摘要：对一种新型地铁电传动工程车电气系统的研发进行了简要介绍。将电传动技术与常规液力传动技术的优缺点进行了比较，分析探讨了电传动的原理、牵引计算和主要设备参数。

关键词：地铁工程车;电传动内燃机车;电气系统

0    引言

目前地铁工程车多采用液力传动内燃机车，但随着大铁路内燃机车技术的不断更新发展，液力传动内燃调车机车已经慢慢淡出大铁路市场，电传动内燃机车逐渐取得主导地位。鉴于此，设计研发一款能够适应地铁条件要求的电传动内燃机车来取代原有的液力传动内燃机车就具有划时代的意义。

1    电传动内燃机车与液力传动内燃机车比较

1.1    机车的功率对比

机车柴油机的动能转化为机车运行牵引的动能是通过机车的传动装置实现的。液力传动内燃机车通过液力变扭器实现动力的传递，国内液力变扭器受到技术及制造工艺等各种原因的限制，在液传机车上的应用仅局限于993 kW（1 350马力）以下的机车。电力传动内燃机车通过柴油机带动主发电机发出三相交流电，通过整流转化成直流电，带动牵引电动机转动，驱动轮对实现机车运转，不受变扭器的制约，可实现机车的大功率化。

1.2    技术经济性能对比

电传动机车性能和传动效率远远高于液力传动机车。根据有关单位做的对比实验，机车速度在80 km/h以下时，电传动机车总效率高于液力传动机车最少3%。机车速度在40 km/h以下时，电传动机车效率高于液力传动机车效率5%以上，最大时达到20%，证明电传动机车牵引性能明显高于液力传动机车。

1.3    启动性能及控制反应速度对比

因为控制原理的不同，电传动机车启动加速度快，启动性能也优于液传机车。机车换向及工况转换时，液传机车至少需要2～3 s的反应时间，而电传动机车可实现即时反应。

1.4    污染对比

液传机车的液力变扭器长期使用存在漏油的风险，可能对地铁的封闭轨道造成潜在的威胁。电传动机车采用电气设备传动，完美地规避了此项风险。

2    新型电传动工程车总体概述

新型内燃机车是基于地铁现有液传内燃机车的改型设计的，符合地铁公司所有标准要求，适应地铁工况。机车采用交-直流电传动，安装了卡特彼勒公司生产的最大运用功率1 000 kW的3508C型柴油机、永济工厂生产的JF217G型无刷同步主发电机和ZQDR-410型牵引电动机，转向架为二轴转向架。机车采用微机控制系统及具有全功率自负荷功能的电阻制动装置。

工作环境如表1所示。

整车技术参数如表2所示。

3    电气系统技术特点

（1）机车主传动系统采用交-直流电传动技术。柴油机带动无刷励磁主发电机旋转，通过调节主发电机励磁电流实现调节主发电机输出功率的目的，主发电机输出的三相交流电经整流后得到直流电作为直流牵引电动机输入，牵引电动机经齿轮箱带动车轮旋转。

（2）机车电气控制采用DC24 V工作电源供电，蓄电池组由柴油机自带的DC24 V充电发电机直接充电。

（3）机车励磁采用微機恒功励磁控制系统。该系统采用模块化设计，可实现机车牵引工况恒功励磁/限流/限压控制、制动励磁控制及辅发电机恒压励磁控制。

（4）发动机调速控制由司机通过司控器为调速控制器提供发动机转速给定信号，调速控制器根据此给定信号输出调速控制信号，以控制发动机的油门或喷油量大小，实现发动机的调速控制。

4    电气原理介绍

4.1    主电路及接地回路

主电路及接地回路如图1所示。主电路由主发电机、整流柜、制动电阻、牵引电动机及方向转换开关、电空接触器等控制电器组成。机车牵引运行时，主发电机输出的三相交流电经整流后变为直流电，该直流电通过方向转换开关、电空接触器等主控电器输入4台并联连接的牵引电动机，使牵引电机旋转，从而驱动机车运行;而当机车制动时，通过控制电路的转换，切断牵引主电路，同时使牵引电机电枢绕组与外接制动电阻串联，而4台牵引电机的励磁绕组相互串联后并接于整流器输出端，使牵引电机由原串励电动机状态改变为他励发电机状态，其所发电能消耗于制动电阻，实现机车的电阻制动。

同步主发电机在承受对称性负载时，Y形连接的电枢绕组中点电位为零，它可以作为主电路接地保护的比较点，通过二极管桥式整流电路4UR、接地继电器KE线圈组成接地检测电路，无论主电路接地点电位高低，接地点均和电枢绕组中心点有电位差，使KE线圈有电流，当电流达到500 mA时，KE动作。

4.2    励磁控制电路

励磁控制电路以恒功励磁器作为核心部件，该励磁器以各种传感器持续检测的系统主电压/主电流、牵引电机电流、发动机转速、机车运行速度、辅发电压等作为输入信号，经系统软件比较、计算输出主发及辅发励磁电流，实现以下励磁控制功能：

（1）机车牵引工况主发恒功励磁、限流、限压功能;

（2）牵引电机故障切除时主发电机降功输出控制功能;

（3）机车电阻制动工况恒励磁电流及恒制动电流励磁控制功能;

（4）辅发电机恒压发电的励磁控制功能;

（5）故障检测、诊断及保护控制等功能。

4.3    牵引控制电路

牵引控制电路由司控器、各种转换开关、扳键开关、控制按钮、继电器、接触器等控制电器及电气控制线路组成，主要实现机车的启动、换向、励磁使能、发动机调速、工况转换、控制方式转换、牵引电机故障切除等控制功能及机车超速、主电路接地、主电路过流、空转滑行等保护功能。

4.4    辅助电路

辅助电路由蓄电池组、发动机启动马达、充电发电机、鸣笛撒砂阀、刮雨器、司机室风扇及各种控制电器线路等组成，主要实现以下控制功能：

（1）蓄电池组充电控制;

（2）空压机自动及手动打风控制;

（3）鸣笛撒砂控制;

（4）司机室风扇及刮雨器控制。

4.5    仪表显示及保护电路

该电路由机车速度传感器、数模转换盒、机车速度表、发动机仪表盘、状态显示屏、电流表、电压表、接地整流部件、过流整流部件、接地灯等组成，主要实现以下显示及报警保护功能：

（1）机车速度显示;

（2）发动机转速、状态显示;

（3）主电流、主电压、牵引电机电流指示;

（4）主电路接地保护;

（5）主电路过流保护;

（6）机车超速保护;

（7）辅助电路接地指示;

（8）整车运行状态显示。

5    牵引特性计算

根据《列车牵引计算规程》（TB/T 1407—1998）并结合地铁线路特性要求，该车型牵引计算结果如表3、表4、图2所示。

6    主要部件及参数

主发电机参数如表5所示。

牵引电动机参数如表6所示。

整流柜参数如表7所示。

制动电阻参数如表8所示。

7    结语

本文对一种新型地铁电传动工程车电气系统的研发进行了简要介绍。将电传动技术与常规液力传动技术的优缺点进行了比较，分析探讨了电传动的原理、牵引计算和主要设备参数。

收稿日期：2020-08-06

作者简介：杨波（1979—），男，辽宁鞍山人，工程师，研究方向：轨道车辆。