内燃机车电力传动1——概述

,西南交通大学,2019/12/15,机械工程学院,#,第一章 内燃机车电力传动发展概况,内燃机车电传动课件,-,丁太生编辑,2024/12/2,东风,7,型调车机,柴油机外形,2024/12/2,第一节,内燃机车电传动装置的功用,内燃机车的原动机是柴油机。从柴油机到机车轮对之间需要一套速比可变、满足机车牵引特性要求的中间环节,传动装置,。,由一套电气设备组成的这个中间环节，称为,电力传动装置,。,柴油机,电力传动装置,轮对,内燃机车理想牵引特性,基本要求：机车在运行时能充分利用其动力装置的额定功率,式中：,N,e,柴油机功率（,kW）；,F,机车牵引力（,kN）；,V,机车速度（,km/h）；,传动装置效率,（暂假设不变）,。,=常数,FV,常数，即要求机车的牵引力,F,与机车的速度,V,成反比的变化关系；,最大牵引力,F,max,受机车动轮与钢轨之间粘着牵引力的限制；,最高速度,V,max,受机车构造速度的限制。,F,max,F,N,V,N,V,max,V,min,0,机车理想牵引特性曲线及柴油机功率曲线,柴油机能直接驱动机车吗?,柴油机的扭矩特性和功率特性,n,max,n,min,0,n,N,M,N,N,e,M,柴油机特性曲线及功率曲线,若柴油机直接驱动，则,式中：,D,机车动轮直径（,m）；,n,柴油机转速（,r/min）；,M,柴油机扭矩（,kNm）；,传动比；,传动效率,。,说明，柴油机的扭矩特性即代表机车的牵引特性，,显然，不符合理想牵引特性的要求。,柴油机功率得不到充分利用；,柴油机的转速变化范围很窄，过载能力较差，故机车的运行速度范围和负载变化受到限制；,柴油机不能带负荷启动，故不能使列车启动和低速运行；,柴油机曲轴只能单方向旋转，故不能改变机车的运行方向。,（F）,（V）,直接驱动的机车牵引特性曲线,对电传动装置的基本要求,当机车运行在满功率工况时，电力传动装置应该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,，以充分利用柴油机的功率；当机车仅需部分功率运行时，传动装置应使柴油机,按其经济特性恒功率运行,。,电力传动装置应保证柴油机在无负载情况下启动。,机车启动时，传动装置应保持有足够大的牵引力，使机车启动加速快，且保证机车启动过程平稳而无冲击。,电力传动装置应该具有较高的效率。,电力传动装置必须工作可靠，重量轻，体积小，维修方便。,第二节 内燃机车电传动的分类,柴油机,牵引,发电机,轮对,牵引,电动机,变流,装置,（直流/交流）,（直流/交流）,按照牵引发电机和牵引电动机电机所用的电流制进行分类，电力传动装置可分为三大类：,1 直流电力传动（直-直传动）,2 交直流电力传动,3 交流电力传动（交-直-交传动，交-交传动）,直流电力传动,传动方式是采用直流牵引发电机和直流牵引电动机，又称,直直流电传动,。,特点：调速方法比较简便，直流串 励电动机的转速特性较软，适合于机车牵引；,我国60年代初开始生产，主要机型有东风型、东风,2,型、东风,3,型以及进口的,ND,1,型、,ND,2,型等机车；,弊端：直流牵引发电机的功率受到换向条件和机车限界尺寸以及机车轴重的限制，使单机组直流电力传动内燃机车的功率几乎限制在2200以下。,M,M,M,M,M,M,柴油机,G,交直流电力传动,传动方式是采用交流牵引发电机，通过大功率硅整流器将交流电变为直流电，然后供给数台直流牵引电动机。,交流发电机无换向器，克服了制造大功率直流牵引发电机换向时所出现的困难，并且结构简单、运用可靠、省铜、重量轻、维护简便；,保留了直流牵引电动机 调速性能的特点；,我国70年代初开始生产，主要机型有东风4型系列,、,东风5型系列,、,东风7型系列、东风8型系列、东风10型系列、东风11型及进口的,ND4,型、,ND5,型等机车。,柴油机,G,M,M,M,M,M,M,随着重载和高速列车的发展、机车功率的提高，直流牵引电动机的弊端已经显现,。,交流电力传动,传动方式采用交流牵引发电机和交流牵引电动机，因两者都是交流电机，故称为交流电力传动。,直流串励牵引电动机虽然具有良好的调速性能，但在结构上有换向器，不仅重量和尺寸大、费铜，而且故障率高，维护保养不便，限制了其在大功率、高速度机车上的应用；,交流电动机无换向器，具有结构简单、体积小、运行可靠等优点，不但可以提高单节机车的功率，而且由于其具有硬特性使机车具备良好的防止动轮空转打滑的性能；,交流异步电动机的转速主要决定于它的供电电源的频率，而在一定功率下柴油机的转速不变，牵引发电机的频率也不变，因此交流电力传动的关键是在交流牵引发电机和交流牵引电动机之间设置一个功率大、调频宽的,变频装置,，以满足交流牵引电动机的调速要求。,（1）交,直,交流电力传动,具有中间直流环节的间接变频的交流电力传动，称为交直交流电力传动。,柴油机驱动交流牵引发电机，所发出的三相交流电经,硅整流器,Z,整流为直流电，再经过一个或数个,逆变器,N,将直流电转变为频率可调的交流电,；,中间直流环节使逆变器输出的三相交流电的频率与牵引发电机发出的三相交流电的频率没有任何关系；在机车起动和调速的整个工作范围内，逆变器输出的三相交流电的频率都能平滑地调节。,柴油机,G,M,M,M,M,M,M,Z,N,（2）交,交流电力传动,没有中间直流环节的直接变频的交流电力传动，称为交交流电力传动。,由交流牵引发电机发出的三相交流电经一个或数个,变频装置,BP,后，直接变为频率可调的三相交流电；,交交流变频装置输出的频率要低于输入频率，一般最高输出电源频率只能达到输入电源频率的三分之一，因而要求交流牵引发电机具有较高的频率。因此交交流传动比较适合于原动机转速较高的设备（如燃气轮机）。,柴油机,G,M,M,M,M,M,M,BP,第三节 内燃机车电传动电路的组成,电力传动装置的各项功能是通过一定形式的电路驱动各种电气设备得以实现的；电传动内燃机车机车上的电路，按其作用可以分,为主电路、励磁电路、辅助电路,和,控制电路,四大系统。,主电路,将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个系统，实现机车的功率传输，其性能决定了机车的基本特性。,励磁电路,通常是指内燃机车上保证柴油机发电机组正常运行的励磁调节系统；在交-直流传动中进行恒功率励磁调节；在交-直-交流传动中对中间直流电压进行恒压励磁调节。,辅助电路,将机车上的各种辅助电气设备和辅助电源连成一个系统，成为保证机车正常运转不可缺少的电气装置。,控制电路,将控制主电路、励磁电路及辅助电路中各电气设备的控制电器、信号装置和控制电源连成一个电气系统，实现对机车的操纵和控制。,第四节 内燃机车电传动的发展特点,大功率内燃机车电力传动发展的特点主要有以下几个方面：,普遍采用交直流传动方式并发展交流传动方式。,尽管在一定功率和一定速度范围内，直流牵引电动机的调速性能仍将保留其简单、经济等特点，但是随着交流传动技术的发展成熟和生产成本的合理解决，交流传动无疑将是电传动内燃机车传动方式的主要发展方向。,广泛采用新型电子技术和微机控制技术。,应用电子技术和微机控制技术可以准确迅速、可靠地实现机车自动控制，同时微机控制系统还能综合各种信号进行控制，实现各种自动保护，如机车防空转、防滑自动保护，接地自动保护，过流过压自动保护等,，可以实施故障监视、检测、诊断、处理、显示和记录等功能，以便迅速发现故障点。,改进工艺、提高可靠性并使检修方便。,注意机组和控制系统组件化，可成组地装折组件，便于监测、检修和维护，从而提高了可靠性。,简统化和通用化。,不同类型的机车上采用统一的、通用的零部件，可以实现集中生产，提高产品质量，降低生产成本，且简化了运用和检修工作，降低运用和维修费用，其经济效果是很显著的。,第五节 电器元件,2024/12/2,电器元件,2,2024/12/2,电器元件,3,2024/12/2,电器元件,4,2024/12/2,电器元件,6,2024/12/2,电器元件,7,2024/12/2,电器元件,8,2024/12/2,电器元件,9,2024/12/2,电器元件,10,2024/12/2,电器元件,11,2024/12/2,电器元件,12,2024/12/2,