DF7型内燃机车电子恒功

1、DF7 型内燃机车电子恒功一、概述电传动内燃机在运行中随着速度的提高，牵引电动机的反电势 E 增高 电枢电流 ID 遂渐降低，而同步牵引发电机的自然外特性为一条凸起的下 降曲线。在ID遂渐降低的同时，而牵引发电机的端电压UF却变化很小， 牵引发电机的输出功率下降。柴油机的功率不能得到充分利用，机车牵引 力也不能充分发挥。因此励磁系统的任务就是在运行功况电流要求下，自动调节牵引发电 机的输出电压，在柴油机转速不变的情况下，使牵引发电机输出功率恒定 具有理想的外特性。DF7C 型内燃机车电传动系统中有两套励磁装置，即：电子恒功系统 和原励磁装置。电子恒功装置的特点是：1、功率调节范围宽，柴油机转速

2、在400转/ 分1000转/分之间，都能使牵引发电机具有恒功率特性。2、调节动态性 能好，供油波动小，使柴油机燃烧工作状态得到改善。不足的是在高转速 时，不能实现辅助功率转移。柴油机恒功的调节范围小，在柴油机转速700 转/分以上时，才能对 牵引发电机功率进行调节。动态性能差，致-1-使柴油机燃烧工作状态差，但在柴油机高转速时能实现辅助功率转移， 可以充分利用柴油机功率。故DF7C型内燃机励磁系统在柴油机转速700转/分以上时，将柴油机恒功接入，实现辅助功率转移，完善电子恒功性 能，以充分利用柴油机功率。电子恒功率调节器通过自动控制牵引发电机励磁机的励磁电流，自动 控制牵引发电机功率，同时间接

3、控制柴油机功率，确保在柴油机转速恒定 时，牵引发电机功率恒定，在充分利用柴油机功率的基础上，充分发挥机 车牵引力。电子恒功率调节器采用闭环特性控制牵引发电机功率来控制柴油机功 率，也就是对应于柴油机每一转速（供油量）有一个牵引发电机应该发出的 牵引功率 Prcf 值。通过不间断的调节励磁电流，使主发电机的实际直流 输出功率 P 永远跟踪 Prcf 值来改变。只要实际直流输出功率 P 值恒定， 柴油机功率就恒定，这就是电子恒功的基本原理。另外再加上限流、限压 环节进行调节控制，就可以得到比较完整的牵引发电机的理想外特性。二、主要技术性能1、工作电源：110V。2、控制功率：柴油机 2000270

4、0 马力，测功器测功比-2-例 300KW/V3、电压范围：整流柜输出最高电压770V，测压比为100V/V。4、电流范围：整流柜输出最大6000A，测流器比例200A/V。5、恒功调节精度：満功率时误差不大于 4%。6、控制最大励磁电流 5A7、柴油机转速脉冲：60个/转，幅值不低于300mV。8、柴油机控制 功率：（表 1）柴油机转速 4004305006007008009001000(r/min)直流控制信号一3.6 3.874.55.46.37.28.19.0En(V)DF7C1 型功率给信号 Pref(V)DF7C1 型功率给定号 Pref(V)0.340.7531.3472.11

5、2.954.064.1670.280.681.2341.802.503.333 4.1679、机车限压值：1000r/min时770V。10、机车限流值： 8561000r/min时6000A。三、基本工作原理电子恒功率调节及限流、限压原理电子恒功率调节及限流、限压原理方框图如图 1 所示，-3-它是采用闭环特性控制牵引发电机功率来控制柴油机功率，确保在柴 油机在恒定转速时牵引发电机工率恒定。1、功率调节及限流、限压给定图中：柴油机转速传感器为磁电式传感器，将柴油机转速转变成电脉 冲信号F,柴油机每转产生60个电脉冲信号，要求其幅值不低于300mV。 此信号送入 6 号组件，它是一切控制的根源

6、。F/V 变换器将柴油机的转速脉冲信号变换成与转速相应的模拟直流电 压信号FCV。经比例放大器得到En信号，送入函数发生器。函数发生器向比较器 A 提供三组我曲线：a、提供主发电机与柴油机转速的关系控制特性曲Pref=f(n)，即功 率基准信号。b、提供机车限流特性曲线Iref二f(n)，即限流基准信号。C、提供机 车限压特性曲线Uref=f(n)，即限限压基准信号。霍尔测功器是把主发电机输出的直流电压 Ui 和电流 Ii 乘起来，得到 实测的主发电机输出功率P,送入比较器A。-4-恒功率控制原理方框图比较器 A 在无限流、限压信号输入的情况下将函数发生器送来的功率 基准信号 Pref 与霍尔

7、测功器送来的功率检测信号 P 进行比较,若 Pref 值 与 P 值相等时,比较器 A 输出的功率控制信号 Vp 为恒定值。若 Pref 值与 P值不等时，比较器A输出变化的功率控制信号Vp，经比例积分器、功率 放大器调节励磁机励磁电流以调整主发电机功率使其达到 Pref 值与 P 值 相等，Vp又为恒定值，功率调节完成。功率放大电路直接控制励磁机励磁电流，其基本原理如下图：-5-+110VPVBG1 励磁机励磁绕组 BG2110V功率控制信号 PV 作为 BG1 的控制电压，经两级放大后控制励磁机励 磁电流。2、限流、限压保护图中：比较器 C 将限压给定信号 Uref 与测压器测出的电压信号

8、 U 进 行比较，只有UUref时，才有输出信号，经或门电路输出功率限制信号 Plim送入比较器A中。在比较器A中丨Pref| = |P| + |PIim|在 Pref 保持不变时，若出现限流信号，那么比例积分器维持稳定的 条件相当于减少机车功率，比较器输出功率调节信号Vp下降，经比例积 分器、功率放大器降低励磁机励磁电流，使主发电机功率下降，从而起到 限流保护作用。图中：比较器B将限流给定信号Iref与测流器(HL7)测出的电流信号 I进行比较，只有IIref时，才有输出信号，经或门电路输出功率限制 信号PIim送入比较器A中去扣功。其限流原理与限压原理相同。-6-3、辅助功率转移柴油机转速

9、在700转/分以上时，当组件1有辅助功率变化信号P输 入比较器A时，主发电机输出功率将减少。即：|Pref| = |P| + |PHC|4、在机车发生空转时引入空转信号Pk，送入比较器A扣功，降低励 磁机励磁电流，以降低主发电机功率制止空转。空转保护装置原理AII1I2A 最大电 I3IMAN流检测PKPI4环节功率放大器1516I1I2 最小电流 I3IMINI4 检测环节 I5I6图 2 机车空转保护原理方框图空转保护装置是采用检测牵引电机的电流来检测牵引电机的空转，通 过降低牵引发电机输出功率来控制机车空-7-转，其原理如方框图 2 所示。六台牵引电机电流 I1I6 通过最大值检测环节检

10、测出最大电流 Ima 某 同时 I1I6 通过最小值检测节检测出最小电流 Imin，Ima 某与 Imin 在比 较环节A中进行比较，当Ima某与Imin的差值超过充许的A I值时，通 过比例放大器P输出空转控制信号Pk,降低主发电机功率以制止机车空 转。六台牵引电机电流 I1I6 由霍尔传感器（组件 12）测得,能正确快速 测得牵引电机电流。（三）各组件工作原理电子恒功调节器由柴油机传感器、测功测流器和控制机箱等组成,控 制机箱又由十个组件构成,以下分别介绍各组件的作用原理。组件 1 为柴油机恒功插件。柴油机恒功系统在柴油机转速 700 转/分以上时自动接入,实现辅助 功率转移,使主发电机功

11、率、辅助功率之和与柴油机输出功率平衡,即： Pe=Pi+PF。使柴油机在各种运行状态下，都能工作在最佳输出功率状态， 即其供油齿条均工作在对应的预定位置不变。其控制原理是：Pe=Pi+PF运行中当辅助功率发生变化时（空压机、 冷却风扇工作与否），组件 1 根据联合调节器功调机构（由功调电阻输出）向比较 器A输入一变化的AP,即PHC,经比例积分器、功率放大器调节励磁机 励磁电流以调整主发电机功率使其达到Pe=Pi+PF，完成功率转移。组件 2、3 低恒速控制插件组件 4 为空转保护插件牵引电机的电流信号由 HL16 测得，通过连接插头 41、42、4 3、44、48、49 和开关 K401K4

12、01，D401D406 经过 R402 向运算放 大器A401（为反向器）输入最大电流信号Ima某，反向后，经R407向A402 输入-Ima某。从K401K407各分出一路经D402407取出最小电流信号 Imin，经过补偿二极管D413、D414、R408降压，作为运算放大器 A402Imin输入。R409（由W401分压后取出）处向A402输入AI值信号。当I ma某TminA I时，A402有正电压输出，由R412、DW401限制其 最高电压输出约为6V。BG401向恒功比较器A输入空转信号。BG401同时 起阻抗作用，在空转发生瞬间电压快速输出，空转消除后，扣功电压值缓 慢消除，避免

13、功率突增而引起新的空转。组件 5 为功率比较积分插件-9-A501 是比例积分放大器，主要控制信号 Pref、P 经反向输入端输入 当功率检测信号P值与功率给定信号Pref值相等时，A501输出的电压稳 定，ILL为恒定值，主发电机输出功率恒定。P值与Pref值有差异时， A501输出的电压也有差异，输出功率控制信号变化的Vp，以改变励磁机 励磁电流。当P值与Pref值达到新的平衡后，VP又为恒定值，ILL稳定, 主发电机输出功率恒定。当运放 A501 有功率限制信号 PIim 输入时（限流或限压时），P+PIim|Pref|,运放A501输出功率控制信号Vp使励磁机励磁电流ILL减小，以降低

14、主发电机输出功率。当空转控制信号PK输入时，P+PK|Pref|，运放A501输出功率控制 信号 Vp 使励磁机励磁电流 ILL 减小,以降低主发电机输出功率。在532及533端外接LLC常开联锁，要机车不工作时，LLC常开 断开，继电器J501释放，+12V电压经发光二极管R504，分压电阻R516 和J501常闭接点入地。+12V电压经R512和R513分压，经R511加到运 放 A501 的反向输入端，使其输出为负值，机车无功率输出。当柴油机未 启动，作电器动作试验时，无功率给定信号 Pref 输入，励磁机亦无励磁 电流。-10-在机车工作时，LLC闭合，532及533接通，R511与接

15、地点相通, 故为零输出。R501、R509输入P和Pref，自动控制机车功率。调节W501 可改变输出的VP值。W503和W502提供正负电压输出，在装置需要作检 查时，提供正负电源。组件 6 由 F/V 变换器、函数发生器及限流限压部分组成F/V 变换器的作用是将柴油机的电频信号 F 变换直流电压输出。柴油 机转速信号F经运放A601整形放大成方波频率信号Fn，再经运放A602 变换成与F成比例的直流信号FCV，最后通过运放A603反向及放大后， 成为直流电压信号 En 提供给函数发生器。函数发生器根据输入的转速电压信号 En 完成三组功率给定曲线，即：隨转速变化的功率基准信号Pref二f(

16、n)隨转速变化的限流基准信号 Iref二f(n)隨转速变化的限压基准信号Uref=f(n)功率基准信号Pref=f(n)，由运放Ic2C、Ic2A、Ic2D和电位器W637、 W632 完成。正常运行时，开关 K601 置“正常”位，柴油机发生-11-故障甩缸时，置“扣功”位，接入电阻 R634 扣除功率约 24%。R636、W634、W635 和 DW635 等提供不同转速时的限流值即 Iref=f(n)R637、W636、R638 等提供不同转速时的限流值即 Uref=f(n)。A605为限压控制运放，当U|Uref|时，A605输出限压信号，再经 A606 反相输出功率限制信号 PIim

17、。A604为限流控制运放，当I|lref|+3.622时，A604输出限流信号, 再经 A606 反相输出功率限制信号 PIim。D642、D652 构成或门电路，取绝对值中最大值输出，限流、限压不 会同时出现，故采用一个 A601 即可。组件7为土12V稳压电源由组件10逆变电源提供两组频率为2KHZ方波交流电压(18V),输出 直流土 12V电压供装置各组件使用。组件 8 为测压器测压比为100V/V，测出整流柜直流输出电压送往组件6和组件11。组件 9 由功率控制执行机构及测量装置组成测量装置实际上是块多量 程的电压表，把各组件上重-12-要信号量都集中到此，以便检测。使用时开关可置任何

18、位置，检查、 判断各组件的工作状态。例如：开点打在 Pref、Fn、PIim 和 En 时，可监 测组件 6 的情况。由 VJT、BG901、BG902、BG903 等元件组成锯齿波发生器。由 97 输 入的控制信号 VP 作为运放 A901 的控制电压，控制 A901 输出脉冲波的宽 度，经光电耦合器 A902 输入功入级控制 VMOS 功放管 BG904 控制主发电机 励磁机的励磁电流。压敏电阻R921、二极管D904、和R920、C909用来保 护大功率管 BG904。组件 10 为逆变电源由机车 110V 电源供电，输出两组频率为 2KHZ 方波交流电压供给组件 7 和面板指示灯。组件

19、11为测功测流器(HL7、8)由测功和测流两部分组成。A1101是测功运算放大器，由组件8经115 输入主发电机直流电压信号采用分流桥电阻来调整不等位电势引起 的直流误差影响。在测功器中通过直流电流时，运放 A1101 即有功率电压 信号输出。测功比例为300KW/V。A1102为测流运算放大器，检测主发电 机牵引电流。测流比为 1000A/V。组件12为牵引电机测流器(HL16)测流比为200A/V。柴油机转速传感器它应用磁电原理将柴油机的转速 n 变成叫频率信号，柴油机每转产生60 个电脉冲信号输送给组件 6F/V 变换器。四、电子恒功箱配线原理本节根据电子恒功箱配线图和 DF7C 机车电

20、气原理图，讨论电子恒功 箱电源和各种信号的输入、输出及控制，包括内电路和外电路，将电子恒 功箱配线图和机车电气原理图有机地接合起来，便于在运用中发生故障时， 进行判断处理。同时也便于检修时进行检查、测试及故障处理。（一）电源输入及信号输入、输出电路 1、逆变电源（组件 10）输入输出 电路由机车+110V直流电源经Bl/17（a3I）、75号线、8A向组件1032供电。一110V电源经B1/16（a3J）74号线、A7向1042输入。向组件7（稳压电源）输出两组18V交流电压。交流18V+-组件103、组件71、2。另一组交流18V经组件108、9一组件73、4。2、 稳压电源（组件 7）输入

21、输出电路-14-稳压电源 71618、2427、2022 向组件 120、24、16，组件 4 17、25、21，组件 516、 24、 20，组件 616、2425、20，组件 81 41、2,组件912、11、15提供土 12V直流电压。同时经A12、A10、 B8/3、B8/4 （&1F、G）向 HL78、HL16 提供土12V 直流工作电压。3、F/V 变换器、函数发生器及限流、限压信号输入输出电路传感器将柴油机转速信号n转换成电频率信号F经Bl/18（a3K）-76 号线一A45-组件62，经F/V变换为模拟直流电压信号FCV,再经运放 A603反向放大后成为直流电压信号En,由函数

22、发生器经627-组件5 9 输出功率给定信号 Pref。4、柴油机恒功输入电路传感器将柴油机转速信号n转换成电频率信号F经Bl/18（a3K）-76 号线一A45-组件62，经F/V变换为模拟直流电压信号FCV,再经运放 A603反向放大后成为直流电压信号En,经531-组件131。辅助功率信号 VOT 经功调电阻Rgt（a1D）f627BfD1/8f627AfB2/29f627fA28f 组件 1一4。Rgt 负电 源经 628B-D1/10-628A-B2/30-628-A29 输入。-15-5、功率比较输入电路组件627向组件59输入功率给定信号Pref。测功测流器（组件 11）经 11

23、7 向组件 51 输入功率检测信号 P。（二）功率调节电路当功率给定信号 Pref 与功率检测信号 P 发生偏差时,组件 58、37 向组件9 7输入功率控制信号VP，作为运放A901的控制电压，+110V 电压经 LLC 主触头（a4I）-60C-B1/6-60-A27-组件 9 8-A902- 作为 VMOS 功放管 BG904 的控制电压，励磁机励磁电流 ILL 经 GLC 常闭触 头-62A-B1/8-62A21.A22-组件 919、20VMOS 功放管 BG904-组 件 9 1、2fA24、25f61f（8 3C）fB1/7f61AfZK 1 回 QD 负端。（三） 限流、限压保

24、护电路 1、限压保护电路电压检测电路：+110V-Bl/3(a8B)fl7KfBlf 组件 8 19。一 110VfAl/lfl0HfBl/lfl01fB2f组件824。限压保护电路：电压信 号U经组件8-42-组件6 36。当U|Uref|时，A605输出限压信号经 A606倒相后输出功率限制信号Plim，再经614-组件514。A501经8、-16-37输出功率控制信号VP-组件97。使A901控制电压下降，最终 使主电机功率下降。其电路与功率调节电路相同。2、限流保护电路电流检测信号I经组件116f604A(a1j)fB8/9604fA34f组件4。当I|lref|时,运放A605输出限

25、制信号，再经运放A606反向后输 出功率限制信号PIim，再经614-组件514。运放A501经58、37 输出功率控制信号VP-组件97。使运放A901控制电压下降，最终使主 电机功率下降。其电路与功率调节电路相同。(四)空转保护电路1、牵引电动机电流检测信号输入电路牵引电动机16D电流信号，分别经16HL、再分别经B8/10、B8/11、 B8/12、B8/13、B8/14、B8/15 输入组件 4 (a1Ja1K)。当 I ma 某与 Imin 之 差大于时，倒向放大器P经442输出空转控制信号PK-组件542。 P+PKPref，运放A501经58、37输出功率控制信号VP-组件9一7。 使运放 A901 控制电压下降，最终使主电机功率下降。其电路与功率调节 电路相同。(五)柴油机恒功控制电路转速在 700 转/分以上，辅助功率发生变化时，组件 134 输出辅助功率变化信号PHC经组件14-组件54。运放A501经58、37输出 功率调节信号VP-组件97,作为运放A901的控制电压，降低主发电机 输出功率，其电路与功率调节电路相同。当P+PHC=|Pref|时，VP为恒定 值，主发电机输出功率恒定。五、在机车上的检查及调试1、检查全部配线应正确，特别注意下列导线的极性是否正确。(1)17KB1B1/3 整流柜输出电压正端10IB2 B1