核心提示：　　研宄開發(fā)DJ1型交流傳動(dòng)電力機(jī)車陳翰芹\史衛(wèi)軍2（1.株洲西門子牽引設(shè)備有限公司，湖南株洲412001；2.西門子股份公司交通技術(shù)部，德國(guó)艾爾蘭根）DJ1型交流傳動(dòng)電力機(jī)車總參數(shù)、牽引刷動(dòng)特性、主

　　研宄開發(fā)DJ1型交流傳動(dòng)電力機(jī)車陳翰芹\史衛(wèi)軍2（1.株洲西門子牽引設(shè)備有限公司，湖南株洲412001；2.西門子股份公司交通技術(shù)部，德國(guó)艾爾蘭根）DJ1型交流傳動(dòng)電力機(jī)車總參數(shù)、牽引刷動(dòng)特性、主電路與輔助電路及控制電路結(jié)構(gòu)，主要電氣電子部件參數(shù)以及機(jī)械部分的特點(diǎn)。

　　0刖言DJ1型交流傳動(dòng)電力機(jī)車（）由西門子股份公司交通運(yùn)輸部專門為中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)，其中前3臺(tái)由西門子股份公司在奧地利的格拉茨工廠制造，后17臺(tái)由合資企業(yè)一一株洲西門子牽引設(shè)備有限公司制造，將于2001~2002年交貨在保證質(zhì)量的前提下，20臺(tái)機(jī)車，尤其是后17臺(tái)機(jī)車的國(guó)產(chǎn)化率將逐步提高。機(jī)車預(yù)定用于寶成鐵路北線困難區(qū)段，牽引重載貨物列車。DJ1是由2節(jié)4軸機(jī)車固定連掛成的8軸機(jī)車機(jī)車外殼以藍(lán)色和象牙白為主，車頂安裝設(shè)備較少，側(cè)墻不兩側(cè)，形成中間走廊該機(jī)車牽引貨物列車，在中國(guó)鐵路具有通用性。作為批量生產(chǎn)機(jī)車的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮先進(jìn)性、成熟性，所以DJ1機(jī)車的電傳動(dòng)技術(shù)為：水冷GTO四象限變流器和逆變器，IGBT四象限輔助變流器，交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，SIBAS32系統(tǒng)機(jī)械部分是在西門子成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)鐵路重載牽引要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的1機(jī)車主要參數(shù)和特性曲線DJ1機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)如下：軸式軌距車鉤中心距軸重?zé)o壓車鐵有壓車鐵總質(zhì)量無壓車鐵有壓車鐵電流制變給變間額定功率6400kW持續(xù)牽引力461kN最大啟動(dòng)牽引力軸重23t時(shí)700kN軸重25t時(shí)760kN持續(xù)速度50km/h最高速度120km/h制動(dòng)方式再生制動(dòng)，電空制動(dòng)電制動(dòng)功率6 400kW最大電制動(dòng)力461kN牽引電動(dòng)機(jī)懸掛方式抱軸式DJ1機(jī)車牽引特性和電制動(dòng)特性曲線如所主電路是一節(jié)4軸機(jī)車的主電路，由主變壓器、牽引流器、牽引電動(dòng)機(jī)構(gòu)成主變壓器有3個(gè)牽引繞組，牽引變流器的3個(gè)四象限變流器供電3個(gè)四象限流器給2個(gè)并聯(lián)工作的直流中間電路供電；直流中電路給2個(gè)逆變器供電；每個(gè)逆變器向一個(gè)轉(zhuǎn)向架的2臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)供電。2個(gè)直流中間電路共用一組二次濾波器和保護(hù)模塊。主電路設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，在一組四象限變流器或逆變器故障時(shí)可作相應(yīng)的切除和轉(zhuǎn)換，機(jī)車可以降低功率繼續(xù)運(yùn)行。

　　3主要電氣部件3.1主變壓器和二次濾波電抗器主變壓器型號(hào)為EFAT6644，臥式結(jié)構(gòu)；二次濾波電抗器也安放在箱體內(nèi)，采用礦物油冷卻主要參數(shù)如表1所示表1主變壓器主要參數(shù)型號(hào)適用標(biāo)準(zhǔn)冷卻方式工作制連續(xù)額定容量額定電壓網(wǎng)側(cè)繞組牽引繞組輔助繞組1輔助繞組2額定電流額定頻率網(wǎng)側(cè)繞組繞組溫升牽引繞組冷卻油溫升輔助繞組1總質(zhì)量輔助繞組2冷卻油質(zhì)量（2）二次濾波電抗器二次濾波電抗器主要參數(shù)如表2所示。

　　表二次濾波電抗器主要參數(shù)型號(hào)額定電壓適用標(biāo)準(zhǔn)額定電感值工作制連續(xù)額定頻率額定容量冷卻方式額定電流質(zhì)量3.2牽引變流器水冷GTO模塊。每節(jié)4軸車有一個(gè)牽引變流器柜，包含3個(gè)四象限變流器和2個(gè)逆變器以及中間電路電容器、保護(hù)模塊、轉(zhuǎn)換開關(guān)、牽引控制單元（TCU）冷卻水通道等變流器柜安裝在主變壓器牽引繞組上方變流器交流側(cè)接線和二次濾波電抗器接線都很簡(jiǎn)捷冷卻液由水泵強(qiáng)迫循環(huán)流經(jīng)柜外專門的冷卻塔熱交換器，由冷卻風(fēng)扇冷卻該冷卻塔也擔(dān)負(fù)主變壓器冷卻油的冷卻任務(wù)變流器主要參數(shù)：輸入輸出工作制冷卻方式工作環(huán)境溫度檢測(cè)接口防護(hù)等級(jí)塊組成，用來控制牽引變流器系統(tǒng)，設(shè)有MVB接口模塊與CCU通信3.3輔助變流器輔助變流器是西門子公司為德國(guó)鐵路公司BR152機(jī)車開發(fā)的成熟產(chǎn)品其網(wǎng)側(cè)采用四象限變流器，以解決輔助繞組功率因數(shù)低的問題標(biāo)準(zhǔn)輔助變流器柜可容納2組80kVA電氣上獨(dú)立的變流器（共用強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)），采用IGBT風(fēng)冷模塊和SIBCOS微處理器控制系統(tǒng)，柜體設(shè)計(jì)具有良好的電磁兼容性（EMC）DJ1每節(jié)4軸車只需3個(gè)80kVA變流器便足以提供全車所需輔助功率，供電分配按冗余設(shè)計(jì)，以保證輔助系統(tǒng)可靠運(yùn)行。DJ1每節(jié)4軸車設(shè)有2個(gè)輔助變流器柜：A型是標(biāo)準(zhǔn)型，裝有2個(gè)80kVA變流器；B型只裝1個(gè)80kVA變流器輔助變流器由機(jī)車的CCU管理，SIBCOS通過MVB與CCU進(jìn)行信息交換。

　　輔助變流器柜主要參數(shù)：波形變動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)迫風(fēng)冷-40C~+40C 3組80kVA輔助電源給機(jī)車輔助系統(tǒng)供電，其電路原理圖如4所示3.4機(jī)車控制機(jī)車電子控制系統(tǒng)采用可靠耐用的部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，實(shí)現(xiàn)主要的控制、調(diào)節(jié)診斷功能現(xiàn)有的列車通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品構(gòu)成整個(gè)控制方案的基礎(chǔ)（1）管理層的結(jié)構(gòu)管理層用來對(duì)機(jī)車進(jìn)行管理，可以管理2~ 4節(jié)互相連掛的4軸車數(shù)據(jù)通信通過列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）進(jìn)行。為管理2節(jié)4軸車連掛的電子控制框圖。

　　可編程設(shè)備和機(jī)車之間的數(shù)據(jù)通信用的總線系統(tǒng)由TCN構(gòu)成TCN按照國(guó)際電工委員會(huì)的IEC61375來定義，含有WTB（絞線列車總線）和MVB（多功能車輛總線）兩部分。

　　每節(jié)4軸車均有2路WTB和2個(gè)網(wǎng)關(guān)，因而WTB是一套有冗余的總線系統(tǒng)一路總線故障時(shí)，數(shù)據(jù)交換會(huì)在另一路總線里繼續(xù)進(jìn)行，司機(jī)室里的人機(jī)界面會(huì)通知司機(jī)總線故障情況若兩總線都故障，數(shù)據(jù)傳輸將中斷，連掛在一起的機(jī)車的WTB會(huì)重新初始化每節(jié)車的MVB用以實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換根據(jù)各設(shè)備的工作能力，TCN標(biāo)準(zhǔn)將其劃分為4類表3所示設(shè)備均可連接到MVB，且這些設(shè)備都必須至少完成MVB類別所規(guī)定的功能，這樣才能夠涵蓋控制和診斷要求的通信量。

　　MVB的管理和控制的實(shí)施是冗余的，一個(gè)MVB鏈路故障，數(shù)據(jù)交換會(huì)在第2個(gè)MVB鏈路繼續(xù)進(jìn)行。

　　司機(jī)室的顯示屏給司機(jī)提供總線鏈路故障信息。

　　表3設(shè)備功能類別設(shè)備設(shè)備功能（TCN標(biāo)準(zhǔn)類別）中央控制單元（CCL，MVB32-P4）4網(wǎng)關(guān)4牽引控制單元（TCL）3外設(shè)智能接口SIBAS-KLIP（I/）2MVB-Compact-I/O1.0司機(jī)臺(tái)顯示屏3輔助逆變器1.3（2）管理層的組件中央控制單元的任務(wù)是管理車列和機(jī)車機(jī)車的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視等管理功能由CCU實(shí)施或協(xié)調(diào)。CCU為西門子SIBAS32微機(jī)控制組件，采用32位的微處理器。DJ1機(jī)車采用的CCU是Type3型，包含網(wǎng)關(guān)、中央處理器MVB32-4電源用，機(jī)車的工作也可以不受限制地繼續(xù)下去。一節(jié)車中2個(gè)CCU的主功能和從功能周期性地輪換，可保證該節(jié)車的可用1性從CCU故障對(duì)機(jī)車的工作沒有影響，但司機(jī)會(huì)收到信息在2節(jié)或多節(jié)車連掛情況下，每一節(jié)車都有一個(gè)主CCU和一個(gè)從CCU領(lǐng)頭一節(jié)車的主CCU便是全部連掛車列的主CCU，其他各節(jié)車的主CCU是相互連掛車列的從CCU車列的主CCU通過WTB傳送控制指令和數(shù)值到從CCU，從CCU通過MVB將指令和數(shù)值轉(zhuǎn)發(fā)到其所屬的子系統(tǒng)即使每節(jié)車只有1個(gè)CCU工作，整個(gè)連掛在一起的車列也能發(fā)揮全部功能CCU功能主要為：a.各種部件的監(jiān)視（自診斷）；b.通過MVB/WTB讀取媛出過程數(shù)據(jù)；c.選擇工作方；d.診斷（與CCU相關(guān)的功能）；e.工作狀態(tài)；f.控制牽引變流器柜之外的各主電路部件（如主斷路器）；g.牽引制動(dòng)控制；h.控制輔助設(shè)備和車上輔助供電系統(tǒng)；i.監(jiān)視腔制輔助設(shè)備負(fù)荷（如撒砂和輪緣潤(rùn)滑）；j.司機(jī)室更改（每臺(tái)雙節(jié)機(jī)車或者連掛在一起的車列只有一個(gè)司機(jī)室起控制作用，由司機(jī)鑰匙開關(guān)激活）牽引控制單元（TCU）TCU的任務(wù)是控制和調(diào)節(jié)電力牽引設(shè)備，從電氣上實(shí)現(xiàn)防空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)。

　　外設(shè)智能接口站（KLIP）SIBAS系統(tǒng)外設(shè)智能接口站（KLIP）采用分散化輸入輸出，可以減少車內(nèi)所需布線，加機(jī)車車輛控制和診斷能力組件和部件的信號(hào)不直接連到MVB時(shí)，可通過SIBAS-KLIP站以分散方式采集和控制。KLIP站的模塊化結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組件控制功能輸出接口站，專為司機(jī)室使甩在司機(jī)室對(duì)操作有決定性意義的輸入和輸出會(huì)出現(xiàn)2次。這些數(shù)據(jù)是為主CCU而備，在冗余數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)選用較合理的一個(gè)司機(jī)室里的人機(jī)界面（MMI）MMI由顯示屏和一個(gè)微機(jī)組成顯示屏是機(jī)車?yán)颯IBAS控制、測(cè)量和診斷功能的人機(jī)界面。顯示屏給司機(jī)顯示故障、限制功能及相應(yīng)的對(duì)策診斷信息可以通過司機(jī)室的顯示屏顯示網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)用于WTB和MVB的數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)關(guān)中過程數(shù)據(jù)排列（PDM）決定哪些MVB的過程數(shù)據(jù)傳送到每一節(jié)車有2個(gè)網(wǎng)關(guān)，但是只有一個(gè)網(wǎng)關(guān)參與WTB通信。每一個(gè)網(wǎng)關(guān)配屬于一個(gè)CCU屬于從CCU的網(wǎng)關(guān)不參與連掛車列的初始化，所以不參與任何數(shù)據(jù)交換其他參與通信的WTB設(shè)備不訪問該網(wǎng)關(guān)在主網(wǎng)關(guān)失效時(shí)，司機(jī)必須通過開關(guān)來使網(wǎng)關(guān)失效的CCU停止工作，并讓網(wǎng)關(guān)完好的CCU投入工作。

　　3.5牽引電動(dòng)機(jī)TB2624 DJ機(jī)車采用結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、具有滾動(dòng)軸承的抱軸式懸掛的4極鼠籠式三相異步牽引電動(dòng)機(jī)，符合IEC349-2要求異步牽引電動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用低壽命長(zhǎng)1TB2624主要參數(shù)如下：持續(xù)功率持續(xù)轉(zhuǎn)矩電壓電流頻率額定轉(zhuǎn)速效率（持續(xù)工況）極數(shù)最大轉(zhuǎn)速超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速（2min絕緣等級(jí)4機(jī)械部分4.1車體車體由底架、側(cè)墻、后端墻、司機(jī)室及其后墻和車頂蓋等組成整體承載結(jié)構(gòu)，3個(gè)拱形支架用螺釘連接在側(cè)墻上部，以支撐4塊車頂蓋。車頂蓋可拆，便于安裝和更換重的部件。

　　車體采用適當(dāng)?shù)姆栏g保護(hù)措施和合適的油漆涂料。車體設(shè)計(jì)考慮了避免積水部分底架的起吊點(diǎn)靠近轉(zhuǎn)向架的中心。組裝好的車體應(yīng)能承受壓力2 960kN，司機(jī)室前窗之下均勻分布的靜態(tài)首臺(tái)車體將進(jìn)行壓力負(fù)荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證強(qiáng)度計(jì)算和有限元分析結(jié)果。

　　底架是車體最重要的部件之一，主要由2根外縱梁和一根內(nèi)縱梁（包含多根橫梁和兩根端梁）構(gòu)成為了安裝車內(nèi)設(shè)備，底架上焊有幾根C型安裝軌轉(zhuǎn)向架之上的橫梁由轉(zhuǎn)向架每邊3根二系懸掛螺旋彈簧支撐2根端梁各有一個(gè)車鉤座和一個(gè)連接低牽引桿的中心銷牽引力和制動(dòng)力都通過車鉤、端梁、牽引桿傳遞車體側(cè)墻由立柱和縱梁構(gòu)成，由外蒙皮完全封閉。

　　側(cè)墻的上邊有一斜坡，斜坡處有牽引電動(dòng)機(jī)通風(fēng)機(jī)和輔助變流器風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)入口。

　　司機(jī)室焊在底架上有2個(gè)入口門和1個(gè)通車內(nèi)走廊的后墻門。司機(jī)和副司機(jī)后面各有1個(gè)電氣/電子柜前窗玻璃裝有電動(dòng)刮雨器和遮陽(yáng)簾側(cè)窗設(shè)計(jì)為上下提拉式，可以在任何位置鎖住司機(jī)臺(tái)上各種儀表設(shè)備均按照工效學(xué)原理設(shè)計(jì)。司機(jī)臺(tái)下面安裝有1臺(tái)空調(diào)機(jī)車體后墻結(jié)構(gòu)和側(cè)墻相似，有一扇后門并裝有風(fēng)擋，以使與另一臺(tái)固定連掛的機(jī)車相通車頂由4塊頂蓋組成，尾部一塊安裝車頂高壓設(shè)備，油水冷卻塔鄰近的車頂有冷卻塔進(jìn)風(fēng)口。

　　4.2通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)每個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)有自己的通風(fēng)機(jī)，冷風(fēng)由側(cè)墻上部進(jìn)風(fēng)口吸入，經(jīng)過牽引電動(dòng)機(jī)后排出外部。進(jìn)風(fēng)口裝有慣性濾塵器網(wǎng)，對(duì)灰塵、雨、雪的分離能力強(qiáng)為了防止灰塵等進(jìn)入車內(nèi)機(jī)器間，4個(gè)牽引風(fēng)機(jī)都設(shè)有旁風(fēng)道并設(shè)有二次濾塵器，這樣可使機(jī)器間空氣稍處正壓狀態(tài)2個(gè)輔助變流器的通風(fēng)路徑和牽引電動(dòng)機(jī)相似變壓器油和變流器冷卻水公用的油冰冷卻塔的冷卻風(fēng)直接從一節(jié)車頂蓋吸入，空氣經(jīng)熱交換器后由風(fēng)道排向底架下面。

　　4.3制動(dòng)系統(tǒng)DJ1機(jī)車采用空氣制動(dòng)系統(tǒng)和再生制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空電聯(lián)合制動(dòng)功能每節(jié)機(jī)車由1臺(tái)VV450型KNORR空氣壓縮機(jī)供風(fēng)2個(gè)主風(fēng)缸，每個(gè)容積500L所有車輪均配備輪盤制動(dòng)機(jī)構(gòu)每個(gè)轉(zhuǎn)向架裝備有2套盤式制動(dòng)系統(tǒng)，另有停車制動(dòng)裝置4.4轉(zhuǎn)向架DJ1采用的二軸轉(zhuǎn)向架是以德國(guó)鐵路BR152機(jī)車的轉(zhuǎn)向架為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要零部件經(jīng)過其他轉(zhuǎn)向架長(zhǎng)期運(yùn)行驗(yàn)證構(gòu)架為閉合的H形結(jié)構(gòu)，由2根縱梁* 1根主橫梁和2根端梁組成主要零部件由鋼板焊成箱形結(jié)構(gòu)，整個(gè)構(gòu)架焊成封閉結(jié)構(gòu)，防止潮氣進(jìn)入箱形內(nèi)部輪對(duì)軸箱和轉(zhuǎn)向架之間的牽引力和制動(dòng)力通過軸箱拉桿傳遞軸箱拉桿還并聯(lián)有液壓減振器。一系懸掛采用螺旋彈簧，起著輪對(duì)的橫向和垂向?qū)蜃魉Χ祽覓觳捎酶邠匣桑D(zhuǎn)向架每側(cè)有3根，上下均有橡膠元件作減振墊設(shè)有垂向液壓減振器以吸收垂直振動(dòng)橫向和側(cè)滾振動(dòng)由裝在轉(zhuǎn)向架頭尾端梁上的減振器控制轉(zhuǎn)向架和車體之間的牽引力和制動(dòng)力通過推拉桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架主橫梁的下部焊有連接座，車體底架車鉤緩沖器座下部也焊有1個(gè)連接座，形狀和前者相同。推拉桿與連接座之間均用相同的金屬-橡膠鉸接件連接。推拉桿2部分之間的連接靠2根（下轉(zhuǎn)第18頁(yè)）保護(hù)、過壓過流保護(hù)、過紋波保護(hù)等弱電軟保護(hù)措施，主電路中也應(yīng)利用快速熔斷器進(jìn)行硬保護(hù)。電路原理圖從略。

　　4波形凈化與處理鑒于三相全控橋式整流南源逆變電路對(duì)電網(wǎng)的干擾主要是3579等奇次諧波，我們分別在交流進(jìn)線處加入3 57次諧波濾波器，以減小系統(tǒng)對(duì)交流電網(wǎng)的污染經(jīng)電力部門現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，各次諧波干擾對(duì)電網(wǎng)的影響小于5%，符合部頒標(biāo)準(zhǔn)。附表為其中一相的測(cè)試結(jié)果。

　　附表電網(wǎng)諧波測(cè)試數(shù)據(jù)諧波分量電壓紋波系數(shù)相位移/（*電流紋波系數(shù)相位移/（*總計(jì)5結(jié)論與展望該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鑒定，完全符合電力部各項(xiàng)指標(biāo)要求，節(jié)能效果非常明顯，達(dá)到了預(yù)期目的，為以后大容量蓄電池組充放電設(shè)備及大功率電源電子負(fù)載的生產(chǎn)奠定了較好的基礎(chǔ)對(duì)于鐵路系統(tǒng)中的超大功率柴油發(fā)電機(jī)水阻試驗(yàn)臺(tái)（800V/2000A），可以用幾臺(tái)分機(jī)并聯(lián)使用、計(jì)算機(jī)均流控制的方法來解決逆變顛覆問題