励磁调节器和油马达并行励磁分析解决“冒黑烟”

　　随着市场经济的发展，旅客对服务质量的要求越来越高，而作为牵引旅客列车的内燃机车，在运行途中柴油机冒黑烟已影响到旅客对铁路客运服务质量的满意度，甚至造成了极坏的影响。所以。在运行中正确处理柴油机冒黑烟故障，是一件关系到铁路客运服务的社会效益和经济效益的大事。

　　造成机车柴油机冒黑烟的原因很多，有气门开度原因，有气缸中运动件的原因，有喷油器雾化不良，有调速器故障，增压器故障，还有励磁调节器故障等等。安装了励磁调节器的内燃机车柴油机冒黑烟的原因中，最常见的是增压器和励磁调节器故障。

　　励磁调节器上设有两个开关，它们是“油马达电阻励磁”和“励磁调节器励磁”开关。当油马达功调电阻和励磁调节器都能正常工作时，两开关均置“正常”位。此时油马达和励磁调节器并行工作。当油马达功调电阻励磁系统有故障，不能正常工作时，可将“油马达功调电阻励磁”开关置“故障”位，此时由励磁调节器单独工作。当励磁调节器发生故障不能正常工作时，可将“励磁调节器励磁”开关置“故障”位，机车为油马达电阻励磁控制状态。在这里我们所要了解的是当“油马达电阻励磁”和“励磁调节器励磁”开关均置“正常”位时，励磁调节器和油马达两者并行工作的情况。

　　在机车运行中，励磁调节器中微处理器接受柴油机转速信号n、主发电机电压信号V_F电流信号I_F等，并将这些信号随时与微处理器中储存的各种基准值进行比较，根据逻辑判断结果，CPU进行PI运算，输出合适的信号，经DA芯片转换模拟电压，控制励磁系统电流，将主发电机电压、电流均控制在规定范围，从而使柴油机恒功率运行。在励磁调节器中，将控制插件提供的信号电压变为能平滑地控制励磁系统励磁电流的执行环节是斩波插件，它由功率三极管、脉宽调节器、电阻、电容等组成。工作时由脉宽调制器根据控制插件提供的信号电压来调节功率三极管的导通和截止时间，即其导通比，以此控制测速发电机的励磁电流，从而控制整个励磁系统的励磁电流，使主发电机输出的电流、电压、功率在规定的范围内。而同时联合调节器也根据柴油机转速和功率信号，经过其调节机构的调节使油马达转动，改变功调电阻滑片的位置，以此改变功调电阻值，从而改变流过油马达功调电阻励磁电路的电流，来实现柴油机主发电机组的恒功率调节。

　　图1是励磁调节器和油马达并行工作时测速发电机励磁电流通路示意图。图中，CF是测速发电机；Rlcf3是油马达工作时，测速发电机最大励磁电流调整电阻；Rlcf2是测速发电机最小励磁电流电阻，Rlcf1是励磁调节器为测速发电机励磁时，整定励磁绕组的最大电流调整电阻；Rgt是由油马达带动旋转的整流子式可变电阻，即功调电阻，DF_4D型机车功调电阻值为0～492.9 Ω；1Hkg是工况转换开关；kl是励磁调节器励磁开关；k2是油马达电阻励磁开关；A是励磁电流表；I_CL是测速发电机励磁电流。

 

 

　　从图1中我们可以看出，油马达功调电阻励磁电路是与励磁调节器励磁电路中的功率三极管并联的。当励磁调节器中功率三极管饱和导通时，就把油马达功调电阻励磁电路短接了，此时油马达功调电阻励磁电路由于不存在电压或电压值微乎其微，可以认为是没有励磁电流流过的。而当功率三极管截止时，输出高电平。由于存在一定的电压，油马达功调电阻励磁电路便有励磁电流通过，这就带来一个问题，由于功率三极管的导通和截止时间是励磁调节器按照其单独作用时的情况控制的，其效果是使实际的P_F值与规定的基准值相符。但在功率三极管截止时，油马达功调电阻励磁电路有电流通过，显然会增加测速发电机的励磁电流，而使P_F大于规定的基准值。此时励磁调节器和联合调节器都能检测到这一情况，励磁调节器再一次将实际的发电机电压V_F、电流I_F，和功率P_F与在当前柴油机转速n下规定的基准值进行比较，结果使功率三极管的导通时间减少，截止时间增加，减少经由功率三极管的励磁电流。而联合调节器通过调节使油马达向减载位移动，功调电阻Rgt对阻值增大，经由油马达功调电阻励磁电路的电流便也随之减少。励磁调节器和油马达如此并行调节的结果，是使测速发电机励磁电流I_CL下降，U_CF降低，励磁机励磁电流I_LL降低，实现对主发电机励磁电流I_FL进行调整，则主发电机I_FL及U_F都降低。只要主发电机或柴油机的输出功率值与给定基准值的功率值不相符，励磁调节器和联合调节器就不停地进行调节，直到消除偏差为止。经过几次反复，最终使I_F、U_F和P_F与规定的基准值相符。

　　从以上励磁调节器和联合调节器并行工作情况可以看出，由于励磁调节器中功率三极管饱和导通时，将油马达功调电阻励磁电路短接了，那么当励磁调节器发生故障，功率三极管不能截止时，油马达功调电阻励磁电路就发挥不了调节作用。此时，测速发电机的励磁电流，I_CL就会大大增加，就会导致主发电机励磁电流I_FL也大大增加，这样就使主发电机电压U_F和电流I_F大幅增加，从而使主发电机输出功率大幅增加，向上离开所在转速下的恒功曲线。联合调节器为了保持柴油机转速不变，经过其调节机构的动作使燃油供油量有一个不小的增加，由于此时气缸里空气进气量并没有相应增加，就会造成喷入气缸里的燃油不能完全燃烧，从而造成柴油机冒黑烟。虽然此时油马达功调电阻励磁电路被功率三极管短接，起不了调节作用，但由于此时“油马达电阻励磁”开关置“正常”位，会给人一种错觉，就是油马达功调电阻励磁电路也出现故障了，而根据以上分析显然不是这样的。这时只要将“励磁调节器励磁”开关置“故障”位，使功率三极管励磁电流通路断开，让测速发电机励磁电流，I_CL只经油马达功调电阻电路流过，就可以使油马达功调电阻励磁电路正常工作了。通过联合调节器的调节，使油马达转动，改变功调电阻滑片的位置，重新控制励磁系统励磁电流，就可以使柴油机主发电机组工作点重回恒功率曲线上，从而消除柴油机冒黑烟现象。

　　机车在运行中出现柴油机冒黑烟的现象时，应先回手柄把励磁调节器上的“励磁调节器励磁”开关置“故障”位，再提手柄。如果在励磁调节器上的“励磁调节器励磁”开关置“故障”位后，黑烟消失或明显减少，则说明是励磁调节器的故障所致，可由油马达功调电阻励磁电路单独工作，维持运行；如果冒黑烟状况没有减轻，则说明机车柴油机冒黑烟不是励磁调节器故障造成的，应考虑其它部件的原因，这时可降低功率运行。

　　通过降低在每个转速下柴油发电机组的功率，可以减少柴油机冒黑烟的程度，如果这个程度的减少可以使冒的黑烟不影响到旅客，就可以维持运行。但在运行中临时整定功率显然是不合适的，所以应事先做好准备。可以在励磁电路中加装一个降功电阻。在测速发电机励磁电路有功调电阻，其串人电路中的阻值随着工况的变化而变化，而加装的电阻不可能也像功调电阻一样，在运行中进行调节。在主发电机的励磁电路中，励磁电流I_FL较大(DF_4D型机车I_FL可达267 A)，对电阻的散热和控制电阻的触头要求比较高，而励磁机的励磁电流I_LL则要小得多(DF4D型机车I_LL在10 A以内)，所以应在励磁机励磁电路中加装降功电阻。

　　图2是加装降功电阻接线示意图。图中，L为励磁机；Rjg是加装的降功电阻；ZJ为中间继电器；K(I)、K(Ⅱ)分别为I室和Ⅱ室的控制开关；JGD(I)、JGD(Ⅱ)分别为I室和Ⅱ室的降功工况指示灯。ZJ可采用5Q3型中间继电器，它有5组触头，其中常开触头3组，常闭触头2组，每个触头允许通过的额定电流为5 A。在使用时将1组常开触头改装成常闭触头。为使在正常情况下降功电阻可靠短接，用ZJ的3组常闭触头与其并联。另外2组常开触头分别控制工、Ⅱ室降功工况指示灯。Rjg可采用ZGll型10 Ω管形电阻。调整Rjg，可确定功率降低的程度。建议在柴油机转速为1 000 r／rain时，硅整流柜输出功率整定为2 125 kW。