東風(fēng)7G型機車電氣系統(tǒng)

東風(fēng)7G型內(nèi)燃機車

電氣系統(tǒng)

8/12/20231主要內(nèi)容

東風(fēng)7G型機車電氣系統(tǒng)簡介東風(fēng)7G型機車電機東風(fēng)7G型機車電器東風(fēng)7G型機車電氣原理說明電氣系統(tǒng)使用維護電氣系統(tǒng)故障處理21電力傳動裝置概述1.1柴油機的運用特性

轉(zhuǎn)矩特性M=f(n)功率特性N=f(n)

功率得不到充分利用；轉(zhuǎn)速變化范圍很窄，過載能力較差，故機車的運行速度范圍和負(fù)載變化受到限制；不能帶負(fù)荷啟動，故不能使列車啟動和低速運行；曲軸只能單方向旋轉(zhuǎn)，故不能改變機車的運行方向。nmaxnmin0nNMNNeM柴油機特性曲線及功率曲線31.2機車牽引特性

機車在運行時能充分利用其動力裝置的額定功率

Ne-柴油機功率；F-機車牽引力；V-機車速度；

-傳動裝置效率。

=常數(shù)F·V=常數(shù)，即要求牽引力F與機車的速度V成反比的變化關(guān)系；最大牽引力Fmax受動輪與鋼軌之間粘著牽引力的限制；最高速度Vmax受構(gòu)造速度的限制。

FmaxFNVNVmaxVmin0機車?yán)硐霠恳匦郧€及柴油機功率曲線4柴油機牽引發(fā)電機輪對牽引電動機整流裝置（交流）（直流）恒功特性牛馬特性

東風(fēng)7G型機車電力傳動示意52東風(fēng)7G型機車電氣系統(tǒng)簡介采用JF208A型無刷勵磁主發(fā)電機，勵磁機與主發(fā)電機合并，結(jié)構(gòu)及性能更加先進。采用ZD109J型牽引電動機，調(diào)速范圍更寬，取消了磁場削弱裝置。采用雙三相整流橋電路，整流元件由36個減少到12個，且無均流問題。采用微機控制技術(shù)，具備恒功、限流、限壓、防空轉(zhuǎn)功能，同時具備顯示、保護、報警及記錄功能。采用交流傳動技術(shù)，輔助系統(tǒng)比傳統(tǒng)的機械傳動具有更突出的優(yōu)點。繼承了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的成果，機車實現(xiàn)了模塊化。6東風(fēng)7G型與東風(fēng)7C型機車東風(fēng)7G型機車（招標(biāo)車）

前20臺車：JF208C主發(fā)電機、ZQDR-410牽引電動機、一級磁場削弱、輔助交流傳動第21臺后：JF208A主發(fā)電機、ZD109J牽引電動機、取消磁場削弱、輔助交流傳動?xùn)|風(fēng)7C型機車（路外車）

TQFR-3000主發(fā)電機、ZQDR-410牽引電機、一級磁場削弱、一（二）級電阻制動、輔助機械傳動7東風(fēng)7G型機車電氣系統(tǒng)布局83東風(fēng)7G型機車電機

JF208A型主發(fā)電機ZD109J型牽引電動機JF409A2型輔助發(fā)電機JD358型風(fēng)扇電動機JD307A型通風(fēng)機電動機ZQF-80型起動發(fā)電機ZD316型風(fēng)泵電動機ZTP-12型油泵電動機93.1JF208A型主發(fā)電機

額定容量：2911kVA(2985)額定電壓：425/770V(438/613)額定電流：3955/2183A(3936/2805)額定轉(zhuǎn)速：1000r/min(1100)額定頻率：150Hzf=nXp/60=1000X9/60=150(165)勵磁電流：≤10A(244/272)額定效率：95.5％/94.5％（含勵磁損耗）勵磁方式：他勵勵磁機勵磁電壓：70/80勵磁機勵磁電流：6.8/7.8絕緣等級:主機H/H（定子/轉(zhuǎn)子）B=130F=155H=180

勵磁機F/F（定子/轉(zhuǎn)子）工作制：連續(xù)冷卻方式：徑向自通風(fēng)10JF208A型主發(fā)電機結(jié)構(gòu)代用圖11主發(fā)電機的基本原理定子中嵌有三相對稱繞組AX、BY、CZ，稱為電樞繞組，這三組繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線截面相等，在空間位置上互相距離120°電角度。轉(zhuǎn)子上繞有勵磁繞組，當(dāng)直流電流通過勵磁繞組時，使轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生極性不變的N極和S極。12當(dāng)原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，定子繞組與轉(zhuǎn)子磁場之間產(chǎn)生相對運動，在定子三相繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其波形大小和頻率均相同，相位互差120°電角度。發(fā)電機產(chǎn)生的三相感應(yīng)電勢按正弦波形變化，每相電勢有效值為：

E1=4.44WKrz·fφ1

f(=p.n/60)-感應(yīng)電勢頻率，p-磁極對數(shù)，n-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速φ1-每極磁通量，Krz-繞組系數(shù)，W-每相繞組的匝數(shù)13同步牽引發(fā)電機的特性

空載特性：是指發(fā)電機在空載運行時，端電壓U0（即E0）隨著轉(zhuǎn)子勵磁電流IL變化的關(guān)系，即U0=f(IL)或E0

=f(IL)

由空載電勢E0=4.44WKrzfφ0可知，在發(fā)電機轉(zhuǎn)速等于額定轉(zhuǎn)速時，感應(yīng)電勢頻率f不變，故空載電勢E0僅正比于轉(zhuǎn)子勵磁磁通φ0，因此空載特性曲線的形狀與磁化曲線φ0=f（IL）相似。14外特性：是指當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n、勵磁電流IL、負(fù)載功率因數(shù)cos不變時，發(fā)電機的端電壓U隨負(fù)載電流I之間的變化關(guān)系，即U=f(I)當(dāng)I

=0時，端電壓U就等于空載電勢E0。當(dāng)有負(fù)載后，端電壓U由于電樞反應(yīng)的去磁作用以及電樞繞組的阻抗壓降而開始下降。但這時磁路很飽和，所以并未使端電壓顯著下降。15隨著電樞電流I的進一步增加，電樞反應(yīng)的去磁作用逐步加強，使電機磁路離開飽和狀態(tài)，端電壓U隨著I的增加迅速下降。隨著勵磁電流IL和轉(zhuǎn)速n的下降，外特性曲線逐漸下移，與橫坐軸的交點也左移。此特性即故障勵磁特性，或稱固定勵磁特性。16

負(fù)載特性：當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速n、電樞電流I和功率因數(shù)cos

不變時，發(fā)電機的勵磁電流IL與端電壓U之間的關(guān)系，稱為負(fù)載特性，即U=f(IL）。負(fù)載特性與空載特性曲線形狀相似，但對應(yīng)于同一勵磁電流IL下，電樞電流I愈大，則電樞反應(yīng)的去磁作用愈強，因而端電壓就愈低。173.2ZD109J型牽引電動機額定功率：530kW410kW

額定電壓：670/980V550/770V額定電流：845/577A800/570A最大電流：1200A1080A額定效率：93％額定轉(zhuǎn)速：770r/min640r/min最大轉(zhuǎn)速：2385r/min2365r/min最小勵磁率：54％勵磁方式：串勵工作制：連續(xù)絕緣等級：H/H（定子/轉(zhuǎn)子）：冷卻方式：強迫外通風(fēng)冷卻空氣量：110m3/min18ZD109J型牽引電動機結(jié)構(gòu)代用圖193.3ZQF-80型起動發(fā)電機額定功率：80kW額定電壓：110V額定電流：728A額定轉(zhuǎn)速：1115/2730r/min勵磁方式：發(fā)電機工況時為他勵電動機工況時為串勵勵磁容量：發(fā)電機工況勵磁電壓不大于105V，勵磁電流不大于8A轉(zhuǎn)矩：啟動電流在2100A時轉(zhuǎn)矩不小于3295N·m在2730r/min時轉(zhuǎn)矩不小于1648N·m工作制：斷續(xù)制(80kW5min到30kW5min)冷卻方式：自通風(fēng)20直流電機的基本原理電動機：載流導(dǎo)體在磁場中受力，用左手定則可判斷出電磁轉(zhuǎn)矩的方向，形成了旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)了電能向機械能的轉(zhuǎn)變。

發(fā)電機：運動導(dǎo)體在磁場中發(fā)電，用右手定則可判斷出感應(yīng)電勢的方向，形成了電樞電流，實現(xiàn)了機械能向電能的轉(zhuǎn)變。直流電機的勵磁方式與換向。

換向器fxfxexex21直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢

電磁轉(zhuǎn)矩

Cm-轉(zhuǎn)矩常數(shù)，決定于電機的結(jié)構(gòu)；φ-磁通(Wb)；

Is-電樞電流(A)；M-電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)。感應(yīng)電勢

Ce-電勢常數(shù)，決定于電機的結(jié)構(gòu)；φ-磁通(Wb)；

n-電機轉(zhuǎn)速(r/min)；Es-感應(yīng)電勢(V)。

22電壓平衡方程式對于串勵電動機：U=Es+IsRD=Ceφn+IsRD

U-電源電壓；ES-電樞電勢；RD-電機繞組電阻；舉例：串勵電動機空載飛車問題空載時，Is較小，RD較小，IsRD可以忽略，U=Es+IsRD可近似為U=Es=Ceφn，又因Is較小，φ也?。ù呕€），為平衡U，n必然很高，引起飛車。23牽引電動機的速度調(diào)節(jié)根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可知直流電動機的調(diào)速方法有三種：改變電源電壓U調(diào)節(jié)勵磁磁通φ調(diào)節(jié)電樞電阻RD

改變電源電壓U可以通過調(diào)節(jié)柴油機轉(zhuǎn)速或改變主發(fā)電機勵磁電流來實現(xiàn)；調(diào)節(jié)勵磁磁通φ也就是進行磁場削弱；調(diào)節(jié)電阻要損耗大量電能，將使?fàn)恳式档汀ｋ姍C電流Is是由負(fù)載決定的，不能人為調(diào)節(jié)。243.4JQF409A2型輔助發(fā)電機額定容量：260kVA額定電壓：400V額定電流：375A最大電流：870A

額定功率因數(shù)：0.85額定頻率：100Hz額定效率：92％額定轉(zhuǎn)速：3000r/min額定勵磁電壓：60V額定勵磁電流：43A勵磁方式：他勵絕緣等級：H/H

工作制：連續(xù)冷卻方式：自通風(fēng)253.5JD358型冷卻風(fēng)扇電動機型式：變極三相異步電動機極數(shù)：10/14額定功率：60/22kW額定轉(zhuǎn)速：1200/857r/minn(10)=60f/p=60X100/5=1200n(14)=60f/p=60X100/7=857額定電壓：400V額定電流：120/50A額定效率：90%/88%額定頻率：100Hz額定功率因數(shù)：0.8/0.7工作制：連續(xù)絕緣等級：H冷卻方式：自通風(fēng)263.6JD307A型通風(fēng)機電動機型式：三相異步電動機額定功率：30kW額定電壓：400V額定電流：54A額定功率因數(shù)：0.88額定頻率：100Hz額定轉(zhuǎn)速：2970r/minn=60f/p=60X100/2=3000r/min額定效率：91%極數(shù)：4絕緣等級：H工作制：連續(xù)冷卻方式：自通風(fēng)27異步電動機的結(jié)構(gòu)28異步電動機的基本原理

當(dāng)三相交流電通入定子三相繞組時，就在定子內(nèi)建立起一個在空間連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場，稱為旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速no29異步電動機工作原理示意圖轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場存在相對運動，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，方向用右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則感應(yīng)電勢在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，方向用左手定則確定。電磁力作用在轉(zhuǎn)子上形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。為了在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場必須存在相對運動，則異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速no，故稱異步電動機。轉(zhuǎn)差率：30異步電動機的機械特性

（1）不穩(wěn)定運行區(qū)0~nK：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電機轉(zhuǎn)矩時，電機很快加速進入穩(wěn)定運行區(qū)；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電機轉(zhuǎn)矩時，電機很快減速而堵轉(zhuǎn)。（2）穩(wěn)定運行區(qū)nK~n1：為電機正常工作區(qū)段，機械穩(wěn)定性好，能適應(yīng)負(fù)載的變化。一般額定轉(zhuǎn)差率Se=0.04~0.0631異步電動機調(diào)速的方法（1）改變電壓的調(diào)速轉(zhuǎn)速變化范圍小，使電機最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大的波動，削弱了適應(yīng)負(fù)載變化的能力。（2）改變磁極對數(shù)的調(diào)速由可知，改變磁極對數(shù)p可改變同步轉(zhuǎn)速n1，也就改變了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，為有級調(diào)速。（3）改變頻率的調(diào)速需使用頻率可調(diào)的變頻電源，為使φ不變，要求U/f按比例變化。324東風(fēng)7G型機車輔助交流傳動系統(tǒng)采用變頻、變極調(diào)速方案。同步發(fā)電機作為變頻電源，風(fēng)扇電機采用變極電機。通過勵磁裝置控制發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機的輸出電壓適應(yīng)轉(zhuǎn)速和負(fù)載的變化，滿足輔助系統(tǒng)的要求。柴油機轉(zhuǎn)速(r/min)4301000發(fā)電機轉(zhuǎn)速(r/min)12903000發(fā)電機頻率(Hz)43100發(fā)電機電壓(V)172400334.1LC-Ⅳ輔發(fā)勵磁裝置額定輸入電壓：110V波動范圍77～132V額定輸出電流：43A額定輸出電壓：60V發(fā)電機電壓頻率比：U/f=4發(fā)電機輸出線電壓：140～400V發(fā)電機輸出頻率：35～100Hz保護功能：具有過流、過熱、過壓保護功能344.2LC-Ⅳ輔發(fā)勵磁裝置框圖354.3LC-Ⅳ輔發(fā)勵磁裝置工作原理采用直流斬波的方法通過調(diào)節(jié)勵磁電壓控制勵磁電流，達到輔助發(fā)電機輸出電壓頻率比保持恒定的目的。把輔助發(fā)電機輸出電壓值作為反饋信號，檢測到的輸出頻率根據(jù)壓頻比（V/F=4）得到電壓量作為給定信號，給定隨著輸出頻率（與柴油機轉(zhuǎn)速成正比）變化。給定和反饋之間的偏差經(jīng)過運算最后形成控制斬波開關(guān)通斷的脈沖信號，從而控制裝置的輸出勵磁電壓和電流。365東風(fēng)7G型機車電器

有觸點電器反向器、電空接觸器、電磁接觸器、中間繼電器、空氣斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動開關(guān)、按鈕、壓力繼電器、司機控制器、保護繼電器無觸點電器傳感器（轉(zhuǎn)速、壓力、溫度）、互感器、分流器、熔斷器、電磁閥、電測儀表、照明燈、蓄電池、整流柜、電阻電子控制電器微機控制裝置、交流勵磁裝置、電壓調(diào)整器、故障勵磁調(diào)節(jié)器、時間繼電器37高壓柜電器布局38電器室正面電器布局39低壓柜電器布局40主操縱臺電器布局41副操縱臺電器布局42輔助交流電器柜布置436整流裝置446.1整流裝置技術(shù)參數(shù)額定交流輸入電壓：三相、150Hz、425/770V額定交流輸入電流：3955/2183A最大交流輸入電壓：770+10%V額定直流輸出電壓：980V額定直流輸出電流：2X2550A最大直流輸出電壓：980+10%V最大直流輸出電流：2X3300A(一小時)機車起動過程短時允許最大直流輸出電流：2X3600A整流方式：二組三相全波整流橋并聯(lián)硅整流元件ZPA2500-28型整流元件12個正向平均電流：3000A反向重復(fù)峰值電壓：2200V反向重復(fù)峰值電流：≤150mA456.2整流裝置基本原理整流前后電壓的關(guān)系：

UD=2.34UF=1.35UABUD-輸出直流電壓；UF-相電壓有效值；UAB-線電壓有效值例：直流電壓為770V時，相電壓為770/2.34=329V，線電壓為770/1.35=570V整流前后電壓的關(guān)系：

ID=1.23IF

ID-輸出直流電流；IF-相電流有效值；例：直流電流為6000A時，相電流為6000/1.23=4878A以上發(fā)電機繞組均采用星型接法。467恒功率勵磁系統(tǒng)的基本原理柴油機的輸出功率：

Pc=PF+Pfj發(fā)電機的輸出功率：

PF=(Pc-Pfj)ηFηZ=UF·IF

Pc-柴油機有效功率

ＰF-發(fā)電機直流側(cè)的功率Pfj-輔助設(shè)備所消耗的功率

ηF-牽引發(fā)電機效率ηZ-硅整流器效率ＵF-整流后牽引發(fā)電機電壓ＩF-整流后牽引發(fā)電機電流477.1牽引發(fā)電機的理想外特性假設(shè)Ｎfj不變，并忽略效率的變化，柴油機功率恒定，則ＵF·ＩF=常數(shù)這一雙曲線稱為牽引發(fā)電機理想外特性曲線最高電壓ＵFPmax

限制最大電流ＩFPmax

限制由額定電流值ＩFde分界，可分為短時工作區(qū)域與持續(xù)工作區(qū)

48機車運行時輔助裝置功率Ｎfj會有所變化。為維持柴油機功率不變，理想外特性并不是沿著bcd曲線變化，而是隨著Ｎfj的變化而有所變化，稱功率轉(zhuǎn)移。但Ｎfj值的變化與額定功率相比較小，可以忽略Ｎfj的變化。497.2牽引發(fā)電機的調(diào)整特性

當(dāng)柴油機的轉(zhuǎn)速不變時，牽引發(fā)電機的勵磁電流IFL隨負(fù)載電流IF的變化關(guān)系，稱調(diào)整特性，即IFL=f(IF)。牽引發(fā)電機的調(diào)整特性可通過它的自然外特性用圖解法求得。508東風(fēng)7G型機車電氣原理說明電路圖基礎(chǔ)原理圖、接線圖、原理接線圖圖紙分區(qū)：橫坐標(biāo)用阿拉伯?dāng)?shù)字，縱坐標(biāo)用大寫英文字母。例：4D圖紙代號：以小寫英文字母分別代表各張圖。例：a表示主電路。設(shè)備名稱：以大寫英文字母分別代表各設(shè)備。例：C表示主操縱臺。元件名稱：用元件名稱的漢語拼音縮寫表示。例：故(G)障勵(L)磁接觸(C)器表示為GLC。51

線號劃分：線號為一線一號制，由阿拉伯?dāng)?shù)字和英文字母組成，阿拉伯?dāng)?shù)字相同的導(dǎo)線為等電位點。例：100A與100