內(nèi)燃機(jī)車交一直流恒功率調(diào)速系統(tǒng)|曰回內(nèi)燃機(jī)車交一直流恒功率調(diào)速系統(tǒng)（AC-DCconstantpowerspeedregulatingsystemfordiesellocomotive）滿足交一直流傳動內(nèi)燃機(jī)車牽引性能要求，實現(xiàn)恒功率調(diào)速的勵磁控制系統(tǒng)。直流H_Uyl/口月史牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為廠嘰 （1）式中，nd為牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；UD為牽引電動機(jī)的端電壓（V）；Ce為電勢常數(shù)；0D為勵磁磁通（Wb）；ID為電樞電流（A）；RD為電機(jī)繞組電阻值（。）。調(diào)節(jié)牽引電動機(jī)的端電壓UD及勵磁磁通0°，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)達(dá)n°，從而改變機(jī)車的運(yùn)行速度。在交一直流電傳動內(nèi)燃機(jī)車上，一般是通過調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)的輸出電壓或者通過改變主電路的連接方式來達(dá)到對牽引電動機(jī)電壓的調(diào)節(jié)。而牽引電動機(jī)磁通的調(diào)節(jié)，一方面由于機(jī)車上通常采用的是串勵牽電動機(jī)，其磁通隨著牽引電動機(jī)電樞電流ID的變化而自動調(diào)節(jié)；另一方面還可采用對牽引電動機(jī)磁場削弱向方法來擴(kuò)大磁通調(diào)節(jié)范圍，從而獲得更為寬廣的恒功率運(yùn)行速度范圍。在內(nèi)燃機(jī)車上，牽引發(fā)電機(jī)既是柴油機(jī)的負(fù)載，又是引電動機(jī)的電源。作為牽引電動機(jī)的電源，就需要改變輸出電壓以滿足機(jī)車起動及調(diào)速的要求；作為柴油機(jī)負(fù)載，又要求在輸出電壓變化時維持柴油機(jī)功率恒定。由此可見，要實現(xiàn)機(jī)車?yán)硐氲臓恳匦员囟ㄒ笥信c之相匹配的牽引發(fā)電機(jī)理想外特性。牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性在機(jī)車上，牽引發(fā)電機(jī)經(jīng)整流后的輸出功率Pf與柴油機(jī)輸出功率七之間的關(guān)系可用下式表示Pf=1000（Ne-Nfj）nFnZ=UF?IF （2）式中，UF為牽引發(fā)電機(jī)經(jīng)整流后輸出的直流電壓（V）；IF為輸出的直流電流（A）；機(jī)車上輔助設(shè)備所消耗的總功率Nfj約占柴油機(jī)功率的8%?10%；牽引發(fā)電機(jī)的效率nF和硅整流器的效率nZ與負(fù)載電流有關(guān)，但變化很小。先假設(shè)Nfj不變，并忽略效率的變化，則由上式可知，要保持柴油機(jī)功率恒定就要求牽引發(fā)電機(jī)直流側(cè)的輸出電壓和電流的乘積（UF?IF）保持不變，即牽引發(fā)電機(jī)的電壓與電流呈反比變化而保持其輸出功率不變，應(yīng)具有等邊雙曲線的外特性，通常稱為牽引發(fā)電機(jī)的恒功率外特性曲線，如圖1中bcd所示。但是，這一恒功率曲線并不能沿坐標(biāo)軸無限延伸下去，而要受到牽引發(fā)電機(jī)木縣參數(shù)所決定的最高電壓Umax和最大電流IFPmax的限制。因此，在圖1中的曲線由限壓段ab、恒功率段bcd和限流段de組成，這條曲線稱為牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性曲線。圖1中對應(yīng)的柴油機(jī)功率Ne的變化如曲線ofge所示。需要指出的是，牽引發(fā)電機(jī)的電流值是按額定電流IFe（c點）設(shè)計的。當(dāng)牽引發(fā)電機(jī)電流等于或小于額定電流時，牽引發(fā)電機(jī)可以持續(xù)運(yùn)行；而當(dāng)牽引發(fā)電機(jī)電流大于額定電流時，電機(jī)僅能作短時運(yùn)行。圖1牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性牽引發(fā)電機(jī)的低壓大電流區(qū)段對應(yīng)于機(jī)車的低速運(yùn)行范圍，其高壓小電流區(qū)段對應(yīng)機(jī)車的高速運(yùn)行范圍。通常機(jī)車運(yùn)行的主要速度范圍是在牽引發(fā)電機(jī)持續(xù)工作的恒功率區(qū)段內(nèi)。牽引發(fā)電機(jī)在限流區(qū)和限壓區(qū)工作時，柴油機(jī)功率均有所降低，但是限流區(qū)段通常僅是機(jī)車在啟動階段時運(yùn)行的區(qū)域，其限流值的大小決定了機(jī)車起動牽引力的大小，而限壓區(qū)段是機(jī)車運(yùn)行中不希望進(jìn)入的區(qū)域。有些機(jī)車在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，牽引發(fā)電機(jī)不會進(jìn)入限壓區(qū)工作，有些機(jī)車則在高速運(yùn)行范圍內(nèi)才有可能進(jìn)入限壓段。實際上機(jī)車運(yùn)行時鋪助裝置功率Nfj會有所變化。由公式（2）可知，為維持柴油機(jī)功率恒定，牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性曲線并不是惟一地按6cd曲線變化，而是隨著Nfj的變化而有所變化（也稱為輔助裝置功率轉(zhuǎn)移），見圖2。當(dāng)Nfj值從最大到最小之間變化時，相應(yīng)牽引發(fā)電機(jī)理想外特性曲線總是處在6cddC6'區(qū)域之內(nèi)?？梢姡谠O(shè)計牽引發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)時，需要考慮N值的變化。fj圖2Nfj值變化時，牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性由于在電力傳輸內(nèi)燃機(jī)車上，一般均采用全制式調(diào)速器調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，因此司機(jī)控制器的每一手柄位與柴油機(jī)的每一轉(zhuǎn)速一功率值相對應(yīng)。根據(jù)對電力傳動裝置的要求，最大手柄位（加16位）時牽引發(fā)電機(jī)理想外特性中恒功率區(qū)段的功率應(yīng)與柴油機(jī)額定功率相對應(yīng)，低手柄位時各恒功率區(qū)的功率應(yīng)與柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下的經(jīng)濟(jì)特性曲線上的功率相對應(yīng)。司機(jī)各手柄下的理想外特性曲線見圖3，其中每一手柄位的理想外特性曲線同樣都由恒功率、限流、限壓區(qū)段組成。各低手柄位的限電流值應(yīng)該根據(jù)機(jī)車起動牽引力的要求來確定。一般來說，限流值的選擇應(yīng)該在第一手柄位時較小，但在低手柄范圍則值增加輕快，到較高手柄的范圍內(nèi)增大慢一些，這樣可使機(jī)車起動既快速又平穩(wěn)，并能較好控制機(jī)車起動時容易發(fā)生的輪對空現(xiàn)象。各手柄位的限壓值主要由牽引發(fā)電機(jī)的最大勵磁流所引起的勵磁繞組發(fā)熱所限制。

圖3牽引發(fā)電機(jī)各手柄位時的理想外特性牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性在交一直流電傳動內(nèi)燃機(jī)車上，牽引發(fā)電機(jī)一般采用三相同步交流發(fā)電機(jī)，稱為同步牽引發(fā)電機(jī)。當(dāng)司機(jī)控制器主手柄位一定時，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速n恒定，若同步牽引發(fā)電機(jī)的勵磁電流Ifj保持不變，則所得到同步牽引發(fā)電機(jī)的自然外特性為一條近似凸起下降的拋物曲線，如圖4中虛線所示。因比，當(dāng)轉(zhuǎn)速n恒定時，為了獲得同步牽引發(fā)電機(jī)的理想外特性，就必須使勵磁電流Ifj隨著負(fù)載電流IF的變化而變化。這種變化關(guān)系，稱為牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性，即IFL=?(IF)。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為牽引發(fā)電機(jī)恒功率勵磁系統(tǒng)。圖4同步牽引發(fā)電機(jī)理想外特性的勵磁調(diào)節(jié)法牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性與理想外特性的關(guān)系見圖4。理想外特性恒功率曲線與三條勵磁電流分別為I心，Ifl2和Ifl3（Ifli>Ifl2>Ifl3）的自然外特性曲線（虛線所示）相交或相切，所得到的e，d，c，b，a等點即是調(diào)整特性曲線（圖5）中勵磁電流Ifl隨負(fù)載電流If相應(yīng)變化的對應(yīng)點。由于同步牽引發(fā)電機(jī)理想外特性上的限壓和限流線與其自然外特性曲線接近重合，所以在調(diào)整特性上對應(yīng)的這兩個區(qū)段基本上是兩條水平直線，即勵磁電流近似保持示變，由些得對應(yīng)牽引力電機(jī)理想外特性的限壓段、恒功率段和限流段的調(diào)整特性曲線medcbak，呈一“馬鞍”形。在不同的手柄位下，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不同，所應(yīng)維持的恒功率值也不同，所以牽引發(fā)電機(jī)對應(yīng)有不同的調(diào)整特性，但各調(diào)整特性曲線形式大致相似。圖5同步牽引發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性調(diào)整特性展示了同步牽引發(fā)電機(jī)勵磁電流大致的調(diào)節(jié)規(guī)律，是設(shè)計牽引發(fā)電機(jī)的勵磁控制系統(tǒng)、正確選擇元件參數(shù)的重要依據(jù)。在某些恒功率勵磁控制系統(tǒng)中，牽引發(fā)電機(jī)在各手柄位下限流值、限壓值就是限制牽引發(fā)電機(jī)勵磁電流值來達(dá)到的，這時各手柄位下的最大勵磁電流值就可由調(diào)整特性確定。牽引發(fā)電機(jī)恒功率勵磁系統(tǒng)使?fàn)恳l(fā)電機(jī)按照理想外特性運(yùn)行的恒功率控制系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。任何閉環(huán)控制系統(tǒng)均是基于“檢測偏差，糾正偏差”的原理工作的。由于系統(tǒng)是以控制柴油機(jī)恒功率為目的，并且當(dāng)輔助裝置功率不變時，牽引發(fā)電機(jī)也應(yīng)保持恒功率，因此可采用兩種典型的恒功率勵磁系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖6和圖7。其中圖6是系統(tǒng)以控制柴油機(jī)恒功率為目標(biāo)，而圖7的系統(tǒng)是以控制牽引發(fā)電機(jī)恒功率為目標(biāo)，但該系統(tǒng)要解決輔助裝置功率的問題。圖6控制柴油機(jī)輸出功率恒定的勵磁系統(tǒng)圖7控制牽引發(fā)電機(jī)輸出功率恒定的勵磁系統(tǒng)恒功率勵磁系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)組成功率給定信號單元，由它發(fā)出機(jī)車各手柄位時的功率給定信號G，從而給出了各手柄位時柴油機(jī)或牽引發(fā)電機(jī)的功率值；功率檢測單元，由它檢測柴油機(jī)或牽引發(fā)電機(jī)輸出的實際功率，檢測單元輸出的檢測信號J(也稱反饋信號)與柴油機(jī)或牽引發(fā)電機(jī)實際輸出功率率成正比；比較環(huán)節(jié)，其作用是將功率檢測信號J與功率經(jīng)定信號C進(jìn)行比較，得出偏差信號Pj(Pj=G-J)送往調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器，根據(jù)偏差值Pj發(fā)出調(diào)節(jié)信號T去控制勵磁調(diào)節(jié)裝置，勵磁系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能一般均取決于調(diào)節(jié)器的性能，它有多種類型，常用的有比倒放大器、積分器、比例積分器等;勵磁調(diào)節(jié)裝置根據(jù)調(diào)節(jié)信號來調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)激磁電流，從而調(diào)節(jié)了牽引發(fā)電機(jī)的輸出功率，調(diào)節(jié)裝置一般由可變電阻、直流斬波器或可控整流器等組成；柴油機(jī)或牽引發(fā)電機(jī)為被調(diào)對象，但是柴油機(jī)功率的調(diào)節(jié)也是通過調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)功率來達(dá)到的，因此只需把牽引發(fā)電機(jī)看作被節(jié)對象。恒功率勵磁系統(tǒng)的工作原理當(dāng)功率給定信號G與功率檢測信號J相等時，比較環(huán)節(jié)輸出的偏差信號Pj等于零。對于積分型的調(diào)節(jié)器，則零值的偏差信號輸入調(diào)節(jié)器時，調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號T維持不變，所以由調(diào)節(jié)信號控制勵磁調(diào)節(jié)裝置將保持牽引發(fā)電機(jī)的勵磁電流不變。當(dāng)某種原因，例如機(jī)車運(yùn)行中因阻力變化、工況變化或系統(tǒng)其他干擾等因素，都將使功率檢測信號J偏離功率給定信號G，從而引起系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。例如，當(dāng)功率檢測信號J大于給定信號G時，得到一個負(fù)值的偏差信號，即耳=G一JV0，游人調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號T值下降。T值下降，通過勵磁調(diào)節(jié)裝置使?fàn)恳l(fā)電機(jī)勵磁電流減小，從而使?fàn)恳l(fā)電機(jī)輸出功率下降。這一調(diào)節(jié)過程一直要進(jìn)行到牽引發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到給定功率值為止，只有此時，G=J，Pj=0，勵磁電流不再變化，勵磁系統(tǒng)才處于平衡狀態(tài)。若出現(xiàn)功率檢測信號J小于給定信號G的情況，調(diào)節(jié)過程正好相反。盡管各種恒功率勵磁系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)基本相同，但由于采用的調(diào)節(jié)器類型不同，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和性能會明顯不同。因此按調(diào)節(jié)器的性質(zhì)分類，可分為下列三類：①采用液力調(diào)節(jié)器（一般為聯(lián)合調(diào)節(jié)器）的恒功率勵磁系統(tǒng)；②采用電子調(diào)節(jié)裝置的恒功率勵磁系統(tǒng)（簡稱電子恒功率勵踐系統(tǒng)）；③采用微機(jī)控制的恒功率勵磁系統(tǒng)。聯(lián)合調(diào)節(jié)器功率勵磁控制系統(tǒng)一種主要依靠液力元件來完成恒功率勵磁調(diào)節(jié)任務(wù)的系統(tǒng)，國際上曾在20世紀(jì)50年代大量發(fā)展并采用，目前尚在中國電傳動內(nèi)燃機(jī)車上普遍應(yīng)用。由于在結(jié)構(gòu)上將完成恒功率勵磁調(diào)節(jié)任務(wù)的液力元件與柴油機(jī)調(diào)速器組合在一起，稱為聯(lián)合調(diào)節(jié)器，所以這種系統(tǒng)就稱為采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制柴油機(jī)恒功率為目標(biāo)。由于目前沒有簡便的方法能地直接檢測出柴油機(jī)的輸出功率，因此只能通過間接的方法來檢測。機(jī)車柴油機(jī)一般均裝有全制式調(diào)速器，通過它的控制作用，柴油機(jī)能精確地維持各手柄位下的轉(zhuǎn)速不變。在轉(zhuǎn)速恒定的情況下，柴油機(jī)供油量的多少就決定了其輸出功率的大小，柴油機(jī)供油量信號就可以作為柴油機(jī)的功率信號。當(dāng)規(guī)定轉(zhuǎn)速下供油量恒定時，則該轉(zhuǎn)速下的功率值也為恒定。因此，只要控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定和供油量恒定就可實現(xiàn)柴油機(jī)恒功率。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)見圖8，圖中虛線方框內(nèi)的元件均組合在聯(lián)合調(diào)節(jié)器內(nèi)，這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)。圖8下半部分是一個速度閉環(huán)。它檢測柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號Jn，并與司機(jī)手相位給定轉(zhuǎn)速信號Gn相比較，輸出的偏差信號Pn去驅(qū)動一個液力伺服器，稱為供油伺服器；由供油伺服器帶動柴油機(jī)供油齒條動作，改變供油量大小，以調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。例如柴油機(jī)負(fù)載（由牽引發(fā)電機(jī)及輔助裝置消耗的功率所決定）減小，則柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高而高于給定轉(zhuǎn)速，供油伺服器就使供油齒條減小供油量；當(dāng)柴油機(jī)負(fù)載增大，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速就會降低而低于給定轉(zhuǎn)速，供油伺服器就使供油齒條加大供油量，直到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到給定值為止。圖8上半部分是一個供油量閉環(huán)。以柴油機(jī)供油齒條的位置作為供油量信號Jy，并與由司機(jī)手柄位所決定的供油量給定信號Gy，相比較，其偏差值Py使另一個液力伺服器一一功調(diào)伺服器動作，去調(diào)節(jié)功調(diào)電阻的電阻值；電阻值變化信號通過勵磁調(diào)節(jié)裝置（一般為勵磁發(fā)電機(jī)）又去調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)的勵磁電流Ifl，使?fàn)恳l(fā)電機(jī)功率發(fā)生變化，從而改變了柴油機(jī)的負(fù)載；為維持轉(zhuǎn)速恒定，供油量隨之調(diào)節(jié)，一直到供油齒條的位置符合給定供油量為止。顯然這兩個閉環(huán)控制是既相對獨(dú)立而又相互聯(lián)系的閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載變化時，改變供油量大小以維持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恒定；供油量閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)供油量偏離給定值時，通過改變勵磁電流來改變牽引發(fā)電機(jī)的功率，以使供油量恢復(fù)到給定值。由于兩個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相互聯(lián)系，使調(diào)節(jié)過程比較復(fù)雜。機(jī)車運(yùn)行時，因擾動而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)過程首先是柴油機(jī)負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化，由轉(zhuǎn)速變化引起供油量變化，而供油量變化引起牽引發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)作用，從而使柴油機(jī)負(fù)載趨向于恢復(fù)給定值。當(dāng)調(diào)節(jié)過程完畢，調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，則柴油機(jī)必定既處于給定轉(zhuǎn)速值下，又在給定的供油量下工作，柴油機(jī)功率保持不變。圖8采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)方框圖柴油機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號Gn由司機(jī)控制手柄通過聯(lián)合調(diào)節(jié)器配速機(jī)構(gòu)所組成的轉(zhuǎn)速信號給定單元給出。供油量給定信號Gy則由柴油機(jī)轉(zhuǎn)速給定信號Gn通過函數(shù)變換器一一聯(lián)合杠桿來得到，函數(shù)變換器給出符合柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)特性曲線的轉(zhuǎn)速與供油量給定信號之間的關(guān)系曲線。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁系統(tǒng)，以控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速及供油量恒定為目標(biāo)，實現(xiàn)柴油機(jī)的恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，并能自然地實現(xiàn)輔助裝置功率的轉(zhuǎn)移，穩(wěn)態(tài)工作性能較好。在較高手柄位的范圍內(nèi)，功調(diào)電阻完全能被調(diào)節(jié)，使?fàn)恳l(fā)電機(jī)能獲得近似理想的外特性曲線。整個勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作比較可靠，但由于其結(jié)構(gòu)上的原因，主要存在三方面問題：柴油機(jī)各轉(zhuǎn)速下的供油量給定值是通過線性關(guān)系的函數(shù)變換器（即聯(lián)合杠桿）給出的，因此在調(diào)整符合柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)特性要求的非線性功率曲線（也稱柴油機(jī)牽引特性）時受到線性關(guān)系及其他因素的限制，往往不盡如人意，在較高手柄位的范圍可使?fàn)恳l(fā)電機(jī)獲得完整的理想外特性，而在較低手柄位的范圍則難以達(dá)到；由于是靠限制各手柄位的最大勵磁電流來確定牽引發(fā)電機(jī)的起動電流值，最大勵磁電流又受到各手柄位下柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，因此難以滿足機(jī)車對各手柄位起動電流的要求，使機(jī)車起動性能不理想，起動加速較緩慢；由于聯(lián)合調(diào)節(jié)器本身是靠反應(yīng)速度較慢的液力伺服器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)信號傳遞過程中必須通過柴油機(jī)一發(fā)電機(jī)組這一很大的機(jī)械慣性環(huán)節(jié)，致使功率勵磁系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，過渡過程時間校長，在機(jī)車運(yùn)行時，由于負(fù)載的經(jīng)常變化將造成功率波動較大，特別是電動機(jī)磁場削弱的過渡過程中，將會引起牽引發(fā)電機(jī)和柴油機(jī)較嚴(yán)重的過載，出現(xiàn)燃油消耗率高及冒黑煙等不良狀況。由于以上原因，從20世紀(jì)60年代開始，各國都相繼開展了電子調(diào)速器和電子恒功率或微機(jī)恒功率勵磁控制系統(tǒng)的研制，現(xiàn)已得到推廣運(yùn)用和發(fā)展。電子恒功率勵磁控制系統(tǒng)主要依靠電子裝置來完成恒功率調(diào)節(jié)任務(wù)的勵磁系統(tǒng)。機(jī)車柴油機(jī)的主要負(fù)載是牽引發(fā)電機(jī)。在機(jī)車運(yùn)行過程中，外界負(fù)載經(jīng)常變化，因而要隨時對牽引發(fā)電機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。而采用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的恒功率勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)信號傳遞過程中，由于要通過柴油機(jī)一發(fā)電機(jī)組這一較大的機(jī)械慣性環(huán)節(jié)，并且液力伺服機(jī)構(gòu)的反應(yīng)速度較慢（均為機(jī)械位移量），致使系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，過渡時間較長。可以設(shè)想，若對牽引發(fā)電機(jī)直接進(jìn)行恒功率快速調(diào)節(jié)，使?fàn)恳l(fā)電機(jī)隨時保持恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，則在輔助裝置功率不變的情況下柴油機(jī)自然保持恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，此時聯(lián)合調(diào)節(jié)器基本處于穩(wěn)態(tài)，克服了通過聯(lián)合調(diào)節(jié)器進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)的缺點。這種快速調(diào)節(jié)的方法是隨著電子技術(shù)的發(fā)展才得以實現(xiàn)的。國際上從20世紀(jì)60年代開始，出現(xiàn)了主要采用電子裝置來完成恒功率調(diào)節(jié)任務(wù)的勵磁系統(tǒng)，中國80年代中期從美國GE公司引進(jìn)的ND5型機(jī)車就屬這種系統(tǒng)的典型機(jī)車。中國鐵路系統(tǒng)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)及高等院校從20世紀(jì)70年代開始了這方面研制工作，經(jīng)過試驗、樣車試運(yùn)階段，于80年代初投入批量生產(chǎn)，制造出新一代電子恒功率勵磁控制的東風(fēng)7型內(nèi)燃機(jī)車，現(xiàn)已形成東風(fēng)7系列產(chǎn)品。此后生產(chǎn)的東風(fēng)5型、東風(fēng)9型內(nèi)燃機(jī)車也采用了電子恒功率勵磁控制裝置。電子恒功率勵磁系統(tǒng)方案見圖9。通常以調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)輸出功率恒定為目標(biāo)，這是因為發(fā)電機(jī)輸出功率比較容易檢測并變換為電信號，而柴油機(jī)功率一般不易直接檢測。電子恒功率勵磁系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)均由電子元件組成，各環(huán)節(jié)間傳遞的信號一般均采用電模擬量。它由以下各個環(huán)節(jié)組成：功率給定信號單元，由它給出機(jī)車各手柄位時的牽引發(fā)電機(jī)功率給定信號upg；功率檢測信號單元，由它檢測牽引發(fā)電機(jī)的輸出功率，一般由電壓檢測環(huán)節(jié)、電流檢測環(huán)節(jié)和模擬運(yùn)算法器構(gòu)成，電壓檢測環(huán)節(jié)得到正比于牽引發(fā)電機(jī)電壓uf的電壓檢測信號uuj，電流檢測環(huán)節(jié)得到正比于牽引發(fā)電機(jī)電流if的電流檢測信號Ujj，uuj,和Ujj經(jīng)乘法器作乘法運(yùn)算，輸出正比于牽引發(fā)電機(jī)功率PF(PF=UF-IF)的功率檢測信號Upj；比較環(huán)節(jié)，實際上是一個減法器，它輸出功率偏差信號(Uppi=Upg—Upj)；調(diào)節(jié)器，根據(jù)偏差信號發(fā)出調(diào)節(jié)信號UT，常用的有比例放大器、比例積分器等，在實際電路中，比較器與調(diào)節(jié)器總是組合在一起的；勵磁調(diào)節(jié)裝置，由輸入的調(diào)節(jié)信號控制來改變牽引發(fā)電機(jī)的勵磁電流IFL，從而調(diào)節(jié)牽引發(fā)電機(jī)的輸出功率PF，常用的有品體管斬波器、品閘管波器、可控整流器等。根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理，當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，實測功率值應(yīng)當(dāng)?shù)扔诠β式o定值，即Upj=Upg。因此只要設(shè)定了各手柄位的功率給定值，牽引發(fā)電機(jī)就獲得各手柄位下的理想外特曲線。由于整個電子系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。%乘岫史測卜迎 監(jiān)土-城麗｝ 圖9電子恒功率勵磁系統(tǒng)控制方案電子恒功率勵磁系統(tǒng)一般只保證牽引發(fā)電機(jī)輸出恒功率。為了能夠保證柴油機(jī)恒功率，必須解決輔助裝置功率轉(zhuǎn)移的問題，即當(dāng)機(jī)車上輔助裝置功率變化時，相應(yīng)改變牽引電機(jī)功率以維持柴油機(jī)功率恒定。實現(xiàn)輔助裝置功率轉(zhuǎn)移的方法有下述兩種：①設(shè)置輔助裝置的功率檢測環(huán)節(jié)，將檢測到的輔助裝置功率信號ufpj與牽引發(fā)電機(jī)功率檢測信號upj相加后作為反饋信號加至控制系統(tǒng)。顯然，因為系統(tǒng)平衡時upg=upj+Ufpi，所以當(dāng)柴油機(jī)的功率給定信號upg不變時，則upj+ufpi不變，即當(dāng)輔助裝置增加時，發(fā)電機(jī)輸出功率將相應(yīng)減少，反之則相應(yīng)增加，這樣就能維持柴油機(jī)功率不變。由于這一方案需要檢測輔助裝置所消耗的功率，所以當(dāng)輔助裝置采用電力驅(qū)動方式時，比較容易實現(xiàn)。而采用其他驅(qū)動方式時，所采用的檢測手段相對比較復(fù)雜。②當(dāng)輔助裝置功率變化時，相應(yīng)改變牽引發(fā)電機(jī)的功率給定信號值。例如，當(dāng)輔助功率增大時，相應(yīng)使?fàn)恳l(fā)電機(jī)的功率給定值信號upg減小，反之則增大，以維持柴油機(jī)功率不變。改變牽引發(fā)電機(jī)功率給定信號的辦法有多種，一般多數(shù)利用聯(lián)合調(diào)節(jié)器實現(xiàn)輔助功率轉(zhuǎn)移，即通過聯(lián)合調(diào)節(jié)器上的功調(diào)電阻來修正牽引發(fā)電機(jī)的功率給定信號。微機(jī)控制恒功率勵磁系統(tǒng)進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，微型計算機(jī)的制造技術(shù)迅速發(fā)展，微機(jī)成本下降，體積減小，功能提高，因此，越來越多的控制系統(tǒng)采用了微型計算機(jī)。機(jī)車也開始應(yīng)用了微機(jī)，并逐步完善和增強(qiáng)微機(jī)功能，也可以說目前新一代的內(nèi)燃機(jī)車無不采用微機(jī)控制裝置。對于微機(jī)控制的恒功率勵磁系統(tǒng)，簡單地說就是用微機(jī)或微處理器完成功率檢測、比較及調(diào)節(jié)的功能。實際上，微機(jī)的作用遠(yuǎn)不止于此，還具有許多常規(guī)系統(tǒng)無法比擬的復(fù)雜功能，使整個內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)更加完美。微機(jī)控制與模擬電子控制的最大以區(qū)別在于，在微機(jī)控制中許多復(fù)雜的控制功能都通過軟件編程、數(shù)學(xué)運(yùn)算來實現(xiàn)的，從而大大簡化了電路結(jié)構(gòu)。微機(jī)控制能更方便地結(jié)合多種信號，實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制及各種特殊規(guī)律的控制；微機(jī)能完成各種控制算法，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。此外，微機(jī)控制系統(tǒng)還能方便地實現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行參數(shù)的實時檢測、門自動顯示、存儲、打印及故障報警等功能。微機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件電路及軟件設(shè)計兩部分。硬件通常可采用市場上成熟的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型及接口電路，軟件則要根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計。它的一個重要優(yōu)點是，系統(tǒng)的功能改變及擴(kuò)展十分容易，通常只要改變軟件設(shè)計就能達(dá)到，因此更具有通用性。微機(jī)恒功率勵磁方案見圖10，圖中虛線框內(nèi)為微機(jī)部分。功率給定值由司機(jī)操縱主手柄確定，可以是主手柄位的編碼信號通過微機(jī)并行口輸入，也可以采集反應(yīng)手柄位的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號由計算機(jī)高速輸人口輸入。微機(jī)根據(jù)采集到的當(dāng)前手柄位所對應(yīng)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值在內(nèi)存中查找出功率給定值Dpg，按照柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)特性曲線所確定的各手柄位功率給定值與轉(zhuǎn)速值的對應(yīng)關(guān)系已預(yù)先存儲于微機(jī)內(nèi)存中。牽引發(fā)電的電壓檢測信號uuj和電流檢測信號*經(jīng)隔離放大后輸入微機(jī)。由于微機(jī)只能進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，所以必須將電模擬量uuj和七經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量Duj和D/。一般A/D芯片前可連接多路轉(zhuǎn)換開關(guān)芯片，在滿足采樣頻率的條件下；各模擬量通過多路開關(guān)分時切換進(jìn)入，共用一片A/D芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。將數(shù)字量Duj和Dij進(jìn)行乘法運(yùn)算即得到功率檢測值DPj，與功率給定值DPg進(jìn)行比較（減法運(yùn)算）得到功率偏差值DPj。根據(jù)偏差值，按照特定的控制規(guī)律（控制算法）進(jìn)行運(yùn)算，計算出控制量DK，這里的控制算法起到調(diào)節(jié)器的作用?？刂屏緿K的輸出可有多種方式，視勵磁控制電路的形式和要求而定，一般要求以模擬量或脈寬調(diào)制信號輸出。因此，應(yīng)將數(shù)字控制量Dk經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）轉(zhuǎn)換為模擬量UT，或者直接利用微機(jī)的PWM口轉(zhuǎn)換輸出，輸出信號也要進(jìn)行隔離。微機(jī)與外電路的隔離輸出的主要是出于對微機(jī)安全性及抗干性的考慮。將D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬控制信號或PWM信號進(jìn)行放大后去控制勵磁調(diào)節(jié)裝置（如勵磁斬波器），從而控制了牽引電機(jī)的輸出功率，使其保持與功率給定值相一致。圖10微機(jī)恒功率勵磁系統(tǒng)控制方案牽引電機(jī)磁場削弱調(diào)速 由直流牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式--皿G%一可知，調(diào)節(jié)牽引電動機(jī)的端電壓UD及勵磁磁通①D，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速nD，從而改變機(jī)車的運(yùn)