浅谈DF4D内燃机车整流装置经常烧损的原因及采取的措施.docx

浅谈DF4D机车整流装置整流元件烧损的原因及措施
Hyj87073
1、概述
DF4D型机车是一种交一直流电传动内燃机车，其动力是柴油机，由柴油机驱动同步交流牵引发电机发出三相交流电，经整流柜等设备转换成脉动直流电供给6台直流牵引电动机。整流柜是电传动装置中的一个非常重要的部件，它一旦发生故障，必将导致机车无法运行，若处理不当甚至造成同步牵引发电机烧损，直接影响铁路运输的安全正点。由此可见，DF4D型机车整流柜故障问题已十分突出，很有必要对整流柜故障的原因进行分析，找出根源，提出切实可行的改进措施，保证整流柜的质量。
2、故障原因
2.1整流原理
主整流柜是交直流电传动内燃机车上的重要装置．它将同步牵引发电机发出的三相交流电转换成直流电，作为牵引电动机的电源。
DF4D机车采用GTF一5100／1250型主整流柜，其整流原理见图1。

图1DF4D机车整流原理图
整流管采用ZP2500—28型整流管，每个桥臂由2只整流管并联而成，两端并联阻容保护板。整流电路采用三相桥式，每周期内自然换相6次输出脉动较小的整流电压，见图2。

圈2三相全波桥式整流波形
2.2换相过电压
硅整流器组在换相时会产生过电压，这是由于硅元件空穴积蓄效应(载流子的残留效应)引起的换相过电压。众所周知，硅元件换相时，由正向导通变为承受反向电压，而元件恢复反向阻断能力需要一定时间．也就是说元件中尚有空穴积蓄或载流子残留，在反向电压作用下，在一个极短的时间(2～3s)内，会产生1个很大的反向电流。当元件恢复阻断能力时，这个反向电流迅速减小到正常反向漏电流的大小。由于机车主电路为电感性电路，具有储能特性，这就意味着在极短(数微秒)的时间里，反向电流在电感中所储藏的能量要释放出来。结果电路中产生很大的尖峰状自感电势，与已经反向加在元件上的发电机电势一起，迫使整流管受到相当大的反向电压，如图3-（a)所示。
除此之外，由于电压的突变，主电路的容性已不能忽略不计，它和电路的电感构成高频振荡，形成的振荡电压又进一步叠加到元件上．见图3-(b)。这样，就可能使整流元件受到2～3倍正常反向电压的冲击如果不加保护，在如此周期性出现的换相过电压冲击下，整流元件有被击穿的危险。
2.3换相过电压的保护
为抑制整流装置中的换相过电压，普遍采用的保护措施是在整流元件两端并联阻容(RC)吸收装置。其中电容器用于吸收换相时释放出来的碰场能量与电容器串联的电阻的作用是防止电容与回路电感造成串联振荡，也可限制放电电流的大小。RC吸收装置对换相过电压的保护起到关键性作用。见图3-(c)。

图3换相过电压波形
DF4D机车整流电路的阻容保护由6个1uF的电容和6个39Ω的电阻2串3并组成，见图4。

图4DF4D机车整流的阻容保护电路
3、故障分析
DF4D机车整流装置烧损的原因既有动态的因素，又有静态的因素；既有显而易见的，也有不能轻易发现的。但主要原因有以下几点：
3.1从整个电传动电路系统中分析：直流牵引电动机发生环火，造成同步牵引电动机三相突然短路是烧损整流装置的重要原因。这个过程是一个极其复杂的瞬变过程，在此过程中发电机各绕组以及在短路系统中都将产生巨大的冲击电流，这个电流高达额定电流的1O倍至15倍。当如此高的冲击电流经过整流装置各个元件时，就有可能使元件烧损。
3.2从牵引发电机内部构造分析：由于各线槽和定、绕子绝缘件老化或损坏，造成牵引发电机发生不对称的两相突然短路现象是烧损整流装置的原因之一。当发生不对称的两相突然短路，这个过程中也至少有高达额定电压3倍左右的高电压，这使主整流柜的各元件会击穿甚至烧损，而且在转子励磁绕组中将感应产生过电压，这个电压可能会导致供给励磁的整流电源的硅元件被击穿、烧损。
3.3从整流装置本身分析：当整流装置发生两相短路时，造成同步牵引发电机不对称运行，使得定、转子绕组均产生电压，当此电流经过整流器和励磁系统的硅元件时容易被击穿。
3.4整流管参数变化分析：整流电路每个桥臂由2个整流元件并联使用，这就要求2个元件的伏安特性相匹配。在检修中发现，整流元件长期工作后，其正向伏安特性会发生程度不一的变化，使同一桥臂的2个元件特性存在差异。出厂时，同一桥臂相并联的2个元件正向峰值电压之羞约为0.01V，而走行60万km后，同一桥臂并联的2个元件正向峰值电压之差扩大为0.03～0.13V这必定造成同一桥臂2个元件均流恶化，以致发生元件的过载、击穿（原北京机务段使用DF4D机车普查结果）。同时，在现场我段配属的不同机型的内燃机车中，DF4各型、DF5和DF8B机车的此类故障很少发生。比较上述几类机车整流电路，可知DF4D机车整流电路所用的整流元件数大大减少，但元件的工作电流、功率大大提高，这对元件的可靠性等方面的要求显然更高。而实际运用表明，DF4D机车整流电路