大学生上岗培训讲座 — 客车电气的过去、现在和发展

1大学生上岗培训讲座—客车电气的过去、现在和发展第一节概述一、客车电气的组成客车电气由电力拖动系统、客车供电和用电系统、电气控制系统三大部分组成。（一）电力拖动系统电力拖动系统—指利用电动机作为原动机来拖动生产机械工作的方式。1．电力拖动的方式（1）交流电力拖动（用交流电动机拖动）特点：交流电动机结构简单、制造方便、工作可靠、维护工作量小，在工业生产中应用广泛。但转速不易平滑调节。应用：空调客车的通风机、冷凝风机、压缩机等。空调客车的通风机，采用变极调速交流电动机来调节风量，以适应不同工况的需要[（n=60/p（1-s））]。变频平滑调速的交流电动机虽应用得越来越多，但由于技术复杂，成本高尚未在空调客车上运用，但是发展方向。（2）直流电力拖动：用直流电动机拖动。特点：直流电动机具有良好的起动、控制和调速性能，调速方便。但直流电动机结构复杂、成本高，因有机械触点，电流换向时易产生2火花，工作可靠性差，维护工作量大。应用：从原民德进口的24型空调客车的空调机组采用110V直流电力拖动，普通22型客车的电动水泵采用48V直流电力拖动等都属于直流拖动的情形。（二）客车供电系统1．单独供电三种情形：蓄电池供电；车轴发电机供电；小型柴油发电机供电。（1）蓄电池供电：把若干个蓄电池组合起来向负载供电。特点：设备简单，使用方便，可靠性较好。但单位功率所占的体积和重量较大，放电电压逐渐降低，需反复充电。国内客车不易见到。（2）车轴发电机供电：车轴发电机与蓄电池并联供电（介绍原理）。车轴传动装置J5型交流发电机整流器逆变器荧光灯稳压装置蓄电池电灯、电扇等图1车轴发电机供电原理图特点：结构简单，工作可靠，能适用多种供电制。但由于蓄电池组与负载共用一种电压，使负载电压过大，蓄电池充电电压过小，致使蓄电池和负载寿命缩短。应用：22型（含23型）、24型客车广泛使用。（3）小型柴油发电机组供电：在客车底部装设小型柴油发电机组向负载供电。3特点：可减小机车牵引动力，提高供电电压，减小蓄电池用量，便于长时间停站时利用市电。但要求机组工作可靠，噪声和振动小，使用维护方便，适用于单独或分开连挂且装有空调装置的客车。应用：国产RW22型空调软卧车、YW22B型宿营车和一些改造的普通22型客车。2．集中供电（1）接触网集中供电：利用受电弓将单相工频25kV的高压，降压、整流、滤波成DC600V直流电压，输入给各辆客车。特点：送电功率大，但由于输电电压高，对安全技术要求高。应用：前苏联早已应用。我国经过长期研究后，于98年3月开始了接触网向空调客车供电的试验，取得了成功，现运用在25T型车上。（2）柴油发电车供电：在发电车上装设若干套柴油发电机组，通过两路输电线向各辆空调客车供电。特点：用电负载和控制器件可直接采用民用产品，输出功率大，但输电干线截面积较大，干线穿管难，对电力连接器插头和插座间的接触电阻要求高（小于0.0008Ω）。3．混合供电因牵引动力不同，客车编组方式不同而产生的多种供电方式混杂的情形称之。如空调装置和电热采暖由接触网或发电车供电，照明由车轴发电机供电等。4（三）电气控制系统包括：制冷与空调装置电控系统，柴油发电机组电控系统，列车供电电控系统等。1．制冷与空调装置电控系统按操作方式分：手动控制，自动控制。按操作地点分：本车控制，集中控制（遥控）。2．柴油发电机组电控系统一般与柴油机整机配套，但考虑操作方便，在发电车可遥控，对机组的开机、停机等进行控制。空调客车的电控系统一般为继电器—接触器控制系统，它只能控制信号有无，不能控制信号大小，难以满足高精度的控制要求。用电子计算机进行自动控制是必然的发展趋势。二、客车电气装置的运用条件1、保证满足行车安全要求。2、要求电气装置工作可靠，重量轻，尺寸和成本小，结构简单、牢固，使用寿命长，便于日常检查和维修。3、满足以下工作环境条件温度变化范围：-50—+50℃相对湿度：20%—80%；海拔高度：0—3000m。5第二节客车电气的过去八十年代以前，由于长期闭关锁国，我国的客车电气比较落后，它表现在以下三个方面。一、客车供电系统方面七十年代以前，我国使用的铁路客车主要是21型、老22型以及一些杂型客车，车上装设的供电装置是L型供电装置，它由L型直流发电机（主要是LK5、L4、L5型）、附属机具（含自动开闭器、蓄电池转换器、电灯电阻和两组蓄电池）组成。采用24V供电制，其工作原理如图2所示。电灯电阻自动开闭器蓄电池L型直流发电机+负载30V24V-图2L型直流发电机供电装置示意图当列车运行时，由固定在车轴上的皮带轮通过皮带带动L型发电机发电，发电机的电流由电机正极出来，经过自动开闭器主刷到电灯电阻器，经其降压后达额定电压，供给电灯及其它负载使用，而后电流由导线回到发电机负极。此外部分电流通过另一路向蓄电池充电。当列车低速运行或停车时，发电机端电压下降，当降到一定值时，自动开闭器主刷自动断开，切断了发电机与蓄电池组、电灯等负载的联6系，防止电池电流倒流进发电机。电灯等负载由两组蓄电池同时供给。供电装置的稳压作用，主要通过调整皮带的松紧度，当转速超高时通过皮打滑来实现的。这种L型供电装置是三十年代的产品，它体积大，技术落后，输出功率小，于1968年停止生产，原有的L型供电装置，在七十年代末基本淘汰。七十年代初期，我国开始在新造22型客车使用交—直流供电装置，并用它逐步取代L型供电装置。交—直流供电装置主要由J5型交流发电机、可控硅控制箱（KP—1、KP—1N、KP—2、KP—2A）或磁放大器控制箱（KFTZ—1、KFTZ—2、KFTZ—4）和TG型蓄电池组成。采用48V供电制，其工作原理如图1所示。这种供电装置功率较大，工作可靠，且重量轻，构造简单，检修方便，很受现场工人欢迎，现在普通22型客车仍在运用。在照明设备和器具方面，也由七十年代前的白炽灯过渡到日光灯，逆变设备由集中式（GNB3-1.0型）过渡到分散式（BY—1、BY—2、BY—40W型），供电质量和照明质量都取得了一些进步。此外，我国在58年开始研制了一些空调客车，如老25型空调客车、25.5干线空调客车等。这些客车采用柴油发电车集中供电，车上装设两套主机，一套辅机，柴油机为12V135Z型，发电机为TZH—200或TFH—200型，装机容量为640kW，不能并网供电，在技术上7相对落后。二、电力拖动系统方面八十年代以前普通客车普遍使用温水采暖装置（现在仍在运用），其强迫循环的动力设备是水泵，采用48V直流电动机拖动，拖动系统十分简单（燃油炉温水采暖系统稍为复杂）。八十年代以后，普通客车上的餐车普遍使用了电冰箱，部分新造的RW22型软卧车、YW22型宿营车和部分各铁路局自己加改的22型普通客车加装了单元式空调机组，普遍采用了三相交流鼠笼异步电动机拖动，这种交流电动机结构简单，制造方便而且工作可靠，它的应用，提高了交流拖动技术在空调客车上的使用水平。八十年代从原民德进口的24型单节空调客车，其空调机组采用直流电动机拖动，其直流电动机具有良好的起动、控制和调速性能，可以方便地根椐需要调节电机的转速来调节空调机组的通风量和制冷量，从而提高客车的舒适性和节约能量。但直流电动机结构复杂，成本高，尤其是具有易磨损的电刷和整流子，其工作可靠性和维护工作量大，而且在电流换向时会产生火花，因而限制了它在客车上的使用。三、电控系统方面八十年代前客车电气控制系统的技术在普通客车上主要体现在对供电系统的控制上。老式L型供电装置靠调整皮带松紧度来稳压，靠蓄电池转换器来保持两组蓄电池电压均衡，无限流充电功能和过压8保护功能，在技术上十分落后。八十年代普遍在普通客车上运用的可控硅式控制箱和磁放大器式控制箱，采用了大量的电子元件组成基本的电子控制电路，具有整流、稳压、限流充电、过压保护四大功能，在电控技术的设计上和设备的制造技术上，都取得了较大的进步。在老25型空调客车（含发电车）和八十年代生产的单节空调客车上，电控系统主要用来控制电机和机械装置工作，其基本元件是继电器、接触器，称作继电器—接触器控制系统，其作用比较可靠，但技术比较落后。第二节客车电气的现在一、供电系统方面（一）普通客车普通22型客车仍在使用J5型车轴发电机供电装置，由于这种供电装置采用发电机对负载和蓄电池58伏并联供电，使负载电压过高（额定电压50V），蓄电池充电电压不足（额定电压60V），停、开车时负载电压变化大，使负载和蓄电池的使用寿命大为缩短。为解决上述问题，各铁路科技院所和现场单位动了不少脑筋，进行过一些技术革新，最富代表性和有成效的是由长春客车厂、长春电机厂和四方车辆研究所协作研制的双电压供电的双电机分压供电系统和双绕组分压供电系统，其基本工作原理如图3所示。J1J22D+I充CZ1B+9U2=10VG2蓄电池IG1U1=50V负载FL1FL2D-J1J12图3双电压供电原理图由双电压感应子发电机提供主整流电压U1、副整流电压U2两种电压。主电压在列车运行时向负载供电，其供电值接近负载电压额定值；副电压和主电压叠加，向蓄电池充电，从而实现双电压分开供电，满足了负载和蓄电池对供电电压的不同要求。这套装置于一九九零年十二月通过原铁道部机车车辆工业总工司的技术鉴定，并投入了小批量的生产，现在少部分的车辆段拥有这种双电压供电装置。由于22型普通客车已于前几年停止生产，新型25型客车已成为我国目前的主型客车，因而双电压供电装置没有得到更大的发展。（二）空调客车目前我国的空调客车有单节空调客车和全列空调客车，分别采用以下两种供电系统。1．小型柴油发电机组供电单节空调客车采用小型柴油发电机组供电（24型除外），最具代表性的有两种，一种是装设在长春客车厂生产的RW22型车上的CCK39型小型柴油发电机组；另一种是装设在四方机车车辆工厂生10产的YW22B型宿营车小型柴油发电机供电系统，两种供电系统都使用由石家庄建筑机械厂引进德国技术生产的F6L912或F4L912型风冷柴油机作机组的动力，用T2S型同步发电机作机组的主机，控制电路有所不同，但都具有可控硅分流励磁恒压、柴油机的起动控制、柴油机加减速、柴油机安全检测、柴油机故障报警与自动停机保护（如超速报警、缸温超高报警、冷却水温超高报警和低油压保警等）等基本功能。装设小型柴油发电机组的单节空调客车如与大列空调客车连挂时，可以通过本车的供电选择电路，沟通发电车与本车负载的通路。2．柴油发电车供电大列空调客车，几乎都是由柴油发电车通过两路输电线向车内的负载供电。目前在发电车上装设的柴油发电机组有以下三种类型。（1）300KV主柴油发电机组。采用KTA-1150-G2型康明斯发电机，1FC5系列无刷励磁同步发电机，装机容量3*300KV，用在25G、25K型空调发电车上。早期装设这种机组的发电车称旧式Cums发电车，由四方机车车辆工厂生产，不能并网供电。晚期生产的统型Cums发电车，由四方机车车辆工厂、浦镇车辆工厂和唐山机车车辆工厂分别生产。（2）320KW主柴油发电机组。采用MTU12V183TA12型柴油机和1FC5系列无刷励磁同步发电机，装机容量3*320KW，用在25A和某些25G11型发电车上。（3）480KW主柴油发电机组。采用MTU8V396TC13型柴油机，1FC5系列无刷励磁同步发电机，装机容量2*480KW，用于浦镇车辆工厂生产的双层空调发车上。目前大量运用的是康明斯发电车，发电车采用了美国原装康明斯发动机或按美国技术生产的国产康明斯发动机，该发动机与非康明斯发动机相比，具有以下特点：①采用了独特的PT燃油系统，结构简单，灵活和适应性好，稍加改变就能适应较广的功率和转速范围，喷油压力高达1.37MPa,燃油雾化好,在各种工况下都省油,喷油压力和喷油时间稳定,供油量大,但供燃烧用油仅占20%,其余80%经喷油器流回油箱,有利于喷油器的冷却,此外燃油泵体积小,重量轻,系统工作可靠,燃料经济性好,保养简单,易于调整和维护；②采用技术先进的电子调速器，它由电磁传感器、调速控制器和执行器三部分组成，传感器安装在飞轮齿圈上，由于齿轮的转动，传感器到齿轮间的