器二次侧的漏感和电容器形成LC滤波器,辅助电机作为整体负载进行稳态分析。辅助系统电压、电流矢量关系如图6所示,由此可得:

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式中:Ipm,Pm为负载有功电流与有功功率;Iqm,Qm为负载无功电流与无功功率;UmN为负载额定线电压;Us为电源输出线电压;fN为额定频率;C为Y接法的LC滤波器电容;L2为变压器二次侧归算等效漏感。

设辅助变压器线电压之比为k,则Uinv=kUs。式(7)表明当UmN恒定时,Uinv与L2,C,功率因数φ有关。

LC滤波器满足滤波要求的同时,还要考虑滤波器的损耗以及对逆变器和电机的影响,这些限制条件可以作为初步选择滤波器元件参数的依据。进行滤波器参数优化时,这些限定条件可以作为目标函数的约束条件。文献[5]中在RLC滤波器设计中主要考虑了截止频率、滤波电感、滤波电容等参数,这里采用类似的设计方法。

1)截止频率fe。

LC滤波器选择截止频率时,为达到较好的衰减,截止频率选为载波频率的十分之一以下。另外,考虑到低频时的电容电流和相移,截止频率应高于基波频率的10倍以上[6]。但是辅助电源直接从中间回路获取电能,逆变器采用大功率IGBT,其开关频率只有780 Hz;这两个条件无法满足,因此,文中以THD为指标选择截止频率。

2)滤波电感。

电感主要功能是限制高频谐波电流,电感值的选择要保证谐波电流有效值不超过逆变器的承受能力;否则逆变器可能由于谐波电流过大而进入保护状态。另外,电感上基波压降不能过大,这两个条件决定了电感的取值范围。对于高频LC滤波器对各次谐波所呈现的阻抗为[7]

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用系数THDI评估LC滤波器谐波电流的大小:

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式中:Un为n次谐波幅值;I1为基波电流幅值;L1为辅助变压器折算到一次侧的电感;THDI的取值根据IGBT承受能力和工程经验。

3)滤波电容。

电感值和截止频率确定了电容值。此外,还要考虑电容器运行损耗和工程制造问题。

5 辅助系统仿真设计

机车中间回路为1 600 V, 辅助系统额定电压为440 V,额定频率为60 Hz,△/Y变压器变比为3,负载为130 kV·A, 负载功率因数为0.9, L1对系统影响如图7所示。随着L1增大,变流器电流谐波系数THDI和负载电压谐波系数THDV逐渐减少。THDI变化趋势是和式(8)、式(9)理论分析吻合的。LC滤波器谐振频率undefined增大,fe减少,高频信号衰减增加,THDV下降。当L1为2 mH时,L1上承担电压最低,fe为225 Hz,THDV<5%,符合设计要求,此时THDI为26.4%在IGBT的承受范围之内。由此选择L1为2 mH,换算成变压器二次侧为0.686 mH,C为750 μF。利用式(7)验算稳态需要逆变器输出电压883 V,在线性调制区内。系统电压电流仿真波形如图8～图12所示。图8和图9为辅助逆变器输出的电压电流波形,图10和图11是经过变压滤波后的负载波形,这时波形已经是正弦波形。图12为电容器电流波形。

6 结论

论文阐述了电力机车辅助电源技术的发展过程,从劈相机技术到相控整流逆变技术,再发展到4象限整流逆变技术,并详细分析了从中间直流环节取电的一种新型集成式辅助电源方案。利用计算机仿真技术,通过逆变器输出电流谐波系数THDI来确定L1大小,负载端电压的THDV来选择截止频率fe,再确定C,这样就完成了滤波器的设计,最后由理论计算公式进行了验算。仿真结果证明滤波器参数选择合理,系统运行稳定、可靠。

参考文献

[1]吴强.机车辅助变流器的技术发展[J].机车电传动,2002,43(3):4-7.

[2]李扬.电力机车辅助电路新模式[J].电力机车技术,2002,25(3):15-18.

[3]韩笑,孟玉发.辅助变流器在SS3B型固定重联电力机车上的应用研究[J].资厂科技,2005(1):19-24.

[4]李亚辉.交流变频调速系统SVPWM技术的研究[D].成都:西南交通大学,2002.

[5]颜斌,陈希有.变频器输出RLC正弦滤波器的工程设计[J].电机与控制学报,2002,6(3):256-260.

[6]Juergen K Steinke.Use of an LC Filter to Achieve a Motor-friendly Performance of the PWM Voltage Source Inverter[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,1999,14(3):649-654.

[7]宋强,刘文华,严干贵.大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器的设计[J].清华大学学报,2003,43(3):345-349.

交流传动电力机车 篇4

 请各班长接班分组，选好题，下周内将名单和题目一起上交。 同一组不能只做同为类的题目，必须做不同类题目；  实训时对题目中的电压和电流参数可以作一些调整，必须有500W以上的功率。

一、供选择的题目

1.相控电路应用

相控制电路可作为电源和直流调速类，此类电源可采用三相相控制整流或单相相控相控制整流，可以是半控也可以是全控，控制器自已选择。1)相控整流电源类

 电压源

输入电压：AC220V（单相或三相），电压波动±15% 输出电压：DC110V , 输出功率：1kW 恒压精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5% 可采用电压闭环或电压和电流双闭环控制。 电流源

输入电压：AC220V（单相或三相），电压波动±15% 输出电流：DC10A 输出功率：1kW 恒压精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5% 2)相控整流调速

输入电压：三相AC380V 电压波动±15% 直流电机额定电压：DC200V 电机转速：1500rpm 电机功率：2.2KW 电机负载：发电机及灯箱 恒速控制：0-1500rpm可调 电机激磁：恒电流它励磁 控制方式：恒速或恒电枢电压控制 控制精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5% 2.斩波电路应用 1)斩波电源  电压源

输入电压：DC200V或DC80V，电压波动±15% 输出电压：DC110V , 输出功率：1kW 恒压精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5% 可采用电压闭环或电压和电流双闭环控制。

 电流源

输入电压：DC200或DC80V，电压波动±15% 输出电流：DC10A 输出功率：1kW 恒压精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5%  斩波调速

输入电压：DC200V，电压波动±15% 直流电机额定电压：DC200V 电机转速：1500rpm 电机功率：2.2KW 电机负载：发电机及灯箱 恒速控制：0-1500rpm可调 电机激磁：恒电流它励磁 控制方式：恒速或恒电枢电压控制 控制精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5% 3.逆变电路应用 1)单相逆变器  单相逆变电压源

输入电压：DC200V，电压波动±15% 调制方式：方波调压调制或SPWM 滤波方式：LC滤波 输出电压：DC100V，50HZ 稳压精度：优于5%（输入电压不变，负载变化）电压THD：优于10% 频率精率：1%优于 负载：500W 控制方式：开环或闭环  三相逆变器  三相逆变电压源

输入电压：DC200V，电压波动±15% 调制方式：方波调压调制、SPWM或SVPMW 滤波方式：LC滤波 输出电压：DC100V，50HZ 稳压精度：优于5%（输入电压不变，负载变化）电压THD：优于10% 频率精率：1%优于 负载：500W 控制方式：开环或闭环  三相调速系统

输入电压：DC300V，电压波动±15% 调制方式：SPWM或SVPMW 控制方式：恒V/F 输出电压：0-200V(SVPWM)或183V(SPWM)，稳压精度：优于5%（输入电压不变，负载变化）负载：2.2kW 4.PWM整流器应用(难度较大) 单相PWM整流器

输入：单相AC50V 50HZ电压波动±15% 输出：DC 110V 稳压精度：优于5%

负载：500W  三相PWM整流器

输入：三相AC50V 50HZ电压波动±15% 输出：DC 110V 稳压精度：优于5% 负载：500W 5.高频开关电源类  全桥开关电源

输入电压：DC300V，电压波动±15% 输出电压：DC110V , 输出功率：1kW 恒压精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5%  半桥开关电源

输入电压：DC300V，电压波动±15% 输出电压：DC48V , 输出功率：500W 恒压精度：优于5% 电压调整率：优于5% 负载整率：优于5% 6.其它应用

题目可自己选择。

二、实训方式 1.分组方式

以三人为一组，独立完成实训内容中的3-5个项目，每人至少设计负责一个。同组题目不能是一类的题目，同组中应包含即5类题目中的三类。同一组不能只做同为类的题目，必须做不同类题目。2.完成内容  主电路方案  控制电路方案  软件方案（如有） 系统仿真  系统实验

 实验、仿真与理论分析  形成报告  总结汇报（PPT）

交流传动电力机车 篇5

关键词：冷却塔,设计参数,参数校核,冷却塔结构,检修维护

晋中南铁路又称瓦日铁路,西起山西省吕梁市兴县,东至山东省日照港,全长1 260 km。它是我国“十二五”规划的重点工程,是连接我国东西部的重要煤炭资源运输通道,是世界上第一条按30 t重载铁路标准建设的铁路,也是国家中长期铁路网规划的重要组成部分。

30 t轴重机车是中车大同电力机车有限公司(简称同车公司)在原国家铁道部2011年科技研究开发计划课题招标中一举中标的部级重大课题,是适应瓦日铁路线路使用环境的首台大轴重牵引设备。冷却塔设计是30 t轴重机车设计的重要组成部分,它是在HXD2成熟机车平台的基础上结合整车设计方案及设计任务建议书进行的。

1 30 t轴重机车冷却塔介绍

30 t轴重机车冷却塔是同车公司自主研制的30 t轴重交流传动货运电力机车用于冷却牵引变流器和变压器的一种冷却装置。该冷却装置采用高度集成化设计,通过水冷管与牵引变流器相连接,通过过渡风道与牵引变压器相连接,并通过侧墙拉板、顶部密封条及底架螺栓固定在机车机械间内。

30 t轴重机车冷却塔主要由顶部密封条、进气段箱体、冷却塔风机、双回路水冷却器、下箱体、水冷管及端子排等组成。按照通风动力的不同,通风系统可分为自然通风和机械通风两类。自然通风是依靠室外风力造成的风压和室内外空气温度差所造成的热压使空气流动的;机械通风是依靠风机造成的压力使空气流动的[1]。该冷却塔利用冷却塔风机从机车顶盖吸风,通过强迫通风方式(即机械通风)先对牵引变流器的水冷却系统进行冷却,再通过过渡风道对牵引变压器的油冷却系统进行冷却,最后热风吹向车下大气,进而达到对牵引变流器和牵引变压器中的发热部件进行通风和散热的目的,以保证牵引变流器和牵引变压器正常可靠运行。冷却塔工作原理见第104页图1。

2 冷却塔设计参数选择

该冷却塔是在HXD2机车基础上进行优化设计的。在冷却塔的性能方面,HXD2机车的油冷却器、水冷却器只能满足海拔400 m的要求,而30 t轴重机车要求满足海拔1 400 m时环温42℃,海拔2 500 m时环温32℃及堵塞率不小于15%的要求,为此对冷却塔顶盖进风口、冷却塔风机和水冷却器、油冷却器进行了优化设计。

1)冷却塔进风口:由单侧进风口改为双侧进风口,以增大进风口面积,降低进风口阻力。

2)冷却塔风机:进风量由4.62 m3/s提高到4.7 m3/s,静压由1 700 Pa提高到1 900 Pa。

3)冷却器:增加油冷却器、水冷却器空气侧的传热面积,并优化冷却器冷却空气翅片的结构,提高冷却器的传热效能。

冷却塔性能参数如下:水冷却器部分,冷却液种类为45%纯净水+55%乙二醇,安全裕量(面积裕量)为15%,散热量≥2×32.4 k W,冷却液流量为2×5.4 m3/h,液体压力损失(65.5℃)≤20 k Pa,1 400 m空气流量为4.45 kg/s,2 500 m空气流量为4.05 kg/s,1 400 m通风阻力≤350 Pa,2 500 m通风阻力≤320 Pa,1 400 m空气进口温度为42℃,2 500 m空气进口温度为32℃。冷却塔风机部分,额定风量为4.7 m3/s,静压为1 900×(1±5%)Pa。

3 利用ANSYS软件计算对冷却塔参数校核

用ANSYS软件对冷却塔空气系统进行网格划分,见图2。划分网格后计算的压力云图,见图3。

由计算可知,当海拔为1 400 m,进风量为4.7 m3/s时,从车顶过滤器进口到牵引变压器油冷却器出口的风道阻力为255 Pa,水冷却器的通风阻力为350 Pa,牵引变压器油冷却器的通风阻力为630 Pa,冷却塔通风机提供的静压值为1 900 Pa,由于(255+350+630)Pa=1 235 Pa<1 900 Pa,因此冷却塔风机提供的静压值满足设计要求;当海拔2 500 m,进风量为4.7 m3/s时,从车顶过滤器进口到牵引变压器油冷却器出口的风道阻力为228 Pa,水冷却器的通风阻力为320 Pa,牵引变压器油冷却器的通风阻力为550 Pa,冷却塔通风机提供的静压值为1 900 Pa,由于(228+320+550)Pa=1 098 Pa<1 900 Pa,因此冷却塔风机提供的静压值满足设计要求。

4 冷却塔结构选择

在冷却塔的结构方面,为了减小冷却塔风机自身振动对牵引变流器产生的影响,将冷却塔与牵引变流器进行了分体设计,而冷却塔与牵引变流器之间采用水冷管进行连接。但为了满足30 t轴重机车设备布置的要求,即保证牵引变流器和冷却塔的总体尺寸和HXD2机车保持一致,在冷却塔和牵引变流器之间只留有200 mm的空间,在这狭小的空间内要同时连接4根DN50水冷管,并且要方便拆装,是一个很大的难题。为解决此问题,设计初期专门为此做了安装模拟试验。最终确定在冷却塔进气段箱体侧面开了一个420 mm×700 mm的检修门,并使水冷管尽量靠近机械间走廊侧,让人站在机车机械间走廊内,上身通过进气段箱体前面的检修门进入冷却塔内部后,再通过侧面检修门对靠近机车侧墙的3根水冷管进行安装和拆卸操作,而靠近机车机械间走廊侧的1根水冷管可在机械间走廊直接安装和拆卸;另外为了方便紧固水冷管,使水冷管的上下连接法兰旋转了30°,并使水冷管的上法兰采用对开法兰。

为保证冷却塔在做冷却空气密封性试验时,即组装完成后在通风机运转情况下,在冷却塔上部用≥0.1 MPa压力的水,从距离冷却塔空气进口≤2 m处对冷却空气系统进行喷淋,水量相当于大雨的降雨量(≥6 mm/min),喷淋持续时间≥10 min后,冷却塔所有外表面不应有水滴出现。经过多次试验后,决定将在水冷却器与冷却塔箱体连接处的密封以及冷却塔风机与冷却塔箱体连接处的密封,由以往的闭孔发泡橡胶更改为3M胶条。

5 检修维护

为了延长水冷却器的清洗维护周期,在双回路水冷却器上方加装不锈钢金属丝滤网,并在进气段箱体的前面检修门上加装有机玻璃作为观察窗,以利于观察水冷却器污脏程度,做到及时清洗和维护,保证牵引变流器和牵引变压器正常可靠地运行。在冷却塔进气段箱体设有前面检修门和侧面检修门,可以使冷却塔和牵引变流器在不用下车的情况下对水冷管进行定期检修和维护。在冷却塔下箱体设有下部检修门,可以对端子排进行检修。在下箱体内部设有内侧检修门,可以对过渡风道进行及时清理和维护。

6 结论

经过前期的试验和研究,并经过多方评审,2013年3月底,最终完成了冷却塔的施工设计;2013年5月底,完成了首台冷却塔试制工作;2013年6月—9月在原国家铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站按照TB/T 3313—2013电力机车用冷却塔,完成了首台冷却塔的型式试验并出具合格报告;2014年3月,完成了冷却塔在30 t轴重机车上的装车调试工作[2]。目前装载着该冷却塔的两台30 t轴重机车正驰骋在瓦日铁路上,接受着各种考验。截至目前,运用可靠,无故障情况出现,满足30 t轴重交流传动货运电力机车对冷却塔的要求,值得继续推广和应用。

参考文献

[1]孙一坚,沈恒根.工业通风[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

交流传动电力机车 篇6

目前, 新型客车车辆配备了气动塞拉门、空气弹簧、真空集便器等风动设备, 这些设备用风量大, 若仍通过列车管供风, 就很难保证列车的舒适性和安全性。因此, 为满足铁路快速客运需求, 提高旅客出行舒适度, 保障旅客运输安全, 在我国交流传动客运电力机车中设计了双管供风系统。所谓双管供风, 即机车通过列车管和供风管两个支路向列车车辆供风, 列车管供列车车辆制动、缓解用风, 供风管供列车车辆除制动设备以外的其他风动设备用风。

1 双管供风系统组成及原理

我国近期研制的交流传动客运电力机车, 其中的双管供风系统原理如图1所示。机车两端分别有一套双管供风模块, 其主要组成包括调压阀、止回阀、传感器、塞门和司机室供风管数码显示表等。

B1、B2-司机室供风管数码显示表;C1、C2-压力传感器;N11、N21-止回阀;T1、T2-调压阀;S1、S11、S12、S21、S22-塞门;D-风源系统;111、112、113-总风缸塞门;91、92-总风缸;50-逆流止回阀;G-制动柜;F11、F12、F13、F21、F22、F23-防撞塞门;Z11、Z12、Z13、Z21、Z22、Z23-折角塞门;L1、L2-列车制动软管总成;G11、G12、G21、G22-总风软管连接器总成

双管供风系统的设计, 可满足机车与车辆联挂时, 取自第一、二总风缸之间充足且稳定的风源, 通过供风管支路向后部车辆供风, 此时供风管压力整定为600 k Pa±20 k Pa, 以满足车辆气动设备风压需求。除此之外, 还可满足多机重联牵引时, 本务机车和重联机车间的总风管重联。因此, 根据运用工况不同, 通过操作塞门, 可选择使用2条支路:供风管支路和总风联管支路。

供风管支路主要由第一总风缸91、塞门 (S11、S21) 、调压阀 (T1、T2) 、止回阀 (N11、N21) 、压力传感器 (C1、C2) 、防撞塞门 (F11、F13、F21、F23) 、折角塞门 (Z11、Z13、Z21、Z23) 以及总风软管连接器总成 (G11、G12、G21、G22) 等部件组成。其中塞门用于供风管支路和总风联管支路切换, 调压阀用于整定双管供风的压力为600 k Pa±20 k Pa, 止回阀用于防止总风联管风压为750 k Pa~950 k Pa的总风由于调压阀溢流作用排向大气, 传感器用于检测供风管压力。

总风联管支路主要由第一总风缸91、塞门 (S12、S22) 、压力传感器 (C1、C2) 、防撞塞门 (F11、F13、F21、F23) 、折角塞门 (Z11、Z13、Z21、Z23) 以及总风软管连接器总成 (R11、R12、R21、R22) 等部件组成。

2 双管供风模块硬件设计

根据上述双管供风原理, 设计了如图2所示的双管供风模块。模块化设计利于生产制造及维护检修。

1.管接头;2.总风进风管;3.模块安装板;4.塞门 (S11、S21) ;5.塞门 (S12、S22) ;6.吊耳;7.调压阀;8.模块铭牌;9.止回阀 (N11、N21) ;10.压力传感器 (C1、C2) ;11.单管夹;12.总风联管/供风管。

3 司机室双管供风压力显示

为了监测双管供风压力, 识别双管供风的工况状态, 在双管供风系统中设计有司机室双管供风压力显示装置, 能准确显示单机或重联机车联挂车辆端供风管压力。压力显示功能主要通过图2中序号10压力传感器 (C1、C2) 采集信号, 通过机车控制单元CCU的模拟量控制模块传输信号, 最终在司机室的供风管数码显示表 (B1、B2) 上显示, 具体的实现方式如下。

每套供风管模块上的压力传感器 (C1、C2) 采集各处对应的供风管压力, 转换为和压力成线性比例关系的4~20 m A电流信号 (图3) , 传送给CCU实现下述功能。

3.1 单机供风管压力显示

单机供风管压力显示原理如图4所示, CCU将来自非操纵端 (通过机车电钥匙信号识别) 供风管压力传感器采集的4~20 m A电流信号, 通过硬线发送给两端司机室数码显示表, 数码显示表通过模数转换后, 显示为0~1 000 k Pa的供风管风压。

3.2 重联机车供风管压力显示

重联机车供风管压力显示原理如图5所示, CCU将来自补机 (通过微机屏设置识别) 联挂车辆端供风管压力传感器采集的4~20 m A电流信号, 通过硬线发送补机两端司机室数码显示表, 同时通过MVB网络给本务机车CCU, 本务机车CCU再通过硬线发送给两端司机室数码显示表, 数码显示表通过模数转换后, 显示为0~1 000 k Pa的供风管风压。通过网络传输的方式, 本务机车、补机所有司机室数码显示表均显示的是重联机车联挂车辆端真实有效的供风管压力。

4 双管供风系统操作方法

司乘及检修人员需根据工况正确操作和设置双管供风系统相关部件。

4.1 单机牵引

当机车单机牵引旅客列车, 需要通过供风管向旅客列车提供风源时, 只需按如下步骤操作联挂车辆端的双管供风模块上相关塞门 (如图2所示) 。

单机的车辆联挂端:整定序7调压阀压力为600k Pa;打开序5塞门, 使之与管路平行;关闭序4塞门, 使之与管路垂直。

4.2 双机重联牵引

当两台机车重联牵引旅客列车, 需要通过供风管向旅客列车提供风源时, 只需按如下步骤操作本机、补机上双管供风模块上相关塞门 (如图2所示) , 即可实现双管供风, 同时可在两台机车间实现总风管重联。

本机及补机的机车联挂端:关闭序5塞门, 使之与管路垂直;打开序4塞门, 使之与管路平行。

补机的车辆联挂端:整定序7调压阀压力为600 k Pa;打开序5塞门, 使之与管路平行;关闭序4塞门, 使之与管路垂直。

4.3 无火回送工况

无火回送时 (如图1所示) , 列车管经减压后向机车用总风缸92充风, 风压大约为250 k Pa左右, 用于无火回送机车制动和缓解。由于双管供风压力为600 k Pa左右, 因此, 需要将双管供风压力和无火回送机车制动缓解用风压力隔离开。此时, 可通过关闭总风缸塞门112实现这个目的。因此, 除关闭总风缸塞门112外, 无火回送机车上双管供风模块上相关塞门操作如下:

关闭序5塞门, 使之与管路垂直;

打开序4塞门, 使之与管路平行。

5 无重联需求机车双管供风系统简化设计建议

上文描述的双管供风系统, 具有完备全面的功能, 适用于各种运用工况, 包括多机重联。如果机车没有重联需求, 笔者建议可简化设计, 如图6所示。其中第一总风缸91出口的一条支路顺次连接调压阀37、塞门38后, 接到供风管, 为机车任何一端联挂的车辆提供风源。其结构简单, 易于操作, 能满足单机牵引时双管供风的基本功能需求, 作为无火回送机车时关闭塞门112, 也能正常无火回送并起到双管供风通路的作用。

B1、B2-司机室供风管数码显示表;C1、T1-调压阀;S11-塞门;D-风源系统;111、112、113-总风缸塞门;91、92-总风缸;50-逆流止回阀;G-制动柜;F11、F12、F13、F21、F22、F23-防撞塞门;Z11、Z12、Z13、Z21、Z22、Z23-折角塞门;L1、L2-列车制动软管总成;G11、G12、G21、G22-总风软管连接器总成。

6 结语

针对交流传动客运电力机车设计的双管供风系统, 采用了模块化设计的理念, 供风管支路和总风联管支路共用上、下游空气管路, 既节省了管路设备布置空间, 又有效降低了设计成本。通过塞门切换, 实现供风通路的选择, 具有操作简单, 检修方便的优点。司机室压力数码表具有直观可视的优点, 方便司乘人员实时监测供风压力, 保障各种工况下的运用安全。经运用考核验证, 设计的双管供风系统运用稳定、可靠, 大大提高了乘客的旅途舒适度和安全性。

参考文献

[1]刘豫湘, 陆缙华, 潘传熙.DK-2型电空制动机与电力机车空气管路系统[M].北京:中国铁道出版社, 1998.

[2]赵建飞.东风11型机车双管供风系统的设计与改进[J].内燃机车, 2001 (2) .

交流传动电力机车 篇7

根据我国干线铁路电气化建设现状, 接触网供电系统采用三相供电, 为了使电力系统三相负载保持平衡, 供电系统采用分段换相供电。为防止相间短路, 各相之间设有一段无电区域, 称为分相区。目前铁路接触网一般每隔20~30 km设有1个分相区。机车在通过分相区时, 司机通常需将牵引/制动手柄回零、断开主断路器, 并在惯性通过分相区后闭合主断路器, 过分相时主断路器的断、合可由司机操作, 也可由系统自动完成。机车过分相过程中由于机车主断路器断开, 牵引系统及辅助机组将停止工作, 控制系统和监控系统等设备由车载蓄电池供电。

随着我国轨道交通运输业的发展及装备技术的日趋成熟, 机车运营速度逐年提升。目前, 干线铁路机车在30 min内将通过1~3个分相区。在此情况下, 如果机车仍采用传统机车的主辅电路结构, 辅助机组的启停次数和蓄电池组充放电频率将提高, 相应设备的开关元件通断次数随之增加, 势必对设备的寿命造成影响。同时, 在分相区内, 由于主压缩机停止工作, 对机车及后部列车的供风将中断, 若后部车辆用风设备大量投入使用 (比如在清晨和晚间, 卫生间频繁投入使用) , 此时总风压力将迅速下降, 对车辆通过分相后的正常使用存在一定影响。若机车能够实现在过分相时辅助系统继续供电, 对提供机车部件的寿命及车辆的可靠性具有重要意义。

1 辅助系统不间断供电原理介绍

HXD1D型电力机车电气系统采用主辅集成技术, 电气原理示意图如图1所示。

从以上原理图可看出, HXD1D型电力机车变流器主电路采用二电平四象限PWM整流器+VVVF逆变器模式。每台变流器由三重四象限PWM整流器、3个VVVF逆变器和1个辅助逆变器组成。每重四象限PWM整流器和一个逆变器组成一组独立的供电单元, 为1台牵引电机供电。机车2个辅助逆变器模块分别从其对应的中间直流环节获取电源, 再分别为辅助系统负载提供定频定压和变频变压的电源。主辅分离式电路电气原理中, 辅助变流模块直接从主变压器的辅助绕组取电。

对比两种电路原理, HXD1D型电力机车采用的主辅集成电路结构可实现机车在过分相时辅助系统不间断供电, 当机车进入分相区后, 牵引控制系统将从牵引状态切换至电制动状态, 此时牵引电机将转变成“发电机”, 通过主逆变模块向中间直流环节充电, 辅助逆变器再从中间直流环节获取电能供辅助机组运转, 其中包括蓄电池充电机, 此时可确保蓄电池仍处于非放电状态, 减少其使用频率。而主辅分离电路中的辅助逆变器电源取自主变压器绕组, 在分相区由于主断路器断开, 变压器原边绕组失电, 使辅助负载断电。

2 辅助系统供电工况

机车在不同工况下, 辅助系统供电方式有所差异, 以下通过3种工况对机车辅助系统不间断供电进行介绍, 具体原理结合图1进行介绍。

2.1 机车处于正常牵引或惰性工况 (有电区)

如图1所示, 此时变压器的6组牵引绕组分别向2个牵引变流器内的6个整流模块 (A1~A6) 提供单相交流电, 再通过中间直流环节分别为6个主逆变器 (B1~B6) 和2个辅助逆变器 (C1~C2) 提供电源, 其中6个主逆变器为6台牵引电机进行独立供电, 2个辅助逆变器为辅助负载提供定频定压和变频变压电源。

2.2 机车处于再生制动工况 (有电区)

此时, 牵引变流器内的6个主逆变器 (B1~B6) 工作在整流工况, 而6个整流模块 (A1~A6) 将根据当时辅助负载实际需求的容量工作在整流状态或者逆变状态, 以确保牵引变流器中间电压稳定在确定的值。

1) 当6台牵引电机再生制动产生的能量能满足两路辅助系统所需的电能要求时, 6个整流模块将处于逆变状态, 多余的电能反馈至电网。

2) 如果再生制动力较小, 6台牵引电机再生制动产生的能量不足以满足辅助负载的需求, 此时6个整流模块 (A1~A6) 将继续从牵引绕组获取能力, 工作在整流状态, 为中间直流环节提供电能, 确保中间直流环节电压稳定在适当的值, 以满足辅助负载当前所需的电能。

3) 如果牵引电机M1~M3再生制动产生的电能能满足变频变压支路辅助负载的供电需求且有富余能力, 而牵引电机M4~M6再生制动产生的电能无法满足定频定压支路辅助负载的供电需求, 此时整流模块 (A1~A3) 将工作在逆变工况, 将多余电能反馈至电网, 整流模块 (A4~A6) 将工作在整流工况从电网获取电能以确保中间直流环节电源稳定在适当的值, 以满足定频定压辅助系统负载所需的电能。而牵引电机M1~M3再生制动产生的电能无法满足变频变压支路辅助负载的供电需求, 牵引电机M4~M6再生制动产生的电能能满足定频定压支路辅助负载的供电需求时的工况同上述情况类似。

2.3 机车过分相工况

当机车进入分相区时, 牵引系统从网络系统获得过分相预告信号, 牵引力按一定大小进行卸载, 卸载至零时, 牵引系统将自动从牵引工况转至再生制动工况, 随即主断路器自动断开, 四象限整流器 (A1~A6) 模块被封锁。系统将根据机车进入分相前辅助系统所需的容量来控制机车再生制动, 此时再生制动产生的电能将作为辅助负载电源。为确保机车在最恶劣条件下仍然顺利通过分相区, HXD1D型电力机车完成自动过分相辅助系统不间断供电需满足规定的速度条件。

图2为截取的某台HXD1D型电力机车网络数据记录的机车在过分相期间部分设备的状态信息。从图中可以看出, 过分相的整个过程2台压缩机一直处于工作状态, 总风缸压力平缓上升, 而且从图中可以得出牵引变流器中间直流环节电压及辅助逆变器输出电压在整个过分相过程中输出平缓, 仅有极小的波动。

3 辅助系统不间断供电技术优越性

3.1 延长设备使用寿命

该项技术能有效减少机车辅助系统设备的启停次数。同时, 辅助负载对应的接触器、断路器等设备的电流通断频率也相应的减少, 这对提高设备的寿命有现实意义。

由于辅助系统不间断供电, 在机车过分相时控制电源柜能连续不间断的向控制电路的负载供电, 同时向蓄电池充电, 而不需要启用蓄电池维持控制电路负载的运作, 这对延长蓄电池的使用寿命具有关键作用。

3.2 提高机车可靠性

该项技术能保证主压缩机在过分相前后不间断工作, 确保机车有足够的风量, 有利于保证后部车辆的正常用风。

同时, 机车在分相区时, 以往机车的控制系统及监控系统等设备由蓄电池供电, 若此时蓄电池出现故障, 将会严重影响机车运行, 甚至造成列车停运。而HXD1D型电力机车在分相区时可保持控制电源模块进行供电, 而控制电源模块具有多重冗余功能, 即使控制电源模块出现故障仍可以使用蓄电池进行供电, 极大的提高了机车的可靠性。

3.3 降低司机操作强度

该项技术能保证机车通过分相区后快速恢复到分相区以前的状态, 同时保证了空调、暖风机、微波炉及烧水壶等生活设施的不间断使用, 对降低司机操作强度和改善司乘人员的生活环境具有重要意义。

4 结语

目前HXD1D型电力机车已批量投入运营, 总体运用情况良好, 其辅助系统不间断供电技术的优越性已逐步被用户发掘、认可。同时, 该项技术在提高机车辅助系统相关设备寿命、增强机车及部件可靠性、改善司乘人员操作环境等方面具有长远的意义, 为我国后续交流传动电力机车运用该项技术提供了参考。

为确保机车及车辆在任意工况下均能顺利通过分相区, 机车控制系统对辅助系统在过分相过程中不间断供电功能的投入设定了最低速度限制条件。

参考文献

交流传动电力机车 篇8

1.1 功能描述

机车级控制单元在DF8BJ型机车控制系统中占有重要的位置。机车内部各个功能的实现主要是由微机网络控制系统进行操控。在新型的DF8BJ型机车上, 机车级控制单元控制以下几个主要的机车运行功能:机车逻辑控制、直流环节中直流电压的控制, 对直流电压的控制主要是依靠主发励磁完成的。此外, 还包括机车的牵引特性控制、机车自负荷特性控制、动力采油机恒功率控制。对于机车相应的故障检测, 轴温检测、电气系统的相关保护等功能也受到机车级控制单元的操控。

1.2 硬件构成

机车级控制单元 (LCU) 的研制成功离不开它的前身———控制单元基础。LCU的成功研制离不开DF8B型内燃机车微机控制系统。DF8BJ型机车的机车控制单元是经过DF8B型内燃机车微机控制系统的改进、发展, 演化过来的。LCU控制系统中的相应子系统已经在DF8B型内燃机车微机控制系统中使用, 且已经积累了较多关于该系统中子系统在内燃机车运行中的相关技术运行操作经验。因此DF8BJ交流传动内燃机车的机车级控制单元沿用了该系统, 保留了原系统中的相关功能, 比如柴油机恒功励磁功能。在原有的基础上新增加了机车逻辑控制功能, 新型控制系统的设计原则体现了通用化、模块化的设计原则, 使得该系统在应用中不是非常的陌生, 对于操作员有很好的帮助, 可以节省较多了解该机车新型控制系统的时间。

在机车级控制单元的内部机箱中有很多的插件, 其中电源开关插件的主要作用是为其他插件与机车级控制单元连接的传感器提供电源支持。机车逻辑控制数字量输出控制功能, 由数字量输入插件完成。机车各部分轴温检测传感器的数据是通过轴温检测插件传输到机车级控制系统的内部, 再由RS232串行通信系统将数据上传到CPU处理插件, 然后又通过CPU插件传输给CLDLCU。系统将数据进行分析研究后, 如果发现问题会自动报警, 如果数据显示机车运行的各个部件正常, 系统会自动记录相关的数据并进行保存。机车级控制单元中的励磁控制插件, 主要作用是控制主发动机在指令的指引下进行励磁机励磁控制。转化控制插件的作用可以使两个相同的控制系统在人为的情况下进行相互间的数据转化, 在特殊的情况下保证数据可以完成必要的备份保存。控制系统中的模拟量采集工作分别由模拟量扩展插件和传感器插件共同完成。

2 在LCU软件研发设计中需注意的几个关键部分

2.1 机车中间直流环节直流电压的控制

交流传动内燃机车在运行或是启动中由电压控制动力电流, 机车由牵引工况转化成惰转工况, 实现机车的启动或是停车。机车中间直流环节直流电压的控制是LCU软件控制系统中重要的组成部分。在系统的控制中, 将电压值的相关数据经过PID运算后, 经中间电压限制环节处理后产生励磁电流信号, 由主发电机励磁机、主发电机、整流器、中间直流环节电容共同形成电压产生环节, 由变流器机组提供中间直流电压。在实际的研究运行过程中, 我们的工作人员注意到机车在启动时往往会因为欠压导致启动失灵, 这主要因变流器的运行不正常导致, 同时我们还发现, 使用两台变流器可以减缓这种现象的发生。为了解决上述问题, 我们采用了预励磁技术、预负载技术和异步启动技术。

2.2 牵引性控制

在机车运行实验中, 机车在高速、低速的情况下, 相对的效率并不相同, 机车牵引力变化率的折算功率与机车运行时的速度密切相关。运行调试中, 机车轴重转移与机车速度有关系, 柴油机电喷控制器、LCU和DCU间的运行配合也存在一定的迟滞间隙。这些因素的出现都会影响机车的各个组件间的密切配合, 导致机车运行不稳定, 容易出现故障。为此, 研究人员根据不同的问题, 采取了不同的技术保障措施。比如, 加强恒功环节的调节作用, 依据机车的运行情况对牵引电机效率进行随时的控制保护。对机车的轴重进行实时的监测控制, 保证轴重转移与机车的运行速度达到一个和谐的状态。对于柴油机电喷控制器处出现的问题, 我们要进行定期的人工检测, 以减少出现故障的几率。

2.3 机车逻辑控制环节

机车的逻辑控制环节主要控制机车内部相应的电器系统部件间的控制联系。控制柴油机的启机、停机、运行速度的把握, 保护相应的控制器不受到损害。机车的逻辑控制环节主要是受到LCU的控制, 利用相应的继电器和接触器形成对机车电气系统的逻辑控制。另外, 在机车电路分布中, 尽量减少电路的分布, 将不必要的电路进行拆除, 以保证电路运行的通常性, 简化主电路, 提高机车内部的安全性和各个电器使用的可靠性, 同时也提高了工作效率。

3 结语

DF8BJ型机车是我国目前最为先进的货运机车, 它在技术上实现了创新, 同时利用积累的经验完善了机车内部的管理系统, 这将会大大提高我国的货运能力, 为经济建设提供保障。

参考文献

[1]刘连根, 赤川英尔.NJ1型机车用IPM牵引逆变器[J].机车电传动, 2000, (4) :57-58.

交流传动电力机车 篇9

关键词：JZ-8-D型制动控制系统,技术方案介绍,可行性分析,与现有方案的对比

0概述

现有HXN3B型交流传动调车内燃机车采用的是CCBⅡ型制动控制系统。 本技术方案选用JZ-8-D型制动控制系统保证了机车的制动性能, 同时可与CCBII制动控制系统整体互换。 下文明确了HXN3B机车空气制动系统的整体方案, 同时指出了两种制动控制系统的不同之处, 分析了装车技术方案的可行性。

1空气制动系统组成

HXN3B型机车空气控制系统主要由风源系统、制动控制系统、空气辅助系统组成。 系统整体布置见图1。

1.1风源系统

压缩空气由2台螺杆式压缩机组提供, 每台压缩机配置有1个干燥器、1个微油过滤器, 保证进入总风缸压缩空气符合ISO8573-12010固体颗粒2级, 油2级, 水2级的标准。 压缩空气储存在2个容积为625 L的总风缸和一个720L的柴油机启动风缸。

1.1.1空气压缩机

采用螺杆式压缩机, 具有温度、压力控制装置, 可实现无负荷启动。 压缩机的开停状态由压力传感器控制, 当第一总风缸压力低于750k Pa时, 两个空气压缩机同时启动供风, 总风缸压力达到900k Pa时, 两个空气压缩机停止工作。也可以通过司机室操作台手动按钮强制打风控制。

1.1.2干燥器

采用双塔吸附式干燥器, 位于压缩机和总风缸之间, 具有低温加热功能, 防止排污阀冻结。干燥器排水阀后设有故障塞门, 当干燥器排污阀被污物卡住不能关闭, 造成干燥器排风不止, 此时可以关闭故障塞门, 维持机车运行。

1.2制动控制系统

制动控制系统采用JZ-8-D型微机控制空气制动系统, 配置断钩保护功能, 机车制动系统性能与装用CCBII的既有机车保持一致, 可进行整体互换。 JZ-8-D型制动控制系统包括:制动控制器、显示屏 (机车显示屏) 、制动系统微机、气动控制单元、快速排风阀。

1.2.1 JZ-8-D制动系统各部件功能描述及与CCBII相关部件的对比

1) 制动控制器包括自动制动手柄 (大闸) 和单独制动手柄 (小闸) 。 采用位置闸控制模式。两个手柄均以远离司机 (推) 的方向移动作为增加制动作用, 以靠近司机 (拉) 的方向移动为减小制动 (缓解) 作用。 除紧急制动之外, 制动控制器是完全的电控制动阀。 在紧急制动的情况下, 制动控制器安装有一个气动阀 (列车管排风阀) , 在电气元件触发紧急制动的同时, 此阀可以直接排放列车管压力空气触发紧急制动。

与CCBII的制动控制器基本一致, 区别在于紧急制动时, CCBII制动系统的制动控制器排放的是21号管的压力空气从而引发列车管的压力降低而并非直接排放列车管的压力空气。

2) 制动显示屏用于空气制动模式设定, 列车管投入/切除, 均衡风缸压力设定值, 列车管补风/不补风, 空气制动诊断, 空气制动自检测和校准, 系统状态和警报显示的选择。 机车微机显示屏与制动系统微机通过MVB进行通讯完成制动显示屏的功能。

无论CCBII制动系统方案还是JZ-8-D制动系统方案均使用机车微机显示屏作为制动系统显示屏, 两个方案在此项点上没有差别。

3) 制动系统微机可以接受制动控制器及机车微机的指令经过处理发给气动控制单元从而实现机车制动或者缓解功能, 同时可以把制动系统的信息与状态反馈给机车微机。

与CCBII制动系统的微机实现的功能基本相同, 二者的外形尺寸有一定差别, 但是相对于机车的安装位置是相同的, 均配置在HXN3B机车短端的辅助室内。

4) 气动控制单元由集成气路板、 电控模块组成, 其主要功能为执行制动系统微机的动作指令, 输出相应的控制压力。

JZ-8-D型制动控制系统的气路控制单元包括列车管控制模块、分配阀控制模块及制动缸压力控制模块。其中列车管控制模块的功能与CCBII系统的ER模块和BP模块基本相同; 分配阀控制模块功能与CCBII系统的16模块和DBTV基本相同; 制动缸压力控制模块与CCBII系统的BCCP模块、20模块和13模块基本相同。

1.2.2空气制动与电阻制动控制逻辑

1) 自动制动阀空气制动和电阻制动的联锁功能

当机车施加自动制动阀实施的常用空气制动和牵引手柄实施的电阻制动时, 机车最终实施电阻制动, 常用空气制动被完全切除。

2) 单独制动阀空气制动与电阻制动的联锁功能

当机车同时施加单独制动阀实施的空气制动和牵引手柄实施的电阻制动时, 当单独制动产生的制动缸压力低于90k Pa时, 空气制动和电阻制动可以叠加。 当单独制动产生的制动缸压力大于90k Pa时, 机车最终实施空气制动, 电阻制动被完全切除。

3) 紧急制动与电阻制动的联锁功能

任何紧急制动作用, 机车均执行空气紧急制动, 但同时保证机车电阻制动处于可随时投入状态。 当司机投入电阻制动, 在电阻制动力达到40k N左右时开始缓解机车空气制动。 当电阻制动失效时, 电阻制动将被切除, 空气紧急制动应能立即恢复。

在电阻制动工况时实施空气紧急制动, 机车应解除电阻制动, 实施空气紧急制动作用, 但电阻制动仍可随时投入。

1.2.3装用JZ-8-D型制动控制系统的可行性分析

JZ-8-D型空气制动系统的制动控制器和气路控制单元的机车安装接口与CCBII制动系统完全相同, 制动系统微机的外形尺寸虽然与CCBII系统的微机不同但是安装位置完全相同, 只需要更改一块安装板, 可轻松实现。 针对JZ-8-D的制动控制器直接排放列车管压力空气而CCBII制动控制器排放21号管压力的问题, 在设计上更改了管路接口, 取消了21号管, 并把列车管引到了制动控制器下方, 方案简单可行。

由此可以看出, JZ-8-D型制动控制系统可以与既有机车安装的CCBII制动控制系统整体互换, 方案具有切实的可行性。

1.3空气辅助系统

空气辅助系统包括柴油机空气启动系统、停放制动控制系统、撒砂控制管路、喇叭与刮雨器供风管路、柴油机辅助供风管路、燃油箱油位检测供风管路。

2结束语