内燃机车电工知识讲解文档格式.docx

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用过的机油经管路滤清、冷却后继续使用。

机油系统是由机油泵、机油滤清器、机油热交换器及管路组成。

如图9—8所示。

机油泵从柴油机油底壳吸出机油，经滤清器滤清后，送至热交换器，将较高温度的机油进行冷却后，送入柴油机主油道，由主油道分送至运动部件、配气机构和涡轮增压器，润滑及冷却后流回油底壳。

五、冷却系统

燃油在气缸内燃烧时燃气的温度很高，将使活塞、气缸等零件过热损坏。

为保证柴油机正常工作在规定的温度范围内，借助于空气、水等介质对上述零件进行冷却。

冷却系统由膨胀水箱、冷却水泵、散热器、冷却风扇等组成。

冷却水循环分成两个单独系统。

循环管路如图2一2—10所示。

冷却水充满管路和膨胀水箱。

柴油机工作后通过曲轴旋转带动高、低温水泵工作，形成两套独立的冷却水系统。

当高温水泵工作后，冷却水冷却气缸套和缸头后进入散热器，由冷却风扇用空气冷却。

高温水冷却后又返回高温水泵。

低温水泵工作后，冷却水首先冷却进入中间冷却器的压缩空气，而后再冷却机油热交换器的机油，最后进入另一组散热器，也由冷却风扇用空气冷却，然后返回低温水泵。

散热器内冷却水与空气的流动情况如图9—96所示。

六、预热系统

为避免柴油机在过低温度下启动而损坏机件或不能启动，而设预热系统。

系统内的预热锅炉起加热的作用，以便对机油、冷却水预热到一定温度（一般为20゜C）后再启动柴油机。

第三节电传动装置

一、设传动装置的目的

作为牵引动力的蒸汽机输出的机械能可直接驱动机车动轮；

同样作为牵引动力的柴油机（内燃机）则必须通过传动装置后再驱动机车动轮。

其主要原因是：

（一）机车原动机（柴油机）的最大功率是一定的，然而由于机车工作条件的不同（牵引重量、线路断面），所需牵引力变化很大。

如列车起动或在上坡道上运行，需较大的牵引力；

而运行在平直线或下坡道则不需多少牵引力，为在各种不同工作情况下都能发挥原动机的最大功率．则要求原动机的输出特性应是牵引力（或扭矩）与速度（或转速）成反比，如图2—3—1曲线1。

从上节已知柴油机最大输出扭矩不随柴油机转速而改变，如图2—3—1曲线2。

因此，柴油机输出的机械能直接传给动轮，则不能满足机车所需特性要求。

（二）机车运行的速度范围较况最高运行速度（80—100km／h）与最低运行速度（20km／h）之比值约为4—5，而柴油机的转速范围很窄，最高转速（1500一1100r／min）与最低转速（750一450r／min）之比值约为2—3，因此，直接驱动则不能满足机车运行速度要求。

（三）机车需要前进与后退，而柴油机曲轴旋转方向不能改变；

又柴油机不能带负载启动，也不符合机车要求。

基于以上情况，为了使柴油机用于牵引，必需在柴油机与机车动轮间装没传动装置，以改变柴油机的输出特性，满足机车牵引特性要求。

传动装置可以是机械、电力或液力。

由于机械传动不适于大功率机电的传动装置，日前只有电传动和液力传动两种类型。

二、电传动装置

牵引发电机（主发电机）电枢轴与柴油机曲轴相连．柴油机工作时带动牵引发电机电枢旋转而发电，将电能通过电路传送给牵引电动机，使装在牵引电动机电枢上的主动齿轮带动动轮轴上的从动齿轮，而使邮车动轮转动。

依照所用的牵引发电机与牵引电动机电流制的不同，电传动装置分为直—直流电传动、交—直流电传动及交—交流电传动三种型式。

直—直流电传动是内燃机车最先采用的电传动型式。

然而，直流电机用铜多、造价高、可靠性差，当柴油机功率超过3000马力时，作为牵引发电机已不能胜任。

大功率半导体整流元件的出现，用交流牵引发电机加整流装置取代直流牵引发电机，而生产了交—直流电传动内燃机车。

交—交流电传动是最理想的电传动型式，但是，由于交流牵引电动机在变频调速技术的很多问题才解决不久，在国内也才刚刚生产出几台机车。

所以，目前交—直流电传动是大功率电传动内燃机车普遍采用的传动型式。

我们还是将东风4B型内燃机车的交—直流电传动原理作为主要的介绍对象。

（一）交—直流电传动组成

1．牵引发电机（F）：

为一台他励三相同步交流发电机。

（1）同步牵引发电机的工作原理

同步牵引发电机是根据电磁感应原理，将机械能转变为电能的旋转电机。

工业频率的同步电机有两种结构型式，一种是旋转电枢式；

另一种是旋转磁极式。

绝大多数的同步电机，特别是功率较大的电机，都采用旋转磁极式的结构，如图2—3—3所示。

从图中可以看出，同步发电机由定子、转子和空气隙三部分组成。

同步牵引发电机是怎样发出三相交流电的呢？

现用一台结构最简单的同步发电机（图13—2）为例加以说明。

图2—3—3是一台两极同步发电机，定子上装有三相对称绕组AX、BY和CZ。

它们在空间位置上彼此相差120゜，分别代表定子绕组的A、B、C三相。

转子上装有励磁绕组。

当直流电通过电刷和滑环送到励磁绕组时，使相邻磁极产生固定不变的N极和S极极性，在气隙中形成主磁场。

由于设计时采用特殊形状的极弧表面，所以磁场在气隙中的分布为正弦形状，以便在定子绕组中产生正弦波形的感应电动势。

当转子由原动机带动旋转时，主磁场在空间旋转，形成旋转磁场，它与定子绕组导体产生相对运动。

根据电磁感应定律，只要导体与磁场之间有相对运动，而且导体切割了磁力线，就会在导体中产生感应电动势，它的方向可用右手定则确定。

这里要特别注意，右手定则的运动方向是指电枢绕组的运动方向。

在直流电机中，磁场不动，导体在磁场中运动；

而在同步发电机中，却是磁场在运动，而导体不动。

根据相对运动的原理，可以把磁场运动的反方向作为定于绕组导体运动的方向，以确定感应电势的方向，图2—3—5（b）为转子在不同位置时各相绕组感应电动势的方向。

在发电机中，电流与电动势方向相同。

根据电工学中的规定，在发电机中，电流为正时，电流从每相绕组的始端（A、B、C）流出，而从每相绕组的尾端（X、Y、Z）流入；

电流为负时，则方向相反。

因此可得三相交流电动势eA、eB和eC，如图2—3—5a所示。

从图中可以看出．在两极电机中，当转子转过一圈时，定子绕组AX中的感应电动势变化二次、由于三相绕组在定子铁芯中放置的位置不同，当磁极正对着AX绕组的线圈边时，A相电动势达到最大值，而B相绕组需等转子磁极转过三分之一周期（120゜）后，其电动势才达到最大值，也就是说B相的感应电动势在时间上比A相感应电动势滞后120゜。

同理（相绕组需再过三分之一周期的时间，其电动势才达到最大值。

由于三相绕组的结构完全相同，又都在同一对磁极的作用下，所以每相绕组中产生的交流电动势的最大值、频率、波形都是相同的。

因为三相绕组在空间互差120゜，所以三个感应电动势的相位差互为120゜。

这样就得到了最大值相等、频率相同、彼此间的相位差是120゜的对称的三相电动势。

在实际工作中，把三相电动势各相瞬时值达到最大值的顺序，叫做相序。

上图中最初达到最大值的是eA，其次是eB，再次是eC、所以其相序为A—B—C，表示A相超前B相120゜，B相超前C相120゜，C相又比A相超前120゜。

（2）同步牵引发电机的结构特点

同步牵引发电机与直流发电机相比较，在结构上的主要差别是没有换向器。

另外它的励磁绕组布置在转子上；

形成旋转磁场，而电枢绕组却布置在定子上，刚好与直流电机相反。

图2—3—6是TQFR－3000型同步牵引发电机结构图，它的定子结构和异步电机的定子没有很大的区别，是同步发电机中进行能量转换和能量传递的重要部件。

因为定子绕组是产生电动势并且往外输送电能的，所以习惯上把它称为电枢绕组。

因为同步牵引发电机的转速较低，故采用旋转磁极式转子，它的主要功用是产生主磁场。

随着柴油机转速的不同，可以发出不同功率。

但是，由于同步交流发电机自然输出特性是，电压不随输出电流而变化．如图2—3—7曲线l。

这样．当柴油机转速一定，输出功率一定时，机车由于运行坡道的变化，速度发生改变，则使牵引发电机电流改变，因电压不变，则必然引起柴油机过载或欠载，柴油机功率不能得到充分发挥。

为此，采用“励磁调节系统”使牵引发电机具有如图图2—3—7曲线2所示电压UF与电流IF成反比的等功率特性，以保证牵引发电机的输出功率始终与柴油机输出功率平衡。

2．励磁调节系统包括为牵引发电机提供励磁电流的一台三相同步交流励磁发电机（L）、一台为励磁发电机提供励磁电流的他励直流测速发电机（CF）及柴油机的联合调节器（调速器）。

在柴油机转速不变情况下，当机车速度发生变化时，通过联合调节器的作用，改变测速发电机他励绕组电流，即可改变励磁机、牵引发电机的励磁电流和输出功率，从而保证了柴油机功率的充分发挥。

3．启动电机（QD）：

是一台他励直流电机。

当柴油机启动时，作为串励电动机工作；

柴油机启动后转为他励发电机，为测速发电机提供励磁电流，供蓄电池充电和机车辅助用电。

以上几个发电机部由柴油机带动旋转。

在柴油机曲轴输出端，通过联轴节与牵引发电机电枢轴连结，牵引发电机电枢轴又通过万向轴与启动变速箱连结，经启动变速箱变速后．箱体内三根轴分别带动启动发电机、励磁机、测速发电机转动。

其机械联系如图2—3—8所示。

4．牵引电动机（D）；

是一台串励直流电机（东风4B型机车六台）。

（1）牵引电动机的工作原理

牵引电动机工作原理图如图2—3—9所示。

图上A、B表示电刷，电刷A带正电位、B带负电位。

在N极范围内的导体ab中的电流从a流向b，在S极范围内的导体cd中电流从c流向d。

根据电磁力定律可知，载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，电磁力的方向按左手定则决定。

导体ab所受电磁力方向向左，导体cd所受电磁力方向向右。

由于磁场是均匀的，导体又流过相同的电流，故ab边与cd边所受电磁力大小相等，整个线圈在ab、cd所受电磁力作用下逆时针方向旋转。

当线圈由图示位置转过90゜机械角度的瞬间，线圈中的电流为零，但是由于惯性和其它不在这一位置上线圈的作用，线圈可以继续转动，线圈中继续有电流流过，但电流的方向改变了。

导体ab此时转到S极面下，电流从b到a，受力方向向右，导体cd移到N极下，电流方向从d到c，受力方向向左。

故整个线圈仍按逆时针方向转动。

一根导体上所受的电磁力乘以转子半径称为电磁转距。

由于导体转到不同极性的极面下，其中电流会改变方向，致使导体上的电磁转距方向始终不变（转动切线方向），因而电动机的旋转方向就是一定的。

从上述电动机的工作原理可知，电动机所进行的工作是把电能转换为机械能，但在需要时为直流电动机提供机械能，驱动它转动，它又可以发电，实现由机械能向电能的转换，成为一台发电机，这就是所谓直流电机的可逆性。

东风4B型机车正是利用这一原理，在柴油机启动时，将启动辅助发电机QD联接成直流串励电动机，通过前变速箱和牵引发电机转子，带动柴油机曲轴转动。

当柴油机启动后，又将QD改接为他励发电机，发出电能为机车照明、控制等提供直流电源。

直流电机的性能与它的励磁方式有很密切的关系，按励磁绕组和电枢绕组联接方式的不同，可分为他励、串励、并励和复励等励磁方式。

直流电动机的四种励磁