和谐内5型机车柴油机起动系统的牵引逆变器起动机制与预润滑控制

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和谐内5型机车柴油机起动系统的牵引逆变器起动机制与预润滑控制

摘要：和谐内5型机车柴油机起动系统采用牵引逆变器替代专用起动装置，通过蓄电池直流电逆变为交流电驱动牵引发电机作为起动电动机运行。本文依据现有技术资料，梳理该起动系统的部件构成、电路结构、起动程序及安全防护措施，重点分析预润滑控制逻辑、起动逆变器选择机制以及曲轴转速与起动电流的对应关系。分析表明，该起动方式通过取消专用SCR逆变器简化了硬件结构，其分级电流控制与转速监测逻辑对现场故障判断具有参考价值。

关键词：和谐内5型机车；柴油机起动系统；牵引逆变器；预润滑；曲轴转速

引言

和谐内5型内燃机车是中国南车戚墅堰机车有限公司与美国通用电气公司合作研发的大功率交流传动内燃机车，2008年12月下线。该机车装用大功率IGBT变流器，额定功率达到4660kW，最大起动牵引力为620kN，最大运用速度和最大恒功率速度为120km/h，采用模块化设计、外走廊、底架承载结构，机车轴重为25t。在起动方式上，和谐内5型机车与我国既有DF型机车存在显著差异。通用电气公司的工程师在获得交流牵引系统经验后，取消了原有的SCR逆变器，转而采用其中一个牵引逆变器产生交流电来起动柴油机。这一设计去除了大量仅在起动时才使用的硬件装置，减少了机车重量并降低了成本，同时使柴油机起动过程变得智能和简单，便于机车检修维护。

本文依据现有技术资料，围绕和谐内5型机车柴油机起动系统的部件构成、电路结构、起动程序及安全防护四个方面展开分析，重点讨论预润滑控制、起动逆变器选择、起动电流分级控制等关键环节，以期为机车乘务人员和检修人员理解该型机车起动系统原理提供参考。

一、起动系统部件构成与电路结构

和谐内5型机车上用于柴油机起动过程的部件涵盖电源、控制、执行和保护等多个类别。起动电源由蓄电池提供，规格为64V、1000A。蓄电池移车正极接触器负责连接蓄电池到总线，蓄电池开关则连接蓄电池到机车系统。起动逆变器5和6继电器为起动转换开关供电以完成起动选择。集成输入/输出控制板为智能显示器#3提供输入/输出接口。起动告警铃用于在柴油机起动时发出警示。起动转换开关作为主/辅起动选择器，柴油机控制开关为机车选择柴油机起动模式，柴油机控制单元负责检测和控制柴油机转速，柴油机曲轴传感器EC1S和EC2S分别作为主速度传感器和备用传感器检测柴油机转速。柴油机起动开关为单钮起动开关，柴油机停机开关ESP1和ESP2为停机按钮。燃油切断开关包括左侧燃油切断开关和右侧燃油切断开关，以及地面燃油切断开关。燃油泵电路断路器为燃油泵和起动控制供电，燃油泵接触器起动燃油泵电动机，燃油泵电动机提供低压燃油供应，燃油泵继电器使燃油泵运行。柴油机起动程序接触器用于保持1000A的起动电流，逆变器5作为辅起动逆变器。

在电路结构方面，ES59ACi机车的集中控制体系结构为柴油机起动并将其设定在空转速度提供计算机控制。牵引系统的各个部分提供起动力，若干起动控制电路构成牵引系统以产生驱动曲轴并使柴油机达到点火转速所必需的转矩。燃油控制电路则为柴油机的起动和运行提供燃油。集中控制体系结构通过智能显示器#3、集中输入/输出板和柴油机控制单元之间的ARCNet网络通信实现协调控制。

二、起动程序与预润滑控制逻辑

柴油机起动前，集中控制体系结构必须对其进行预润滑，以减少柴油机部件的摩擦和磨损。智能显示器#3需要确定采用两种预润滑措施中的哪一种，方案选择以ELIT检测的润滑油温度为根据。使用ARCNet网络通信，智能显示器#3从柴油机控制单元请求数据，燃油泵电路断路器接通时，从柴油机控制单元第一次通电起，它就以每秒一次的速率更新来自ELIT的温度数据。

如果ELIT的读数大于65.5℃，智能显示器#3会发出预润滑2分钟的指令，然后起动柴油机的实际过程开始。如果ELIT的输入数据小于56.5℃，智能显示器#3会发出预润滑4分钟的指令，在此期间检查来自柴油机控制单元的数据，确定润滑油是否在10秒钟内压力上升3.5kPa，由ELIP测量，持续10秒钟。如果润滑油压力上升，则起动正常进行；如果压力并未上升，起动仍将进行，但非限制性事件将发送到集中控制体系结构的记录中。

当智能显示器#3发出命令给集中输入/输出板吸合预润滑接触器时，开始进行预润滑。这一动作通过接通卡槽3中卡上的FET输出驱动器进行，闭合预润滑接触器中的一个触点，而预润滑接触器通过预润滑电路将预润滑电动机与蓄电池连接在一起。智能显示器#3自接通燃油泵以后，一直监测燃油压力，通过从柴油机控制单元请求EFP数据来确定是否提供适当的低压燃油，确保压力适度并保证燃油系统中的空气已经排尽。

在起动告警环节，集中输入/输出板接通卡槽4内卡上的FET，从蓄电池正极通过备用起动警铃和FET与蓄电池负极形成回路，使警铃鸣响，警告机车上或机车周围的人员柴油机将要起动。同时有反馈信号发送到集中输入/输出板卡槽12内的卡上，指示警铃正在鸣响。如果两种反馈信号都接收到，集中控制体系结构继续进行柴油机起动的下一步骤；如果一个信号也没接收到，表明两个警铃一个也没响，集中输入/输出板通过ARCNet向智能显示器#3发送信号，智能显示器#3发出命令终止起动程序。

三、起动逆变器选择与起动电流分级控制

一旦起动了低压燃油系统并完成预润滑，智能显示器#3必须选择一个牵引逆变器并把它与牵引发电机连接起来。此时智能显示器#3执行状况检查，确认逆变器5和6的状态。如果逆变器5和6接通，智能显示器#3将使牵引系统执行主逆变器起动操作，通过发送ARCNet网络信息给集中输入/输出板并命令吸合起动逆变器继电器6来实现控制。

当集中输入/输出板使起动逆变器继电器6吸合时，继电器触头动作完成两个功能：禁止起动逆变器继电器5的动作，并连接起动转换开关电路中的一台电动机到蓄电池。一旦起动逆变器继电器6的常闭触头打开，使起动逆变器继电器5的线圈不能得电；起动逆变器继电器6的常开触头闭合，将起动转换开关中的直流电动机和机车蓄电池接通。这一电路通过EC中的触头6、起动逆变器继电器6的闭合触头以及设在起动转换开关中的限位开关C6LS1实现。

当该直流电动机开始转动时，它驱动起动转换开关中的主触头使其接通逆变器6和牵引发电机TA的励磁绕组。起动转换开关中的另外三个触头闭合，使设置在电路中的一个直流通路导通，使直流电流流过TA的励磁绕组。当起动转换开关中的主触头移动到主起动位置时，限位开关C6LS1自动打开，中断流过驱动电机的电流通路，停止重新设置过程。在C6LS1打开的同时，另一个限位开关C6LS2闭合，给集中输入/输出板发送一个蓄电池正极信号，集中输入/输出板将这些信息传递给智能显示器#3。

当电路被设置为主起动模式时，智能显示器#3通过使蓄电池电源与逆变器6和牵引发电机励磁绕组相接通来上电激活起动电路。集中输入/输出板通过使BJ+吸合来完成这一设置，使逆变器6能够使用蓄电池电源使牵引发电机作为起动电动机运行。牵引电动机控制器的卡槽6中的计算机卡从智能显示器#3接收操作命令，并开始产生蓄电池交流电压（约64VAC）。该交流电压产生的电流施加到牵引发电机的输出绕组上，同时直流电流流进TA的励磁绕组，使TA作为交流起动电机运行。

当逆变器6开始向牵引发电机提供交流电流时，蓄电池提供的电流约为1000A。当柴油机曲轴开始转动3秒后，曲轴的速度将达到30转/分和35转/分之间，这时起动电流将降到大约700A。智能显示器#3通过监视由曲轴速度传感器EC1S和EC2S检测到而通过柴油机控制单元提供的数据来获得柴油机的曲轴转速。

当曲轴转速达到30至35转/分时，智能显示器#3要求集中输入/输出板向柴油机起动程序接触器的线圈提供电能。来自智能显示器#3的命令让集中输入/输出板动作以使柴油机起动程序接触器吸合，闭合它的触头，这将短路掉限流电阻R3的一部分。柴油机起动程序接触器线圈吸合将闭合一组触头而短路掉电阻R3的一部分，R3的阻值大约为其原值的40%。减小电流流回蓄电池负极这一通路的电阻值，将会使流向牵引交流发电机的输出绕组的起动电流增大。TA的输出绕组中的电流回升到1000A，这将增加施加到曲轴上的转矩，使起动电路能够获得高达120转/分的曲轴转速，虽然柴油机通常在60至90转/分之间时已经点火。

四、安全防护措施

和谐内5型机车上存在对维修人员可能致命的电压危险区域。根据工作条件和机车结构型式的不同，各区域存在不同等级的电压。司机室、控制区1和RLA存在蓄电池级电压（60至74V）。控制区2存在蓄电池级、100V、交流67V、交流201V、交流402V和700V。控制区3存在100V和交流约1400VDC/AC。控制区4存在蓄电池级、约67V交流、201V交流、402V交流和1400VDC/AC。控制区5存在蓄电池级、约100V交流、约402V交流和1400VDC/AC。控制区9存在蓄电池级和约402V。电阻制动栅箱存在约1400V和约402V。交流发电机区存在蓄电池级、约67V交流、201V交流、402V交流和1400V。散热器室存在蓄电池级和约402V。SHT和LHT存在1400V DC和1400V。

ES59ACi型机车有一个机械联锁系统，用于保证在机车上作业的维修人员的安全。在机车辅助室的每个控制区——控制区2至控制区5，均有联锁门，只有当特定的门首先被打开时，这些联锁门才开启。对于控制区2和控制区3，特定的门设在控制区2上；对于控制区4和控制区5，特定的门设在控制区4上。当这些门中的一个门或其他门被打开时，一对门联锁开关将跳闸断开。这些门联锁开关属于安全装置。

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参考资料：和谐内5型机车柴油机起动系统原理探讨

引用依据：
《和谐内5型机车柴油机起动系统原理探讨》

资料使用说明：本文依据已抽取铁路专业原始文本整理，仅供学习参考。涉及规章、技术参数和作业要求时，请以现行有效文件为准。

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