DF7型内燃机车电子恒功.docx
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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2000~2700马力，测功器测功比例300KW/V
3、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：
5A
7、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
（r/min）
400
430
500
600
700
800
900
1000
直流控制信号
En（V）
－3.6
－3.87
－4.5
－5.4
－6.3
－7.2
－8.1
－9.0
DF7C1型功率
给信号Pref（V）
／
－0.28
－0.68
－1.234
－1.80
－2.50
－3.333
－4.167
DF7C1型功率给
定号Pref（V）
／
－0.34
－0.753
－1.347
－2.11
－2.95
－4.06
－4.167
9、机车限压值：
1000r/min时770V。
10、机车限流值：
856~1000r/min时6000A。
三、基本工作原理
（一）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，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。
F/V变换器将柴油机的转速脉冲信号变换成和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、提供主发电机和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=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Usi和电流Isi乘起来，得到实测的主发电机输出功率P，送入比较器A。
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和霍尔测功器送来的功率检测信号P进行比较，若Pref值和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值和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值和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：
+110V
PVBG1
励磁机励磁绕组
BG2－110V
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和测压器测出的电压信号U进行比较，只有U＞Uref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。
在比较器A中│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和测流器（HL7）测出的电流信号I进行比较，只有I＞Iref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。
其限流原理和限压原理相同。
3、辅助功率转移
柴油机转速在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。
（二）空转保护装置原理
ΔI
I1
I2A
I3IMANPK
I4
I5
I6
I1
I2
I3IMIN
I4
I5
I6
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转，其原理如方框图2所示。
六台牵引电机电流I1~I6通过最大值检测环节检测出最大电流Imax，同时I1~I6通过最小值检测节检测出最小电流Imin，Imax和Imin在比较环节A中进行比较，当Imax和Imin的差值超过充许的ΔI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I1~I6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，使主发电机功率、辅助功率之和和柴油机输出功率平衡，即：
Pe=Psi+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=Psi+PF
运行中当辅助功率发生变化时（空压机、冷却风扇工作和否），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ΔP，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=Psi+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HL1~6测得，通过连接插头4—1、4—2、4—3、4—4、4—8、4—9和开关K401~K401，D401~D406经过R402向运算放大器A401（为反向器）输入最大电流信号Imax，反向后，经R407向A402输入-Imax。
从K401~K407各分出一路经D402~407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ΔI值信号。
当Imax-Imin>ΔI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，避免功率突增而引起新的空转。
组件5为功率比较积分插件
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值和功率给定信号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值和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值和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5—32及5—33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。
在机车工作时，LLC闭合，5—32及5—33接通，R511和接地点相通，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变换成和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=f（n）
隨转速变化的限流基准信号Iref=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。
A604为限流控制运放，当I＞|Iref|＋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±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±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，把各组件上重要信号量都集中到此，以便检测。
使用时开关可置任何位置，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9—7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11—5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（HL1~6）
测流比为200A/V。
柴油机转速传感器
它使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B1/17（a3I）、75号线、8A向组件10—32供电。
－110V电源经B1/16（a3J）74号线、A7向10—42输入。
向组件7（稳压电源）输出两组18V交流电压。
交流18V+→组件10—3、4→组件7—1、2。
另一组交流18V经组件10—8、9→组件7—3、4。
2、稳压电源（组件7）输入输出电路
稳压电源7—16~18、24~27、20~22向组件1—20、24、16，组件4—17、25、21，组件5—16、24、20，组件6—16、24~25、20，组件8—1、41、2，组件9—12、11、15提供±12V直流电压。
同时经A12、A10、B8/3、B8/4（ａ1F、G）向HL78、HL1~6提供±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B1/18（a3K）→76号线→A45→组件6—2，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，由函数发生器经6—27→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B1/18（a3K）→76号线→A45→组件6—2，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5—31→组件1—31。
辅助功率信号VOT经功调电阻Rgt（a1D）→627B→D1/8→627A→B2/29→627→A28→组件1—4。
Rgt负电源经628B→D1/10→628A→B2/30→628→A29输入。
5、功率比较输入电路
组件6—27向组件5—9输入功率给定信号Pref。
测功测流器（组件11）经11－7向组件5－1输入功率检测信号P。
（二）功率调节电路
当功率给定信号Pref和功率检测信号P发生偏差时，组件5－8、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9—19、20→VMOS功放管BG904→组件9－1、2→A24、25→61→（ａ3C）→B1/7→61A→ZK1回QD负端。
（三）限流、限压保护电路
1、限压保护电路
电压检测电路：
+110V→B1/3（a8B）→17K→B1→组件8―19。
－110V→A1/1→10H→B1/1→101→B2→组件8—24。
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PIim，再经6—14→组件5—14。
A501经5—8、37输出功率控制信号VP→组件9—7。
使A901控制电压下降，最终使主电机功率下降。
其电路和功率调节电路相同。
2、限流保护电路
电流检测信号I经组件11—6→604A（a1j）→B8/9→604→A34→组件6—4。
当I＞|Iref|时,运放A605输出限制信号,再经运放A606反向后输出功率限制信号PIim，再经6—14→组件5—14。
运放A501经5—8、37输出功率控制信号VP→组件9—7。
使运放A901控制电压下降，最终使主电机功率下降。
其电路和功率调节电路相同。
（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1~6D电流信号，分别经1~6HL、再分别经B8/10、B8/11、B8/12、B8/13、B8/14、B8/15输入组件4（a1J~a1K）。
当Imax和Imin之差大于△I时，倒向放大器P经4—42输出空转控制信号PK→组件5—42。
P+PK＞Pref，运放A501经5—8、37输出功率控制信号VP→组件9—7。
使运放A901控制电压下降，最终使主电机功率下降。
其电路和功率调节电路相同。
（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1—34输出辅助功率变化信号PHC经组件1—4→组件5—4。
运放A501经5—8、37输出功率调节信号VP→组件9—7，作为运放A901的控制电压，降低主发电机输出功率，其电路和功率调节电路相同。
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）17KB1－B1/3整流柜输出电压正端
10IB2―B1/1 整流柜输出电压负端
（2）61A24、A25－B1/7励磁辅助电路110V负端
61A21、A22－B1/8励磁绕组L端
60A27－B1/6励磁辅助电路110V正端
（3）75A8－B1/17 110V＋
75A7－B1/16 110V－
（4）601A12－B8/4 ＋12V
611A11－B8/16 0V
600A10－B8/1 －12V
上述导线检查无误后方准接入电子恒功装置。
2、检查装置各开关位置是否正确
（1）组件10电源开关置于“通”位。
（2）组件6扣功开关置于“通”位。
（3）组件4牵引电机1~6开关均置于“不扣功”位。
3、接通操纵台电子恒功开关，组件10指示灯亮，同时有逆变器振荡声。
扳动转换开关检查P、I、U、PIim、Pk、En、Pref等均应指示为0，+12V、－12V、＋24V、+110V均应指示正确。
4、由检测孔检测I1~I6、I、U、P等均应为0，Vp为负值。
5、未启动柴油机时，可由组件5调节正电压输出为0.2V，用连接导线接至Vp测试孔，司机控制物柄置“保”位，励磁机励磁电流表应有励磁电流显示。
6、柴油机启动后由测试孔检测En值和柴油机转速关系应和表1相符。
不符时应由专业人员调试校准。
六、运用时注意事项
1、机车在运用前应注意检查电子恒功装置的各插件固定螺钉是否坚固若有松动应将其拧紧。
2、板面上的扣功开关正常情况下应在“不扣功”位，当柴油机某个缸发生故障甩缸时，才应将扣功开关置于“扣功”位。
3、组件6面板上牵引电机1~6开关及空转输出开关，机车正常运行时均应在“通”位，当某个牵引电机，电空接触器或组件12发生故障，使其电流信号偏离正常值时，应将其相应的开关置于“断”位。
当组件4内发生故障有PK输出产生扣功，使机车功率上不去时，应临时将空转出开关置于“断”位。
4、柴油机转速传感器触头磁性较强，时间长了容易吸附铁粉，造成触头和齿轮的齿间短路，灵敏度降低，所以要注意经常检查保养，使其保持良好状态。
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