HXn5型机车5.docx

1、HXn5型机车55牵引电传动系统HXN5 型燃机车属交流电传动燃机车。该车由柴油机来产生机械能。利用交流发电机 将机械能转换成交流电源。由于该交流电频率及电压均不适合 HXN5 型燃机车的交流牵引电动机。所以必须进行转换调整，首先由主整流器组将交流转换成直流。然后再由采用 IGBT 器件的逆变器转换成可变频变压的交流电，在机车牵引时，牵引电传动系统传送给 牵引电机定子绕组的交流电源信号频率必须高到它足以产生一个转速稍高于转子转速的 旋转磁场。即逆变器产生的同步转速高于转子转速时。旋转的定子磁场给转子导条中产 生电流，因而它对转子就提供了转矩，使其旋转并驱动机车。当机车在电阻制动时，轮 轴制动能

2、量通过牵引电动机转换为电能并损耗在制动电阻上。因此， HXN5 型燃机车牵引电传动系统主要主要由以下几部分组成：交流牵引发电机整流及逆变装置交流牵引电动机制动电阻原理及装置具体布置见图 5-1 （图中制动电阻未示出）。5 .1 交流牵引发电机HXN5 型燃机车的牵引发电机采用的是凸极转子的同步发电机，牵引发电机与辅助发 电机同轴，相当于一个机座有 4 个电机，结构复杂。5.1.1牵引发电机的主要数据5GMG201E15.1.2牵引发电机的结构HXN5 型燃机车用的 5GMG201E1型同步牵引发电机为卧式单轴承结构的三相凸极同步 发电机，星形连接，转子极数为 10，图 5-2 、图 5-3 为

3、该电机的外形图和结构图。该电机为主、辅发电机同轴，轴承为单列圆柱滚子轴承，可用型号有 FAG 558830C 和 SKF 466860VAR，主、辅发电机与滑环位于轴承两端。机座上装有转子支撑以支撑转子，防止 轴承在电机安装到机车前遭到破坏。电机的输入端为法兰形式，与柴油机曲轴直接耦合 传递动力。该电机的冷却为轴向强迫通风，冷却空气由辅助发电机外围的大端盖上方的入口进 入，一条支路冷却主发电机定子和转子，另一条支路冷却辅助发电机定子和转子，冷却 空气在主发电机后端汇合，从后端排出。图 5-2 5GMG201E1型同步牵引发电机外形图图 5-3 5GMG201E1 主 / 辅发电机结构图1- 转

4、子装配； 2- 转子支撑； 3-主发定子装配； 4-主发出线端； 5- 辅发出线端；6-刷盒； 7-滑环； 8-辅发转子； 9-辅发定子； 10轴承5.1.2.1定子结构 该电机的定子铁芯由 9 片扇形冲片拼成整圆， 90 个开口槽，设两排共计 162 个通 风孔。定子铁芯叠片成型后用拉杆、压圈和压块固定，再与定子机座热套紧固，机座上 有挡肩定位。定子引出线在位于电机固定后端盖的侧上方，并由绝缘子沿电机轴向固定 在端盖的圆周面上。定子绕组为三相星形连接，中性点没有引出线。线圈节距为 1 9，每极相绕组由 3个线圈串联，每相绕组由 10 个并联支路组成。定子线圈由两根熔敷导线并绕而成，每个 线圈

5、 4 匝，除端部外，直线段和圆弧段为三分之二叠包增强云母带一次。5.1.2.2转子结构 电机转子是主发电机转子和辅发电机转子同轴，辅发电机为外转子结构，主、辅发 转子位于轴承的一端，轴承的另一端安装了滑环系统。转子外径为 1086.5 mm，中心点气隙为 4.65 mm，转子磁极由两排 8 根螺栓与磁轭 紧固。转子磁极铁芯两端采用精铸端板，无阻尼绕组，磁极线圈为扁绕整匝导体，并压 成弧形，宽厚比较大，高达 21，匝数为 35 匝。5.1.2.3滑环与刷架系统 滑环组装与转轴之间采用过盈配合连接，钢质滑环和滑环毂之间的绝缘采用浇铸 式，有别于传统工艺。接线柱上有绝缘套管。滑环表面车有右旋螺旋槽。

6、 4 套滑环分别 为主、辅助发电机转子绕组励磁供电，励磁电缆联线由转轴上的凹槽穿过轴承连接励磁 绕组和滑环。刷架系统安装在端盖外侧，共有 16 个刷盒，每个刷盒一块斜碳刷，碳刷尺寸为 19.05x44.45 。刷架系统由上下可拆卸的两个保护罩与外界防尘隔离。刷架系统引出线安 装在下方保护罩上。5.2 整流器及逆变器HXN5 型燃机车是交流电传动燃机车，主牵引变流器主要由 1 台二极管整流器和 6 台IGBT 逆变器构成，它将同步发电机发出的三相交流电压整流成脉动直流电，再逆变成变 频变压的三相交流电以驱动 6 台交流牵引电机。此外，主牵引变流器还包括检测电路、 保护电路等部分。5.2.1电气原

7、理电气原理图见图 5-4 。由图中可见整流器是由三个二极管整流桥臂构成，分别是 RMA、 RMB、 RMC。逆变器一共有 6 台，分别是 INV1、INV2、INV3、INV4、INV5 和 INV6， 它们的电气结构完全一致。图 5-5 是 INV1 详细电气原理图，主要由支撑电容（ C11、C12）、 IGBT 器（ P1AP P1CP、 P1ANP1CN）、电流传感器（ CM1A、CM1B）、电压传感器（ VAM10）、快速熔断器 （F1A1F1C2、F1A2F1C2）、 IGBT 驱动电源（ GDP1）、牵引控制器（ TMC）构成。支 撑电容的作用是稳定中间直流电压，防止逆变器开关动作

8、时直流电源的浪涌电流和尖峰 电压。 IGBT 是逆变器的核心开关器件，按照一定的顺序开关相应的 IGBT 器件，就能产 生驱动牵引电机的三相电压。电流传感器用来检测 2 个桥臂的电流，也即是牵引电机的 2 相电流，该电流信号经过牵引控制器 TMC 计算后，产生控制逆变器工作的 PWM调制信号。电压传感器（ VAM10）测量两处电压，中间直流电压和牵引电机三相线电压，中间直 流电压信号主要用于保护，牵引电机线电压信号则通过牵引控制器 TMC 产生控制逆变器工作的 PWM调制信号。桥臂快速熔断器主要用于保护 IGBT 器件，当逆变器任一桥臂发生短路故障时，所在桥臂电流快速增大，快速达到快速熔断器的

9、整定值，快速熔断器断 开该桥臂，避免该桥臂上的 IGBT 器件被短路电流损坏。 IGBT 驱动板电源（ GDP1）将机 车蓄电池电压 74V 转化为 100V、25Hz 的方波电压为 IGBT 的门极驱动板提供工作电源。 牵引控制器（ TMC）是这个逆变器的核心控制单元，主要由 6块微机插件板和 2 块光纤驱动板构成，它将电压传感器、电流传感器和速度传感器等输送的信号经过数模转化后， 按照矢量控制的算法产生 PWM调制信号，通过光纤驱动板将信号传送给 IGBT 驱动板，以图 5-5 INV1 逆变器电气原理图控制相应 IGBT 器件的通断，产生满足司机指令要求的三相交流电压，驱动牵引电机工 作

10、。表 5-1 列出 6 个牵引逆变器中各关键部件的代号（与 INV1 对照）。表 5-1 逆变器关键部件代号表IGBT器件电流传感器中间直流电 压传感器牵引电机电 压传感器门极驱动电源快速熔断器牵引控制器P1AP、P1BP、P1CPP1AN、P1BN、P1CNCM1、A CM1BVAM10VAM10GDP1F1A1、F1A2、F1B1F1B2、F1C1、F1C2TMCP2AP、P2BP、P2CPP2AN、P2BN、P2CNCM2、A CM2BVAM13VAM10GDP1F2A1、F2A2、F2B1F2B2、F2C1、F2C2TMCP3AP、P3BP、P3CPP3AN、P3BN、P3CNCM3、

11、A CM3BVAM13VAM11GDP2F3A1、F3A2、F3B1F3B2、F3C1、F3C2TMCP4AP、P4BP、P4CPP4AN、P4BN、P4CNCM4、A CM4BVAM11VAM11GDP2F4A1、F4A2、F4B1F4B2、F4C1、F4C2TMCP5AP、P5BP、P5CPP5AN、P5BN、P5CNCM5、A CM5BVAM13VAM12GDP3F5A1、F5A2、F5B1F5B2、F5C1、F5C2TMCP6AP、P6BP、P6CPP6AN、P6BN、P6CNCM6、A CM6BVAM12VAM13GDP3F6A1、F6A2、F6B1F6B2、F6C1、F6C2TMC

12、图 5-6 整流器模块在电气室 CA5 的安装位置5.2.3逆变器5.2.3.1基本参数5.2.2整流器5.2.2.1基本参数5.2.2.2输出电压（结温 175 C时） 输出电流（结温 175 C时） 工作温度：输入电流（最大值）：410 A输出电压（基波有效值）：1100V输出电流（基波有效值）：850 A输出容量：709kVA输出频率（最大值）：200 Hz输入滤波电容器：4500 FIGBT 参数：2.4kV, 2.2kA效率： 0.98工作环境温度：40 C存放温度：-45 C 85 C功率模块参数：型号： 17FM789 （+）， 17FM790（- ）数量：36模块构成：1 个

13、IGBT，1 个反并联二极管1 个散热器， 1 个门极驱动电路冷却方式： 强迫空冷 柴油机全速空气流量（最小值） 5.9 M 3/min 柴油机怠速空气流量（最小值） 2.49 M 3/min模块重量： 模块体积： 支撑电容参数： 额度定电压： 额定峰值电压： 载流能力： 电容值： 绝缘介质： 寿命： 环境温度： 填充物： 自感： 绝缘电阻： 重量：24.9 kg432mm 356mm 127 mm1800V2700V pk260Arms （连续）， 350Arms（1 小时）2250 F聚丙烯膜+/- 7% （20 年）-40 67矿物油60nH10 M ?32Kg图 5-7 安装在 CA3

14、和 CA5 里的逆变器5.2.3.2位置六个逆变器的主要部件安装在 CA3（控制区 3）和 CA5， CA3和 CA5位于电气室后部 机车的对边。主要部件包括逆变器开关和直流滤波电容。逆变器布置如图 5-7 所示。控制这些开关的计算机板安装在 CA2 的牵引电动机控制器（ TMC）上，位于电气室 的左边。用来测量供给每台牵引电动机相电流的器件安装在 CA4和 CA5 的底部。测量牵引电动机相电压的元件安装在 CA5的左右侧壁上，位于电气室的右后边。5.2.4牵引控制器（ TMC）智能显示器为 HXN5 型燃机车上每台牵引电动机提供指令信号，而牵引电动机控制 器（ TMC）的任务是将这些信号转换

15、成可用来驱动与牵引电动机相连接的逆变器的信息。 TMC通过驱动它部的六个微机 -I/O （CPU-I/O ）卡和两个光纤卡来实施这项工作。5.2.4.1位置TMC位于 HXN5 型燃机车上电气室控制区 2（ CA2）的左上部。图 5-8 示出了该位置 上的 TMC。图 5-8 安装在控制区 2 （ CA2）中的 TMC示图5.2.4.2功能为了控制 HXN5 型燃机车上的六台牵引电动机，智能显示器通过有线连接的 ARCNet网络发送转矩和车轮打滑指令到 TMC。 TMC中的光纤卡被连入，充当这些指令的接收器 /传送器通道。一组专门的转矩和车轮打滑的信息由通道传送至 TMC中六个 CPU-I/O 卡中的一个卡。这个对应的 CPU-I/O 卡获取这些转矩和车轮打滑的信息，并将它们转换为一 组控制信号，控制信号被传送到连接于并控制 TM的变频器上。该控制信号采用了通 / 断的光纤信号方式，其被