华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电课件

1、复习： 1.客车用蓄电池的作用 2.酸性、碱性电池的优缺点 3.我国客车供电方式,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,第四章 交-直流供电装置,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,第一节 交-直流供电装置基本组成 车轴发电机供电 采用车轴驱动的发电机与蓄电池组并联供电，如图,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,一、特点 在客车车轴式交流发电机供电装置中，采用了感应子发电机。 这种电机的转子上无绕组，只是一个实芯的（爪极式电机）或由硅钢片叠成的齿轮状圆柱体。 转子旋转时齿和槽依次掠过定子齿面，由于齿和槽的交替变化引起气隙磁导的变化，而在定子工作绕组中产生感应电动势，故人们

2、把转子称为感应子，发电机也就由此而得名。 客车用感应子发电机按功率分有三种，即3kW（J3型）、5kW（J5型）、7kW（J7型,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,二、J5感应子发电机的构造 J5型感应子发电机的外形见图4-1，其结构见图3-3-2。它由机座、定子铁芯、转子铁芯、激磁绕组和电枢绕组、端盖、轴承及轴承盖等部,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,定子铁芯是压装在机座内腔的部分，如图所示。定子铁芯用以嵌放电枢绕组和激磁绕组，同时也是电机磁路的组成部分 。定子铁芯用400片0.5m

3、m厚的D30型硅钢片冲片叠压而成，每一冲片单面涂有绝缘漆，可减少涡流损耗。 定子冲片的形状见图，它的内圆周上有两个安放激磁绕组的大槽，22个安放电枢绕组的小槽，槽距的机械角为10,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,转子如图所示，由转轴和套装在轴上铁芯组成。为减少涡流损耗，转子铁芯也采用0.5mm厚的D30型硅钢片冲片叠压而成，每一冲片单面涂绝缘漆。转子采用斜齿主要是为改善电机输出电势的波形，使之接近正弦波，同时也减少了电机的附加损耗和噪声,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,J5型感应子发电机的定子铁芯上嵌有两种绕组，一种是通入直流

4、电产生发电机工作主磁通的激磁绕组；一种是用以产生感应电势向机外输出电能的电枢绕组。 激磁绕组由两个线圈串联组成，每个线圈用直径1.25mm的高强度漆包线两根并绕150匝。 电枢绕组又称工作绕组，共用12个线圈组成，每四个线圈成一组，输出一相交流电，12个线圈输出三相交流电。 激磁绕组的两个线圈放在定子铁芯的两个大槽内，嵌好后用铝板制的槽楔楔紧。 电枢绕组的12个线圈嵌放在11个定子铁芯的小槽内（并占用两个大槽），用石蜡煮过的竹质槽楔楔紧,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,第二节 J5型感应子发电机工作原理 一、 J5型感应子发电机工作原理

5、发电机工作时，转子不断旋转，转子各凸齿及凹槽所在的位置不断变化，嵌放在定子上的各电枢线圈有时和转子凸齿相对应，有时则和凹槽相对应。因此，对某一电枢绕圈来说，主磁通是不断变化的，当转子转过一个齿距时，磁通的大小经历了一个周期的变化。 发电机在转子旋转时，由于通过电枢绕组的磁通量变生变化，或者说磁力线随着凸极的旋转运动被电枢导体切割而产生感应电势。 转子旋转时，通过定子内圆周上任一点的磁通密度B的方向不变而数量变化，这一点正是一般的（单极、多极梳齿式）感应子发电机区别于其它发电机的一个特点,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,二、J5型感应子发电机的工作特性 （一）发电机工作时影响端电压变

6、化的因素 对发电机的要求是：在额定负载范围内发电机的端电压（指有效值，下同）应尽量保持恒定。对于一台运行中的发电机，下列因素变化时均将引起发电机电压的变化。 1发电机转速n 当发电机转速变化时，单位时间内通过电枢绕组的磁通量也要变化，因而引起发电机电压变化。 2发电机的负载电流I 当发电机的电枢绕组上有负载电流通过时，由于电枢反应，将使工作主磁通被削弱；另外，电枢绕组通过电流时由于内阻的存在，还会引起内部电压降，因此负载电流变化时会使发电机的端压变化。 3发电机的激磁电流I激 如果在发电机运行时，调节激磁电流，则发电机的工作主磁通量就发生变化，因而使发电机端压变化。发电机的端压U与转速n、负载

7、电流I、激磁电流I激间的相互变化关系被称为发电机的特性。这些变化关系如用一组曲线来表示，就得到发电机的特性曲线,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,二）感应子发电机的特性 感应子发电机的特性实验分三种：即空负载特性、外特性和调节特性，实验线路见图3-3-10,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,1空、负载特性 2.外特性 3.调节特性 调节特性曲线表明为保持发电机电压不变，在一定的的负载电流的情况下，激磁电流与转速之间的变化关系。 由此可得出结论，当发电机的负载和转速在较大范围内变化时，欲将发电机电压稳定在额定值，激磁电流也必须能在较大范围内进行调节。 根据发电机的调节特性，在

8、客车供电装置中，感应子发电机必须配备一套能自动调节激磁电流的装置，在发电机转速和负载发生变化而引起发电机电压变化时，这套装置应能在较大范围内自动调整激磁电流，保持发电机电压稳定,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,第三节 KP-2A控制箱 从上一节所学内容可知，客车感应子发电机发出的电压受负荷变化和车速改变以及激磁电流大小的影响而改变，要想保证车上用电器正常使用，就必须使感应子发电机输出电压基本恒定。 由感应子发电机的调节特性可知：要维持给定值（输出电压）不变，必须使激磁电流随负载增减和转速的改变而作相应的改变，以达到自动控制发电机端电压的目的。 KP-2A型、KP-2B型控制箱是和感

9、应子发电机配套使用较多的一种自动控制装置。其型号的含义：K客车用；P配电箱，即控制箱；2设计序号；A（B）第一（二）次改进设计,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,KP-2A型控制箱的稳压电路就是一个闭环自动控制系统。它主要由主整流电路、稳压电路及辅助电路组成，其结构原理图见方框图4-16，电路原理图见图4-17,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,J5型感应子发电机发出的三相交流电，经主整流器整流后变成直流电，向车上负载供电及向蓄电池充电。测量回路、触发器、激磁回路构成自动稳压系统，在电机转速变化、负载变化时，自动调节发电机激磁电流，使发电机端电压能稳定在规定值范围内。过压保

10、护、起激及限流充电回路称作控制箱的辅助电路，用以保护供电系统安全可靠地工作。 KP-2A型控制箱的主要技术参数： 1、三相交流输出线电压 44V 2、输出直流电压 591V 3、输出直流电流 85A 4、最大充电电流 405A 5、过压保护整定值 641V 6、交流电频率 85370Hz,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,一、KP-2A型控制箱的主整流电路 KP-2A型控制箱的主整流回路如图4-18所示。它的主整流器由D1D6六只整流二极管组成。 三相桥式整流器的作用是将发电机发出的三相交流电变成直流电供给负载,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,设感应子发电机输出电压按正弦

11、规律变化，其波形如下图所示。主整流电路可简化为图4-19的形式,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,六只二极管根据电压的变化而轮流导通，导通规律是在各段时间内都是正极接电位最高那一相的管子和负极接电位最低那一相的管子导通，且连续导通120（1/3周期,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,二、KP-2A型控制箱的稳压电路 激磁、测量及触发器回路构成了控制箱的稳压电路。其自动稳压的基本过程是：当发电机端电压由于转速或负载发生变化而引起波动时，测量回路可以测得此变化并向触发器发出信号，改变触发器脉冲输出时的相位，从而改变激磁回路中可控硅的控制角，最终实现改变激磁电流的大小，使发电机的

12、端电压始终稳定在整定值范围内。稳压电路的原理如方框图4-21所示,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,1激磁回路 激磁回路如图4-22示，它由可控硅SCR1、整流二极管D6、D4、D2，电容C2、电阻R14、熔断器RD3、续流二极管D7等元件组成。激磁回路的作用是向发电机激磁绕组提供方向不变，但大小随时间变化的脉动直流电,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,二相式整流电路电压波形如图4-23所示。只要A相电位高于B相或C相电位，SCR1就导通。可以看出，在交流电变化的一个周期内，只有2/3周期内负载上可以得到电压，另外1/3周期因可控硅SCR1不具备导通条件而截止，负载上电压为

13、零。这就造成激磁电压波形不连续，即有1/3周期缺口的特点。设计这样的电压波形的目的，是出于两方面的考虑：一是给负载提供适当的电压，二是给可控硅创造自行关断的机会。否则，可控硅一经导通便处于失控状态,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,2.测量回路 测量回路如图4-26所示。它由测量变压器B1、二极管z1、z5，电解电容C1、电阻R8、电位器R1、R2组成。其作用是把测得的发电机电压的变化经半波整流后变为锯齿波电压，输送给触发器回路,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,在RC1电路中，电容放电的时间常数与回路中的电容值C1和电阻值R有关。由于C1的数值是不变的，R1的阻值是可调的

14、，因此，当调节电位器R1时，可调节电容C1的充放电时间。 调节R1的阻值可消除发电机电压的振荡。因此，称R1为振荡调节电位器。 调节R2的阻值可改变锯齿波电压的大小，从而改变发电机输出电压的高低。因此，称R2为“电压整定”电位器,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,通过以上分析可以发现，当UAB上升时，将引起下列变化过程。 即： U UABUB1UC1U锯。 反之： U UABUB1UC1U锯。 锯齿波电压的高低，反映了发电机电压的大小，测量回路因此而得名,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,3.触发器回路 触发器回路如图4-30所示，它由电压比较电路和触发电路组成。其作用是根

15、据测量回路所提供锯齿波电压的大小，控制BG1、BG2的开关时间，从而控制了向SCR1提供触发脉冲的早、晚,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,1）电压比较电路 电压比较电路由Z2、CW1、R3等组成。稳压管CW1其稳压值等于78V。在触发器电路中，它通过R3两端输出电压。起电压比较作用。 当UOUCW1时，稳压管CW1被击穿，即有电流通过R3、CW1、Z2。此时，比较电路在R3两端有电压输出（即UR3），且UO=Uab1，其波形见图3-4-11、。 当U0UCW1时，R3两端无电压输出，Ueb1=0,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,2）触发电路 触发电路由BG1、BG2、Z

16、3、Z4和R4R7等组成共发射极开关电路。当R3两端无电压输出，即Ueb1=0时，BG1处于截止状态。见图4-32,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,这时BG2中有基极电流通过，基极电流Ib2的流向是：Ec+Z3BG2（eb）R7R4D-。Ib2的值为,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,在Ec作用下，BG2饱和导通，其饱和压降Uces0.10.2V，根据图中所标电压可算出BG2集电极到D-间的电压： UR5=Ec-UZ3-UCeS=12V-0.7V-0.1V=11.2V 该电压经R6、Z4后，加在SCR1的控制极，使SCR1导通。 当UOUCW1时，R3两端有压降Ueb1，

17、此电压是锯齿波电压提供的，而锯此波电压又是测量回路提供的。因此BG1的基极电流Ib1是由测量回路的测量变压器B1提供的。Ib1的流向是： Uc1+BG1（eb）CW1Z2R2R8Uc1-。 由于BG1饱和导通后，Uces0.1V。该电压通过R7加在Z3阳极与BG2的eb间，这么小的电压不会使BG2导通，因此也就不能向SCR1提供触发电流。SCR1不导通，不能向激磁绕组提供激磁电流,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,由分析可知：BG1饱和导通后，BG2截止，SCR1不导通，无激磁电流输出；BG1截止，则BG2饱和导通，SCR1导通。 触发器电路是受测量回路输出锯齿波电压U0的控制： 当

18、U0UCW1时，BG1饱和导通，BG2截止，SCR1关断； 当U0UCW1时，BG1截止，BG2饱和导通，SCR1被触发导通，向激磁绕组提供激磁电流。 其稳压过程如下： 当U发UB1U0Ueb1BG1 导通时间长，BG2导通时间短SCR1导通角U激U发形成闭环反馈控制。 如果发电机输出电压下降，则与上述过程相反，达到稳定发电机电压的目的,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,三、KP-2A型控制箱的辅助电路 KP-2A型控制箱的辅助电路由限流充电、起激和过压保护回路组成。其作用是延长蓄电池的使用寿命和保证电机、控制箱的正常工作。 1.限流充电回路 限流充电回路如图4-33所示，其作用是将

19、充电电流值限制在整定值范围内，延长电池使用寿命,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,直流互感器B2由铁芯、直流控制绕组W控和交流工作绕组W工三部分组成。其铁芯呈环形,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,对于控制绕组，当有电流I充1通过时，其 H控= 。若I充1增大时，H控也增大，铁芯饱和程度提高，变小。反之当I充减小时，铁芯饱和程度减小，增大。 由于互感作用，上述H控的变化就直接引起W工的感抗发生变化。在交流电源电压基本不变的情况下，互感的结果： I充LXLUL 反之 I充LXLUL （L=W工2S/L；XL=2fL；UL=IXL,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,在

20、图中，电感线圈W工和锯齿波发生器是串接在B1两端，UB1、UL和URC均为交流电压，其中，在电路所给元件参数条件下，若UB1不变，UL减小，URC必然增大，UC1跟着增大。这样由测得回路分压后输出的锯齿波取样电压U0就必然增大，从而引起激磁电流减小，促使发电机电压下降。 综上所述，直流互感器的作用是：当充电电流超过一过数值时，即I充越大，流过W控的电流I充1越大，铁芯磁饱和程度越高，互感器输出交流电压UL就越小，URC就越大，导致取样电压U0上升，发电机电压降低，从而限制了蓄电池的充电电流。上述过程为：I充LXLULURCUOBG1导通时间长，BG2导通时间短SCR1导通角U激U发I充,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,2.起激回路 起激回路如图4-37所示，其作用是提供助磁电流，保证发电机快速发电,华东交通大学-车辆电器装置-客车分散式供电,由蓄电池提供起激电流的，共有两条通路。 一路是BK1R12J1J2RD3B ，电流约100mA； 另一路是BK1R10Z3BG2（ec）R6Z4SCR1的g极J1J2B，电流约为6070mA，总助磁电流为160170mA。因为常温下j1j2间电阻为2.3，加上激磁回路引线的电阻及