核心提示：　　研宄開發DJ1型交流傳動電力機車陳翰芹\史衛軍2（1.株洲西門子牽引設備有限公司，湖南株洲412001；2.西門子股份公司交通技術部，德國艾爾蘭根）DJ1型交流傳動電力機車總參數、牽引刷動特性、主

　　研宄開發DJ1型交流傳動電力機車陳翰芹\史衛軍2（1.株洲西門子牽引設備有限公司，湖南株洲412001；2.西門子股份公司交通技術部，德國艾爾蘭根）DJ1型交流傳動電力機車總參數、牽引刷動特性、主電路與輔助電路及控制電路結構，主要電氣電子部件參數以及機械部分的特點。

　　0刖言DJ1型交流傳動電力機車（）由西門子股份公司交通運輸部專門為中國鐵路設計，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臺由合資企業一一株洲西門子牽引設備有限公司制造，將于2001~2002年交貨在保證質量的前提下，20臺機車，尤其是后17臺機車的國產化率將逐步提高。機車預定用于寶成鐵路北線困難區段，牽引重載貨物列車。DJ1是由2節4軸機車固定連掛成的8軸機車機車外殼以藍色和象牙白為主，車頂安裝設備較少，側墻不兩側，形成中間走廊該機車牽引貨物列車，在中國鐵路具有通用性。作為批量生產機車的設計應考慮先進性、成熟性，所以DJ1機車的電傳動技術為：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，SIBAS32系統機械部分是在西門子成熟技術基礎上，結合中國鐵路重載牽引要求進行設計的1機車主要參數和特性曲線DJ1機車主要技術參數如下：軸式軌距車鉤中心距軸重無壓車鐵有壓車鐵總質量無壓車鐵有壓車鐵電流制變給變間額定功率6400kW持續牽引力461kN最大啟動牽引力軸重23t時700kN軸重25t時760kN持續速度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牽引電動機懸掛方式抱軸式DJ1機車牽引特性和電制動特性曲線如所主電路是一節4軸機車的主電路，由主變壓器、牽引流器、牽引電動機構成主變壓器有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向架的2臺牽引電動機供電。2個直流中間電路共用一組二次濾波器和保護模塊。主電路設有轉換開關，在一組四象限變流器或逆變器故障時可作相應的切除和轉換，機車可以降低功率繼續運行。

　　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，臥式結構；二次濾波電抗器也安放在箱體內，采用礦物油冷卻主要參數如表1所示表1主變壓器主要參數型號適用標準冷卻方式工作制連續額定容量額定電壓網側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側繞組繞組溫升牽引繞組冷卻油溫升輔助繞組1總質量輔助繞組2冷卻油質量（2）二次濾波電抗器二次濾波電抗器主要參數如表2所示。

　　表二次濾波電抗器主要參數型號額定電壓適用標準額定電感值工作制連續額定頻率額定容量冷卻方式額定電流質量3.2牽引變流器水冷GTO模塊。每節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、保護模塊、轉換開關、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接線和二次濾波電抗器接線都很簡捷冷卻液由水泵強迫循環流經柜外專門的冷卻塔熱交換器，由冷卻風扇冷卻該冷卻塔也擔負主變壓器冷卻油的冷卻任務變流器主要參數：輸入輸出工作制冷卻方式工作環境溫度檢測接口防護等級塊組成，用來控制牽引變流器系統，設有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機車開發的成熟產品其網側采用四象限變流器，以解決輔助繞組功率因數低的問題標準輔助變流器柜可容納2組80kVA電氣上獨立的變流器（共用強迫風冷系統），采用IGBT風冷模塊和SIBCOS微處理器控制系統，柜體設計具有良好的電磁兼容性（EMC）DJ1每節4軸車只需3個80kVA變流器便足以提供全車所需輔助功率，供電分配按冗余設計，以保證輔助系統可靠運行。DJ1每節4軸車設有2個輔助變流器柜：A型是標準型，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車的CCU管理，SIBCOS通過MVB與CCU進行信息交換。

　　輔助變流器柜主要參數：波形變動負荷強迫風冷-40C~+40C 3組80kVA輔助電源給機車輔助系統供電，其電路原理圖如4所示3.4機車控制機車電子控制系統采用可靠耐用的部件，結構簡潔，實現主要的控制、調節診斷功能現有的列車通信網絡產品構成整個控制方案的基礎（1）管理層的結構管理層用來對機車進行管理，可以管理2~ 4節互相連掛的4軸車數據通信通過列車通信網絡（TCN）進行。為管理2節4軸車連掛的電子控制框圖。

　　可編程設備和機車之間的數據通信用的總線系統由TCN構成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4軸車均有2路WTB和2個網關，因而WTB是一套有冗余的總線系統一路總線故障時，數據交換會在另一路總線里繼續進行，司機室里的人機界面會通知司機總線故障情況若兩總線都故障，數據傳輸將中斷，連掛在一起的機車的WTB會重新初始化每節車的MVB用以實現各設備之間的數據交換根據各設備的工作能力，TCN標準將其劃分為4類表3所示設備均可連接到MVB，且這些設備都必須至少完成MVB類別所規定的功能，這樣才能夠涵蓋控制和診斷要求的通信量。

　　MVB的管理和控制的實施是冗余的，一個MVB鏈路故障，數據交換會在第2個MVB鏈路繼續進行。

　　司機室的顯示屏給司機提供總線鏈路故障信息。

　　表3設備功能類別設備設備功能（TCN標準類別）中央控制單元（CCL，MVB32-P4）4網關4牽引控制單元（TCL）3外設智能接口SIBAS-KLIP（I/）2MVB-Compact-I/O1.0司機臺顯示屏3輔助逆變器1.3（2）管理層的組件中央控制單元的任務是管理車列和機車機車的控制、調節和監視等管理功能由CCU實施或協調。CCU為西門子SIBAS32微機控制組件，采用32位的微處理器。DJ1機車采用的CCU是Type3型，包含網關、中央處理器MVB32-4電源用，機車的工作也可以不受限制地繼續下去。一節車中2個CCU的主功能和從功能周期性地輪換，可保證該節車的可用1性從CCU故障對機車的工作沒有影響，但司機會收到信息在2節或多節車連掛情況下，每一節車都有一個主CCU和一個從CCU領頭一節車的主CCU便是全部連掛車列的主CCU，其他各節車的主CCU是相互連掛車列的從CCU車列的主CCU通過WTB傳送控制指令和數值到從CCU，從CCU通過MVB將指令和數值轉發到其所屬的子系統即使每節車只有1個CCU工作，整個連掛在一起的車列也能發揮全部功能CCU功能主要為：a.各種部件的監視（自診斷）；b.通過MVB/WTB讀取媛出過程數據；c.選擇工作方；d.診斷（與CCU相關的功能）；e.工作狀態；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.控制輔助設備和車上輔助供電系統；i.監視腔制輔助設備負荷（如撒砂和輪緣潤滑）；j.司機室更改（每臺雙節機車或者連掛在一起的車列只有一個司機室起控制作用，由司機鑰匙開關激活）牽引控制單元（TCU）TCU的任務是控制和調節電力牽引設備，從電氣上實現防空轉滑行保護。

　　外設智能接口站（KLIP）SIBAS系統外設智能接口站（KLIP）采用分散化輸入輸出，可以減少車內所需布線，加機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站的模塊化結構有助于實現優化組件控制功能輸出接口站，專為司機室使甩在司機室對操作有決定性意義的輸入和輸出會出現2次。這些數據是為主CCU而備，在冗余數據出現不一致時，系統會選用較合理的一個司機室里的人機界面（MMI）MMI由顯示屏和一個微機組成顯示屏是機車里SIBAS控制、測量和診斷功能的人機界面。顯示屏給司機顯示故障、限制功能及相應的對策診斷信息可以通過司機室的顯示屏顯示網關網關用于WTB和MVB的數據交換。網關中過程數據排列（PDM）決定哪些MVB的過程數據傳送到每一節車有2個網關，但是只有一個網關參與WTB通信。每一個網關配屬于一個CCU屬于從CCU的網關不參與連掛車列的初始化，所以不參與任何數據交換其他參與通信的WTB設備不訪問該網關在主網關失效時，司機必須通過開關來使網關失效的CCU停止工作，并讓網關完好的CCU投入工作。

　　3.5牽引電動機TB2624 DJ機車采用結構堅固、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，符合IEC349-2要求異步牽引電動機維修費用低壽命長1TB2624主要參數如下：持續功率持續轉矩電壓電流頻率額定轉速效率（持續工況）極數最大轉速超速試驗轉速（2min絕緣等級4機械部分4.1車體車體由底架、側墻、后端墻、司機室及其后墻和車頂蓋等組成整體承載結構，3個拱形支架用螺釘連接在側墻上部，以支撐4塊車頂蓋。車頂蓋可拆，便于安裝和更換重的部件。

　　車體采用適當的防腐蝕保護措施和合適的油漆涂料。車體設計考慮了避免積水部分底架的起吊點靠近轉向架的中心。組裝好的車體應能承受壓力2 960kN，司機室前窗之下均勻分布的靜態首臺車體將進行壓力負荷試驗，以驗證強度計算和有限元分析結果。

　　底架是車體最重要的部件之一，主要由2根外縱梁和一根內縱梁（包含多根橫梁和兩根端梁）構成為了安裝車內設備，底架上焊有幾根C型安裝軌轉向架之上的橫梁由轉向架每邊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、牽引桿傳遞車體側墻由立柱和縱梁構成，由外蒙皮完全封閉。

　　側墻的上邊有一斜坡，斜坡處有牽引電動機通風機和輔助變流器風機的冷風入口。

　　司機室焊在底架上有2個入口門和1個通車內走廊的后墻門。司機和副司機后面各有1個電氣/電子柜前窗玻璃裝有電動刮雨器和遮陽簾側窗設計為上下提拉式，可以在任何位置鎖住司機臺上各種儀表設備均按照工效學原理設計。司機臺下面安裝有1臺空調機車體后墻結構和側墻相似，有一扇后門并裝有風擋，以使與另一臺固定連掛的機車相通車頂由4塊頂蓋組成，尾部一塊安裝車頂高壓設備，油水冷卻塔鄰近的車頂有冷卻塔進風口。

　　4.2通風冷卻設計每個牽引電動機有自己的通風機，冷風由側墻上部進風口吸入，經過牽引電動機后排出外部。進風口裝有慣性濾塵器網，對灰塵、雨、雪的分離能力強為了防止灰塵等進入車內機器間，4個牽引風機都設有旁風道并設有二次濾塵器，這樣可使機器間空氣稍處正壓狀態2個輔助變流器的通風路徑和牽引電動機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直接從一節車頂蓋吸入，空氣經熱交換器后由風道排向底架下面。

　　4.3制動系統DJ1機車采用空氣制動系統和再生制動，實現空電聯合制動功能每節機車由1臺VV450型KNORR空氣壓縮機供風2個主風缸，每個容積500L所有車輪均配備輪盤制動機構每個轉向架裝備有2套盤式制動系統，另有停車制動裝置4.4轉向架DJ1采用的二軸轉向架是以德國鐵路BR152機車的轉向架為基礎設計的主要零部件經過其他轉向架長期運行驗證構架為閉合的H形結構，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構，整個構架焊成封閉結構，防止潮氣進入箱形內部輪對軸箱和轉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導向作甩二系懸掛采用高撓簧，轉向架每側有3根，上下均有橡膠元件作減振墊設有垂向液壓減振器以吸收垂直振動橫向和側滾振動由裝在轉向架頭尾端梁上的減振器控制轉向架和車體之間的牽引力和制動力通過推拉桿實現轉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（下轉第18頁）保護、過壓過流保護、過紋波保護等弱電軟保護措施，主電路中也應利用快速熔斷器進行硬保護。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的干擾主要是3579等奇次諧波，我們分別在交流進線處加入3 57次諧波濾波器，以減小系統對交流電網的污染經電力部門現場測定，各次諧波干擾對電網的影響小于5%，符合部頒標準。附表為其中一相的測試結果。

　　附表電網諧波測試數據諧波分量電壓紋波系數相位移/（*電流紋波系數相位移/（*總計5結論與展望該系統經現場鑒定，完全符合電力部各項指標要求，節能效果非常明顯，達到了預期目的，為以后大容量蓄電池組充放電設備及大功率電源電子負載的生產奠定了較好的基礎對于鐵路系統中的超大功率柴油發電機水阻試驗臺（800V/2000A），可以用幾臺分機并聯使用、計算機均流控制的方法來解決逆變顛覆問題