毕业设计机车励磁调谐器原理及故障分析处理.doc

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1、目 录一、绪论1二、构成1三、励磁调节器的功用2四、工作原理3五、常用故障分析与处理7六、使用与维护保养9七、结束语10八、参考文献10机车励磁调谐器原理及故障分析处理一、绪论从东风型系列的内燃机车上看，东风型、东风4、东风4B型机车上所使用的恒功率调节设备为液力调节，即联合调节器油马达电阻进行恒功调节。而大连厂在近几年生产的提速机型东风4D机车及东风4D准高速机车上采用了励磁调节器和联合调节器油马达电阻并行工作，解决了油马达电阻在低手柄位时不能恒功励磁的缺点。“励调器”属于计算机控制的电子装置，其功能也不局限于恒功励磁，它还能控制磁场削弱和电阻制动等功能。 二、构成21“励调器”由箱体和六块

2、插件组成。外形尺寸长宽高，mm：523350270（见图21）211六块插件有：逆变插件、电源插件、斩波插件、扩展插件、控制插件和调整插件。22箱体的结构221箱体正面部分有一块直流电流表，显示受控制的励磁电流。222右上方有一个红色的“故障”显示灯，当励磁调节器故障时，红灯亮。223电流表的右侧有一个“励调器”供电电源保险（0.5A）224从右侧面看，有两个双刀双投开关。（一个控制液力调节，另一个控制“励调器”）。225两开关右侧有两个对外连线插头（一个20芯。一个14芯）。226将“励调器”正面铭上四个螺钉卸下后，拿下铭牌，就能观察到整个系统分五个部分，用带锁紧的电位器进行调整。227插件

3、外侧面设有一个框架，以防插件由于机车振动而脱图21励磁调节器外形结构图三、励磁调节器的功用31.1“LTQ型励磁调节器”是由计算机控制的电子装置，它是对内燃机车电力传动装置进行调控。在机车牵引工况下，通过控制励磁系统的励磁电流，从而使同步主发电机输出的电流、电压、功率在规定的范围内，并与联合调节器中油马达电阻一起，使柴油机在恒功率下运行。31.2“LTQ型励磁调节器”能够控制同步主发电机具有最佳的增长率，因此能使机车具有良好的启动、牵引和加速性能。31.3机车在牵引工况，“励调器”能根据机车速度信号，可实现磁场削弱。3. 1.4在电阻制动工况，“励调器”根据柴油机自动完成恒牵引电动机励磁电流和

4、制动电流的调节。当机车速度超过一定值时，能自动限制制动电流值。在东风4、东风4B、东风4C、东风4D机车上采用、级电阻制动的转换。32“励调器”的优势321“励调器”的使用与功调电阻的使用其优势主要体现：在能够克服目前哈局使用的东风4B、东风5型在柴油机430700r/min以下不能进行恒功励磁调节。而机车上使用“励调器”后，其将与联合调节器油马达一起工作，弥补了联合调节器油马达上述系统的不足，可进行励磁调节范围。322励磁调节器可以单独工作，相当于增加了一套独立的励磁调节，这样就加宽了励磁调节机构，使机车的性能和可靠性得到了提高。33 LTQ-II型励磁调节器励磁系统设计特点LTQ励磁系统即

5、保留了Rgt励磁电路，又具有3种工作方式，提高了牵引性能及可靠性。图2b是装有LTQ-II型励磁调节器系统的主电路（即执行电路）简图与图2a比较，设计上有3个改变。331将图2a中的Rlcf1电阻分开成图2b中的Rlcf1及Rlcf3即图2a中的Rlcf1等于图2b中的Rlcf1+Rlcf3。Rlcf3固定成100，这样安排的目的是减少测速发电机励磁绕组上方Rlcf1的电阻使受LTQ控制的Icf2电流变化范围增大，加强LTQ控制能力。图2b中的Rlcf1仍是用于对主发电压的限制调整。332将图2a中的Rlcf2、Rgt移到CF励磁绕阻的下方并与Rlcf3开关k1相串联，显而易见这种布局上的改变

6、是为了图2b中LTQ执行部分的三极管T电路连接合理和方便。333k1、Rlcf3、Rlcf2、Rgt所组成的支路旁并联了有开关k2及LTQ控制的执行环节T。 四、工作原理图（41）为“LTQ型励磁调节器”工作原理框图，在双点划线以内为“励调器”控制箱内的电路部分。该系统是由控制箱和主发电机电压、电流检测板两部分组成。控制箱内有逆变、电源、斩波、扩展、控制和调整6块插件，当机车机控开关合上后，该控制箱得到110V直流工作电源。各插件功能如下。41插件功能411逆变插件（见图册1）该插件将机车110V直流电源逆变为交流，送至箱体内变压器。图41“LTQ型励磁调节器”工作原理框图逆变器插件主要由功率

7、三级管、电阻、电容、变压器等组成。工作电压范围90125V。工作原理图如图（2e）所示，T1和T2是由两个同型号并且特性完全相同的管子组成。当加上110V直流电压时，由于R2和R3的分压作用，T2先于T1导通，产生如图（2e）所示的I1、I2，且I1I2，通过变压器B2的原边，在其副边产生感应电势，5端为正，使T2更加导通。当I1大到某一值后开始减小。故变压器B2中的反电势反相，使T1趋向于导通，而T2趋向于截止。这样周而复使，使T1、T2轮流导通。在一个周期的两个半周期内，电流轮流通过B1的原边两个绕组，且大小相等相位相反。所以，B1的副边将有一个接近正弦波的信号，从而完成了逆变过程。412

8、电源插件(图册2)该插件是将 箱体内变压器提供的各组交流电压，整流、滤波、变换，变为5V、15V直流稳压电源和24V直流电源，供“励调器”各插件及机车上制动电流传感器用电。本插件由整流元件、集成稳压器、电容等组成。插件面板上设有各电压测孔。在图2C中，D1和D2为两个同型号的快速整流二极管，使B1副边的交流电压变成直流电压；I c1为三端式集成稳压块，以确保机箱内的直流电压稳定；电容C1、C2用来实现频率补偿，抑制稳压电路的自激振荡。在本机箱内有+5V，15V直流稳压电源和24V直流电源，为机箱内各种插件及机车上制动电流传感器供电。当逆变电源两块插件正常工作时，在电流插件板上：k1、k2，k3

9、对k6测孔电压分别为5V，+15V，15V，k4对k5测孔为+15V（DC）允许误差5%。说明：图2c仅绘出一块整流线路（k1测孔）另几块工作原理同上，不在另做说明。413斩波插件（图册3）该插件是将控制插件提供的信号电压变为能平滑地控制励磁系统励磁电流的执行环节，它由功率三极管、PWM脉宽调制器、电阻、电组成。电路原理如图2f所示，节点k1为控制插件板输入的电压信号.脉宽调制器的输入信号由控制板输出.在本插件中,经PWM的输出一个固定频率脉冲.其脉冲宽度可根据其输入电压信号的大小进行调整。PWM的载入经过IC光电隔离后，实现控制侧与励磁调节时执行环节的电隔离，以防止不正常的高电压信号，对控制

10、系统的干扰，增强系统的抗干扰能力。图2f中的VC、VD为与110V电源共地的电源系统日均由电源插件供电。414扩展插件（见图册4）该插件先将机车速度信号进行整流、滤波或变换，变成符合控制插件要求的信号电压。此外，控制插件通过该插件完成过渡的电阻制动扩展的控制。插件上设有：显示、级过渡及制动扩展指示灯，正顶信号用电位器和测孔。（配DF16传感器的插件设有整定信号用电位器。）电路原理如图2h1所示，其主要部件由IC、T1、T2。其中IC为光电偶合。用以实现控制机箱与机车控制电源之间的隔离，以增强“LTQ型励磁调节器”系统的抗干扰能力。图2h1中VC是于机车电源共负（地）的电源系统。它由电源插件提供

11、，Vi为控制插件板输入出的控制信号。同时也是该插件板的输入信号，该插件板中只有四路相同的电路。由图2h1可知，当输入信号Vi为低电平时，T1导通，T2截止。接触器线圈Q不得电，接触器的常开触头处于断开状态；当输入信号V0为高电平时，T1截止，T2导通，接触器线圈Q得电，接触器的常开触头闭合，从而实现了由输入信号Vi电平的高低，控制T2导通的通断，即接触器Q的通与断。该插件的另一个功能是将机车速度信号经整流、滤波后，变成直流05V的电源信号，作为控制插件板A/D转换的机车速度信号输入。其原理如图2h2所示。六个二级管组成的三相桥式整流电路，电阻R1、电容C1、C2组成了3型阻容滤波电路。R2为调

12、节电阻，它与该插件面板上标有“过渡调整”电位器是同一器件。图中k1节点与该插件面板上k1插件相一致。是机车速度输入信号的检测点。415调整插件（见图册5）该插件将机车速度信号进行整流、滤波或变换，变成符合控制插件要求的信号电压。此外控制插件还通过该插件完成过渡及电阻制动扩展的控制。本插件上装有：显示、级过渡及电阻制动扩展指示灯，整定信号用电位器（配DF16传感器的插件没有整定信号用电位器）和测孔。该插件将所有外来信号进行预处理，如牵引工况信号进入控制箱量具110VDC电压信号。为将此信号变成控制插件面板能接受的信号。同时为了增强系统的抗干扰能力，使之正常工作，这里采用了光电隔离电路。如图2d1

13、所示。图2d2是柴油机实际转速采样电路。由于机车功率是根据柴油机转速决定的，故此信号必须准确。本电路是将转速的频率信号采样后，通过IC模块把它高精度转换成的电压信号送到控制板。图中k9为柴油机转速采样检测点，k6节点是经过处理后的电压信号检测点。416控制插件（见图册6）该插件由微处理器CPU，数模转换芯片AD，DA输入、输出I/O接口电路等组成。各种模拟信号由A/D芯片变成数字量送往CPU，DA芯片将CPU数字输入量变成模拟电压去控制励磁斩波环节。其原理图如2g所示，图中的“牵引”和“制动”信号是通过调整板预处理后输入到单片机的。当机车处于牵引工况提手柄时有“牵引”信号，同样制动工况下提手柄

14、，有“制动”信号，这里的“、”级磁场削弱信号是由单片机自动发出并通过扩展板输入的。“二级电阻制动扩展”信号也是一样。本电路中还有一路通道作为备用。注释：IF主发电流检测反馈信号 VF主发电压检测反馈信号 IZ制动电流检测反馈信号 IZL制动励磁电流检测反馈信号n柴油机转速检测反馈信号 v机车速度检测反馈信号在图2g中，D/A输入经放大后驱动斩波电路，并通过斩波电路实现励磁控制。A/D转换器将检测到的模拟信号转换成数字信号，提供给单片机。A/D输入信号有六路。当机车运行在牵引状态时，微处理器将得到经调整插件板处理的“牵引”信号。这时CPU根据柴油机转速n得到的一个功率的给定P，经过微处理器CPU

15、运算处理，并根据IF和VF反馈信号进行调整，通过D/A转换输入给斩波电路经斩波电路实现励调节控制，最终实现恒功率励磁调节。同理，当机车运行在制动工况时，微处理器根据柴油机转速确定其制动励磁电流的大小，并根据IZ、IZL反馈信号进行调整。经过D/A转换和斩波电路实现电阻制动恒流控制。 五、常用故障分析与处理励磁调节器在机车上正常接线和安装条件下，如何处理故障。5.1逆变或电源插件问题。闭合蓄电池闸刀总控开关合机控开关，必要时断开全部故障开关，此时控制插件牵引工况红灯应闪光如不闪光应检查。（1） 20芯插头柱1对柱5是否有96110 V电压，有属正常。（2） 机箱上熔丝管内熔丝是否断线，不断为正常

16、。（3） 用万用表测量电源插件测孔电压。K1对K6应有+5VK2对K6应有+15VK3对K6应有-15VK4对K5应有+15V如果电压全无则为逆变插件损坏（一般T1或T2损坏或C2值改变）应更换逆变插件。如果+5V，15V，和+15V（K4、K5）中只有一路电压不正常，则可能为对应稳压器损坏（IC1对应+5V、IC2对应+15V、IC3对应-15V、IC4对应+15V）应更换电源插件。如果以上电压全部正常，则为控制插件损坏或插件接触不良应更换或修理。5.2斩波插件问题当电源部分正常单独励磁调节励磁时励调器面板故障指示灯亮，并且无励磁电流（正常应为0.35A左右）。则为斩波插件损坏（一般是T2或

17、D9损坏或C9值改变），应更换斩波插件。5.3 控制插件问题（1）在开关闭合如6.1情况下，控制插件上牵引工况红灯闪光，主手柄移置1位，牵引工况下面的开始励磁绿灯不亮，应检查。牵引信号是否进入机箱，可打开铭牌盖板R40两端应有大于90V电压，否则说明信号未进入机箱，应查找原因予以解决，如果有90V电压则一般为控制插件损坏，应更换控制插件。（2）在开关闭合如6.1情况下，工况手柄移至制动位，控制插件上制动工况红灯应闪光，否则按6.3(1)打开铭牌盖板检查R41两端电压，按6.3(1)处理。5.4 调整插件问题（1）单独励磁调节器工作时柴油机转速在700r/min以下时功率不正常，应测量调整插件上

18、K6K0(n)电压是否符合要求以及K1K0(VF),K2K0(IF)电压与主发实际电压VF.IF之比,与相要求值比较是否符合要求，如果不符合要求,应有有经验的人员调整整定,如果比之符合要求则可能是外部接线故障，应予以修理，否则为调整插件损坏应更换调整插件。（2）电阻制动时励磁电流和制动电流不符合要求也可用6.4.(1)类似的方法调整整定处理解决。5.5 扩展插件问题当励磁器其他控制正常，但不按机车速度过渡或制动扩展。测量扩展插件K1对电源插件K6测孔之间的电压是否符合要求,如果无电压则检查速度传感器有关线路，如果电压不符合并且使用的是测速发电机速度传感器可调整过渡整定电位器，如果个别转换点不作

19、用，则可能是扩展插件故障。级过渡不作用可能是D9或T5故障。级过渡不作用可能是D12或T6故障。制动扩展不作用可能是D18或T8故障，应更换扩展插件。5.6 其次问题如果经以上处理仍不能恢复正常工作，则一般是机箱插件或外部线路故障，如能找出故障更好，如不能找出，可将励磁调节器、励磁开关置故障位，油马达电阻励磁开关置正常位。维持运行回段处理，如果励磁系统仍不正常，可采用故障励磁维持运行或在机务段允许并有足够经验下，可将励调器两个插头都拔下,而将测速发电机励磁绕组负端接线柱用线连至调整测速发电机励磁电阻Rlcf3和工况转速开关辅助常闭触点正端，维持采用油马达电阻励磁继续运行。经过在齐齐哈尔机务段的

20、调查,在前年曾经发生过励磁调节器烧损的事故,原因在于司机操纵手柄不当,在提手柄或降手柄没有按照规定,导致“励调器”输入信号紊乱,导致烧损事故.还有一起就是运行中柴油机冒黑烟,柴油机转速不上或上升缓慢。经过分析得知，是由于“励调器”与油马达配合不当。由于“励调器”属于厂家直属产品，所以处理方法为：首先是将“励调器”左侧第一个纽子开关置于断位（合于上方）。其次是用油马达励磁。最后是在必要时使用故障励磁维持运行。注意：使用故障励磁自动转入固定发电，风泵打风时应将柴油机转速达1000转每分，QF输出电压为105V，以防止柴油机低转速工作，电压低烧保险2RD，造成事故。六、使用与维护保养61LTQ使用注

21、意事项611LTQ一定要在机车控制开关断开后才能进行LTQ上的开关及插进、拨出插件等操作。 612当机车进行绝缘检查或电器耐压时，LTQ上两插头应拨出。613“LTQ型励磁调节器”出厂时，除“主发电压”电位器外其余都已基本整定好，特别是“励磁电流”“制动电流”电位器不要随意变动，只有当在试验运行中发现实际控制值不对时，才去调整它。614各型机车因功率、海泼、速度传感器不同,控制、扩展插件及机箱内电位器整定略有不同，但逆变、电源、斩波和调整插件能全部通用互换。615“LTQ型励磁调节器”要求机车上所有电感元件两端均应安装过电压抑制器。616若不使用电阻制动应将14芯插头（小插头）拨下。62维护保

22、养621正常状态励调器上两开关必须朝下至“正常位”。622只要闭合机车控制开关，调器立即投入工作，根据工况转换开关位置“控制”插件上两个工况灯，必须有一个闪光，若不闪光应检查励调器上保险丝是否完好，（0.5A丝管）,他是励调器电源总保险。623当油马达电阻励磁电路发生故障可将油马达电阻励磁开关至故障位，此时励调器仍可单独工作只要是柴油机700r/min以上功率少小一些。624当励调器上红色故障指示灯亮时，应将励磁调节器开关置“故障位”，此时机车励磁控制完全依靠油马达电阻励磁机车无电阻制动功能。625若不是用电阻制动最好将励调器上专管电阻制动的14芯插头，小的一个拔下，拔下后，一是减少励调器上1

23、5V电源供电，另一方面可避免由于个别制动电流传感器故障可能影响励调器上15V电源或励调器正常工作。六个制动电流传感器正常时，牵引状态下励调器调整插件上K5“IZ”对K0“0V”测孔上电压为0，制动状态下，当制动电流为600A时，K5“IZ”对K0“0V”应有5V以下电压，否则说明传感器有损坏，应予更换或切除。在励调器铭牌内印制电路板上有K11K16测试点，可测6个制动电流信号输出值，6个制动电流传感器必须状态良好，否则将影响励调器的正常工作。七、结束语本设计历时两个多月，在此期间，我参考和查阅了大量的专业书籍和有关资料，做了多方面的修改。由于励磁调节器属于厂家直属产品，具有国家专利，所以涉及到

24、一些重要电路和元件的问题没有理清（如控制插件和调整插件），这也是我设计的不足之处，敬请指导老师见谅。中国加入WTO后，国铁的垄断地位受到最严峻的挑战，随着科技的不断进步，应用微机技术实现机车的恒功控制，以及提高机车到牵引性能，解决了牵引状态下的平稳操作，改善机车性能，在不同的牵引性能进行转换，将机车上分散的部件功能集成化，模块化。以提高系统稳定性，为机务段检修体制实现状态修、用高科技手段打下了良好的基础。八、参考文献:1、刘达德，东风4B内燃机车，中国铁道出版社，1998年 。2、大连机车车辆厂编 ，东风4D型内燃机车运用于保养手册，铁道部大连机车车辆厂。3、大连机车车辆厂编，东风4D型内燃机车维护保养说明书，铁道部大连机车车辆厂。4、大连机车车辆厂编，LTQ励磁调节器使用说明书，铁道部大连机车车辆厂。5、林平勇、高嵩，电工电子技术，北京，高等教育出版社，2000年。6、自编，内燃机车电力传动，齐齐哈尔铁路运输职工大学，2000年。