核心提示：　　研宄開發(fā)DJ1型交流傳動電力機(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，德國艾爾蘭根）DJ1型交流傳動電力機(jī)車總參數(shù)、牽引刷動特性、主

　　研宄開發(fā)DJ1型交流傳動電力機(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，德國艾爾蘭根）DJ1型交流傳動電力機(jī)車總參數(shù)、牽引刷動特性、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型交流傳動電力機(jī)車（）由西門子股份公司交通運(yùn)輸部專門為中國鐵路設(shè)計，其中前3臺由西門子股份公司在奧地利的格拉茨工廠制造，后17臺由合資企業(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臺機(jī)車，尤其是后17臺機(jī)車的國產(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，在中國鐵路具有通用性。作為批量生產(chǎn)機(jī)車的設(shè)計應(yīng)考慮先進(jìn)性、成熟性，所以DJ1機(jī)車的電傳動技術(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)合中國鐵路重載牽引要求進(jìn)行設(shè)計的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最大啟動牽引力軸重23t時700kN軸重25t時760kN持續(xù)速度50km/h最高速度120km/h制動方式再生制動，電空制動電制動功率6 400kW最大電制動力461kN牽引電動機(jī)懸掛方式抱軸式DJ1機(jī)車牽引特性和電制動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、牽引電動機(jī)構(gòu)成主變壓器有3個牽引繞組，牽引變流器的3個四象限變流器供電3個四象限流器給2個并聯(lián)工作的直流中間電路供電；直流中電路給2個逆變器供電；每個逆變器向一個轉(zhuǎn)向架的2臺牽引電動機(jī)供電。2個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軸車有一個牽引變流器柜，包含3個四象限變流器和2個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)境溫度檢測接口防護(hù)等級塊組成，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)計具有良好的電磁兼容性（EMC）DJ1每節(jié)4軸車只需3個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，以保證輔助系統(tǒng)可靠運(yùn)行。DJ1每節(jié)4軸車設(shè)有2個輔助變流器柜：A型是標(biāo)準(zhǔn)型，裝有2個80kVA變流器；B型只裝1個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)成整個控制方案的基礎(chǔ)（1）管理層的結(jié)構(gòu)管理層用來對機(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按照國際電工委員會的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，數(shù)據(jù)交換會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MVB鏈路故障，數(shù)據(jù)交換會在第2個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故障對機(jī)車的工作沒有影響，但司機(jī)會收到信息在2節(jié)或多節(jié)車連掛情況下，每一節(jié)車都有一個主CCU和一個從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CCU工作，整個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（如撒砂和輪緣潤滑）；j.司機(jī)室更改（每臺雙節(jié)機(jī)車或者連掛在一起的車列只有一個司機(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不直接連到MVB時，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)室對操作有決定性意義的輸入和輸出會出現(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，系統(tǒng)會選用較合理的一個司機(jī)室里的人機(jī)界面（MMI）MMI由顯示屏和一個微機(jī)組成顯示屏是機(jī)車?yán)颯IBAS控制、測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個網(wǎng)關(guān)，但是只有一個網(wǎng)關(guān)參與WTB通信。每一個網(wǎng)關(guān)配屬于一個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，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牽引電動機(jī)TB2624 DJ機(jī)車采用結(jié)構(gòu)堅固、具有滾動軸承的抱軸式懸掛的4極鼠籠式三相異步牽引電動機(jī)，符合IEC349-2要求異步牽引電動機(jī)維修費(fèi)用低壽命長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)首臺車體將進(jìn)行壓力負(fù)荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證強(qiáng)度計算和有限元分析結(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根端梁各有一個車鉤座和一個連接低牽引桿的中心銷牽引力和制動力都通過車鉤、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個入口門和1個通車內(nèi)走廊的后墻門。司機(jī)和副司機(jī)后面各有1個電氣/電子柜前窗玻璃裝有電動刮雨器和遮陽簾側(cè)窗設(shè)計為上下提拉式，可以在任何位置鎖住司機(jī)臺上各種儀表設(shè)備均按照工效學(xué)原理設(shè)計。司機(jī)臺下面安裝有1臺空調(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)計每個牽引電動機(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)過牽引電動機(jī)后排出外部。進(jìn)風(fēng)口裝有慣性濾塵器網(wǎng)，對灰塵、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個輔助變流器的通風(fēng)路徑和牽引電動機(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制動系統(tǒng)DJ1機(jī)車采用空氣制動系統(tǒng)和再生制動，實(shí)現(xiàn)空電聯(lián)合制動功能每節(jié)機(jī)車由1臺VV450型KNORR空氣壓縮機(jī)供風(fēng)2個主風(fēng)缸，每個容積500L所有車輪均配備輪盤制動機(jī)構(gòu)每個轉(zhuǎn)向架裝備有2套盤式制動系統(tǒng)，另有停車制動裝置4.4轉(zhuǎn)向架DJ1采用的二軸轉(zhuǎn)向架是以德國鐵路BR152機(jī)車的轉(zhuǎn)向架為基礎(chǔ)設(shè)計的主要零部件經(jīng)過其他轉(zhuǎn)向架長期運(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)部輪對軸箱和轉(zhuǎn)向架之間的牽引力和制動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橫向和側(cè)滾振動由裝在轉(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）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)對交流電網(wǎng)的污染經(jīng)電力部門現(xiàn)場測定，各次諧波干擾對電網(wǎng)的影響小于5%，符合部頒標(biāo)準(zhǔn)。附表為其中一相的測試結(jié)果。

　　附表電網(wǎng)諧波測試數(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5結(jié)論與展望該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場鑒定，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（800V/2000A），可以用幾臺分機(jī)并聯(lián)使用、計算機(jī)均流控制的方法來解決逆變顛覆問題