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1、,西南交通大學(xué),2019/12/15,機(jī)械工程學(xué)院,#,第一章 內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)發(fā)展概況,內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)課件,-,丁太生編輯,2024/12/2,東風(fēng),7,型調(diào)車機(jī),柴油機(jī)外形,2024/12/2,第一節(jié),內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)裝置的功用,內(nèi)燃機(jī)車的原動(dòng)機(jī)是柴油機(jī)。從柴油機(jī)到機(jī)車輪對(duì)之間需要一套速比可變、滿足機(jī)車牽引特性要求的中間環(huán)節(jié),傳動(dòng)裝置,。,由一套電氣設(shè)備組成的這個(gè)中間環(huán)節(jié)，稱為,電力傳動(dòng)裝置,。,柴油機(jī),電力傳動(dòng)裝置,輪對(duì),內(nèi)燃機(jī)車?yán)硐霠恳匦?基本要求：機(jī)車在運(yùn)行時(shí)能充分利用其動(dòng)力裝置的額定功率,式中：,N,e,柴油機(jī)功率（,kW）；,F,機(jī)車牽引力（,kN）；,V,機(jī)車速度（,km/h）

2、；,傳動(dòng)裝置效率,（暫假設(shè)不變）,。,=常數(shù),FV,常數(shù)，即要求機(jī)車的牽引力,F,與機(jī)車的速度,V,成反比的變化關(guān)系；,最大牽引力,F,max,受機(jī)車動(dòng)輪與鋼軌之間粘著牽引力的限制；,最高速度,V,max,受機(jī)車構(gòu)造速度的限制。,F,max,F,N,V,N,V,max,V,min,0,機(jī)車?yán)硐霠恳匦郧€及柴油機(jī)功率曲線,柴油機(jī)能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)車嗎?,柴油機(jī)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(jī)特性曲線及功率曲線,若柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，則,式中：,D,機(jī)車動(dòng)輪直徑（,m）；,n,柴油機(jī)轉(zhuǎn)速（,r/min）；,M,柴油機(jī)扭矩（,kNm）；,傳動(dòng)比；,傳動(dòng)效率

3、,。,說(shuō)明，柴油機(jī)的扭矩特性即代表機(jī)車的牽引特性，,顯然，不符合理想牽引特性的要求。,柴油機(jī)功率得不到充分利用；,柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍很窄，過(guò)載能力較差，故機(jī)車的運(yùn)行速度范圍和負(fù)載變化受到限制；,柴油機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，故不能使列車啟動(dòng)和低速運(yùn)行；,柴油機(jī)曲軸只能單方向旋轉(zhuǎn)，故不能改變機(jī)車的運(yùn)行方向。,（F）,（V）,直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)車牽引特性曲線,對(duì)電傳動(dòng)裝置的基本要求,當(dāng)機(jī)車運(yùn)行在滿功率工況時(shí)，電力傳動(dòng)裝置應(yīng)該使機(jī)車在盡可能大的速度范圍內(nèi)保持,柴油機(jī)額定功率不變,，以充分利用柴油機(jī)的功率；當(dāng)機(jī)車僅需部分功率運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)裝置應(yīng)使柴油機(jī),按其經(jīng)濟(jì)特性恒功率運(yùn)行,。,電力傳動(dòng)裝置應(yīng)保證柴油機(jī)在無(wú)負(fù)載情

4、況下啟動(dòng)。,機(jī)車啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)裝置應(yīng)保持有足夠大的牽引力，使機(jī)車啟動(dòng)加速快，且保證機(jī)車啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)而無(wú)沖擊。,電力傳動(dòng)裝置應(yīng)該具有較高的效率。,電力傳動(dòng)裝置必須工作可靠，重量輕，體積小，維修方便。,第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)的分類,柴油機(jī),牽引,發(fā)電機(jī),輪對(duì),牽引,電動(dòng)機(jī),變流,裝置,（直流/交流）,（直流/交流）,按照牽引發(fā)電機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)電機(jī)所用的電流制進(jìn)行分類，電力傳動(dòng)裝置可分為三大類：,1 直流電力傳動(dòng)（直-直傳動(dòng)）,2 交直流電力傳動(dòng),3 交流電力傳動(dòng)（交-直-交傳動(dòng)，交-交傳動(dòng)）,直流電力傳動(dòng),傳動(dòng)方式是采用直流牽引發(fā)電機(jī)和直流牽引電動(dòng)機(jī)，又稱,直直流電傳動(dòng),。,特點(diǎn)：調(diào)速方法比較簡(jiǎn)便，

5、直流串 勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性較軟，適合于機(jī)車牽引；,我國(guó)60年代初開始生產(chǎn)，主要機(jī)型有東風(fēng)型、東風(fēng),2,型、東風(fēng),3,型以及進(jìn)口的,ND,1,型、,ND,2,型等機(jī)車；,弊端：直流牽引發(fā)電機(jī)的功率受到換向條件和機(jī)車限界尺寸以及機(jī)車軸重的限制，使單機(jī)組直流電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的功率幾乎限制在2200以下。,M,M,M,M,M,M,柴油機(jī),G,交直流電力傳動(dòng),傳動(dòng)方式是采用交流牽引發(fā)電機(jī)，通過(guò)大功率硅整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后供給數(shù)臺(tái)直流牽引電動(dòng)機(jī)。,交流發(fā)電機(jī)無(wú)換向器，克服了制造大功率直流牽引發(fā)電機(jī)換向時(shí)所出現(xiàn)的困難，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)用可靠、省銅、重量輕、維護(hù)簡(jiǎn)便；,保留了直流牽引電動(dòng)機(jī) 調(diào)速性能

6、的特點(diǎn)；,我國(guó)70年代初開始生產(chǎn)，主要機(jī)型有東風(fēng)4型系列,、,東風(fēng)5型系列,、,東風(fēng)7型系列、東風(fēng)8型系列、東風(fēng)10型系列、東風(fēng)11型及進(jìn)口的,ND4,型、,ND5,型等機(jī)車。,柴油機(jī),G,M,M,M,M,M,M,隨著重載和高速列車的發(fā)展、機(jī)車功率的提高，直流牽引電動(dòng)機(jī)的弊端已經(jīng)顯現(xiàn),。,交流電力傳動(dòng),傳動(dòng)方式采用交流牽引發(fā)電機(jī)和交流牽引電動(dòng)機(jī)，因兩者都是交流電機(jī)，故稱為交流電力傳動(dòng)。,直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)雖然具有良好的調(diào)速性能，但在結(jié)構(gòu)上有換向器，不僅重量和尺寸大、費(fèi)銅，而且故障率高，維護(hù)保養(yǎng)不便，限制了其在大功率、高速度機(jī)車上的應(yīng)用；,交流電動(dòng)機(jī)無(wú)換向器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)

7、，不但可以提高單節(jié)機(jī)車的功率，而且由于其具有硬特性使機(jī)車具備良好的防止動(dòng)輪空轉(zhuǎn)打滑的性能；,交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)速不變，牽引發(fā)電機(jī)的頻率也不變，因此交流電力傳動(dòng)的關(guān)鍵是在交流牽引發(fā)電機(jī)和交流牽引電動(dòng)機(jī)之間設(shè)置一個(gè)功率大、調(diào)頻寬的,變頻裝置,，以滿足交流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求。,（1）交,直,交流電力傳動(dòng),具有中間直流環(huán)節(jié)的間接變頻的交流電力傳動(dòng)，稱為交直交流電力傳動(dòng)。,柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)交流牽引發(fā)電機(jī)，所發(fā)出的三相交流電經(jīng),硅整流器,Z,整流為直流電，再經(jīng)過(guò)一個(gè)或數(shù)個(gè),逆變器,N,將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)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(jī)發(fā)出的三相交流電的頻率沒(méi)有任何關(guān)系；在機(jī)車起動(dòng)和調(diào)速的整個(gè)工作范圍內(nèi)，逆變器輸出的三相交流電的頻率都能平滑地調(diào)節(jié)。,柴油機(jī),G,M,M,M,M,M,M,Z,N,（2）交,交流電力傳動(dòng),沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)的直接變頻的交流電力傳動(dòng)，稱為交交流電力傳動(dòng)。,由交流牽引發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)一個(gè)或數(shù)個(gè),變頻裝置,BP,后，直接變?yōu)轭l率可調(diào)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(dá)到輸入電源頻率的三分之一，因而要求交流牽引發(fā)電機(jī)具有較高的頻率。因此交交流傳動(dòng)比較適合于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高的設(shè)備（如燃?xì)廨啓C(jī)）。,柴油機(jī),G,M,M,M,M,M,M,BP,

9、第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)電路的組成,電力傳動(dòng)裝置的各項(xiàng)功能是通過(guò)一定形式的電路驅(qū)動(dòng)各種電氣設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)的；電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車機(jī)車上的電路，按其作用可以分,為主電路、勵(lì)磁電路、輔助電路,和,控制電路,四大系統(tǒng)。,主電路,將產(chǎn)生機(jī)車牽引力和制動(dòng)力的各種電氣設(shè)備連成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的功率傳輸，其性能決定了機(jī)車的基本特性。,勵(lì)磁電路,通常是指內(nèi)燃機(jī)車上保證柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在交-直流傳動(dòng)中進(jìn)行恒功率勵(lì)磁調(diào)節(jié)；在交-直-交流傳動(dòng)中對(duì)中間直流電壓進(jìn)行恒壓勵(lì)磁調(diào)節(jié)。,輔助電路,將機(jī)車上的各種輔助電氣設(shè)備和輔助電源連成一個(gè)系統(tǒng)，成為保證機(jī)車正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的電氣裝置。,控制電路,將控制主電路、

10、勵(lì)磁電路及輔助電路中各電氣設(shè)備的控制電器、信號(hào)裝置和控制電源連成一個(gè)電氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車的操縱和控制。,第四節(jié) 內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)的發(fā)展特點(diǎn),大功率內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)發(fā)展的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：,普遍采用交直流傳動(dòng)方式并發(fā)展交流傳動(dòng)方式。,盡管在一定功率和一定速度范圍內(nèi)，直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能仍將保留其簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，但是隨著交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展成熟和生產(chǎn)成本的合理解決，交流傳動(dòng)無(wú)疑將是電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)方式的主要發(fā)展方向。,廣泛采用新型電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)。,應(yīng)用電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)可以準(zhǔn)確迅速、可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)車自動(dòng)控制，同時(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)還能綜合各種信號(hào)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)保護(hù)，如機(jī)車防空

11、轉(zhuǎn)、防滑自動(dòng)保護(hù)，接地自動(dòng)保護(hù)，過(guò)流過(guò)壓自動(dòng)保護(hù)等,，可以實(shí)施故障監(jiān)視、檢測(cè)、診斷、處理、顯示和記錄等功能，以便迅速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。,改進(jìn)工藝、提高可靠性并使檢修方便。,注意機(jī)組和控制系統(tǒng)組件化，可成組地裝折組件，便于監(jiān)測(cè)、檢修和維護(hù)，從而提高了可靠性。,簡(jiǎn)統(tǒng)化和通用化。,不同類型的機(jī)車上采用統(tǒng)一的、通用的零部件，可以實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，且簡(jiǎn)化了運(yùn)用和檢修工作，降低運(yùn)用和維修費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)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,