CN110994758B - 一种内燃机车及其发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机车及其发电系统，包括发电系统机壳，所述发电系统机壳内集成设置有正负直流汇流母排，以及，并联连接至所述正负直流汇流母排的多套直流输出电路，其中，每套所述直流输出电路包括串联连接的输出绕组、熔断器和三相桥式全波整流电路，所述三相桥式全波整流电路的输出侧连接至所述正负直流汇流母排。本发明将整流装置集成在同步发电系统壳体内部，集成度高，节省了机车的使用空间，主发直接输出的是直流电，减少了同步发电机与整流装置之间的布线，多套独立的输出绕组，彼此之间不受影响，当某几个发生故障时，整车供电只损失部分功率，不会导致整个供电系统故障。

Description

一种内燃机车及其发电系统

技术领域

本发明涉及内燃机车设计生产技术领域，尤其涉及一种内燃机车及其发电系统。

背景技术

传统内燃机车通过柴油发动机拖动同步发电机旋转发出三相交流电，然后将这个三相交流电通过机车上独立的整流装置整流为直流电供给机车负载，如图1所示。

经长期的生产和研究发现，上述结构的内燃机车仍旧存在如下问题：

1.同步发电机在发电机时需要通风冷却，机车上的整流装置也需要通风冷却，由于同步发电机与整流装置是两个彼此独立的装置，整车需配备两套通风冷却系统，通风冷却系统复杂；

2.同步发电机只有一套三相输出绕组，通过多根并联电缆连接到主整流装置上，它们之间的布线复杂，占用空间大；

3.冗余性较差，由于同步发电机只有一套三相输出绕组接到一套整流装置上，当同步发电机三相输出绕组和整流装置中任何一个发生故障时都会导致整车发电系统故障。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种内燃机车及其发电系统。

本发明实施例所公开的一种内燃机车发电系统，包括发电系统机壳，所述发电系统机壳内集成设置有正负直流汇流母排，以及，并联连接至所述正负直流汇流母排的多套直流输出电路，

其中，每套所述直流输出电路包括串联连接的输出绕组、熔断器和三相桥式全波整流电路，所述三相桥式全波整流电路的输出侧连接至所述正负直流汇流母排。

进一步地，所述直流输出电路为至少两套。

进一步地，所述发电系统机壳内的主发电机转子转轴连接至柴油机，所述主发电机的定子绕组为至少两个输出绕组，以形成至少两套直流输出电路；

所述三相桥式全波整流电路设置在所述主发电机的一侧。

进一步地，所述发电系统机壳内被分配为主发电机腔室和空气箱，其中，所述空气箱设置在主发电机腔室远离柴油机的一侧，所述三相桥式全波整流电路设置在所述空气箱内。

进一步地，所述空气箱上设置有进风罩，以使冷却空气由所述进风罩进入发电系统机壳内，所述主发电机腔室的侧壁上设置有出风口，以使换热后的冷却空气流出。

进一步地，所述进风罩设置在远离所述主发电机的一侧，通过通风机使所述冷却风由所述进风罩进入所述发电系统机壳内。

进一步地，所述发电系统机壳内还分配有用于容置辅助发电机的辅助发电机腔室，所述辅助发电机腔室位于所述主发电机腔室的另一侧。

进一步地，所述主发电机和所述辅助发电机同轴安装，并且在所述辅助发电机腔室的侧壁上设置有出风口。

进一步地，所述主发电机的滑环和刷架系统设置在所述空气箱内，且所述空气箱的壁上设置有可以对滑环和刷机系统进行检修的检修口。

另一方面，本发明实施例所公开的一种内燃机车，包括上述的内燃机车发电系统。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明将整流装置集成在同步发电系统壳体内部，集成度高，节省了机车的使用空间，同时由于整流装置集成在同步发电机内部，主发直接输出的是直流电，减少了同步发电机与整流装置之间的布线；

同步发电机与整流装置集成在一起集中供风冷却，降低了供风冷却系统设计难度；

本发明将同步发电机内部单个三相输出绕组拆分为多套独立的输出绕组，彼此之间不受影响，当某几个发生故障时，整车供电只损失部分功率，不会导致整个供电系统故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的传统内燃机车发电系统示意图；

图2为本发明一实施例的内燃机车发电系统结构示意图；

图3为本发明一实施例的内燃机车发电系统结构示意图；

图4为本发明一实施例的内燃机车发电系统结构示意图；

图5为本发明一实施例的内燃机车发电系统的空气箱侧端部结构示意图；

图6为本发明一实施例的内燃机车发电系统的整流原理简图；

图7为本发明一实施例的内燃机车发电系统结构的整流部分结构图；

图8为本发明一实施例的内燃机车发电系统的结构示意图；

图9为本发明一实施例的内燃机车发电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

如图2，图3，图6所示，本发明的一些实施例公开了一种内燃机车及其发电系统，其发电系统包括发电系统机壳1，所述发电系统机壳1内集成设置有正负直流汇流母排，以及，并联连接至所述正负直流汇流母排的多套直流输出电路，

其中，每套所述直流输出电路包括串联连接的输出绕组、熔断器和三相桥式全波整流电路5，所述三相桥式全波整流电路5的输出侧连接至所述正负直流汇流母排。优选地，所述直流输出电路为至少两套。

如图2所示，同步发电机内部每套绕组分别通过熔断器(组)与三相桥式全波整流电路5输入端连接，三相桥式全波整流电路5输出端与直流汇流母排连接。熔断器主要起短路和过流保护作用，当任何一套绕组出现短路或过流故障时，可以通过它切断该套绕组输出，防止事故扩大化。三相桥式全波整流电路5将同步发电机每套绕组输出的三相交流电整流为直流电并通过正负直流汇流母排汇总输出给机车负载。熔断器、三相桥式全波整流电路5和正负直流汇流母排都集成在同步发电机内部，同步发电机直接通过正负直流汇流母排输出直流电供给机车负载使用。

如图3所示的实施例中，同步发电机三套独立的输出绕组Ⅰ101、输出绕组Ⅱ102、输出绕组Ⅲ103，三套独立熔断器组Ⅰ201、熔断器组Ⅱ202、熔断器组Ⅲ203、三套独立的三相桥式全波整流电路Ⅰ501、三相桥式全波整流电路Ⅱ502、三相桥式全波整流电路Ⅲ503、正极直流汇流母排401和负极直流汇流母排402组成。当同步发电机被柴油机拖动进行发电时，独立的输出绕组Ⅰ101发出三相交流电，然后通过熔断器Ⅰ201，接入到三相桥式全波整流电路Ⅰ501的输入侧，经三相桥式全波整流电路Ⅰ501整流后输出到正极汇流母排401和负极汇流母排402上。熔断器Ⅰ201主要作用为当输出绕组Ⅰ101出现短路或过流故障时，它能够切断绕组Ⅰ101的输出，避免事故扩大化。

输出绕组Ⅱ102和输出绕组Ⅲ103作用原理与输出绕组Ⅰ101相同，这里不详细叙述。输出绕组Ⅰ101、输出绕组Ⅱ102、输出绕组Ⅲ103，熔断器组Ⅰ201、熔断器组Ⅱ202、熔断器组Ⅲ203、三相桥式全波整流电路Ⅰ501、三相桥式全波整流电路Ⅱ502、三相桥式全波整流电路Ⅲ503、正极直流汇流母排401和负极直流汇流母排402都集成在同步发电机的内部。

上述实施例将整流装置集成在同步发电系统壳体内部，集成度高，节省了机车的使用空间，同时由于整流装置集成在同步发电机内部，主发直接输出的是直流电，减少了同步发电机与整流装置之间的布线；将同步发电机内部单个三相输出绕组拆分为多套独立的输出绕组，彼此之间不受影响，当某几个发生故障时，整车供电只损失部分功率，不会导致整个供电系统故障。同步发电机与整流装置集成在一起可以实现集中供风冷却，降低了供风冷却系统设计难度。

本发明一些实施例所公开的内燃机车发电系统，如图4所示，所述发电系统机壳1内的主发电机转子31转轴连接至柴油机，所述主发电机定子32绕组为至少两个输出绕组，以形成至少两套直流输出电路；所述三相桥式全波整流电路5设置在所述主发电机的一侧。发电机系统将主发电机与牵引整流装置集成在一起，牵引整流装置位于发电系统的左侧，主发电机位于右侧，主发电机为凸极同步发电机，转子转轴与柴油机连接，由柴油机拖动旋转，主发定子绕组输出两组三相交流电，通过左侧两个三相全桥整流器，输出两路直流电，供给机车使用。该设计结构的发电系统，可方便地在发电系统机壳1上开设通风孔，通过强制通风的方式实现整个发电系统机壳1内的通风换热；还可以将机壳外壁设计为具有冷却液流通路径的冷却机壳，即所示发电系统机壳1上设置有冷却液流通管路，通过冷却液的循环流通，实现发电机系统壳体内的冷却降温，冷却液可以来自机车的冷却系统。

如图4，图8，图9所示，本发明一些实施例所公开的内燃机车发电系统，在上述实施例的基础上，所述发电系统机壳1内被分配为主发电机腔室3和空气箱2，其中，所述空气箱2设置在主发电机腔室3远离柴油机的一侧，所述三相桥式全波整流电路5设置在所述空气箱2内。

作为上述实施例的一种优选的实施方式，如图9所示，所述空气箱2上设置有进风罩21，以使冷却空气由所述进风罩21进入发电系统机壳1内，所述主发电机腔室3的侧壁上设置有出风口即主发出风口33，以使换热后的冷却空气流出。进一步地，所述进风罩21设置在远离所述主发电机的一侧，通过通风机使所述冷却风由所述进风罩进入所述发电系统机壳1内，进风罩的设计，便于通风、查看、防护和检修。

具体地，可采用强迫通风结构，冷却空气由整流器室进入，在冷却牵引整流器后进入发电机内部，分别对主发电机定/转子进行通风冷却。牵引整流器的硅整流元件工作时，PN结内部产生很大的热损耗，若不及时将热量散出去，结温会越来越高，直至烧毁整流元件。发电系统的牵引整流装置采用强迫通风冷却散热方法。冷却空气首先由通风机吹向主发电机腔室侧面的空气箱2，然后经过装于发电机组端面的牵引整流装置流向主发电机，对主发电机进行冷却。通风机的风量可以达到7200立方英尺/分，满足牵引整流装置6300立方英尺/分风量的要求,保证了牵引整流装置的可靠运用。

如图6所示，本发明一些实施例所公开的内燃机发电系统中，负责牵引整流的牵引整流装置即三相桥式全波整流电路5的工作原理如下：

主发电机为三相交流发电机，转子装配有十个磁极，定子上装有两套星型连接的绕组。两套绕组分别输出三相交流电并经相互独立的两组带有散热器的三相桥式全波整流器输出直流电，每个整流器模块由五个相同的三相桥式全波整流电路5并联而成，每个三相桥式全波整流电路5的三相输入端都串接一个快速熔断器，熔断器对系统起到短路保护的作用。

如图7所示的牵引整流装置的结构，主要由30只螺栓式二极管51、15只快速熔断器52、散热片54、汇流排53和安装板55等组成。螺栓式二极管把装于散热片上，两个整体的散热器也就是牵引整流器的直流输出正负母排，软编织线端分别接于熔断器上方，三相交流电分别连接于3组快速熔断器下方的汇流排上。

本发明一些实施例所公开的内燃机车发电系统，在上述实施例的基础上，所述发电系统机壳1内还分配有用于容置辅助发电机的辅助发电机腔室4，所述辅助发电机腔室4位于所述主发电机腔室3的另一侧。所述主发电机和所述辅助发电机同轴安装，并且在所述辅助发电机腔室4的侧壁上设置有出风口即辅助出风口43。

本发明的一些实施例中，为了便于对主发电机的滑环34和刷架35进行维护和检修，所述主发电机的滑环34和刷架35系统设置在所述空气箱2内，且所述空气箱2的壁上设置有可以对滑环和刷机系统进行检修的检修口22。

如图8，图9所示的实施例所公开的发电系统包含主发电机、辅助发电机和主整流装置；柴油机用于拖动主发电机和辅助发电机旋转；励磁斩波器用于将辅助发电机2号定子绕组发出的三相交流电变流为可控的直流电为主发电机磁力绕组提供电源励磁；机车控制蓄电池用于辅助发电机最初发电时需要靠它提供预励磁电源；110V充电机有两个作用：一是在辅助发电机预励磁的时候将机车控制蓄电池的电给辅助发电机励磁，让辅助发电机能发出电能；二是辅助发电机1号绕组发出的三相交流电经过110V充电机变流为可控的直流电为辅助发电机励磁，同时为机车控制蓄电池充电。发电系统通风机电机为驱动发电机系统通风机，用于发电机系统的冷却，它的电源来自于辅助发电机1号绕组；主发电机定子32用于发出三相交流电；主整流装置用于将主发电机定子32发出的三相交流电整流为直流电；主发电机励磁绕组位于主发电机的转子，给它通外电源产生磁场；辅助发电机励磁绕组位于辅助发电机的转子41，给它通外电源产生磁场；辅助发电机定子42有两套输出绕组，发出三相交流电，为机车辅助系统提供电能。

该辅助发电机不仅负责为主发电机提供励磁能量，同时还负责为其他辅助设备提供电源，辅助发电机共有两组隔离线圈，一组线圈通过辅助电源变换器输出110VDC电源用于蓄电池充电，此外还为发电系统通风机电机提供电源；另一组线圈通过主发电机励磁斩波器为主发电机提供励磁电流。斩波器控制模块(CCM)根据机车微机传送来的控制信号控制牵引发电机励磁电流的大小。

采用主、辅发电机一体化结构的发电系统，主发电机和辅助发电机机械连接在一起，电气上相互独立。且安装在同一个发电系统机体内部，同轴连接。辅助发电机位于靠近柴油机的一端。主发电机与整流器集成在一起，整流后，输出直流电，为牵引逆变器提供直流电源。发电系统由机车柴油机拖动，主发电机发出三相交流电，为机车提供高压直流电源。辅助发电机输出三组交流电源，主输出为牵引通风机电机供电；辅助输出为蓄电池充电；中间抽头输出为牵引发电机励磁绕组供电。

本发明实施例中，主发电机和辅助发电机可均为转场式凸极同步发电机。转轴与柴油机连接，转轴旋转后，转子励磁绕组外接电源给以直流电，通过滑环给旋转磁极提供励磁电流从而产生旋转磁场，定子中静止的线圈置于旋转磁场中产生感应电势。主发定子绕组通过采用合适的连接方式使其输出两组星形连接的三相交流电，再通过两个三相全桥整流器，输出两路直流电，供给牵引逆变器使用。辅发(辅助发电机)定子绕组通过复杂的电缆线连接，输出三组不同功率的三相交流电，作为辅助用电的电源。本发明实施例的发电系统，可选用双列滚子自调心球面轴承以适应主发电机安装时轴向、角度偏移和调整，并采用绝缘轴承，有效防止轴电流对轴承的损坏。主、辅发电机的定子可用螺栓连接，转子磁轭可用螺栓连接在一起，辅助发电机靠近柴油机端。刷架滑环及牵引整流器安装在电机端盖外侧，产品集成度高，便于检修和更换电刷，如图5所示。

本发明可采用强迫通风冷却结构，如图9所示，箭头为冷却空气的流通方向，冷却空气由整流器室进入，在冷却牵引整流器后进入发电机内部，分别对主、辅发电机定/转子进行通风冷却。

本发明实施例中，主发电机可采用免维护轴承，轴承不设润滑脂加注孔，运行中不补充润滑脂，轴承为免维护运行。主发电机定子铁心和机座为一体结构，采用压圈和拉板将铁心和机座在施加压力的情况下焊接为一体。焊后不需进行退火，可直接加工。主发电机转子磁极采用大规格圆漆包铜线多层多匝绕制结构，经高温环氧固化为一体，转子不需浸漆。

需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内燃机车发电系统，其特征在于，包括发电系统机壳，所述发电系统机壳内集成设置有正负直流汇流母排，以及，并联连接至所述正负直流汇流母排的多套直流输出电路，

其中，每套所述直流输出电路包括串联连接的输出绕组、熔断器和三相桥式全波整流电路，所述三相桥式全波整流电路的输出侧连接至所述正负直流汇流母排；

所述发电系统机壳上设置有冷却液流通管路，通过冷却液的循环流通，实现发电机系统壳体内的冷却降温，冷却液来自机车的冷却系统；

所述发电系统机壳内的主发电机转子转轴连接至柴油机，所述主发电机的定子绕组为至少两个输出绕组，以形成至少两套直流输出电路；所述三相桥式全波整流电路设置在所述主发电机的一侧；

所述发电系统机壳内被分配为主发电机腔室和空气箱，其中，所述空气箱设置在主发电机腔室远离柴油机的一侧，所述三相桥式全波整流电路设置在所述空气箱内；所述发电系统机壳内还分配有用于容置辅助发电机的辅助发电机腔室，所述辅助发电机腔室位于所述主发电机腔室的另一侧，所述主发电机和所述辅助发电机同轴安装，并且在所述辅助发电机腔室的侧壁上设置有出风口；

所述辅助发电机输出三组交流电源，主输出为牵引通风机电机供电，辅助输出为机车控制蓄电池充电，中间抽头输出为主发电机励磁绕组供电；并且，励磁斩波器将辅助发电机发出的三相交流电变流为可控的直流电为主发电机磁力绕组提供电源励磁；机车控制蓄电池为辅助发电机最初发电时提供预励磁电源；110V充电机用于在辅助发电机预励磁的时候将机车控制蓄电池的电给辅助发电机励磁，让辅助发电机能发出电能；辅助发电机的第二个定子绕组发出的三相交流电经过110V充电机变流为可控的直流电为辅助发电机励磁，同时为机车控制蓄电池充电；

所述辅助发电机共有两组隔离线圈，一组线圈通过辅助电源变换器输出110VDC电源用于蓄电池充电，此外还为发电系统通风机电机提供电源；另一组线圈通过主发电机励磁斩波器为主发电机提供励磁电流；斩波器控制模块根据机车微机传送来的控制信号控制主发电机励磁电流的大小；

采用双列滚子自调心球面轴承适应主发电机安装时轴向、角度偏移和调整，并采用绝缘轴承；主发电机定子铁心和机座为一体结构，采用压圈和拉板将铁心和机座在施加压力的情况下焊接为一体。

2.根据权利要求1所述的内燃机车发电系统，其特征在于，所述直流输出电路为至少两套。

3.根据权利要求1所述的内燃机车发电系统，其特征在于，所述空气箱上设置有进风罩，以使冷却空气由所述进风罩进入发电系统机壳内，所述主发电机腔室的侧壁上设置有出风口，以使换热后的冷却空气流出。

4.根据权利要求3所述的内燃机车发电系统，其特征在于，所述进风罩设置在远离所述主发电机的一侧，通过通风机使冷却风由所述进风罩进入所述发电系统机壳内。

5.根据权利要求1所述的内燃机车发电系统，其特征在于，所述主发电机的滑环和刷架系统设置在所述空气箱内，且所述空气箱的壁上设置有可以对滑环和刷机系统进行检修的检修口。

6.一种内燃机车，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的内燃机车发电系统。