出口斯里蘭卡內(nèi)燃動(dòng)車組電氣系統(tǒng)

周詩林

摘要：介紹了斯里蘭卡交直傳動(dòng)內(nèi)燃動(dòng)車組電氣系統(tǒng)集成控制設(shè)計(jì)策略及方法，從牽引系統(tǒng)、列車控制和監(jiān)視系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)等方面進(jìn)行了分析，并通過電氣原理設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證，證明其控制邏輯是合理的、安全可靠的。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃動(dòng)車組;電氣系統(tǒng);策略;控制邏輯

中圖分類號(hào)：U260.49? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0079-02

0? 引言

中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司于2017年中標(biāo)斯里蘭卡9列高山線DMU項(xiàng)目，用于斯里蘭卡鐵路高山區(qū)域鐵路、低地區(qū)域鐵路旅客運(yùn)輸。

動(dòng)車組編組形式共兩種，分別為：MCG+2AC+2BC+ECBU+3EC+MCG、MCG+4AC+3BC+ECBU+MCG，其中：MCG為帶司機(jī)室的動(dòng)車，為動(dòng)車組提供動(dòng)力及輔助設(shè)備用電，AC為空調(diào)車，BC為商務(wù)車，EC為經(jīng)濟(jì)車，ECBU為帶餐廳的經(jīng)濟(jì)車?？?列重聯(lián)運(yùn)行。

1? 動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)

運(yùn)行環(huán)境溫度? ? ? ? ? ? ? ? 5～45℃

最大運(yùn)行速度? ? ? ? ? ? ? ? 120km/h

軌距? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1676mm

通過最小曲線半徑? ? ? ? ? 70m

動(dòng)車傳動(dòng)方式? ? ? ? ? ? ? ? 交-直流電傳動(dòng)（AC-DC）

單臺(tái)柴油機(jī)裝車功率? ? ? ?1450kW

軸重

MCG（動(dòng)車）? ? ? ? ? ? ? ? ? ≤19t

拖車? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?≤14t

軸列式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 動(dòng)車：Bo-Bo;拖車：2-2

最大起動(dòng)牽引力? ? ? ? ? ? 2×210kN

2? 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)車的主傳動(dòng)是采用交——直流電傳動(dòng)方式，主要由主發(fā)電機(jī)、主整流器、接觸器、換向器、工況轉(zhuǎn)換器、自負(fù)荷開關(guān)、制動(dòng)電阻、電流電壓傳感器、牽引電動(dòng)機(jī)等部件組成。牽引系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

牽引工況下，主發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)三相全波橋式整流后，經(jīng)主接觸器分別向兩個(gè)轉(zhuǎn)向架上的牽引電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)動(dòng)車組運(yùn)行。主電路設(shè)有換向器可改變牽引電機(jī)的勵(lì)磁方向，從而控制動(dòng)車組的前進(jìn)或后退。

電阻制動(dòng)工況下，工況轉(zhuǎn)換開關(guān)將牽引電機(jī)轉(zhuǎn)接為他勵(lì)發(fā)電機(jī)方式工作，牽引電機(jī)發(fā)出的直流電經(jīng)電阻制動(dòng)裝置將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，通過風(fēng)扇由空氣進(jìn)行冷卻，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)車的電阻制動(dòng)作用。

動(dòng)車上裝有PLC控制系統(tǒng)，對(duì)柴油機(jī)——主發(fā)電機(jī)組的功率進(jìn)行調(diào)控。該系統(tǒng)設(shè)有模擬量輸入模塊、勵(lì)磁控制板、模擬量輸出模塊、傳感器信號(hào)處理模塊、模擬量擴(kuò)展I/0模塊、頻率輸入模塊、CPU模塊等功能模塊。PLC恒功率控制框圖如圖2所示。

對(duì)電傳動(dòng)的內(nèi)燃動(dòng)車而言，對(duì)動(dòng)車運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，實(shí)際上就是對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，而自動(dòng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)，就是使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)在給定的同步主發(fā)電機(jī)恒功率曲線上運(yùn)行，盡量擴(kuò)大動(dòng)車恒功率的速度范圍，充分利用柴油機(jī)功率。

直流牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，可用下式表示：

式中：nD——牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）;UD——牽引電動(dòng)機(jī)端電壓（V）;ID——牽引電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流（A）;∑R ——牽引電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻（Ω）;？準(zhǔn)D——牽引電動(dòng)機(jī)每極勵(lì)磁磁通（Wb）;Ce——電機(jī)的電勢(shì)常數(shù)。

式中：a——電機(jī)并聯(lián)支路對(duì)數(shù);P——電機(jī)極對(duì)數(shù);N ——電樞導(dǎo)體數(shù)。

2.2 列車控制和監(jiān)視系統(tǒng)

列車控制和監(jiān)視系統(tǒng)TCMS主要包括：PLC控制系統(tǒng)、人機(jī)界面顯示屏TIS、事件記錄器ERM等系統(tǒng)，它是動(dòng)車組的神經(jīng)系統(tǒng)和指揮中樞，它可以實(shí)現(xiàn)車輛控制系統(tǒng)對(duì)各功能模塊的監(jiān)視、控制與診斷功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，同時(shí)提供信息顯示和人機(jī)交互接口。

動(dòng)車的PLC控制系統(tǒng)設(shè)置通信模塊，通過RS485總線貫穿全列，實(shí)現(xiàn)列車級(jí)控制及數(shù)據(jù)交換功能。每個(gè)動(dòng)車配置事件記錄器ERM，通過RS485總線與PLC控制器的通信模塊連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。人機(jī)界面顯示屏TIS通過PLC控制器自帶的Q-BUS總線與PLC控制器通信，實(shí)現(xiàn)列車數(shù)據(jù)的顯示以及列車功能的控制。柴油機(jī)通過PLC控制器的CANopen模塊實(shí)現(xiàn)與PLC得通信。PLC控制器同時(shí)具有開關(guān)量輸入/輸出功能、模擬量輸入/輸出功能、頻率量輸入功能、溫度檢測(cè)功能，可對(duì)動(dòng)車上司機(jī)控制器、按鈕、開關(guān)、接觸器繼電器、傳感器等進(jìn)行監(jiān)視控制。

本項(xiàng)目有兩種編組形式，均是以10輛編組列車為基本配置，頭尾車為動(dòng)車，中間8輛車為拖車，中間的拖車可以根據(jù)需求靈活配置實(shí)現(xiàn)不同的編組形式。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3中：TSI：TCMS顯示屏;ECU：柴油機(jī)控制單元; ERM：事件記錄器;AM：功放模塊;ERB：勵(lì)磁調(diào)節(jié)模塊;CM：通信模塊;DI：開關(guān)量輸入模塊;DO：開關(guān)量輸出模塊;AI：模擬量輸入模塊;AO：模擬量輸出模塊;PI：頻率量輸入模塊;TI：溫度輸入模塊;RS485：RS485通信總線; CANopen：開放式控制局域網(wǎng)絡(luò);Q-BUS：PLC控制器自帶總線。

2.3 輔助供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)車上裝有直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)和直流輔助發(fā)電機(jī)。當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)作為一個(gè)串聯(lián)勵(lì)磁電機(jī)而工作，由蓄電池供電，來驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)。一旦柴油機(jī)被啟動(dòng)完畢，該發(fā)電機(jī)就又會(huì)作為獨(dú)立的他勵(lì)發(fā)電機(jī)工作，向動(dòng)車控制系統(tǒng)、照明電路、空氣壓縮機(jī)電機(jī)、空調(diào)裝置等提供DC110V電源，并向蓄電池組進(jìn)行充電;而直流輔助發(fā)電機(jī)則在柴油機(jī)被啟動(dòng)完畢后，作為他勵(lì)發(fā)電機(jī)工作，為拖車的照明、電扇等提供DC110V的電源。

3? 技術(shù)特點(diǎn)

動(dòng)車電氣系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：①采用無刷勵(lì)磁主發(fā)電機(jī)，無電刷，提高主傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性，減少了主發(fā)電機(jī)維修工作量;②設(shè)置列車完整性檢查功能，通過64芯電力連接器，檢測(cè)線路貫穿全列。在動(dòng)車上客室供電電路上設(shè)置可控?cái)嗦菲鳌Ｈ羧魏蝺奢v車之間的64芯電力連接器過橋線意外斷開，TCMS系統(tǒng)將在人機(jī)界面顯示屏上報(bào)警通知司機(jī)，同時(shí)控制客室供電斷路器動(dòng)作自動(dòng)切斷電源;③整車采用微機(jī)（PLC可編程控制器）控制系統(tǒng)，代替通過繼電器之間正連鎖或反連鎖的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)車的邏輯控制和微機(jī)恒功勵(lì)磁控制組合的傳統(tǒng)方案，提高了動(dòng)車控制系統(tǒng)的可靠性?？刂葡到y(tǒng)具有數(shù)據(jù)顯示、故障診斷、檢測(cè)、記錄等功能，便于用戶對(duì)故障做出正確判斷和應(yīng)急處理;并可實(shí)現(xiàn)輔助功率的轉(zhuǎn)移控制;④同步主發(fā)電機(jī)、直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)、輔助直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁均采用微機(jī)系統(tǒng)控制工作，模塊化、互換性強(qiáng)，便于維修。

4? 結(jié)束語

出口斯里蘭卡內(nèi)燃動(dòng)車組電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證，首列車已于2019年投入運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)狀況良好，各項(xiàng)性能參數(shù)完全達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，得到用戶好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

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