东风7G型机车电气系统.ppt

2020 3 15 1 东风7G型内燃机车电气系统 中国北车集团北京二七机车厂技术中心王冠英 2 主要内容 东风7G型机车电气系统简介东风7G型机车电机东风7G型机车电器东风7G型机车微机控制系统东风7G型机车电气原理说明电气系统使用维护与故障处理 3 1电力传动装置概述 1 1柴油机的运用特性 转矩特性M f n 功率特性N f n 功率得不到充分利用 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 不能带负荷启动 故不能使列车启动和低速运行 曲轴只能单方向旋转 故不能改变机车的运行方向 4 1 2机车牵引特性机车在运行时能充分利用其动力装置的额定功率 Ne 柴油机功率 F 机车牵引力 V 机车速度 传动装置效率 常数 F V 常数 即要求牵引力F与机车的速度V成反比的变化关系 最大牵引力Fmax受动轮与钢轨之间粘着牵引力的限制 最高速度Vmax受构造速度的限制 5 恒功特性牛马特性 东风7G型机车电力传动示意 6 2东风7G型机车电气系统简介 采用JF208A型无刷励磁主发电机 励磁机与主发电机合并 结构及性能更加先进 采用ZD109J型牵引电动机 调速范围更宽 取消了磁场削弱装置 采用双三相整流桥电路 整流元件由36个减少到12个 且无均流问题 采用微机控制技术 具备恒功 限流 限压 防空转功能 同时具备显示 保护 报警及记录功能 采用交流传动技术 辅助系统比传统的机械传动具有更突出的优点 继承了提升机车制造基本质量的成果 机车实现了模块化 7 东风7G型机车主电路 8 东风7G型与东风7C型机车 2003年开始研制 下半年投产 为新一代机车 东风7G型机车 招标车 前20台车 JF208C主发电机 ZQDR 410牵引电机 抱轴 一级磁场削弱 辅助交流传动 第21台后 JF208A主发电机 ZD109J牵引电动机 抱滚 取消磁场削弱 辅助交流传动 东风7C型机车 路外车 TQFR 3000主发电机 ZQDR 410牵引电机 一级磁场削弱 一 二 级电阻制动 辅助机械传动 2004年针对机车生产与运用中的问题 完成了设计改进 形成了05款机车 9 东风7G型机车电气系统布局 10 3东风7G型机车电机 JF208A型主发电机ZD109J型牵引电动机JF409A2型辅助发电机JD358型风扇电动机JD307A型通风机电动机ZQF 80型起动发电机ZD316型风泵电动机ZTP 12型油泵电动机特点 既有交流电机 同步电机 异步电机 又有直流电机 他励 并励 串励 复励电机 11 3 1JF208A型主发电机 额定容量 2911kVA1 732X425X3955 2911 2985 额定电压 425 770V 438 613 额定电流 3955 2183A 3936 2805 额定转速 1000r min 1100 额定频率 150Hzf nXp 60 1000X9 60 150 165 励磁电流 10A 244 272 额定效率 95 5 94 5 含励磁损耗 励磁方式 他励励磁机励磁电压 70 80励磁机励磁电流 6 8 7 8绝缘等级 主机H H 定子 转子 B 130F 155H 180励磁机F F 定子 转子 工作制 连续冷却方式 径向自通风 12 JF208A型主发电机结构 13 由主机 励磁机和整流装置三部分构成 是同轴安装的 轴向布置主机 旋转整流装置 交流励磁机的排列形式 轴承位于所有旋转体的外端 主机为旋转磁极式 励磁机为旋转电枢式 发出三相交流电经整流后为主发电机励磁 励磁机定子固定于端盖上 励磁机转子与主机转子同轴安装 电机为轴向 径向混合式通风结构 转子两端分别装有风扇 冷却风从端盖上的网盖板吸入 从机座上下出风口排出 14 主发电机的基本原理 定子中嵌有三相对称绕组AX BY CZ 称为电枢绕组 这三组绕组的匝数和导线截面相等 在空间位置上互相距离120 电角度 转子上绕有励磁绕组 当直流电流通过励磁绕组时 使转子磁极产生极性不变的N极和S极 15 当原动机拖动转子旋转时 定子绕组与转子磁场之间产生相对运动 在定子三相绕组中将产生感应电势 其波形大小和频率均相同 相位互差120 电角度 发电机产生的三相感应电势按正弦波形变化 每相电势有效值为 E1 4 44WKrz f 1f p n 60 感应电势频率 p 磁极对数 n 转子转速 1 每极磁通量 Krz 绕组系数 W 每相绕组的匝数 16 同步牵引发电机的特性 空载特性 是指发电机在空载运行时 端电压U0 即E0 随着转子励磁电流IL变化的关系 即U0 f IL 或E0 f IL 由空载电势E0 4 44WKrzf 0可知 在发电机转速等于额定转速时 感应电势频率f不变 故空载电势E0仅正比于转子励磁磁通 0 因此空载特性曲线的形状与磁化曲线 0 f IL 相似 17 外特性 是指当发电机的转速n 励磁电流IL 负载功率因数cos不变时 发电机的端电压U随负载电流I之间的变化关系 即U f I 当I 0时 端电压U就等于空载电势E0 当有负载后 端电压U由于电枢反应的去磁作用以及电枢绕组的阻抗压降而开始下降 但这时磁路很饱和 所以并未使端电压显著下降 18 随着电枢电流I的进一步增加 电枢反应的去磁作用逐步加强 使电机磁路离开饱和状态 端电压U随着I的增加迅速下降 随着励磁电流IL和转速n的下降 外特性曲线逐渐下移 与横坐轴的交点也左移 此特性即故障励磁特性 或称固定励磁特性 19 负载特性 当发电机转速n 电枢电流I和功率因数cos不变时 发电机的励磁电流IL与端电压U之间的关系 称为负载特性 即U f IL 负载特性与空载特性曲线形状相似 但对应于同一励磁电流IL下 电枢电流I愈大 则电枢反应的去磁作用愈强 因而端电压就愈低 20 3 2ZD109J型牵引电动机 额定功率 530kW410kW额定电压 670 980V550 770V额定电流 845 577A800 570A最大电流 1200A1080A额定效率 93 额定转速 770r min640r min最大转速 2385r min2365r min最小励磁率 54 励磁方式 串励工作制 连续绝缘等级 H H 定子 转子 冷却方式 强迫外通风冷却空气量 110m3 min 21 ZD109J型牵引电动机结构 22 3 3ZQF 80型起动发电机 额定功率 80kW额定电压 110V额定电流 728A额定转速 1115 2730r min励磁方式 发电机工况时为他励电动机工况时为串励励磁容量 发电机工况励磁电压不大于105V 励磁电流不大于8A转矩 启动电流在2100A时转矩不小于3295N m在2730r min时转矩不小于1648N m工作制 断续制 80kW5min到30kW5min 冷却方式 自通风 23 直流电机的基本原理 电动机 载流导体在磁场中受力 用左手定则可判断出电磁转矩的方向 形成了旋转运动 实现了电能向机械能的转变 发电机 运动导体在磁场中发电 用右手定则可判断出感应电势的方向 形成了电枢电流 实现了机械能向电能的转变 直流电机的励磁方式与换向 换向器 fx fx ex ex 24 直流电机的电磁转矩和感应电势 电磁转矩Cm 转矩常数 决定于电机的结构 磁通 Wb Is 电枢电流 A M 电磁转矩 N m 感应电势Ce 电势常数 决定于电机的结构 磁通 Wb n 电机转速 r min Es 感应电势 V 25 电压平衡方程式 对于串励电动机 U Es IsRD Ce n IsRD U 电源电压 ES 电枢电势 RD 电机绕组电阻 举例 串励电动机空载飞车问题空载时 Is较小 RD较小 IsRD可以忽略 U Es IsRD可近似为U Es Ce n 又因Is较小 也小 磁化曲线 为平衡U n必然很高 引起飞车 26 牵引电动机的速度调节 根据转速公式 可知直流电动机的调速方法有三种 改变电源电压U调节励磁磁通 调节电枢电阻RD改变电源电压U可以通过调节柴油机转速或改变主发电机励磁电流来实现 调节励磁磁通 也就是进行磁场削弱 调节电阻要损耗大量电能 将使牵引效率降低 电机电流Is是由负载决定的 不能人为调节 27 转速特性 电源电压U 常数 n f Is 根据电压平衡方程式得 他励 或并励 电动机 不对励磁电流进行人为调节时 常数 则n n0 KIs式中 空载转速 很小 串励电动机 IL Is 随Is而变化 若忽略电机磁路的饱和 可近似用 KfIL KfIS 则 28 3 4JQF409A2型辅助发电机 额定容量 260kVA1 732X400X375 2598额定电压 400V额定电流 375A最大电流 870A额定功率因数 0 85额定频率 100Hz额定效率 92 额定转速 3000r min额定励磁电压 60V额定励磁电流 43A励磁方式 他励绝缘等级 H H工作制 连续冷却方式 自通风 29 JQF409A2型辅助发电机结构 30 3 5JD358型冷却风扇电动机 型式 变极三相异步电动机极数 10 14额定功率 60 22kW额定转速 1200 857r minn 10 60f p 60X100 5 1200n 14 60f p 60X100 7 857额定电压 400V额定电流 120 50A额定效率 90 88 额定频率 100Hz额定功率因数 0 8 0 7工作制 连续绝缘等级 H冷却方式 自通风 31 JD358型风扇电机结构 32 3 6JD307A型通风机电动机 型式 三相异步电动机额定功率 30kW额定电压 400V额定电流 54A额定功率因数 0 88额定频率 100Hz额定转速 2970r minn 60f p 60X100 2 3000r min额定效率 91 极数 4绝缘等级 H工作制 连续冷却方式 自通风 33 3 7JD307A型通风机结构 34 异步电动机的基本原理 当三相交流电通入定子三相绕组时 就在定子内建立起一个在空间连续旋转的磁场 称为旋转磁场 旋转磁场的转速称为同步转速no 35 异步电动机工作原理示意图 转子导体与旋转磁场存在相对运动 在转子导体中产生感应电势 方向用右手定则确定 由于转子绕组是闭合的 则感应电势在转子导体中产生感应电流 转子导体感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力 方向用左手定则确定 电磁力作用在转子上形成电磁转矩 使转子按旋转磁场的旋转方向转动 为了在转子导体中产生感应电势和电流 转子与旋转磁场必须存在相对运动 则异步电机转子转速n总是小于同步转速no 故称异步电动机 转差率 36 异步电动机的机械特性 1 不稳定运行区0 nK 当负载转矩小于电机转矩时 电机很快加速进入稳定运行区 当负载转矩大于电机转矩时 电机很快减速而堵转 2 稳定运行区nK n1 为电机正常工作区段 机械稳定性好 能适应负载的变化 一般额定转差率Se 0 04 0 06 37 异步电动机调速的方法 1 改变电压的调速转速变化范围小 使电机最大转矩发生较大的波动 削弱了适应负载变化的能力 2 改变磁极对数的调速由可知 改变磁极对数p可改变同步转速n1 也就改变了转子转速 为有级调速 3 改变频率的调速需使用频率可调的变频电源 为使 不变 要求U f按比例变化 38 4东风7G型机车辅助交流传动 系统采用变频 变极调速方案 同步发电机作为变频电源 风扇电机采用变极电机 通过励磁装置控制发电机的励磁电流 使发电机的输出电压适应转速和负载的变化 满足辅助系统的要求 39 4 1LC 辅发励磁装置 额定输入电压 110V波动范围77 132V额定输出电流 43A额定输出电压 60V发电机电压频率比 U f 4发电机输出线电压 140 400V发电机输出频率 35 100Hz保护功能 具有过流 过热 过压保护功能 40 4 2LC 辅发励磁装置框图 41 4 3LC 辅发励磁装置工作原理 采用直流斩波的方法通过调节励磁电压控制励磁电流 达到辅助发电机输出电压频率比保持恒定的目的 把辅助发电机输出电压值作为反馈信号 检测到的输出频率根据压频比 V F 4 得到电压量作为给定信号 给定随着输出频率 与柴油机转速成正比 变化 给定和反馈之间的偏差经过运算最后形成控制斩波开关通断的脉冲信号 从而控制装置的输出励磁电压和电流 42 5东风7G型机车电器 有触点电器反向器 电空接触器 电磁接触器 中间继电器 空气断路器 转换开关 自动开关 按钮 压力继电器 司机控制器 保护继电器无触点电器传感器 转速 压力 温度 互感器 分流器 熔断器 电磁阀 电测仪表 照明灯 蓄电池 整流柜 电阻电子控制电器微机控制装置 交流励磁装置 电压调整器 故障励磁调节器 时间继电器 43 高压柜电器布局 44 电器室正面电器布局 45 低压柜电器布局 46 主操纵台电器布局 47 副操纵台电器布局 48 辅助交流电器柜布置 49 6整流装置 50 6 1整流装置技术参数 额定交流输入电压 三相 150Hz 425 770V额定交流输入电流 3955 2183A最大交流输入电压 770 10 V额定直流输出电压 980V额定直流输出电流 2X2550A最大直流输出电压 980 10 V最大直流输出电流 2X3300A 一小时 机车起动过程短时允许最大直流输出电流 2X3600A整流方式 二组三相全波整流桥并联硅整流元件ZPA3000 28型整流元件12个正向平均电流 3000A反向重复峰值电压 2800V反向重复峰值电流 150mA 51 6 2整流装置基本原理 整流前后电压的关系 UD 2 34UF 1 35UABUD 输出直流电压 UF 相电压有效值 UAB 线电压有效值例 直流电压为770V时 相电压为770 2 34 329V 线电压为770 1 35 570V整流前后电压的关系 ID 1 23IFID 输出直流电流 IF 相电流有效值 例 直流电流为6000A时 相电流为6000 1 23 4878A以上发电机绕组均采用星型接法 52 7恒功率励磁系统的基本原理 柴油机的输出功率 Pc PF Pfj发电机的输出功率 PF Pc Pfj F Z UF IFPc 柴油机有效功率 F 发电机直流侧的功率Pfj 辅助设备所消耗的功率 F 牵引发电机效率 Z 硅整流器效率 F 整流后牵引发电机电压 F 整流后牵引发电机电流 53 7 1牵引发电机的理想外特性 假设 fj不变 并忽略效率的变化 柴油机功率恒定 则 F F 常数这一双曲线称为牵引发电机理想外特性曲线最高电压 FPmax限制最大电流 FPmax限制由额定电流值 Fde分界 可分为短时工作区域与持续工作区 54 机车运行时辅助装置功率 fj会有所变化 为维持柴油机功率不变 理想外特性并不是沿着bcd曲线变化 而是随着 fj的变化而有所变化 称功率转移 但 fj值的变化与额定功率相比较小 可以忽略 fj的变化 55 7 2牵引发电机的调整特性 当柴油机的转速不变时 牵引发电机的励磁电流IFL随负载电流IF的变化关系 称调整特性 即IFL f IF 牵引发电机的调整特性可通过它的自然外特性用图解法求得 56 8东风7G型机车电气原理说明 电路图基础原理图 接线图 原理接线图图纸分区 横坐标用阿拉伯数字 纵坐标用大写英文字母 例 4D图纸代号 以小写英文字母分别代表各张图 例 a表示主电路 设备名称 以大写英文字母分别代表各设备 例 C表示主操纵台 元件名称 用元件名称的汉语拼音缩写表示 例 故 G 障励 L 磁接触 C 器表示为GLC 57 线号划分 线号为一线一号制 由阿拉伯数字和英文字母组成 阿拉伯数字相同的导线为等电位点 例 100A与100F为等电位点 1 99主电路 100 199辅助电路 200 399控制电路 400 499仪表信