内燃机车交流传动及控制系统研究

【摘要】内然机车是货运列车的重要动力来源，为了更好的发挥内然机车的作用，需要研究柴油机装置和列车动轮之间的动力传递。本文首先对内燃机车的交流传动进行研究，然后分析内燃机车的控制系统，期待有关人士一起深入研究，共同促进我国内燃机车整体制造水平的提升。

【关键词】交流传动；控制系统；内燃机车

一、内燃机车交流传动研究

（一）内然机车交流传动概述

在内然机车中，作为原动机的一般都是柴油机，柴油机产生的动力不能直接传递给车轮，而且还要在动力传递过程中，使得机车能够正常运行，因此，从柴油机到机车的动轮之间需要一套装置来完成这个任务。在这套中间装置中，是由电气设备组成的，实现柴油机和动轮之间有一个中间环节，这个中间环节是一个速比可变的环节，这个中间环节的组成装置也叫做内然机车的一个传动装置。传动装置主要是实现柴油机产生的动能向着机车动能的转换和传递。目前，在内然机车中采用传动装置的方式分别为机械式、液压式和电力式。随着应用实践，目前电力式传动装置是应用的最多的一种方式。在机车的电力传动中，往往依据传动过程中采用的电流为直流或者是交流将电力式传动方式分为直流电传动、交流电式传动和交――直流电传动。

目前，考虑调速性和可逆性，主要选择的传动方式是串励直流式牵引电动机，但是由于这种传电动机在应用过程中存在着电动机功率难以持续提升、功率特性软和调频范围较小的缺点，因此，在机车的牵引传动系统中还是广泛的采用变频方式的交流电传动。在目前内然机车中采用的变频式的交流电传动，依据传动过程的不同，可以分为交―交电传动和交―直―交电传动。如果采用的交流电传动是没有中间直流环节的直接进行频率变化的传动，则为交―交电传动。由于这种传动方式，发电机输出的电流信号频率比输入信号的电流频率要低2/3左右，因此，为了实现有效的传动，需要采用较高频率的交流牵引发动机。对于交―直―交电传动，是指在中间存在一个直流环境的间接变频的交流电传动。由于这种方式的传动，传动装置输出频率与系统的其他部分没有任何关系，与牵引发动机产生的交流电频率也不相关，因此，在整个机车工作的范围内，能够实现交流牵引电动机的三相电源自由的平滑调节。

（二）内然机车交流传动系统

1、交流主传动系统

在内然机车中，交流传动系统包含主传动系统和辅助传动系统。其中，主传动系统发挥的作用一方面是将柴油机的功率得到充分的发挥，另一方面使内然机车的性能得到全方位的保证。交流电主传动系统对于内然机车而言，主要的任务就是控制机车内的能量变化形式和能量流动。

2、交流辅助传动系统

某型号机车的的传动系统中，除去主传动系统，还存在着辅助传动系统。辅助传动系统是由辅助发电机来完成的。首先，辅助发电机对于主发励磁进行负责，其次，供给电能给其他辅助设备。在辅助传动系统中，主要是依靠辅助发电机内存在的二组线圈，一组线圈采取中间抽头的方式，采用这样的方式能够产生两个不同等级的电压，满足机车内的不同型号部件的用电需求，主要是产生三相电源供给机车的冷却系统和其他辅助机械；采取中抽头的方式，是为了使主发电机励磁斩波器能够给主发电机提供励磁；另一组线圈借助辅助电源变流器输出直流电压为74V的电，供给机车控制系统的用电和给机车的蓄电池充电。

二、内燃机车交流传动控制系统研究

前文所述，目前的内燃机车的交流传动系统一般为交―直―交形式。采用这种形式的传动系统，只要内然机车维持速度档位恒定模式运行时，系统中反馈回来的中间直流电压就维持恒定，即牵引发电机会在此时借助不可控整流装置输出直流电压，其他控制系统不能继续借助调节牵引发电机的励磁来实现恒功率运行，而必须依靠牵引逆变器对于异步牵引电动机采取变频调速的方式实现机车维持恒定功率的运行。如果机车在运行过程中，出现档位的变化，那么在系统中反馈回的直流回路电压就会随之而发生改变，在这个档位变化过程中，直流电压是随着速度档位信号的提高而变大或者是速度档位信号的降低而减小。

在机车的运行过程中，进行交流传动控制的阶段主要有开车启动阶段和减速阶段。在机车的启动阶段中，控制主要是借助对逆变器输出电压幅值U1和频率f1的一组变化规律进行控制，这种变化规律就是U1/f1为常数的规律进行变化，并且控制转差频率为一个常数。由于采用了这样的控制方式，因而能使机车在恒转矩启动时进行变频调速。此时，实行的仍旧是恒电流控制，使得磁通中能够保持不变，确保电动机倾覆转矩不变。在机动车启动瞬间，由于异步牵引电机此时的转速为零，此时异步牵引电动机的转差频率和供电频率都为零。所以，在机车进行起步的过程中，需要依据能够使机车启动所需的保持恒定的转差频率来确定最低供电频率，这个最低供电频率恰好能使异步牵引电动机运行，一般为逆变电压器输出频率为0.4Hz即可。机车启动之后，机车的运转速度将会上升，此时速度的反馈信号会增大，供电频率随之升高，借助变频调速，使机车速度升高，直至达到机车的恒定速度运行。

总结

内然机车的交流传动以及控制系统是内燃机应用在铁路运输中最为核心的两个技术，涉及到的知识面非常广泛和复杂。本文仅做浅显的论述，对于实践中的交流传动的主辅系统以及控制系统的设计和实现并未做详细论述，希望相关人士注重此方面的发展，一起加入研究，早日攻克难关，促进我国内然机车装备制造水平的提升。

参考文献

[2]朱建伟.内燃机车交流传动系统研究[D].大连交通大学，2010.

[3]王大伟.大功率内燃机车交流传动系统设计[D].大连交通大学，2008.

[4]高丽华.内燃机车交流传动控制系统的研究[D].太原科技大学，2009.