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1、,西南交通大學,2019/12/15,機械工程學院,#,第一章 內燃機車電力傳動發(fā)展概況,內燃機車電傳動課件,-,丁太生編輯,2024/12/2,東風,7,型調車機,柴油機外形,2024/12/2,第一節(jié),內燃機車電傳動裝置的功用,內燃機車的原動機是柴油機。從柴油機到機車輪對之間需要一套速比可變、滿足機車牽引特性要求的中間環(huán)節(jié),傳動裝置,。,由一套電氣設備組成的這個中間環(huán)節(jié)，稱為,電力傳動裝置,。,柴油機,電力傳動裝置,輪對,內燃機車理想牽引特性,基本要求：機車在運行時能充分利用其動力裝置的額定功率,式中：,N,e,柴油機功率（,kW）；,F,機車牽引力（,kN）；,V,機車速度（,km/h）

2、；,傳動裝置效率,（暫假設不變）,。,=常數,FV,常數，即要求機車的牽引力,F,與機車的速度,V,成反比的變化關系；,最大牽引力,F,max,受機車動輪與鋼軌之間粘著牽引力的限制；,最高速度,V,max,受機車構造速度的限制。,F,max,F,N,V,N,V,max,V,min,0,機車理想牽引特性曲線及柴油機功率曲線,柴油機能直接驅動機車嗎?,柴油機的扭矩特性和功率特性,n,max,n,min,0,n,N,M,N,N,e,M,柴油機特性曲線及功率曲線,若柴油機直接驅動，則,式中：,D,機車動輪直徑（,m）；,n,柴油機轉速（,r/min）；,M,柴油機扭矩（,kNm）；,傳動比；,傳動效率

3、,。,說明，柴油機的扭矩特性即代表機車的牽引特性，,顯然，不符合理想牽引特性的要求。,柴油機功率得不到充分利用；,柴油機的轉速變化范圍很窄，過載能力較差，故機車的運行速度范圍和負載變化受到限制；,柴油機不能帶負荷啟動，故不能使列車啟動和低速運行；,柴油機曲軸只能單方向旋轉，故不能改變機車的運行方向。,（F）,（V）,直接驅動的機車牽引特性曲線,對電傳動裝置的基本要求,當機車運行在滿功率工況時，電力傳動裝置應該使機車在盡可能大的速度范圍內保持,柴油機額定功率不變,，以充分利用柴油機的功率；當機車僅需部分功率運行時，傳動裝置應使柴油機,按其經濟特性恒功率運行,。,電力傳動裝置應保證柴油機在無負載情

4、況下啟動。,機車啟動時，傳動裝置應保持有足夠大的牽引力，使機車啟動加速快，且保證機車啟動過程平穩(wěn)而無沖擊。,電力傳動裝置應該具有較高的效率。,電力傳動裝置必須工作可靠，重量輕，體積小，維修方便。,第二節(jié) 內燃機車電傳動的分類,柴油機,牽引,發(fā)電機,輪對,牽引,電動機,變流,裝置,（直流/交流）,（直流/交流）,按照牽引發(fā)電機和牽引電動機電機所用的電流制進行分類，電力傳動裝置可分為三大類：,1 直流電力傳動（直-直傳動）,2 交直流電力傳動,3 交流電力傳動（交-直-交傳動，交-交傳動）,直流電力傳動,傳動方式是采用直流牽引發(fā)電機和直流牽引電動機，又稱,直直流電傳動,。,特點：調速方法比較簡便，

5、直流串 勵電動機的轉速特性較軟，適合于機車牽引；,我國60年代初開始生產，主要機型有東風型、東風,2,型、東風,3,型以及進口的,ND,1,型、,ND,2,型等機車；,弊端：直流牽引發(fā)電機的功率受到換向條件和機車限界尺寸以及機車軸重的限制，使單機組直流電力傳動內燃機車的功率幾乎限制在2200以下。,M,M,M,M,M,M,柴油機,G,交直流電力傳動,傳動方式是采用交流牽引發(fā)電機，通過大功率硅整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后供給數臺直流牽引電動機。,交流發(fā)電機無換向器，克服了制造大功率直流牽引發(fā)電機換向時所出現(xiàn)的困難，并且結構簡單、運用可靠、省銅、重量輕、維護簡便；,保留了直流牽引電動機 調速性能

6、的特點；,我國70年代初開始生產，主要機型有東風4型系列,、,東風5型系列,、,東風7型系列、東風8型系列、東風10型系列、東風11型及進口的,ND4,型、,ND5,型等機車。,柴油機,G,M,M,M,M,M,M,隨著重載和高速列車的發(fā)展、機車功率的提高，直流牽引電動機的弊端已經顯現(xiàn),。,交流電力傳動,傳動方式采用交流牽引發(fā)電機和交流牽引電動機，因兩者都是交流電機，故稱為交流電力傳動。,直流串勵牽引電動機雖然具有良好的調速性能，但在結構上有換向器，不僅重量和尺寸大、費銅，而且故障率高，維護保養(yǎng)不便，限制了其在大功率、高速度機車上的應用；,交流電動機無換向器，具有結構簡單、體積小、運行可靠等優(yōu)點

7、，不但可以提高單節(jié)機車的功率，而且由于其具有硬特性使機車具備良好的防止動輪空轉打滑的性能；,交流異步電動機的轉速主要決定于它的供電電源的頻率，而在一定功率下柴油機的轉速不變，牽引發(fā)電機的頻率也不變，因此交流電力傳動的關鍵是在交流牽引發(fā)電機和交流牽引電動機之間設置一個功率大、調頻寬的,變頻裝置,，以滿足交流牽引電動機的調速要求。,（1）交,直,交流電力傳動,具有中間直流環(huán)節(jié)的間接變頻的交流電力傳動，稱為交直交流電力傳動。,柴油機驅動交流牽引發(fā)電機，所發(fā)出的三相交流電經,硅整流器,Z,整流為直流電，再經過一個或數個,逆變器,N,將直流電轉變?yōu)轭l率可調的交流電,；,中間直流環(huán)節(jié)使逆變器輸出的三相交流

8、電的頻率與牽引發(fā)電機發(fā)出的三相交流電的頻率沒有任何關系；在機車起動和調速的整個工作范圍內，逆變器輸出的三相交流電的頻率都能平滑地調節(jié)。,柴油機,G,M,M,M,M,M,M,Z,N,（2）交,交流電力傳動,沒有中間直流環(huán)節(jié)的直接變頻的交流電力傳動，稱為交交流電力傳動。,由交流牽引發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經一個或數個,變頻裝置,BP,后，直接變?yōu)轭l率可調的三相交流電；,交交流變頻裝置輸出的頻率要低于輸入頻率，一般最高輸出電源頻率只能達到輸入電源頻率的三分之一，因而要求交流牽引發(fā)電機具有較高的頻率。因此交交流傳動比較適合于原動機轉速較高的設備（如燃氣輪機）。,柴油機,G,M,M,M,M,M,M,BP,

9、第三節(jié) 內燃機車電傳動電路的組成,電力傳動裝置的各項功能是通過一定形式的電路驅動各種電氣設備得以實現(xiàn)的；電傳動內燃機車機車上的電路，按其作用可以分,為主電路、勵磁電路、輔助電路,和,控制電路,四大系統(tǒng)。,主電路,將產生機車牽引力和制動力的各種電氣設備連成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)機車的功率傳輸，其性能決定了機車的基本特性。,勵磁電路,通常是指內燃機車上保證柴油機發(fā)電機組正常運行的勵磁調節(jié)系統(tǒng)；在交-直流傳動中進行恒功率勵磁調節(jié)；在交-直-交流傳動中對中間直流電壓進行恒壓勵磁調節(jié)。,輔助電路,將機車上的各種輔助電氣設備和輔助電源連成一個系統(tǒng)，成為保證機車正常運轉不可缺少的電氣裝置。,控制電路,將控制主電路、

10、勵磁電路及輔助電路中各電氣設備的控制電器、信號裝置和控制電源連成一個電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)對機車的操縱和控制。,第四節(jié) 內燃機車電傳動的發(fā)展特點,大功率內燃機車電力傳動發(fā)展的特點主要有以下幾個方面：,普遍采用交直流傳動方式并發(fā)展交流傳動方式。,盡管在一定功率和一定速度范圍內，直流牽引電動機的調速性能仍將保留其簡單、經濟等特點，但是隨著交流傳動技術的發(fā)展成熟和生產成本的合理解決，交流傳動無疑將是電傳動內燃機車傳動方式的主要發(fā)展方向。,廣泛采用新型電子技術和微機控制技術。,應用電子技術和微機控制技術可以準確迅速、可靠地實現(xiàn)機車自動控制，同時微機控制系統(tǒng)還能綜合各種信號進行控制，實現(xiàn)各種自動保護，如機車防空

11、轉、防滑自動保護，接地自動保護，過流過壓自動保護等,，可以實施故障監(jiān)視、檢測、診斷、處理、顯示和記錄等功能，以便迅速發(fā)現(xiàn)故障點。,改進工藝、提高可靠性并使檢修方便。,注意機組和控制系統(tǒng)組件化，可成組地裝折組件，便于監(jiān)測、檢修和維護，從而提高了可靠性。,簡統(tǒng)化和通用化。,不同類型的機車上采用統(tǒng)一的、通用的零部件，可以實現(xiàn)集中生產，提高產品質量，降低生產成本，且簡化了運用和檢修工作，降低運用和維修費用，其經濟效果是很顯著的。,第五節(jié) 電器元件,2024/12/2,電器元件,2,2024/12/2,電器元件,3,2024/12/2,電器元件,4,2024/12/2,電器元件,6,2024/12/2,電器元件,7,2024/12/2,電器元件,8,2024/12/2,電器元件,9,2024/12/2,電器元件,10,2024/12/2,電器元件,11,2024/12/2,電器元件,12,2024/12/2,