HXN3型内燃机车牵引控制系统分析

1、    hxn3型内燃机车牵引控制系统分析    毕鉴东张如意牟文涛徐光摘 要： 新经济时期，我国铁路事业迎来了蓬勃发展，对内燃机车也提出了“货车加大载重、客车高速运行”的更高要求，因此应用交流电传动控制技术，改善hxn3型内燃机车的性能，增加其最大功率数值，成为提升hxn3型内燃机车客运载货能力，进一步提高铁路建设质量与水平的重要举措。下文中，笔者将结合个人参与hxn3型内燃机车交流电传动控制技术应用与系统设计的实践经验，分析当前我国hxn3型内燃机车的技术概况、设计原理及交流电传动系统控制方案，以供同行参考与借鉴。关键词： 交流电传动控制技术；hxn

2、3型内燃机车；系统应用；客运载货能力1.hxn3型内燃机车交流电传动技术概况1.1直流电传动技术分析在过去，我国内燃机车传动方式普遍采用了直流电电传动技术，其运行原理为机械能与直流电电能的相互转换利用弹性联轴节使发电机工作运转，并将内燃机中的机械能转化为电能，通过控制与调节电能的大小，实现对内燃机运行功率、转矩、转速等数值的控制与调节；将齿轮箱与联轴节接入，驱动机车与齿轮箱接入，从而实现直流电牵引、传动过程。上述内燃机电传动过程中，依赖直流电传动，因此属于直流电传动技术。1.2交流电-直流电传动技术分析随着技术与科学的不断进步，我国内燃机传动工艺水平也得到了提升与发展，为了增大内燃机车的转速和

3、内燃功率，需要在原有基础上，进一步提高内燃机车的功率数值。因此，原有的直流电传动技术已经不符合内燃机车的技术发展需求，被逐渐放弃使用；而受限较小、能够打破功率最大数值和易于换向输出的交流电传动技术，得到重视与推广。到20世纪中期，交流电传动技术已经与原有的直流电传动技术结合使用，以弥补直流电传动技术的的不足与局限性，其通常安装了交流牵引发电机和直流调速设备，依靠整流器，将向外输出的三相交流电能转化为直流电能，利用联轴节，将转化后的直流电能输送给内燃机车的车轮，转变为使车轮运转的机械能，从而驱动内燃机车。与传统的直流电传动技术相比，该种交流电-直流电传动技术具有无换向器的运作属性，从而简化了内燃

4、机车的运行流程与设计结构、提升了内燃机车的安全性能，并且具有便于维护的优势。1.3交流电传动技术分析现阶段交流电传动技术已经逐步成熟完善，并被广泛使用于我国的内燃机车传动设计中，在实践应用中，存在如下几点问题与优势：首先，内燃机传动功率仍然受到电动机结构设计的限制；其次，内燃机运行过程中，仍然存在电动机负载能力和牵引能力不足的问题；第三，内燃机车交流电传动技术的应用，改善了原有直流电传动技术中的功率不足、电动机重量过重的问题通过降低内燃机车的簧下、轴重重量，有效避免了因为内燃机车电动机重量数值过高对轨道的磨损和冲击；最后，acdcac交直交内燃机车主要采用了三相交流电传动技术，利用变压、变频的

5、交流电传动优势，提升了内燃机车的高粘着利用率，从而也在原有基础上拓展了内燃机车的调速数值和牵引力数值。acdcac交直交内燃机车降低了使用了铜质材料制作交流电机的配比，从而使得内燃机车的整体材料质量减轻，同时有利于内燃机车的功率大幅提升。acdcac交直交内燃机车还放弃了原有的直流电传动碳刷和换向器结构设计，从整体上优化了内燃机车的设计结构，减轻质量的同时也便于之后的机车检修和日常维护。交流电传动技术在内燃机车设计方案中的应用，打破了电动机的牵引限制，但在初期使用中，由于电子配件和理论的局限性，使用领域较窄；后期发展中，交流电传动技术进一步完善与成熟，有效提升了内燃机车的运作功率，促进了铁路事

6、业的发展，收到国内外业界人士的关注与重视。2.hxn3型内燃机车的电传动控制设计方案2.1交流电传动控制的设计方案采用了交流电传动控制设计方案的内燃机车，大大提升了内燃机车的功率与性能。整个交流系统的工作由机车微机控制系统em2000统一指挥完成。该大功率交流牵引系统，具有高调速比、大单轴功率以及少維护率的优点，并且具有较高的牵引特性，这些特点是hxn3机车的核心优势之一。内燃机车的主传动系统主要包括主发电机、整流单元、牵引逆变器、牵引电机以及制动电阻装置等构成。主发电机所发出的三相交流电经过牵引整流单元转化为高压直流电，该高压直流电经过牵引逆变器转化为所需电压值的交流电，最终输出给牵引电动机

7、，牵引电机通过联轴节与动车的齿轮箱相连接，实现列车的牵引运行。2.2系统原理机车柴油机带动牵引发电机转动，完成机械能向电能的转换，牵引发电机首先将3相交流电输出到主牵引整流器，从而提供牵引变流器的直流电压，柴油机每个档位对应一个不固定的中间直流电压。逆变单元由两个变流柜组成，每个变流柜的主电路和控制电路相对独立，分别向两个转向架的牵引电机提供交流变频电源。当一组变流器发生故障时，直通过微机控制系统em2000，自动将故障的变流器切除，也可通过微机显示屏手动隔离某个变流器，机车维持55%的牵引功率。辅助发电机的输出经辅助整流柜后，供给三组逆变器一冷却风扇电机组，两组逆变器一空压机电机组；辅发电机

8、的输出同时也接到牵引电动机通风机电机，直接驱动该通风机电机；辅发电机的输出经可控整流向机车辅助电压回路提供流74vdc，包括照明、蓄电池充电等；辅发电机和主发电机的励磁如上文中所描述的那样，都来自辅助发电机输出的可控整流控制。2.3辅助供电系统的设计方案hxn3型内燃机车釆用交流辅助供电系统对车辆上的辅助电气进行供电。辅助供电系统由与主发电机同轴的辅助发电机进行供电。辅助发电机电枢具有两套三相交流电枢绕组，在这两套装中的一套主要是为控制电源以及蓄电池充电供电，另一套绕组分成两组各自独立的电压输出，其中一组输出为辅助设备供电，另一组为励磁供电。辅发电机的一组输出l、2、3端子负责向冷却风扇风机和

9、空压机电机提供电源，该三相交流电源随柴油机转速变化，电压范围144v-440v频率范围44hz133hz。经过5个桥式整流单元后，进入空压机电机辅助逆变器air comp invl，2和风扇电机辅助逆变器clg fan invl，2，3。这五个逆变器根据em2000控制指令驱动空压机1，2和冷却风扇1，2，3，使其按需要的转速工作。控制电源与蓄电池充电绕组输出主要为72-220vac的三相交流电，通过辅助电源转换器进行整流调压输出74vdc控制电，主要为控制系统、蓄电池、照明系统以及空调控制系统等供电。3.小结综上所述，交流电传动技术在内燃机车上的推广应用与发展，大幅度提升了内燃机车的运作功率，简化了内燃机车的电传动设计结构，符合市场发展需要的同时，也提升了内燃机车制造工业的整体水平。有关公司与企事业的设计人员，应当重视对hxn3型内燃机车交流电传动技术的应用与研究，分析其局限性与技术优势，致力于内燃机车电传动控制系统与设计方案的优化，促进我国铁路事业的健康发展。参考文献1崔培鑫.hx