SDA3型交流傳動內燃機車電傳動系統設計

梅蘭風

摘 要： 系統闡述SDA3型交流傳動內燃機車的牽引特性、制動特性、主傳動系統、交、直流輔助系統、機車控制系統、重聯控制系統等。

關鍵詞： 交流傳動；內燃機車；電傳動系統；設計

Abstract：The system states the traction characteristic， dynamic brake characteristic， main transmission system， AC and DC auxiliary system， locomotive control system and MU control system of SDA3 type AC transmission diesel locomotive.

Key words：AC transmission； diesel locomotive； electrical transmission system； design＼1 概述

“SDA3型交流傳動內燃機車”（以下簡稱為SDA3）是我公司根據泰國鐵道部（以下簡稱泰鐵）要求，為提升泰國國內的基礎設施，改善日益趨緊的交通壓力而研發的貨運內燃機車。

SDA3電氣系統的全新設計充分考慮了SDA3將運行于泰鐵東線，20噸軸重區間的線路特點，及機車每月需走行1.8萬至2.0萬公里的負荷量，且全部采用單機牽引，列車重量2500噸等因素。

2 SDA3的牽引和制動性能

2.1 SDA3的牽引性能

SDA3的牽引特性按《出口泰國SDA3型機車牽引特性計算文件》計算，牽引計算結果如圖1所示：

圖1基本數據：

柴油機裝車功率：2380kW；柴油機轉速：1800r/min；主發電機額定容量：3300kVA。牽引齒輪傳動比：90/17；軸重：20t；輪徑：1032mm；啟動牽引力：460kN；持續牽引力：360kN；持續速度：17.7km/h；機車最大速度：100km/h。

牽引噸位Q及坡道i對應關系分別為：Q=2500t，12‰；Q=2500t，10‰；Q=1000t，20‰，水平曲線最小半徑：180m；Q=1000t，20‰；Q=1000t，10‰；Q=2500t，0‰；Q=1000t，0‰。

2.2 SDA3的制動性能

SDA3的制動特性按《出口泰國SDA3型機車制動特性計算文件》計算，制動計算結果如圖2所示：

圖2基本數據：

高速恒功區：控制輪周輸出功率為2382kW。

低速恒制動力區：0～36.5km/h的速度區間，最大制動力為235kN。

3 電傳動系統設計

SDA3電傳動系統的設計，將產品的可靠性放在首位，盡可能采用成熟的交流傳動技術。在保證SDA3可靠性的前提下，對于機車的各電氣系統及有關部件進行了優化設計，提高了機車的先進性和可靠性。

SDA3電傳動系統分為下述幾部分：

a.交-直-交主傳動牽引系統，且具備電阻制動及自負荷功能；

b.74V等級直流輔助系統；

c.交流輔助系統；

d.機車控制系統；

e.機車重聯系統；

f.單操縱臺。

3.1 主要技術參數

·主傳動系統：中間直流電壓DC1600V，其他如下：

系統滿足機車2380kW裝車功率的需要；

起動牽引力460kN，持續牽引力360kN，持續速度為17.7km/h；

電阻制動功率：2600kW。

·直流輔助系統及控制系統：DC 74V；

·交流輔機系統：柴油機惰轉時，輸出三相200V，42.3Hz；柴油機1800r/min時，輸出三相480V，101.6Hz，容量480kVA。

·蓄電池：210A·h。

3.2 主傳動系統

主傳動系統由主發電機、主變流柜、牽引電動機、電阻制動裝置組成。

在牽引工況下，主發電機輸出的三相交流電經牽引變流器的整流模塊整流為直流電，逆變模塊將直流電逆變成VVVF（變頻變壓）的三相交流電，給異步牽引電動機供電，控制方式為軸控。通過逆變器改變輸出電流的相序，使交流牽引電動機改變轉向，從而改變機車的運行方向；在制動工況下，牽引逆變器通過交-直變換，將牽引電機發出的三相交流電轉換成直流電，傳輸到中間直流回路，消耗在制動電阻裝置上；在自負荷工況下，主發電機的輸出電源經整流后輸入至中間直流回路，通過開通牽引變流器的斬波器將柴油發電機組的能量消耗在制動電阻上，以驗證柴油發電機組的功率輸出特性。

3.3 直流輔助系統

直流輔助系統由交流輔助發電機、充電機、蓄電池以及機油預潤滑泵、燃油預供泵、機車控制系統、照明、DC 24V變換器（為柴油機電控總成24V負載提供電源）等用電系統組成。

在柴油機運行時，采用充電機將輔助發電機輸出的三相交流電整定為DC 74V電壓，實現帶溫度補償的蓄電池充電功能，同時為機油預潤滑泵、燃油預供泵、控制系統、照明等供電；柴油機停機時，由蓄電池實現機車控制、照明、生活設施及柴油機起動的供電要求。

柴油機起動由柴油機自帶的64V起動馬達自起動。

直流輔助控制系統主要包括：

a. 照明控制：機車每端設有2個50W氙燈作為前照燈，其燈光強度可調節；機車每端設有2個35W氙氣白標志燈及2個6W LED紅標志燈；司機室內設有閱讀燈、司機室頂燈；機車各功能區域設有LED車體燈、車底燈、檢查燈（每個室都布置供檢查燈用的插座）；

b. 風喇叭控制：通過主副操縱臺的風笛開關進行單獨控制，符合TB/T 3051-2009標準要求；

c. 外接電源充電控制：通過車架兩側設置的充電插座可對蓄電池進行充電；

d. 移車控制：通過微機控制系統LCS及牽引變流柜內驅動控制單元DCU對移車接觸器BJ+、BJ-的控制可實現車載蓄電池移車功能。

3.4 交流輔助系統

交流輔助系統由交流輔助發電機、冷卻塔通風機（與前架牽引電動機通風機共用）電機、后架牽引電動機通風機電機、冷卻風扇電機及變頻器、空壓機電機及變頻器、定頻定壓電源、空調、牽引變流器冷卻塔水泵、生活用電、車體通風機電機、輔助發電機勵磁控制器組成。

輔助變流柜中的輔助變頻器由輔助發電機的供電繞組供電，為冷卻風扇電機、牽引電機通風機（冷卻塔通風機）提供可調壓調頻的電源，根據實際運用需要對電機進行調速控制；為空壓機電機提供恒壓恒頻的電源；3相380V/50Hz主要為車體通風機、牽引變流器冷卻塔水泵、機車空調機組、生活用電等提供電源。機車蓄電池輸出額定 74V DC的直流電壓，用來為輔變系統提供控制電源。系統配置一臺10kW的充電機模塊為蓄電池提供電源、0.8kW的輔助發電機勵磁控制器。

輔助變頻器具有短路、接地、過壓、過流、欠壓等故障的檢測與保護，故障信息可通過RS 485數據線傳輸至微機控制系統，并在微機顯示屏上進行顯示相關信息及數據。

3.5 機車控制系統

機車控制系統是一個基于多處理器和實時網絡的分布式控制系統，由車載控制單元、牽引控制單元、柴油機控制單元及其輸入輸出接口單元、顯示單元、各類傳感器及各類開關電器組成，各部件通過MVB、CAN、RS 485等總線互聯，互相實時傳送控制命令和狀態信息。從而實現機車運行控制、柴油機控制、發電機勵磁控制、輔助系統控制、牽引變流器控制、柴油機自動起停控制、機車功率自動修正功能、機車故障記錄、事件記錄、狀態診斷、故障處理及報警功能等。

此外，機車具有智能化診斷功能，能對主電路、輔助電路及控制系統的故障進行診斷和安全導向。

3.6 保護系統

機車微機控制軟件判斷到機車柴油機或電氣系統異常后，定位故障并控制機車卸載、制動或停機。其基本邏輯是將電氣參數、柴油機參數與預設的正常值域進行比較，如果參數超出了正常值域則執行保護。

4 結束語

SDA3型內燃機車是中國首次批量出口泰國的干線貨運內燃機車，在泰鐵高密度，大運量的運用及2年多不同區段的考核，機車以良好的性能、平穩的運行和人性化的設計，滿足泰鐵運營要求，得到了用戶的一致好評。

該機車成功的商業運營，不僅對戚墅堰公司，對中車集團及其他子公司，乃至整個中國的大型鐵路裝備進入泰國及東南亞市場，都有著非常重大的意義。