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0.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。
1.故障原因
1.1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。
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。
1.2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。
1.3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。
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 。
2.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：
2.1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10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。
2.2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。
2.3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。
2.4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。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机车整流电路正是在整流元件的可靠性方面存在一定问题。
2.5阻容保护电路变化分析
DF4D型机车在启动、加载和卸载的情况下，都采用控制同步牵引发电机励磁的方式，不会有很高的操作过电压危及整流元件。但是整流柜工作时，整流元件不断地由正向导通状态到反向阻断状态，其在换相过程中，因蓄存效应而产生一个超过正常反向电压的过电压(此电压称为换相过电压)，危及整流元件寿命。机车制造厂在设计时，采用在每条整流桥臂上并联一组阻容(RC)保护电路，吸收整流元件换相过程中产生的换相过电压。
2.6整流柜散热量分析
DF4D型机车负载稳定电流最大允许达到7200A（每台牵引电动机最大电流1200A），整流电路为三相桥式整流，整流柜每个桥臂采用2个整流元件并联，每个整流元件通过的电流为负载电流的1／6，因此每个整流元件的最大稳定电流可达1200A。因此，必须对整流柜进行足够的冷却，尽量减少整流元件击穿或烧损的可能性。整流柜的冷却方式为强迫通风冷却，但是在实际运用中，DF4D型机车整流柜采用离心式风机吸风时附带冷却的散热方法。风机由柴油机经前变速箱带动开始吸风，冷却空气首先经过整流柜的两侧冷却硅整流元件，然后进入牵引电动机冷却风道冷却牵引电动机。冷却风源为电器室空气，风速受柴油机转速控制。该散热方式已不能满足DF4D型机车的散热要求。并且整流柜温度过高也直接影响阻容保护的使用寿命。
2.7由于整流装置各元件表面附着大量油污、沙尘和各种杂质，致使整流装置表面温升超过二极管的容许值是造成整流元件烧损的另一种因素。
3.应对措施
（1）为了确保DF4D型机车可靠运用，检修过程中加强对牵引电动机以及牵引发电机的检修，落实各项作业标准。
（2）在整流柜检修上采取一些有效的措施，有效地预防DF4D型机车整流柜的故障。
①对阻容保护元件进行定期检测；②测量整流元件的正向压降；③测量反向峰值漏电流。
（3）增加整流柜的散热量：
DF4D型机车整流柜的冷却空气是电器室的空气，正常情况下，电器室的空气应该是由车体外部经安装在车体侧壁上的手动百页窗进入电器室的，如果侧壁百页窗作用不良，鼓风机将电器室的空气吸走后，电器室的补充空气就会从动力室吸风过来，因动力室的空气温度较高导致整流柜环境温度较高即较小，直接影响整流柜的散热。原机车设计的手动开启侧百页窗，开启后由于机车振动而经常 自动关闭。为此，在手动拉杆上加装了锁闭销，可有效地防止侧百页窗自动关闭，增加整流柜的散热量，从而改善整流柜的工作条件，提高其可靠性。所以建议在认真检查通风机的基础上，在整流装置的各二极管间用一种耐高温、散热性良好的绝缘材料做一个网套保护各二极管，这样既能使硅元件保持干净，散热性好也会杜绝由于附着物而造成两相短路的现象，从而避免整流装置因此而烧损
（4）在全面检查整流装置接线、紧固件的基础上，重点对阻容保护的虚接、虚焊进行彻底焊修，保证整流装置不能因为阻容保护的虚接、虚焊而烧损甚至危及行车安全。
（5）建议中修重新选配每一桥臂的整流元件整流柜运用一个中修期后，由于各种因素的影响，其整流元件的正向压降已经发生了不同程度的变化。对于并联使用的整流元件，总希望它们能均匀分配流过该桥臂的电流，以避免因电流不均造成流过大电流的整流元件产生过载现象，从而延长整流元件的寿命。决定每一桥臂各并联元件电流分配均匀度的技术参数就是该桥臂各并联元件的正向压降。 [科]
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。
1.故障原因
1.1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。
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。
1.2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。
1.3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。
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 。
2.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：
2.1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10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。
2.2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。
2.3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。
2.4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。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机车整流电路正是在整流元件的可靠性方面存在一定问题。
2.5阻容保护电路变化分析
DF4D型机车在启动、加载和卸载的情况下，都采用控制同步牵引发电机励磁的方式，不会有很高的操作过电压危及整流元件。但是整流柜工作时，整流元件不断地由正向导通状态到反向阻断状态，其在换相过程中，因蓄存效应而产生一个超过正常反向电压的过电压(此电压称为换相过电压)，危及整流元件寿命。机车制造厂在设计时，采用在每条整流桥臂上并联一组阻容(RC)保护电路，吸收整流元件换相过程中产生的换相过电压。
2.6整流柜散热量分析
DF4D型机车负载稳定电流最大允许达到7200A（每台牵引电动机最大电流1200A），整流电路为三相桥式整流，整流柜每个桥臂采用2个整流元件并联，每个整流元件通过的电流为负载电流的1／6，因此每个整流元件的最大稳定电流可达1200A。因此，必须对整流柜进行足够的冷却，尽量减少整流元件击穿或烧损的可能性。整流柜的冷却方式为强迫通风冷却，但是在实际运用中，DF4D型机车整流柜采用离心式风机吸风时附带冷却的散热方法。风机由柴油机经前变速箱带动开始吸风，冷却空气首先经过整流柜的两侧冷却硅整流元件，然后进入牵引电动机冷却风道冷却牵引电动机。冷却风源为电器室空气，风速受柴油机转速控制。该散热方式已不能满足DF4D型机车的散热要求。并且整流柜温度过高也直接影响阻容保护的使用寿命。
2.7由于整流装置各元件表面附着大量油污、沙尘和各种杂质，致使整流装置表面温升超过二极管的容许值是造成整流元件烧损的另一种因素。
3.应对措施
（1）为了确保DF4D型机车可靠运用，检修过程中加强对牵引电动机以及牵引发电机的检修，落实各项作业标准。
（2）在整流柜检修上采取一些有效的措施，有效地预防DF4D型机车整流柜的故障。
①对阻容保护元件进行定期检测；②测量整流元件的正向压降；③测量反向峰值漏电流。
（3）增加整流柜的散热量：
DF4D型机车整流柜的冷却空气是电器室的空气，正常情况下，电器室的空气应该是由车体外部经安装在车体侧壁上的手动百页窗进入电器室的，如果侧壁百页窗作用不良，鼓风机将电器室的空气吸走后，电器室的补充空气就会从动力室吸风过来，因动力室的空气温度较高导致整流柜环境温度较高即较小，直接影响整流柜的散热。原机车设计的手动开启侧百页窗，开启后由于机车振动而经常 自动关闭。为此，在手动拉杆上加装了锁闭销，可有效地防止侧百页窗自动关闭，增加整流柜的散热量，从而改善整流柜的工作条件，提高其可靠性。所以建议在认真检查通风机的基础上，在整流装置的各二极管间用一种耐高温、散热性良好的绝缘材料做一个网套保护各二极管，这样既能使硅元件保持干净，散热性好也会杜绝由于附着物而造成两相短路的现象，从而避免整流装置因此而烧损
（4）在全面检查整流装置接线、紧固件的基础上，重点对阻容保护的虚接、虚焊进行彻底焊修，保证整流装置不能因为阻容保护的虚接、虚焊而烧损甚至危及行车安全。
（5）建议中修重新选配每一桥臂的整流元件整流柜运用一个中修期后，由于各种因素的影响，其整流元件的正向压降已经发生了不同程度的变化。对于并联使用的整流元件，总希望它们能均匀分配流过该桥臂的电流，以避免因电流不均造成流过大电流的整流元件产生过载现象，从而延长整流元件的寿命。决定每一桥臂各并联元件电流分配均匀度的技术参数就是该桥臂各并联元件的正向压降。 [科]