摘要:對一種新型地鐵電傳動工程車電氣系統(tǒng)的研發(fā)進行了簡要介紹。將電傳動技術與常規(guī)液力傳動技術的優(yōu)缺點進行了比較,分析探討了電傳動的原理、牽引計算和主要設備參數(shù)。
關鍵詞:地鐵工程車;電傳動內(nèi)燃機車;電氣系統(tǒng)
0? ? 引言
目前地鐵工程車多采用液力傳動內(nèi)燃機車,但隨著大鐵路內(nèi)燃機車技術的不斷更新發(fā)展,液力傳動內(nèi)燃調(diào)車機車已經(jīng)慢慢淡出大鐵路市場,電傳動內(nèi)燃機車逐漸取得主導地位。鑒于此,設計研發(fā)一款能夠適應地鐵條件要求的電傳動內(nèi)燃機車來取代原有的液力傳動內(nèi)燃機車就具有劃時代的意義。
1? ? 電傳動內(nèi)燃機車與液力傳動內(nèi)燃機車比較
1.1? ? 機車的功率對比
機車柴油機的動能轉(zhuǎn)化為機車運行牽引的動能是通過機車的傳動裝置實現(xiàn)的。液力傳動內(nèi)燃機車通過液力變扭器實現(xiàn)動力的傳遞,國內(nèi)液力變扭器受到技術及制造工藝等各種原因的限制,在液傳機車上的應用僅局限于993 kW(1 350馬力)以下的機車。電力傳動內(nèi)燃機車通過柴油機帶動主發(fā)電機發(fā)出三相交流電,通過整流轉(zhuǎn)化成直流電,帶動牽引電動機轉(zhuǎn)動,驅(qū)動輪對實現(xiàn)機車運轉(zhuǎn),不受變扭器的制約,可實現(xiàn)機車的大功率化。
1.2? ? 技術經(jīng)濟性能對比
電傳動機車性能和傳動效率遠遠高于液力傳動機車。根據(jù)有關單位做的對比實驗,機車速度在80 km/h以下時,電傳動機車總效率高于液力傳動機車最少3%。機車速度在40 km/h以下時,電傳動機車效率高于液力傳動機車效率5%以上,最大時達到20%,證明電傳動機車牽引性能明顯高于液力傳動機車。
1.3? ? 啟動性能及控制反應速度對比
因為控制原理的不同,電傳動機車啟動加速度快,啟動性能也優(yōu)于液傳機車。機車換向及工況轉(zhuǎn)換時,液傳機車至少需要2~3 s的反應時間,而電傳動機車可實現(xiàn)即時反應。
1.4? ? 污染對比
液傳機車的液力變扭器長期使用存在漏油的風險,可能對地鐵的封閉軌道造成潛在的威脅。電傳動機車采用電氣設備傳動,完美地規(guī)避了此項風險。
2? ? 新型電傳動工程車總體概述
新型內(nèi)燃機車是基于地鐵現(xiàn)有液傳內(nèi)燃機車的改型設計的,符合地鐵公司所有標準要求,適應地鐵工況。機車采用交-直流電傳動,安裝了卡特彼勒公司生產(chǎn)的最大運用功率1 000 kW的3508C型柴油機、永濟工廠生產(chǎn)的JF217G型無刷同步主發(fā)電機和ZQDR-410型牽引電動機,轉(zhuǎn)向架為二軸轉(zhuǎn)向架。機車采用微機控制系統(tǒng)及具有全功率自負荷功能的電阻制動裝置。
工作環(huán)境如表1所示。
整車技術參數(shù)如表2所示。
3? ? 電氣系統(tǒng)技術特點
(1)機車主傳動系統(tǒng)采用交-直流電傳動技術。柴油機帶動無刷勵磁主發(fā)電機旋轉(zhuǎn),通過調(diào)節(jié)主發(fā)電機勵磁電流實現(xiàn)調(diào)節(jié)主發(fā)電機輸出功率的目的,主發(fā)電機輸出的三相交流電經(jīng)整流后得到直流電作為直流牽引電動機輸入,牽引電動機經(jīng)齒輪箱帶動車輪旋轉(zhuǎn)。
(2)機車電氣控制采用DC24 V工作電源供電,蓄電池組由柴油機自帶的DC24 V充電發(fā)電機直接充電。
(3)機車勵磁采用微機恒功勵磁控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設計,可實現(xiàn)機車牽引工況恒功勵磁/限流/限壓控制、制動勵磁控制及輔發(fā)電機恒壓勵磁控制。
(4)發(fā)動機調(diào)速控制由司機通過司控器為調(diào)速控制器提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速給定信號,調(diào)速控制器根據(jù)此給定信號輸出調(diào)速控制信號,以控制發(fā)動機的油門或噴油量大小,實現(xiàn)發(fā)動機的調(diào)速控制。
4? ? 電氣原理介紹
4.1? ? 主電路及接地回路
主電路及接地回路如圖1所示。主電路由主發(fā)電機、整流柜、制動電阻、牽引電動機及方向轉(zhuǎn)換開關、電空接觸器等控制電器組成。機車牽引運行時,主發(fā)電機輸出的三相交流電經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟?,該直流電通過方向轉(zhuǎn)換開關、電空接觸器等主控電器輸入4臺并聯(lián)連接的牽引電動機,使牽引電機旋轉(zhuǎn),從而驅(qū)動機車運行;而當機車制動時,通過控制電路的轉(zhuǎn)換,切斷牽引主電路,同時使牽引電機電樞繞組與外接制動電阻串聯(lián),而4臺牽引電機的勵磁繞組相互串聯(lián)后并接于整流器輸出端,使牽引電機由原串勵電動機狀態(tài)改變?yōu)樗麆畎l(fā)電機狀態(tài),其所發(fā)電能消耗于制動電阻,實現(xiàn)機車的電阻制動。
同步主發(fā)電機在承受對稱性負載時,Y形連接的電樞繞組中點電位為零,它可以作為主電路接地保護的比較點,通過二極管橋式整流電路4UR、接地繼電器KE線圈組成接地檢測電路,無論主電路接地點電位高低,接地點均和電樞繞組中心點有電位差,使KE線圈有電流,當電流達到500 mA時,KE動作。
4.2? ? 勵磁控制電路
勵磁控制電路以恒功勵磁器作為核心部件,該勵磁器以各種傳感器持續(xù)檢測的系統(tǒng)主電壓/主電流、牽引電機電流、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機車運行速度、輔發(fā)電壓等作為輸入信號,經(jīng)系統(tǒng)軟件比較、計算輸出主發(fā)及輔發(fā)勵磁電流,實現(xiàn)以下勵磁控制功能:
(1)機車牽引工況主發(fā)恒功勵磁、限流、限壓功能;
(2)牽引電機故障切除時主發(fā)電機降功輸出控制功能;
(3)機車電阻制動工況恒勵磁電流及恒制動電流勵磁控制功能;
(4)輔發(fā)電機恒壓發(fā)電的勵磁控制功能;
(5)故障檢測、診斷及保護控制等功能。
4.3? ? 牽引控制電路
牽引控制電路由司控器、各種轉(zhuǎn)換開關、扳鍵開關、控制按鈕、繼電器、接觸器等控制電器及電氣控制線路組成,主要實現(xiàn)機車的啟動、換向、勵磁使能、發(fā)動機調(diào)速、工況轉(zhuǎn)換、控制方式轉(zhuǎn)換、牽引電機故障切除等控制功能及機車超速、主電路接地、主電路過流、空轉(zhuǎn)滑行等保護功能。
4.4? ? 輔助電路
輔助電路由蓄電池組、發(fā)動機啟動馬達、充電發(fā)電機、鳴笛撒砂閥、刮雨器、司機室風扇及各種控制電器線路等組成,主要實現(xiàn)以下控制功能:
(1)蓄電池組充電控制;
(2)空壓機自動及手動打風控制;
(3)鳴笛撒砂控制;
(4)司機室風扇及刮雨器控制。
4.5? ? 儀表顯示及保護電路
該電路由機車速度傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換盒、機車速度表、發(fā)動機儀表盤、狀態(tài)顯示屏、電流表、電壓表、接地整流部件、過流整流部件、接地燈等組成,主要實現(xiàn)以下顯示及報警保護功能:
(1)機車速度顯示;
(2)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、狀態(tài)顯示;
(3)主電流、主電壓、牽引電機電流指示;
(4)主電路接地保護;
(5)主電路過流保護;
(6)機車超速保護;
(7)輔助電路接地指示;
(8)整車運行狀態(tài)顯示。
5? ? 牽引特性計算
根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》(TB/T 1407—1998)并結(jié)合地鐵線路特性要求,該車型牽引計算結(jié)果如表3、表4、圖2所示。
6? ? 主要部件及參數(shù)
主發(fā)電機參數(shù)如表5所示。
牽引電動機參數(shù)如表6所示。
整流柜參數(shù)如表7所示。
制動電阻參數(shù)如表8所示。
7? ? 結(jié)語
本文對一種新型地鐵電傳動工程車電氣系統(tǒng)的研發(fā)進行了簡要介紹。將電傳動技術與常規(guī)液力傳動技術的優(yōu)缺點進行了比較,分析探討了電傳動的原理、牽引計算和主要設備參數(shù)。
收稿日期:2020-08-06
作者簡介:楊波(1979—),男,遼寧鞍山人,工程師,研究方向:軌道車輛。