交流傳動(dòng)電力機(jī)車采用蓄電池庫(kù)內(nèi)移車的研究

王 威，李 新，張 律

（中國(guó)北車集團(tuán) 大連機(jī)車車輛有限公司 技術(shù)開發(fā)部，遼寧大連110621）

和諧型交流傳動(dòng)電力機(jī)車自技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新以來(lái)已批量生產(chǎn)接近四千臺(tái)，配屬在我國(guó)各機(jī)務(wù)段作為貨運(yùn)與客運(yùn)列車的牽引動(dòng)力。機(jī)車在檢修過(guò)程中需要在無(wú)網(wǎng)區(qū)移動(dòng)機(jī)車時(shí)，除采用調(diào)車機(jī)車移車外還可以由機(jī)車上庫(kù)用插座連通地面電源進(jìn)行移車。但由于各型機(jī)車的移車插座不統(tǒng)一，以及受地面電源分布位置的限制，不便于移車操作。受機(jī)車控制電源充電設(shè)備特性以及整車設(shè)備布置空間等因素影響，電力機(jī)車控制電源通常由48節(jié)蓄電池組組成，容量?jī)H為170 Ah。以HXD3型電力機(jī)車為例介紹了在不連接外部電源和降弓狀態(tài)下，通過(guò)車載蓄電池進(jìn)行低速移車的可行性進(jìn)行分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。

1 蓄電池移車原理

使用機(jī)車第2軸的牽引電機(jī)作為移車的動(dòng)力源，將QS3（庫(kù)內(nèi)動(dòng)車轉(zhuǎn)換開關(guān)）轉(zhuǎn)換值蓄電池移車位后，將蓄電池接入機(jī)車第2軸變流器中的主回路。通過(guò)微機(jī)控制km1（蓄電池移車接觸器）閉合，變流器得到蓄電池的電源后，將110 V直流電轉(zhuǎn)換成交流電，驅(qū)動(dòng)交流牽引電動(dòng)機(jī)，完成移車動(dòng)作。蓄電池移車原理見圖1。當(dāng)機(jī)車處于蓄電池移車狀態(tài)時(shí)，微機(jī)系統(tǒng)對(duì)蓄電池電壓、蓄電池放電電流進(jìn)行檢測(cè)。為了保證機(jī)車蓄電池移車后，機(jī)車能夠升弓、合主斷，當(dāng)蓄電池端電壓下降至88 V時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，并斷開蓄電池移車接觸器。

圖1 機(jī)車蓄電池移車相關(guān)原理圖

2 主要部件及功能

（1）庫(kù)內(nèi)動(dòng)車轉(zhuǎn)換開關(guān)：庫(kù)內(nèi)動(dòng)車轉(zhuǎn)換開關(guān)是將蓄電池與變流器連接到一起的開關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備。

（2）蓄電池移車接觸器：將蓄電池的電能輸送到變流器中的連接主線上的接觸器。

（3）微機(jī)顯示屏：通過(guò)微機(jī)顯示的操作，控制機(jī)車進(jìn)行蓄電池移車操作，及相關(guān)保護(hù)功能。

（4）變流器：將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為可變頻率的交流電的裝置。

（5）牽引電動(dòng)機(jī)：用于牽引機(jī)車運(yùn)行。

3 分析計(jì)算

機(jī)車按起動(dòng)阻力5 N／k N計(jì)算，HXD3機(jī)車蓄電池移車輸出牽引力曲線如圖2。

圖2 蓄電池動(dòng)車的輸出牽引力曲線

按上述曲線機(jī)車軸功率為17.5 k W，考慮蓄電池的內(nèi)阻65 mΩ左右，機(jī)車的電流和速度關(guān)系如圖3。

圖3 機(jī)車電流、速度關(guān)系

考慮到移車時(shí)蓄電池比額定容量要低（按80%），同時(shí)動(dòng)車后蓄電池要留有足夠容量用于升弓等（20%），蓄電池最大放電效率95%以及溫度的影響（－40℃時(shí)只能發(fā)揮35%）等因素。機(jī)車如使用現(xiàn)有的170 Ah蓄電池組，按1小時(shí)率容量102 Ah，理論上機(jī)車可以移動(dòng)約3 km的距離。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

蓄電池電壓94 V開始的運(yùn)行機(jī)車庫(kù)內(nèi)動(dòng)車模式試驗(yàn)性能見圖4、圖5，目標(biāo)性能特性維持固定扭矩至1 km／h，為確保機(jī)車的加速性能，機(jī)車速度由1 km／h至5 km／h時(shí)牽引力線性降為零。試驗(yàn)中當(dāng)檢測(cè)到蓄電池電壓下降至約70 V時(shí)，電機(jī)逆變器停止輸出。

圖4 蓄電池電壓94 V移車試驗(yàn)

圖5 試驗(yàn)時(shí)特性模式

圖6為機(jī)車采用庫(kù)用插座以及車載蓄電池組進(jìn)行移車時(shí)的特性曲線，可以看出兩種驅(qū)動(dòng)方式性能相當(dāng)，均可以滿足移車要求。

圖6 兩種模式下庫(kù)內(nèi)移車加速特性

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)與機(jī)車采用庫(kù)內(nèi)移車插座方式的運(yùn)行性能進(jìn)行對(duì)比，采用蓄電池驅(qū)動(dòng)方式也可以得到相同的運(yùn)行性能。為了達(dá)到移車時(shí)距離要求，運(yùn)用前應(yīng)確保機(jī)車蓄電池組狀態(tài)良好，初始電壓應(yīng)達(dá)到94 V以上。由于低溫時(shí)的蓄電池放電特性將發(fā)生很大改變，短時(shí)間內(nèi)蓄電池電壓會(huì)顯著下降，會(huì)縮短實(shí)際移車距離。

［1］李 揚(yáng)，張大勇，李曉春，等.大功率重載電力機(jī)車的設(shè)計(jì)及技術(shù)發(fā)展［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2009，32（2）：5－HXD39.

［2］邱關(guān)源.電路（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［3］連級(jí)三.電力牽引控制系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.

［4］趙樹東.交－直電力機(jī)車主電路參數(shù)計(jì)算及選擇［J］.電力機(jī)車技術(shù)，1994，（2）：27，1994，（3）：30.