SDA3型交流传动内燃机车电传动系统设计

梅兰风

摘 要： 系统阐述SDA3型交流传动内燃机车的牵引特性、制动特性、主传动系统、交、直流辅助系统、机车控制系统、重联控制系统等。

关键词： 交流传动；内燃机车；电传动系统；设计

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型交流传动内燃机车”（以下簡称为SDA3）是我公司根据泰国铁道部（以下简称泰铁）要求，为提升泰国国内的基础设施，改善日益趋紧的交通压力而研发的货运内燃机车。

SDA3电气系统的全新设计充分考虑了SDA3将运行于泰铁东线，20吨轴重区间的线路特点，及机车每月需走行1.8万至2.0万公里的负荷量，且全部采用单机牵引，列车重量2500吨等因素。

2 SDA3的牵引和制动性能

2.1 SDA3的牵引性能

SDA3的牵引特性按《出口泰国SDA3型机车牵引特性计算文件》计算，牵引计算结果如图1所示：

图1基本数据：

柴油机装车功率：2380kW；柴油机转速：1800r/min；主发电机额定容量：3300kVA。牵引齿轮传动比：90/17；轴重：20t；轮径：1032mm；启动牵引力：460kN；持续牵引力：360kN；持续速度：17.7km/h；机车最大速度：100km/h。

牵引吨位Q及坡道i对应关系分别为：Q=2500t，12‰；Q=2500t，10‰；Q=1000t，20‰，水平曲线最小半径：180m；Q=1000t，20‰；Q=1000t，10‰；Q=2500t，0‰；Q=1000t，0‰。

2.2 SDA3的制动性能

SDA3的制动特性按《出口泰国SDA3型机车制动特性计算文件》计算，制动计算结果如图2所示：

图2基本数据：

高速恒功区：控制轮周输出功率为2382kW。

低速恒制动力区：0～36.5km/h的速度区间，最大制动力为235kN。

3 电传动系统设计

SDA3电传动系统的设计，将产品的可靠性放在首位，尽可能采用成熟的交流传动技术。在保证SDA3可靠性的前提下，对于机车的各电气系统及有关部件进行了优化设计，提高了机车的先进性和可靠性。

SDA3电传动系统分为下述几部分：

a.交-直-交主传动牵引系统，且具备电阻制动及自负荷功能；

b.74V等级直流辅助系统；

c.交流辅助系统；

d.机车控制系统；

e.机车重联系统；

f.单操纵台。

3.1 主要技术参数

·主传动系统：中间直流电压DC1600V，其他如下：

系统满足机车2380kW装车功率的需要；

起动牵引力460kN，持续牵引力360kN，持续速度为17.7km/h；

电阻制动功率：2600kW。

·直流辅助系统及控制系统：DC 74V；

·交流辅机系统：柴油机惰转时，输出三相200V，42.3Hz；柴油机1800r/min时，输出三相480V，101.6Hz，容量480kVA。

·蓄电池：210A·h。

3.2 主传动系统

主传动系统由主发电机、主变流柜、牵引电动机、电阻制动装置组成。

在牵引工况下，主发电机输出的三相交流电经牵引变流器的整流模块整流为直流电，逆变模块将直流电逆变成VVVF（变频变压）的三相交流电，给异步牵引电动机供电，控制方式为轴控。通过逆变器改变输出电流的相序，使交流牵引电动机改变转向，从而改变机车的运行方向；在制动工况下，牵引逆变器通过交-直变换，将牵引电机发出的三相交流电转换成直流电，传输到中间直流回路，消耗在制动电阻装置上；在自负荷工况下，主发电机的输出电源经整流后输入至中间直流回路，通过开通牵引变流器的斩波器将柴油发电机组的能量消耗在制动电阻上，以验证柴油发电机组的功率输出特性。

3.3 直流辅助系统

直流辅助系统由交流辅助发电机、充电机、蓄电池以及机油预润滑泵、燃油预供泵、机车控制系统、照明、DC 24V变换器（为柴油机电控总成24V负载提供电源）等用电系统组成。

在柴油机运行时，采用充电机将辅助发电机输出的三相交流电整定为DC 74V电压，实现带温度补偿的蓄电池充电功能，同时为机油预润滑泵、燃油预供泵、控制系统、照明等供电；柴油机停机时，由蓄电池实现机车控制、照明、生活设施及柴油机起动的供电要求。

柴油机起动由柴油机自带的64V起动马达自起动。

直流辅助控制系统主要包括：

a. 照明控制：机车每端设有2个50W氙灯作为前照灯，其灯光强度可调节；机车每端设有2个35W氙气白标志灯及2个6W LED红标志灯；司机室内设有阅读灯、司机室顶灯；机车各功能区域设有LED车体灯、车底灯、检查灯（每个室都布置供检查灯用的插座）；

b. 风喇叭控制：通过主副操纵台的风笛开关进行单独控制，符合TB/T 3051-2009标准要求；

c. 外接电源充电控制：通过车架两侧设置的充电插座可对蓄电池进行充电；

d. 移车控制：通过微机控制系统LCS及牵引变流柜内驱动控制单元DCU对移车接触器BJ+、BJ-的控制可实现车载蓄电池移车功能。

3.4 交流辅助系统

交流辅助系统由交流辅助发电机、冷却塔通风机（与前架牵引电动机通风机共用）電机、后架牵引电动机通风机电机、冷却风扇电机及变频器、空压机电机及变频器、定频定压电源、空调、牵引变流器冷却塔水泵、生活用电、车体通风机电机、辅助发电机励磁控制器组成。

辅助变流柜中的辅助变频器由辅助发电机的供电绕组供电，为冷却风扇电机、牵引电机通风机（冷却塔通风机）提供可调压调频的电源，根据实际运用需要对电机进行调速控制；为空压机电机提供恒压恒频的电源；3相380V/50Hz主要为车体通风机、牵引变流器冷却塔水泵、机车空调机组、生活用电等提供电源。机车蓄电池输出额定 74V DC的直流电压，用来为辅变系统提供控制电源。系统配置一台10kW的充电机模块为蓄电池提供电源、0.8kW的辅助发电机励磁控制器。

辅助变频器具有短路、接地、过压、过流、欠压等故障的检测与保护，故障信息可通过RS 485数据线传输至微机控制系统，并在微机显示屏上进行显示相关信息及数据。

3.5 机车控制系统

机车控制系统是一个基于多处理器和实时网络的分布式控制系统，由车载控制单元、牵引控制单元、柴油机控制单元及其输入输出接口单元、显示单元、各类传感器及各类开关电器组成，各部件通过MVB、CAN、RS 485等总线互联，互相实时传送控制命令和状态信息。从而实现机车运行控制、柴油机控制、发电机励磁控制、辅助系统控制、牵引变流器控制、柴油机自动起停控制、机车功率自动修正功能、机车故障记录、事件记录、状态诊断、故障处理及报警功能等。

此外，机车具有智能化诊断功能，能对主电路、辅助电路及控制系统的故障进行诊断和安全导向。

3.6 保护系统

机车微机控制软件判断到机车柴油机或电气系统异常后，定位故障并控制机车卸载、制动或停机。其基本逻辑是将电气参数、柴油机参数与预设的正常值域进行比较，如果参数超出了正常值域则执行保护。

4 结束语

SDA3型内燃机车是中国首次批量出口泰国的干线货运内燃机车，在泰铁高密度，大运量的运用及2年多不同区段的考核，机车以良好的性能、平稳的运行和人性化的设计，满足泰铁运营要求，得到了用户的一致好评。

该机车成功的商业运营，不仅对戚墅堰公司，对中车集团及其他子公司，乃至整个中国的大型铁路装备进入泰国及东南亚市场，都有着非常重大的意义。