（机械工程专业论文）GKDlt3Bgt型内燃机车电气系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 g k d 3 b 型内燃机车是为路内外广大用户设计提供的电传动调车兼小 运转机车，装1 2 v 2 4 0 z j 型柴油机，装车功率2 0 0 0 k w 机车采用交直流电传动，由柴油机驱动一台主发电机产生的三相交 流电经整流后，输送给六台并联的直流牵引电动机，再由牵引电动机通 过传动齿轮驱动车轮转动。主发电机采用无刷励磁。 机车采用微机控制，微机系统采用模块化设计，以s i m a t i c s 7 2 0 0 c p u 2 2 6 型p l c 为核心的多功能实时控制系统，功能强大、性能 优良、运用可靠，具有恒功励磁调节、低恒速控制、电阻制动和自负荷 等功能，并能实现机车逻辑控制。系统设大屏幕彩色显示屏，可以显示 机车和柴油机的运行状态参数，还可以显示机车各系统的故障信息，并 设有人机对话功能。电气控制整体水平在国内同类型机车中处于前列。 本文对机车电气系统主要工作原理，各主要电器件及微机系统进行 了详细介绍，对主电路、励磁电路、辅助电路、控制电路、照明电路等 部分进行了电气线路分析。并对该型机车运用情况进行说明，对前景进 行了预测。 关键词：内燃机车g k d 3 b 电气p l c微机 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t 研p cg k d s ud i e s e ll o c o m o t i v ei sa ne l e c t r i ct r a n s m i s s i o ns h u n t i n gl o c o m o t i v e a n ds m a l lt r a n s f e rl o c o m o t i v ep r o v i d e dt oc u s t o m e r si na n db e y o n dr a i l w a y i th a s t y p e1 2 v 2 4 0 z jd i e s e le n g i n e a n dl o a d i n gp o w e ri s2 0 0 0 k w t h el o c o m o t i v ea d o p t sa c - d ct r a n s m i s s i o n t h et h r e ep h a s ea c g e n e r a t e db yn m a i ng e n e r a t o rd r i v e nb yd i e s e le n g i n ei sr e c t i f i e d ，a n dt r a n s m i t t e dt os i xp a r a l l e l e d d ct r a c t i o nm o t o r s ，a n dt h e nt h et r a c t i o nm o t o r sd i r v ew h e e lr u n n i n gv i ad r i v eg e a r t h em i a ng e n e r a t o ra d o p t sb r u s h l e s se x c i t a t i o n m i c r o c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi su s e df o rt h el o c o m o t i v e m i c r o c o m p u t e r s y s t e ma d o p t sm o d u l a rd e s i g n ，a n dm u l t i f u n c t i o n a lr e a lt i m ec o n t r o ls y s t e mw i t ht h e c o r eo f t y p es i m a t i cs 7 - 2 0 0 c p u 2 2 6p l c i th a sp o w e r f u l f u n c t i o n g o o d p e r f o r m a n c e ，a n dr e l i a b l eo p e r a i o n ，w i t hc o n s t a n tp o w e re x c i t a t i o nr e g u l a t i o n ，l o w l y c o n s t a n ts p e e dc o n t r o l ，d y n a m i cb r a k ea n ds e l f - l o a df u n c t i o n ，a n dc a nr e a l i z el o g i c c o n t r o lo ft h el o c o m o t i v e t h e r ei snl a r g ec o l o n rd i s p l a ys c r e e nf o rt h es y s t e m ，w h i c h c a nn o to n l ys h o wt h eo p e r a t i o ns t a t u sp a r a m e t e ro fl o c o m o t i v ea n dd i e s e le n g i n e ，b u t a l s os h o wf a i l u r ei n f o r m a t i o no fe a c hs y s t e mo nt h el o c o m o t i v e i na d d i t i o n ，i th a s m a n - m a c h i n ec o n v e r s a t i o nf u n c t i o n t h i sc o n t r o ls y s t e mi si na h e a do ft h e s et y p e s l o c o m o t i v e t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e si nd e t a i la b o u tm a i no p e r a t i o np r i n c i p l eo fl o c o m o t i v e c l c t g i cs y s t e m ，e a c hm a i ne l e c t r i c a le q u i p m e n ta n dd c v i c c ，a n dm i c r o c o m p u t e rs y s t e m ， a n da n a l y s e st h ee l e t r i cc i r c u i t ss u c ha sm a i nc i r c u i t ，e x c i t a i o nc i r c u i t ，a u x i l i a r y c i r c u i t ，c o n t r o lc i r c u i t 。l i g h t i n gc i r c u i ta n ds oo n f u r t h e r m o r e ，i tf o r e c a s t st h e a p p l i c a t i o ns i t u a t i o na n dt h ef u t u r eo ft h i st y p eo fl o c o m o t i v e k e y w o r d ：d i e s e ll o c o m o t i v e ，g k d s u ，e l e t r i c ，p l c ，m i c r o c o m p u t e rc o n t r o l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 工矿内燃机车在铁路运输中的作用 我国工矿企业专用铁路现有2 万多公里随着蒸汽机车的逐步淘汰，冶 金、石化、矿山、港口企业从2 0 世纪8 0 年代末开始购进工矿型内燃机车， 开始向内燃化过渡。到现阶段，大部分工矿企业已经全部或绝大部分实现牵 引动力内燃化。工矿型内燃机车经历了开发研制、发展优化的阶段。随着国 民经济持续健康的发展，货物周转需求的旺盛。适应各种不同要求和环境的 工矿型内燃机车将得到进一步的发展提高。 工矿型内燃机车主要用于铁路线上调车及小运转作业。随着现场运用要 求的提高和技术进步，现在也逐步开始承担了工矿企业专用铁路线的货物运 输工作。 1 2 国内外工矿内燃机车的发展概况及其特点 工矿企业铁路运输生产的主要特点是调车及少量的小运转作业。工矿机 车作业中经常处于起动、加速、制动、停车和换向工况，其运输方式、运行 环境、线路及维修运用条件与国家铁路区别很大。所以工矿型内燃机车具有 如下特点：功率适当，构造速度不高，怠速运行时间较长；传动方式大部分 采用液力传动、液力换向；适应工矿企业线路、货区、货位、环境比较恶劣 的作业条件。 随着铁路不断提速和重载，许多新技术运用在内燃机车上，工矿企业对 机车的运用也产生了新的变化，性能佳、可靠性高、经济性好、操纵方便的 机车得到青睐。工矿型内燃机车主要发展趋势如下：车载微机广泛应用在工 矿机车上；柴油机逐步以2 4 0 、2 8 0 系列为主；柴油机、液力传动箱可靠性进 一步提高，整体设计优化；电喷柴油机、无线遥控、恒低速运行等新技术得 到采用。随着对机车功率要求的增大，电传动工矿内燃机车市场正逐渐增长。 g k i ) = 型机车和其同类车型主要技术参数比较： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 表卜1 机车主要技术参数比较 主要技术参数 东风7 b 型东风i o d 型东风1 2 型 g ，握堑 机车标称功率仪w ) 1 5 1 8 1 9 9 01 7 柴油机型号 1 2 v 2 粕l m1 2 、，2 4 0 珊1 6 v 列“【，b1 2 v 纠0 z ， 柴油机最大运用功 1 8 帅 2 2 2 4 ，o 2 0 率“w 起动牵引力( k l , o 4 5 04 8 0 94 3 74 8 0 持续牵引力 3 0 8 3 4 1 73 1 83 4 9 持续速度伪叫h ) 1 6 1 7 82 0 51 5 6 轴重( 1 ) 2 52 52 52 5 轴式c o - c oc o - - c ec o c ec e - 嘞 从表1 可以看出，同为1 2 缸2 4 0 柴油机，g k d 。型机车与东风7 e 型( 1 8 4 0 k w ) 机车相比，具有功率大、牵引力大、持续速度低的特点；与东风i o d 型和东 风1 2 型机车相比，在柴油机功率较小的情况下，仍然具有更大的持续牵引力 及较低的持续速度。g k d 。型机车的成功设计，为我厂机车型谱增加了新成员， 该型机车所具有的结构和性能的优点，决定了它将在国内同类机车中有着强 有力的竞争力，具有广嗣的市场前景。 1 3 本文的主要研究内容及方法 在地方铁路、港口、矿山、石化等调车机车应用部门，功率在1 6 0 0 2 0 0 0 k w ，具有微机控制、电阻制动、恒低速控制、逻辑控制、电喷柴油机等 先进技术的大功率电传动调车内燃机车具有广阔的市场。g k d 。型内燃机车就 是根据以往调车机车在用户使用过程中的意见和建议，适应市场需求，为路 内外广大用户开发设计的调车兼小运转机车。电气控制整体水平在国内同类 型机车中处于前列。 本文将对机车电气系统主要工作原理，各主要电器件及微机系统进行详 细介绍，对主电路、励磁电路、辅助电路、控制电路、照明电路等部分进行 电气线路分析。并对该型机车运用情况进行说明，对前景进行了预测。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 第2 章g k d 3 b 型机车总体及其特性 2 1 机车总体及布置 g k d 舶型内燃机车是为路内外广大用户提供的调车兼小运转机车机车装 1 2 v 2 4 0 z j 型柴油机，装车功率2 0 0 0 k w ；轴式c 旷- c o ；轴重2 3 t 或2 5 t 机车 按照r a m s ( 即可靠性、适用性、可维护性和安全性) 的要求进行设计，最大 速度为l o o k m h ，最大恒功率速度9 0 k m h ，持续速度1 5 6 k m h ；机车最大起 动牵引力4 8 0 k n ( 2 5 t 粘着限制) ，持续牵引力3 4 9 k n 。 g k 型内燃机车为单司机室外走廊电传动机车，机车长端为机车前进方 向机车上部结构从前向后依次是：冷却室、动力室、电器室、司机室和后 机室。 机车采用交一直流电传动，由柴油机驱动一台主发电机产生的三相交流电 经整流后，输送给六台并联的直流牵引电动机，再由牵引电动机通过传动齿 轮驱动车轮转动。 机车总体布置方案见图2 - 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 啐喽中r斟。蒿罨躲坦r锚-n 1障蒋廿而特山n蜒摄龃糕盎-1n稚举杈霰要世h昌嚣最鬟-6一培匮哥-穹e 毒罾醛摇皿-上一毒区赠暴曾鬲讲-9_i 姐蒜举占【甓厦蜱占_i黑螓骰糕墅一基螺隧_l辑*邕鼍1【锥甓麓覆毒。_l 穗磐嚣r斜西囊暑廿越景繇由目哦h_上罄硝粼#占球爝捌-9 墨喇格堆珀*暮鬈id剃景cdio_i山匝 掣静曾一删鑫裙-上f冰山翻球制嵌*午【 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 2 机车主要性能参数 柴油机装车功率 机车辅助功率 整流柜输出功率 机车重量 p e p p 牵引齿轮传动比 1 1 机车动轮直径( 按半磨耗计算) 牵引电动机台数 机车牵引最高工作电压 机车牵引持续工作电流 机车最大速度 起动牵引力 持续速度 持续牵引力 最高恒功率速度 额定制动电流 电阻制动时最大励磁电流 机车最大轮周制动力 最大制动力时的机车速度 恒制动电流制动功率 2 3 机车牵引特性曲线 2 0 0 0 k 胃 2 0 0 k w 1 7 0 0 k w 1 3 8 t ( 或1 5 0 t ) 7 6 1 7 - 4 4 7 d l1 0 1 3 m m 6 台 9 6 0 v 5 0 7 0 a l o o k m h 5 1 4 2 3k n 1 5 5 6k m h 3 4 9 0 5k n 9 0k m h 5 5 0 a 6 5 0 a 2 4 1 4 1k n 3 0 7 3k m h 2 0 6 5 7 5 k w 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 - fo 帕 ，艄m 龌l i 。t n 1糖啦_ m、 l i 、l 巷报_：l 锄) ，1 t 掘-l 默1 i | l、 f 枷i = 1 a l l f 、 硼l i 辐 、 、 fl 、 、 i f 、 啦瑚o li ： l、 !弋 | 硼l i 日 十， |心 1 、k i 图2 - 2 机车牵引特性曲线 2 4 机车电阻制动特性曲线 当机车速度小于3 0 7 3 k m h 时，制动励磁电流恒定为6 5 0 a ；当机车速度 大于3 0 7 3 k r a h 且小于7 5 k m h 时，制动电流恒定为5 5 0 h ；当机车速度从7 5 k m h 上升到l o o k m h 时，受牵引电动机换向火花的限制，制动电流将受到限制， 制动电流将相应地从5 5 0 a 线性下降到3 5 0 a 。为保证牵引电动机通风，电阻 制动时柴油机转速应提到8 4 0 r m i n 。 一 查妻至墨盔兰塑圭塑窒皇兰焦迨塞篁z 夏 滟 、：3 塑! j l l ， 。譬 、 毒 ， 、 枣 i 、 | 、 | 、k 1 | 阻2 - 3 电阻制动特性曲线 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第3 章g k d 3 b 型机车电气系统及主要技术参数 3 1 机车电气系统 机车主传动系统采用交一直流电传动，主要由主发电机，主整流柜、电空 接触器、前后向转换开关、六台牵引电动机组成。 在牵引工况下，三相同步主发电机在柴油机的带动下输出三相交流电， 经整流柜整流后得到的直流电驱动牵引电机转动。在不同的牵引吨位和坡道 阻力，不同的柴油机转速下，主发电机发出的交流电经主整流装置整流后， 分六路通过主接触器的主触头，驱动六台直流串励牵引电机以理想外特性运 行。 通过对主发电机励磁系统的调节实现柴油机不同转速下的功率恒定。机 车同步主发电机采用无刷励磁方式，励磁机及其整流元件做到主发电机的转 子上，其励磁机励磁绕组做到主发电机的定子上。主发励磁电流的控制共有 两套电路：微机励磁控制电路和油马达励磁控制电路。 机车电气系统通过p l c 对整车进行完全控制，实现了机车逻辑控制的无 触点化，提高了系统可靠性：整车控制提供了从恒功率励磁控制到机车逻辑 控制的全套解决方案，成为一个比较完善的系统，有利于数据信息的综合处 理和利用：系统结构明晰，有利于排查机车电气系统的故障，简化了系统的 常规维护。 机车电气控制系统包括电器柜、操纵台，微机柜、机车行车安全设备等 部件 3 1 1 电器柜 电器柜分高压、低压两部份，高压部分主要包括6 个主接触器、1 个换向 开关、1 个转换开关、主电压传感器，牵引电机电流传感器、1 个接地保护继 电器、1 个过流保护继电器等，主要用于实现机车牵引制动控制和主回路的接 地保护和过流保护等：低压部分主要包括蓄电池闸刀开关、启动接触器、空 压机接触器、p r s 续流保护、微机柜及控制接触器等，在p l c 的控制下，完成 机车辅助系统各个功能。 电器柜的电器选型，尽可能按照高可靠性、低成本的原则综合考虑。按 目前各类电器的使用经验，本车的电器选择主体是：大容量的主接触器和中 小容量的如启动接触器等电磁接触器、控制用开关电器、继电器等选用西安 沙尔特宝公司的产品；转换开关、反向器选用具有g e 技术的产品；其他特殊 功能的电气件按特殊要求处理，一般的电气件则选用性能优成本低的成熟产 品。 电器柜在布置方面有如下特点，主要是将全部高、低压电器按功能分区 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 布置，尽可能地将高、低压分开布置。将发热器件( 如电阻) 布置在上部， 尽可能地将需经常操作的电器( 如开关等) 、接线排等布置在操作人员易于工 作，且较安全的位置。 高、低压电器的布置还考虑到可双面检修。 3 1 2 操纵台 机车司机操纵台的设计及设备布置遵循了调车机车标准化操纵台的技 术条件，在调车机车司机操纵台的基础上改进设计，按规范化图纸中功能区 域划分的要求就近布置。其特点如下： ( 1 ) 操纵台上所安装的各种显示、监视、控制设备及各种辅助设备功能模 块化原则和接口方面的统一。 ( 2 ) 操纵台上所安装的各种显示、控制开关及各种辅助开关充分遵循人机 工程化的调车机车区域功能布置。 ( 3 ) 操纵台上所安装的各种控制开关、司控器采用了统一的颜色、形状编 码，使司机操作更加合理、方便。 ( 4 ) 旋转门采用内置式铰链安装，着重改进了减震与密封性能。 3 1 3 微机柜 微机柜包括p l c 、数字输入输出模块、模拟输入输出模块和故障切除开关 等。微机柜内器件采用导轨安装，检修方便。 3 1 4 行车安全设备柜 行车安全设备用于完成机车外界的信号显示、通话联系、机车运行状态 记录、行车安全与调度台的通讯功能。主要包括监控主机、监控通讯接线盒、 常用制动继电器盒、数模转换盒、机车信号配线盒、调车信号接口盒、机车 信号主机箱、机车速度传感器、移频感应器综合检测装置等各部件。 3 1 5 蓄电池及安装箱 蓄电池采用g m - 4 2 0 阀控式密封铅酸蓄电池，4 8 节蓄电池装在1 2 个完全 相同的电池盒内。蓄电池组安装在小车上，小车底部装有滑轮，可在导轨上 滑动，便于蓄电池的维护保养。 3 2 主传动部分电器件 3 2 1 主发电机 主发电机采用无刷励磁交流同步主发电机j f 2 0 8 a 。发电机的转子上设有 主发电机的励磁绕组和励磁机的三相电枢，励磁机输出电流经设置在同一转 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 手工酌旋转整流器向主发电机的励磁绕组供电，而励磁机的励磁绕组就设在 主发电机的定子上，励磁电流的调节由机车上p l c 来控制实现。由于没有了 传统同步主发电机的励磁碳刷滑环结构，提高了系统的可靠性，减少了检修 工作量 主发电机参数 型号 额定容量 额定电压 额定电流 额定转速 励磁方式 工作制 冷却方式 3 2 2 牵引电机 j f 2 0 8 a 型( 带无刷励磁) 2 9 1 l k v a 4 2 5 7 7 0 v 3 9 5 5 2 1 8 3 a 1 0 0 0 r m i n 他励 连续 径向自通风 机车采用z d l 0 9 b 型牵引电机，根据牵引计算，机车运行最高速度 l o o k m h ，电机只需要进行一级磁场削弱。 牵引电动机参数 型号 z d i o g b 额定功率 5 3 0 k w 额定电压 6 7 0 v 额定电流8 4 5 a 额定高电压 9 8 0 v 最大电流 1 2 0 0 a 额定转速7 5 4 r m i n 最大转速2 3 8 5 r m i n 励磁方式串励 工作制连续 冷却方式强迫外通风 3 2 3 主整流装置 主整流装置采用三相桥式整流电路，采用强迫风冷。该装置采用2 4 只型 号为z p 2 0 0 0 2 8 的整流元件，元件组合方式为4 并x6 桥臂。 型号 6 t f 一5 1 0 0 1 0 0 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 额定交流输入电压5 4 0 v 7 7 0 v 额定交流输入电流3 9 5 5 a 2 7 7 5 额定直流输出电流 5 1 0 0 a 额定直流电压 6 7 0 v 最大直流输出电压1 0 0 0 + 1 2 v 机车起动过程短时允许最大直流输出电流 7 2 0 0 a 整流线路三相桥式 3 2 4 启动发电机 型号 额定功率 额定电压 工作制 冷却方式 3 2 5 蓄电池 型号 容量 常温启动放电能力放电电流 总电压 3 2 6 转换开关与反向器 z q f 一8 0 8 0 k w l i o v 断续制( 8 0 k w 5 m i n 到3 0 k w s m i n 循环) 自通风 n 1 “- 4 2 0 型 5 h 放电率的容量4 2 0 a h 2 1 0 0 a 9 6 v y k h 3 q 5 1 系列反向器及y i 3 q 5 3 系列转换开关。 ( 1 ) 主触头 额定电压 9 3 0 v 额定电流 1 i o o a 数量1 2 组转换 压力 1 5 5 2 0 0 n 开距1 8 2 0 m m ( 3 q 5 3 ) 超程 接触线长 ( 2 ) 辅助触头 1 7 5 2 0 5 m ( 3 q 5 1 ) 4 8 8 m ( 3 q 5 3 ) 5 5 7 哪( 3 q 5 1 ) 2 9 5 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 额定电压 额定电流 数量 ( 3 ) 传动部分 1 i o v 5 a 8 组 额定风压 5 0 0 k p a 工作风压范围3 7 5 6 5 0 k p a 电空阀额定电压 i i o v 3 2 7s 1 0 1 0 1 0 直流电磁接触器( 用于1 - 6 0 ) ( 1 ) 主触头 极数 额定工作电压u e 额定电流i e ( 2 ) 控制电路 额定控制电源电压u s 操作电压 线圈电阻 ( 3 ) 辅助触头 数量、型式 额定电压( u e ) 额定电流( i e ) 约定发热电流( i t h ) 单极 1 0 0 0 v 1 0 0 0 ad c d c1 1 0 v ( 0 7 1 2 5 ) u s 1 6 8 q 5 组，5 n o + s n c d c1 1 0 v 1 a l o a 3 2 8s 1 0 0 i 0 6 直流电磁接触器( 用于o c 、l c 、y c ) ( 1 ) 主触头 极数 额定工作电压u e 额定电流i e ( 2 ) 控制电路 额定控制电源电压u s 操作电压 线圈电阻 单极 1 l o v 6 3 0 ad c d c1 i o v ( l c 、y c ) d c8 0 v ( q c 、短时工作制) ( o 7 1 2 5 ) u s 3 0 0od c l l o v ( l c 、y c ) 1 0 8qd c 8 0 v ( q c ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 ( 3 ) 辅助触头 数量、型式 额定电压( u e ) 额定电流( i e ) 约定发热电流( i t h ) 4 组。4 n o + 4 n c ( q c ) 3 组，3 n o + 3 n c ( l c 、y c ) d c1 1 0 v 1 a 1 0 a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第4 章g k d 3 b 型机车电气线路分析 4 1 概述 g k 氏型内燃机车采用交直流电传动。同步牵引主发电机发出的交流电经 硅整流装置整流后驱动6 台直流串励牵引电动机。6 台牵引电动机以全并联方 式联接。机车采用微机控制，具有恒功励磁调节、低恒速控制( 该项功能为用 户选用) 、电阻制动和自负荷功能( 该项功能为用户选用) ，并能实现机车逻辑 控制司机通过操纵台上司控器、扳键开关等电器进行操纵 机车有装电喷柴油机和非电喷柴油机两种方案，电喷柴油机的转速范围 为3 5 0 1 0 0 0r r a i n ，非电喷柴油机的转速范围为4 0 0 1 0 0 0r m i n 。本文介 绍装非电喷柴油机的机车方案。机车牵引工况时，在各档的柴油机转速下， 牵引主发电机的励磁在微机的控制下实现恒功率调节。 机车旖行电阻制动时，在微机控制下实现电阻制动的恒流特性控制，以 满足机车制动特性的需要。 电气线路图分为：主电路、励磁电路、辅助电路、控制电路、照明电路、 行车安全电路及空调控制电路等部分，反映了机车各电器的相互联系和动作 逻辑关系。下面将以机车电气线路图为准对机车电气系统进行介绍。 电气线路图的几点说明： ( 1 ) 方向转换开关h k f 及工况转换开关h k g 的触点在图中所示的状态 是司机控制器s k 手柄置于前进牵引位。 ( 2 ) 各电器，如接触器、继电器以及开关的触点在图中所示的状态，是 无电或无外力作用下的状态。 ( 3 ) 接线柱的代号用“”分隔，“”前部分表示接线柱的排数号，。” 后部分表示接线柱在该排的顺序号。接线柱的分布是：电器柜x 1 x 9 ，正操 纵台x 1 1 ，副操纵台x 2 1 ，车体x 3 3 、x 3 4 ，柴油机x 3 5 ，电喷x 7 1 。电连接 器的分布是：微机柜a f ，正操纵台n z l n z 3 ，副操纵台n f l 量i f 3 。 ( 4 ) 附录1 为电气线路图在电气线路分析中，对所处图中的位置用坐 标表示，如l b 5 表示第1 页纵坐标为b ，横坐标为5 的位置。 4 2 主电路 4 2 1 牵引与电阻制动主电路 参见电气线路图第1 页。组成主电路的主要电器元件有；牵引同步主发 电机f ，牵引电动机1 6 d ，主整流装置1 2 l ，电磁接触器1 c 6 c ，接通电阻 制动励磁回路的电磁接触器z c ，制动电阻1 r z 6 r z ，机车方向转换开关h k f ， 工况转换开关h k g ，动车插座d c c z ，电流传感器1 7 l h 和仪表等元器件。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 机车在牵引工况时，将柴油机的机械能通过三相交流同步主发电机转换 为电能。主发电机所发出的三相交流电经一组三相桥式整流后成为直流电， 分别供给六台牵引电动机。牵引电动机又将电能转换成机械能，带动机车的 车轮转动，使机车前进或后退 ( 1 ) 主发电机向牵引电动机的供电电路 主发电机所发出的三相交流电由其端子u 、v 、w 分别沿0 7 * 6 、0 8 * 6 、0 9 娟 送至一组三相桥式整流装置1 z l ，i z l 的正端输出通过1 0 1 2 、1 3 1 5 号导 线分别送至电空接触器l c 。3 c 、4 c 6 c 的主触头，供给牵引电动机1 d 3 d 、 4 d 6 d 。 以第一台牵引电动机1 d 为例，当机车司机控制器换向手柄处于前进牵引 工况时，其电路为：( 附录1 ：1 b 4 ) i z l ( + ) 4 1 0 号线一l c 常开主触头- - * 4 0 号线一l d 电枢( s 1 ，h 2 ) + - - 3 4 号线一l l h 一1 0 2 号线一h k g ( 常闭) 一1 5 l 号线一h k f ( 常闭) 一2 8 号线- - - - i d 励 磁绕组( c i ，c 2 ) 一2 2 号线一h i ( f ( 常闭) 一1 7 5 号线一h k g ( 常闭) 一1 6 号线一 i z l ( 一) 。 其余牵引电动机的通电回路与上述相似。 ( 2 ) 机车前进与后退的转换电路 通过改变直流串励电动机的励磁电流方向，使牵引电动机正转或反转， 从而使机车前进或后退。 前进牵引电路： 司机控制器换向手柄置于牵引前进位时，牵引电动机的电枢电流和励磁 电流回路见主发电机向牵引电动机的供电电路。 后退牵引电路： 当司机控制器换向手柄置于牵引后退位时，转换开关h k f 触点的开关状 态发生变化，h k f 的常闭触点打开，而常开触点闭合，电流的流向为( 以l d 为例) ：( ( 附录1 - 1 b 4 ) 、 l z l ( + ) 一l o 号线一l c 常开主触头一4 0 号线一l d 电枢( s 1 ，h 2 ) 一3 4 号线一1 l h 一1 0 2 号线一h k g ( 常闭) 一1 5 1 号线一h l ( f ( 常开) 一2 2 号线一1 d 励 磁绕组( c 2 ，c 1 ) - - 2 8 号线一h l 【f ( 常开) 一1 7 5 号线一h k g ( 常闭) 一1 6 号线一 1 z l ( 一) 。 可以看出，后退时，励磁电流的方向与前进时相反，电动机磁场方向也 相反，电机反转。 ( 3 ) 电阻制动工况电路 电阻制动时，工况转换开关h i ( g 将直流牵引电动机改接成他励发电机， 将l d 6 d 的励磁绕组全部串联起来，由i z l 整流后供电将机车的动能转变 为电能再通过制动电阻将电能转换为热能消耗掉，使机车行驶速度降低，起 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 到制动作用 假定司机控制器换向手柄处于前制工况。 牵引电机的励磁回路： 主发电机所发出的三相交流电经i z l 整流后，供给六台牵引电动机励磁 绕组。其电路为：( 附录l ：l a 8 ) i z l ( + ) - 1 3 号线，1 2 4 号线 - - - 7 e 主触头一1 2 5 号线一7 l h 一1 2 6 号线 一1 8 0 号线一胍f ( 常闭) - - 2 7 号线一6 d 牵引电动机的励磁绕组( e l ，c 2 ) 一 3 3 号线一瑚( f ( 常闭) 一1 5 6 号线一 玎( g ( 常开) - - - - 1 7 9 号线一 l l ( f ( 常闭) - - 2 6 号 线一5 d 牵引电动机的励磁绕组( e l ，c 2 ) 一1 d 牵引电动机的励磁绕组( c 2 ， c 1 ) 一2 8 号线一h l ( f ( 常闭) 一1 5 1 号线一h k g ( 常开) 一2 1 号线一1 z l ( 一) 。 接通电磁接触器z c 控制回路，其主触头闭合，主发电机提供牵引电动机 励磁电流。 电阻制动回路： 在电阻制动工况，工况转换开关将牵引电机与各自的制动电阻接成闭合 回路。以1 d 为例，其电路为：( 附录l ：1 c 4 ) 1 d 电枢( h 2 ) 一3 4 号线一l l h 一1 0 2 号线一 n ( g ( 常开) 一5 0 号线一1 r z 一 5 6 号线一l c 主触头一4 0 号线一1 d 电枢( s i ) 接通电磁接触器l c 6 c 控制电路，其主触头闭合，接通1 卜印电枢与 制动电阻电路，牵引电动机转为他励发电机工况，将列车的动能转变为电能， 消耗在制动电阻带上，通过i 台直流电动机z t d 驱动的轴流式通风机将电阻 带上的热量散发到大气中去。与此同时，1 肛- 6 d 电枢轴上产生的电磁转矩作 用于机车动轮，产生制动力。 通风机上的直流电机z t d 由制动电阻带2 r z 抽头处供电。其电路为：( 附 录l ：i b 6 ) 2 r z ( z 3 ) 一1 2 2 号线一z t d 1 2 3 号线一z r z ( z 1 3 ) 。 4 2 2 自负荷试验电路 自负荷试验指的是将主发电机所发出的三相交流电经i z c 整流后直接向 制动电阻i 6 r z 及牵引电动机i d 6 d 励磁绕组供电，将电能转换为热能， 由一台直流电机z t d 驱动的轴流式通风机和牵引电动机通风机将这些热量吹 散到大气中去，以此检查柴油机的输出电功率，而不必采用水阻试验。由于 制动电阻不可调，故对柴油机每一稳定转速，自负荷试验只能检查一个对应 功率点。 机车上装有六把自负荷刀开关z f k 。其中z f k 上带有辅助触点，其常开触 点串联接入微机e x p ，确保自负荷试验时，1 6 c 不动作，保证机车不动车。 机车进行自负荷试验时，工况转换开关h k g 置“牵引”位。自负荷开关z f i ( 置“闭合”位，万能转换开关i 6 6 k 置“故障”位，此时l 6 c 不闭合。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 自负荷电路如下：( 以l d 为例，换向手柄置于前牵位) ( 附录i ：i b 5 ) i z l ( + ) - - 1 0 、5 6 号线一1 r z 一5 0 号线- - 1 0 8 号线一l z f l ( ( 常开) 1 1 4 号线一1u l 1 0 2 号线一 ( g ( 常闭) - 1 5 1 号线一联f ( 常闭) - - 2 8 号线 i d 牵引 电动机励磁绕组( c i ，c 2 ) - - 2 2 号线一腿f ( 常闭) - - 1 7 5 号线一 ( g ( 常闭) - - 1 6 号线一l z l ( 一) 4 2 3 牵引电动机磁场削弱电路 为了充分利用柴油机功率，扩大机车恒功率运行范围，当机车装z d l 0 9 b 型牵引电动机时采用牵引电动机一级磁场削弱( 磁场削弱系数为5 4 ) 。 磁场削弱控制有手动和自动两种当磁场削弱开关x k k 置“自动位”时， 微机系统自动控制机车磁场削弱，以1 d 电机为例，当机车速度由低速上升到 5 4 _ - - 4 - 3 k m h 时，e x p ：a 2 7 输出接通x c 线圈正电源，组合接触器x c 闭合后， 流过牵引电动机l d 励磁绕组的电流被分流。一部分电流流向磁场削弱电阻 i r x ，流过励磁绕组c 1 、c 2 的电流就减少，实现了l d 磁场削弱。当机车速度 由5 4 3 k m h 以上，下降到4 8 3 k m h 以下，e x p - a 2 7 切断x c 线圈正电源， 组合接触器x c 断开后，流过牵引电动机1 d 励磁绕组的电流没有经过磁场削 弱电阻i r x 分流。 当磁场削弱开关x k k 置“手动位”时，司机应注意机车速度，确保磁场 削弱开关x k k 的通和断。 在x c 线圈回路中串入l z j 常开触点，保证机车在牵引工况下，主手柄1 位以上才可以进行磁场削弱。 4 2 4 主电路中的保护电路 ( 1 ) 接地保护 接地保护电路主要由单相桥式整流装置3 z l 、接地检测继电器d j 和接地 开关d k 组成，电路见电气线路图第2 页。机车正常运行时，d k 置于“运行” 位。主电路中无接地点时，d j 线圈无电流。一旦主电路中某点接地时( 假如 正点接地) ，则有电路：( 附录1 ：2 g 7 ) 接地点( + ) 一人为接地点- - 2 0 2 3 号线一3 z l ( 2 3 ) - - 3 6 0 号线一叮线圈 - - 3 6 1 号线一3 z l ( 4 1 ) - - 3 5 9 号线一d k ( 3 - 4 ) 一3 5 8 号线- - x l ：6 - - 3 5 7 号 线一主发电机的中性点。 当d j 线圈中的电流大于5 0 0 r a a 时，d j 动作，其接入微机e x p ：d 2 回路的 常闭触点断开，微机控制装置使l l c 和6 l c 失电，主发电机断开励磁电流， 使柴油机卸载。同时微机显示屏显示“主回路接地”并记录，操纵台上的“接 地”信号灯及“卸载”信号灯亮。 当d j 动作后，司机应立即将司机控制器手轮退至“0 ”位，断开机车控 制开关，查找主回路接地点。将d k 置于“接地”位。此时触点( 卜2 ) 闭合， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 手动使d j 解锁，再合上d k ，提手柄，观察d j 动作与否。若d j 不动作，则说 明是主回路负端或低电位有接地，此时单相桥式整流的输入电压很低，可以 维持机车继续运行，以免造成机破。将d k 置于。接地”位，使机车运行回段 后及时处理。若d j 还动作，则为主电路中的正端( 高电位) 有接地这时， 应利用故障转换开关i 6 g k 查找有故障的电机，并将相应故障转换开关置于 “故障”位，切除接地电机电路，运行回段后，及时处理。 ( 2 ) 主回路过流保护 为了防止主回路短路或牵引电动机环火造成回路电流过大而毁坏电气设 备，设置了过流保护，电路见电气线路图的第2 页。主发电机的输出端设有v 形接法的二个电流互感器9 l r 和l o l h ( 其原副边之间的变比为5 0 0 0 ：5 ) 。y 形联结的二个互感器的输出经三相桥式整流2 z l 后，供给过流继电器l j 的线 圈。当主回路电流大到7 5 0 0 a 时，l j 线圈中的电流为7 5 a ，此时l j 动作， 其接入微机e x p ：d 3 回路的常闭触点断开，微机控制装置使l l c 和6 l c 断电， 此时柴油机卸载，同时微机显示屏显示“主回路过流”并记录，操纵台上的 “总过流”信号灯及“卸载”信号灯亮。 过流继电器l j 设有机械自锁机构，一旦动作后，不能自行恢复，必须由 乘务人员恢复 ( 3 ) 电阻制动过流保护 为了防止制动电流过大烧损制动电阻i 6 r z ，在5 d 牵引电动机的制动电 阻5 r z 上引二个抽头，其抽头之问的电压加在过流继电器z d j 和调节电阻r 3 上，电路见电气线路图的第1 页。其电路为：( 附录1 ：1 b 9 ) 5 r z ( z t 4 ) 一2 9 9 号线一x l ：5 2 9 8 号线一z d j 一2 9 7 号线一r 3 2 9 6 号 线一x 1 ：4 2 9 5 号线一6 0 号线一5 r z ( z 9 ) 当制动电流增大到5 8 0 时，流过继电器z d j 线圈的电流达到l o o t o a ，z d j 动作吸合，其接入微机e x p ：d 2 1 回路的常开触点闭合，z d j 的常闭触点断开， 将r 2 接入主发励磁的励磁回路，减小主发励磁的励磁电流，从而减小电阻制 动时的励磁电流，达到降低制动电流的目的i 同时微机显示屏显示“电阻制 动过流”并记录，操纵台上的“电制过流”信号灯及“卸载”信号灯亮。 ( 4 ) 制动电阻失风保护电路 当机车电阻制动和自负荷试验时，制动电阻产生的热量通过一台风机散 发，一旦风机发生故障，不能顺利排风，就要烧损制动电阻带。为确保在风 机正常工作状态下进行电阻制动和自负荷试验，在电阻制动装置上装了一个 风压继电器，用来检测风机电机z t d 工作状态。 柴油机转速5 6 0 2 0 r m i n 电阻制动工况下，如果电阻制动风压继电器 f s j 接入微机e x p ：d 4 4 回路的常开触点仍未闭合，柴油机应卸载，同时“电 制失风”指示灯亮，微机显示屏显示“电阻制动失风”，并记录故障。 机车微机系统还设有主发电机过压( 1 1 0 0 r ) ，牵引电动机过流保护 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 ( 1 5 0 0 h ) ，空转滑行保护等。 4 2 5 主电路中的测量电路 ( 1 ) 主回路电压的测量 在i z l 的直流输出端跨接电压传感器d y i ( 附录1 ：6 f 3 ) ，信号接入微机 e x p f 1 3 、f 1 4 ，通过微机显示屏显示主发电机电压。 ( 2 ) 牵引电动机电流的测量 牵引电动机电流的测量是靠电流互感器1 6 l h ，将l 6 d 牵引电动机的 电流信号接入微机，通过微机显示屏显示各牵引电动机电流。 ( 3 ) 主回路总电流的测量 6 个牵引电动机的电流总和为主回路总电流，通过微机显示屏显示。 ( 4 ) 电阻制动励磁电流的测量 电阻制动励磁电流的测量是靠电流互感器7 l h ( 附录1 ：i d 1 1 ) ，将主发给 l 6 d 牵引电动机的励磁电流信号接入微机e ) 【p ；f 3 6 、3 7 ( 附录1 ：6 d 9 ) ，通 过微机显示屏显示电阻制动励磁电流。 4 3 励磁电路 6 k d 。型内燃机车同步主发电机采用无刷励磁方式，励磁机及其整流元件 做到主发电机的转子上，其励磁机励磁绕组做到主发电机的定子上，由蓄电 池x d c 或起动发电机q f 供电。有关电路见电气线路图第2 页。 4 3 1 微机励磁回路 微机励磁回路 机车在正常牵引时，主发电机励磁电流由微机进行控制，微机根据司机 指令信号和机车运行状态对励磁电流进行调控，既保证机车的运行安全，又 能充分利用柴油机的功率。其绕组供电回路为：( 附录l ：7 e 8 。2 b 6 ) 控制电源( + ) e x p ：a i 一1 6 4 2 号线- - i l g f 一9 2 0 号线一1 d z 一3 1 2 号线一 l l c 常开主触头一3 1 3 号线一g l c 常闭触头一3 6 7 号线一r 1 t l 一3 1 4 号线- - k i i ( i 常闭触头- - 3 2 9 号线- - x 2 ：l 一3 1 5 号线- - 6 s 的