【2017年整理】第6章 辅助电气系统.doc

1246 HXN5 型内燃机车的辅助交流发电机（以下简称辅助发电机或 AA）与牵引交流发电机（以下简称牵引发电机或 TA）安装在一起（见图 6-1），统称发电机组件型号为5GMG201E1其中，辅助发电机包括一套励磁绕组和三套互相独立的输出绕组柴油机起动后，在 AA 励磁绕组通有励磁电流的情况下，三个输出绕组分别输出不同等级的交流电源供给机车辅助电路主要包含（但不限于）励磁供电系统、辅助电动机供电回路、蓄电池充电系统以及控制系统等图 6-1 机车辅助电器设备布置图辅 助 电 气 系 统辅助交流发电机滑环牵引电机通风机和空压机发电机通风机牵引交流发电机冷却风扇电机蓄电池电器柜HXN51256 辅 助 电 气 系 统6.1 辅助交流发电机6.1.1 辅助发电机位置辅助发电机 AA 集成与交流发电机，它位于机车的交流发电机间内与牵引发电机一起连接在柴油机后部见图 6-1 中6.1.2 辅助发电机特点辅助发电机三套绕组输出三个不同等级的三相交流电源分别供给不同的辅助电路即主辅发电机励磁电路、冷却风扇等辅助发电机回路、蓄电池充电电路按负载的不同可将这三套绕组分为：励磁供电绕组、辅助电动机供电绕组、蓄电池充电供电绕组。

如图 6-2 所示：当柴油机旋转时，由于辅助发电机的转子与柴油机曲轴连在一起，所以辅助发电机 AA 的转子也在旋转如果此时给辅助发电机的励磁绕组通一直流电，则辅助发电机发电的两个外部条件均已满足旋转的励磁绕组产生旋转的磁场，当该磁场被电枢绕组切割时，在电枢绕组上便产生了电动势所以产生了电压由于磁场是旋转的，反应到输出绕组上便产生交变的电压这样就输出了交流电因为每套绕组均有三相，所以便产生了三相交流电源6.1.3 辅助交流发电机的起动6.1.3.1辅助交流发电机 AA 起动条件控制系统决定辅助发电机（AA）何时起动AA 的起动必须同时满足三个条件方能进行机车上的 CCA 可检测这些条件并作出反应柴油机转速在 400 转/分到 1050 转/分之间，并至少持续 20 秒所有辅助柜的柜门关闭并锁好，DIS1－DIS4 触点闭合图 6-2 辅助发电机内部原理图HXN5 126和 谐 5 型 内 燃 机 车智能显示器的第 2 级开关显示屏上的 AA 输入/输出（in/out）开关必须打到 In 位置1．柴油机转速检测如果辅助发电机不在运行，智能显示器 3 通过 ECU（柴油机控制单元）采集有关柴油机转速数据。

如图 6-3ECU 读取来自柴油机曲轴传感器的输入数据，并将该数据转换成曲轴转速信息，并传送给 DS3智能显示器中的软件对柴油机转速设有限值检测如果转速值在 400 转/分到 1050 转/分之间，则起动定时器如果柴油机转速保持稳定持续 20 秒，智能显示器将继续检测其他两个条件是否满足2．辅助柜关闭检测图 6-3 智能显示器与柴油机控制单元（ECU）间的信息传递机车上的任何一个辅助柜在起动辅助发电机时都不允许打开如果由于某种原因已经打开，那么 CIO 将通过与门锁相连的一组 DIS 开关触点检测到门的状态图 6-4 示出了当辅助柜门打开时 DIS3 的状态在这种情况下，CIO 得不到蓄电池的高电平输入信号，CIO 将该信息传送给了 DIS3（见图 6-5）如果辅助发电机正在运行时打开柜门，智能显示器检测到这种情况会立即作出反应，关闭 AAC（辅助发电机励磁控制器），使 AA 停止运行只要该情况存在，DS3 将不执行辅助发电机的起动操作图 6-4 辅助柜门打开时触点状态ECUWA WBAACWA WBCIOWA WBDS3WA WB终端电缆 终端电缆DIS1 DIS1 DIS1 DIS1R1CIOS15蓄电池+蓄电池-HXN51276 辅 助 电 气 系 统图 6-5 CIO 与 DS3 间信息传递当辅助柜门关闭并锁好时，表明柜内无人，可以安全恢复机车高电压，DIS3 的状态即发生改变，如图 6-6 所示。

CIO 接到蓄电池的高电平输入，并将该信息送给DS3DS3 接到该信息后，在其他两个条件也得到满足的情况下，其软件即认为可以安全起动辅助发电机了图 6-6 辅助柜门关闭时触点闭合3．对辅助发电机断路开关的响应在智能显示器的第二级开关屏上见图 6-7 中，标有“Aux Alt”的拨动式开关即为辅助发电机切断开关，图中开关的位置表明 AA 处于切除状态AA 切断开关的位置可通过拨动两排按钮中的一个按钮来控制，这些按钮安装于智能显示器显示屏的下面尤其是当智能显示器上显示出第 2 级开关屏时，拨动按钮排中的 4 号按钮便可以转换 Aux Alt 开关的位置ECUWA WBAACWA WBCIOWA WBDS3WA WB终端电缆 终端电缆R1DIS1 DIS2 DIS3 DIS4CIOS15蓄电池+蓄电池-HXN5 128和 谐 5 型 内 燃 机 车如图 6-8 所示，当开关拨到“接入”（In）位置时,在其他两个起动条件均满足的情况下，DS3 的软件便允许辅助发电机起动图 6-7 智能显示器显示辅助发电机处于切除状态HXN51296 辅 助 电 气 系 统图 6-8 智能显示器显示辅助发电机处于接入状态6.1.3.2辅助发电机起动当起动辅助发电机的三个条件得到满足时，控制系统便开始起动辅助发电机。

1．蓄电池给辅助发电机提供励磁智能显示器 DS3 控制 CIO 吸合励磁继电器（FFR）当 FFR 被触发时，其触点保证蓄电池电流通过 AA 的励磁线圈电路状态如图 6-10所示，励磁线圈中的励磁电流 I 励磁仅包含蓄电池电流，即 I 励磁=I 蓄电池此时，AA 的各输出绕组开始建立电压输出由于在 AA 的辅助电动机供电线圈输出端直接接有交流发电机通风机电动机、辅助柜通风机电动机和过滤用排风机电动机这些负载的接入有利于保持输出线圈上电压的平稳升高在升压过程中，控制系统必须及时对电压上升状况进行跟踪检测，并计算出在 AA 起动过程中乃至起动后均要用到的重要控制参数电动机负载有助于这种检测的实现在 AA 的辅助电动机供电线圈输出端建立电压时，该电压经电压衰减模块进行衰减处理后，由 AAC 作为输入读取反馈电路如图 6-9 所示AAC 读取输出电压后，再利用输出电压过零点而计算得到的发电机输出频率计算出 AA 辅助电动机供电线圈每赫兹的输出电压值HXN5 130和 谐 5 型 内 燃 机 车2．蓄电池与 AAC 同时给辅助发电机提供励磁当 AAC 计算出 AA 的电动机供电线圈输出的 V/Hz 比率约为 0.38 时，此时，AAC 中的软件系统触发其内置 SCR 整流桥，来自 AA 的励磁供电线圈的交流电被整流桥电路转换为直流电，与蓄电池一起给 AA 的励磁绕组励磁，即 I 励磁=I 蓄电池+IAAC，随着 AAC 电流的加入，I 励磁增大，从而电动机供电线圈输出的 V/Hz 比率也有所增大，AA 的励磁供电线圈输出也增大，从而使 IAAC增大，相应地 I 励磁、V/Hz 比率及 AAC 输出又有所增大。

形成了一正反馈循环AAC 的软件系统对该过程进行监视与控制，不断地跟踪检测 AA 的电机供电线圈输出端的 V/Hz 比率增大状态V/Hz 比率与 I 励磁同步增大，当其值达到 3.0 时，AAC 的控制软件将有所变化3．辅助发电机的 AAC 励磁及输出调节当 AAC 计算出 AA 的电动机供电线圈输出的 V/Hz 比率已经达到 3.0 V/Hz 时，即通过 ARC 网络向智能显示器 DS3 发送信息， DS3 接到信息后便命令 CIO 让 FFR（磁场继电器）释放，使其触头断开FFR 继电器的触头断开后，蓄电池就不再向 AA 的励磁绕组供电图 6-9 辅助发电机的蓄电池供电励磁电路WAWB辅助交流发电机相电压ABCFFRFFRAAC蓄电池-辅助电动机供电绕组蓄电池充电供电绕组励磁供电绕组励磁线圈蓄电池+TACBCCHXN51316 辅 助 电 气 系 统当由于失去了蓄电池供电电流而使 I 励磁值减小时，AAC 能够检测到电机供电线圈输出的 V/Hz 比率的变化，输出更大的电流 IAAC以补偿 I 励磁的减小，从而使 V/Hz 比率恢复到 3.0 并继续增大直到 AA 的电动机供电线圈输出的 V/Hz 比率达到最终工作值3.83。

AA 的其它供电线圈也都能为机车上其它辅助系统提供所需要的电源辅助发电机起动程序完成后6.2 交流发电机励磁电路辅助发电机有三套输出绕组，其中一套为励磁供电绕组该绕组输出的交流电经励磁控制器转换为直流提供给牵引发电机 TA 和辅助发电机 AA 的励磁绕组使 TA 和 AA 输出交流电分别供给牵引回路和辅助回路图 6-10 为该回路电路6.2.1 辅助发电机励磁电路6.2.1.1 电路设备辅助发电机励磁电路由 AA 励磁供电绕组、AAC（辅助发电机励磁控制器）和 AA 的励磁绕组组成另外，AAC 还通过 TMC，TBC 及 TAC 与 DS3 相连智能显示器 DS3 控制AAC 的运行 表 6-1 给出了这些器件在 HXN5 型机车上的安装位置及它们的功能图 6-10 辅助交流发电机励磁供电电路原理图AA 励磁供电绕组ARC 网络连接、通过TMC、TBC 及 TAC 与 DS3 相连ARC 网络连接、连至 BBC 及更远处TAC牵引发电机励磁控制器AAC辅助发电机励磁控制器TAPTA 励磁绕组AA 励磁绕组ARC 网络连接、通过 ECU与 DS3 相连ARC 网络连接、连至TBC、TMC、AAC 等处HXN5 132和 谐 5 型 内 燃 机 车表 6-1：辅助发电机励磁电路中的器件项 目 安装位置 功能AA 励磁供电绕组 交流发电机间（ALT） 提供三相交流电给 AA 励磁AAC（辅助发电机励磁控制器） CA4（控制区 4 ） 将 AA 励磁供电绕组输出的三相交流电变换为直流并加以控制AA 励磁绕组 ALT 利用 AAC 提供的直流电建立磁场，智能显示器 3 HCN（副司机操纵台） 控制 AAC 的运行6.2.1.2 工作原理在司机控制器控制柴油机转速到第 8 位时，AA 励磁供电绕组输出其最大值67VAC（线电压）。

在智能显示器 3 的控制下，该交流电被 AAC 转换为直流电并加以控制在智能显示器 3 对 AAC 进行正常控制且供给 AA 励磁绕组直流电流的情况下，AA 给机车所有控制、辅助系统提供电源如果由于某种原因需要停止 AA智能显示器 3 可通过使AAC 停止工作来实现当 CA2、CA3、CA4、CA5 的柜门敞开或们的连锁开关断开时，智能显示器 3 也可自动完成该工作当然关断 AAC 的工作也可由操作人员手工完成AAC 除了接受智能显示器 3 命令控制辅助发电机励磁电流外，还可通过读取 AA 的反馈信息对自己的工作状况进行监控6.2.2 牵引发电机励磁电路6.2.2.1 电路设备TA 励磁绕组电路由 AA 励磁绕组、TAC（牵引发电机控制器）、TAP（牵引发电机保护板）、TA 励磁绕组组成智能显示器 3 控制 TAC 的运行其线路连接如图 6-4 所示表 6-2 给出了这些器件在 HXN5 型内燃机车上的安装位置和功能表 6-2：辅助发电机励磁电路中的器件器件 安装位置 功能AA 励磁供电绕组 交流发电机间（ALT） 提供三相交流电给 TA 励磁TAC（牵引发电机励磁控制器） CA2（控制区 2 ） 将 AA 励磁供电绕组输出的三相交流电变换为直流并加以控制TAP ALT 保护 TATA 励磁绕组 CA2 利用 TAC 提供的直流电建立磁场，智能显示器 3 HCN（副司机操纵台） 控制 TAC 的运行6.2.2.2 工作原理在柴油机转速提到第 8 位手柄时，AA 的励磁供电绕组输出达到最大值 6。