内燃机车的原动机一般是柴油机。若用柴油机直接驱动机车，柴油机功率随着机车速度的变化而变化，而且机车的运行速度愈低，柴油机功率的利用也愈低，只有当机车速度达到最高速度时柴油机才发出额定功率，致使柴油机功率得不到充分发挥。此外，柴油机不能带负荷启动，若由柴油机直接驱动机车将不可能使列车起动和低速运行，机车的运行速度范围和负载的变化受到限制，且不能改变运行方向。上述几点足以证明在内燃机车上不能采用柴油机直接驱动方式，而必须在柴油机与机车动轮之间设置专门的传动系统，使柴油机转速与机车速度没有直接的联系，并能充分发挥柴油机的功率特性，满足机车牵引性能的要求。

柴油机在工作过程中应以降低燃油消耗量，减少废气排放，提高经济性能为目标。为此，在柴油机最小工作转速与最高转速的工作范围内，其输出的功率应按经济特性进行标定，即对应柴油机某一转速对应某一最经济的输出功率。所以，为了使内燃机车在宽广的速度范围内能够充分地、经济地利用柴油机的功率，传动系统的主要任务是：不论机车在额定功率还是部分功率运行，都应当保持柴油机在某一恒定转速下的功率恒定。因此称这种传动系统为“内燃机车恒功率调速系统”。在内燃机车上，柴油机的功率是由司机控制器主手柄所控制的，当手柄位一定时，柴油机的转速恒定，其输出功率也就恒定；改变手柄位时，柴油机的转速和输出功率就相应改变。

由于内燃机车运行性能的好坏直接取决于传动系统性能的好坏，因此对电传动系统的要求除了进行恒功率调速外，还应具有其他功能，一般可概括如下：

①当机车运行在需要柴油机发挥额定功率（司机最高手柄位）时，应该使机车在尽可能大的速度范围内保持柴油机额定功率不变，以充分利用柴油机的功率；当机车仅需部分功率运行（司机低手柄位）时，应使柴油机按其经济特性恒功率运行。

②应保证柴油机在无负载情况下先启动。

③机车起动时，应具有足够大的起动牵引力，使机车起动加速快且平稳而无冲击。

④可方便地进行机车运行方向的改变。

⑤能有效地实施机车动力制动。

⑥应有较高的传动效率、工作可靠、便于维护。

内燃机车电传动是由柴油机带动一台牵引发电机（也称主发电机），将柴油机的机械能转变为电能，牵引发电机向安装在机车转向架上的数台牵引电动机供电，牵引电动机又将电能转变为机械能，并通过车轴齿轮箱驱动机车的动轮使机车运行。按照牵引发电机和牵引电动机所用的电流制不同，电传动系统可分为3大类，即直流电传动、交-直流电传动和交流电传动。

是采用直流牵引发电机和直流牵引电动机，又称直-直流电传动，是早期采用的电传动型式。柴油机直接驱动一台直流牵引发电机G，向数台直流牵引电动机M供电，牵引电动机通过传动齿轮箱驱动机车动轮。

图1 直流电传动

直流电传动（图1）的特点是调速方法比较简便，通常用改变直流电动机端电压的方法即可达到调速的目的。由于直流串励牵引电动机具有软特性，起动转矩大，调速范围宽，适合于机车牵引，因此在直流电传动系统中被广泛采用。在内燃机车发展的初期，由于牵引电动机是直流电机，因而就很自然地配用直流牵引发电机作为供电电源。这种传动型式沿用了很长一段时期，例如中国的DF型（东风型）、DF₂型、DF₃型以及进口的ND₁型、ND₂型等机车都属于这种传动型式。

20世纪60年代以来，内燃机车不断向大功率发展，柴油机的功率和转速不断提高，而直流牵引发电机的功率则受到电机换向条件、机车内限界尺寸以及机车轴重的限制，使单机组直流电传动内燃机车的功率几乎限制在2200千瓦以下。

交-直流电传动（图2）是采用交流同步牵引发电机，通过大功率硅整流装置将交流电转变为直流电，供给数台直流牵引电动机。

图2 交—直流电传动

在这种传动型式中，一方面采用交流同步牵引发电机及整流装置取代了直流牵引发电机，以克服制造大功率直流牵引发电机换向时所出现的困难，另一方面仍然保留了直流电动机作为牵引电动机的特点。由此可见，交-直流电传动和直流电传动都同属直流调速系统。但交流同步牵引发电机无换向器，故结构简单、运用可靠、省铜、重量轻、维护简便，在同等重量或体积下，其功率可以做得远比直流牵引发电机大，在机车上交流同步牵引发电机的功率突破了2200千瓦的限制。国产交-直流电传动内燃机车单机的最大装车功率已达到3680千瓦（5000马力）。

20世纪60年代开始，国外生产的大功率电传动内燃机车普遍采用了交-直流传动型式。中国生产的DF₄型、DF₅型、DF₆型、DF₇型、DF₈型、DF₉型、DF₁₀型、DF₁₁型、DF₁₂型等系列的内燃机车，以及进口的ND₄型、ND₅型内燃机车都属于这种传动型式，20世纪70年代至21世纪初成为中国内燃机车的主要传动型式。中国交-直流电传动内燃机车已在2010年左右基本停产，但仍有较大保有量，该类型机车还在铁路运输中发挥作用。

采用交流同步牵引发电机，通过大功率的变压变频装置向数台交流牵引电动机提供频率和电压可变的交流电，实现交流牵引电动机调速。

直流牵引电动机虽然具有良好的调速性能，但作为直流电机同样具有结构复杂、有换向器等所带来的换向问题，不仅量重和体积大、费铜，而且故障率较高，维护保养不便。特别在大负荷、高转速工作时电机换向条件更为困难，因此限制了直流电动机在大功率、高速度机车上的应用。而交流电动机因无换向器，故不存在直流电动机所具有的这些缺点。特别是鼠笼式交流异步电动机，具有结构简单、体积小、运行可靠等优点，应用于机车上，不但可以提高单节机车的功率，并且由于交流异步电动机的硬特性使机车具备良好的防止动轮空转打滑的性能。因此，交流电传动在机车牵引中更具有优越性。

交流电动机的转速主要由供电电源的频率所决定。当电源频率一定时，由于交流电动机的机械硬特性，它的转速变化范围非常小，因此必须对其供电电源频率进行大范围的平滑调节，才能适应机车速度变化范围宽广的要求。在机车上，交流同步牵引发电机的频率取决于柴油机的转速，而柴油机在一定功率下工作时它的转速是不变的，所以在一定功率下牵引发电机的频率也是不变的。因此交流电传动的关键是在交流同步牵引发电机和交流牵引电动机之间设置一个功率大、调频宽的变频装置，以满足交流牵引电动机的调速要求。20世纪70年代以来，随着电力电子及半导体技术的发展，大功率变压变频（VVVF）装置应运而生，为在内燃机车上采用交流电传动提供了技术条件，并成功地应用于内燃机车上。

在实际应用中，交流电传动一般采用交-直-交流电传动型式（图3），即是具有中间直流环节的间接变频的交流电传动。柴油机驱动交流同步牵引发电机，所发出的三相交流电经硅整流器整流为直流电，再经过逆变器（可设一台或数台逆变器），将直流电转变为电压和频率可变的三相交流电，供给数台交流牵引电动机。这样的间接变频，使逆变器输出的三相交流电的频率与牵引发电机发出的三相交流电的频率没有任何关系（即与柴油机转速无关），带有滤波器（电容和电感）的中间直流环节起到滤波、稳压（或稳流）、隔离的作用。在机车起动和调速的整个工作范围内，输入交流牵引电动机的三相电压和频率都能按照控制规律平滑地调节，从而实现机车恒转矩起动、恒功率运行的牵引性能。

图3 交—直—交流电传动

从1999年9月中国研制成第一台NJ1型交流电传动内燃调车机车开始，已先后研制出DF_4DJ型、DF_8BJ型、DF_8CJ型、DF_7J型、DF_8DJ型等交流电传动内燃机车样车，虽然没有投入批量生产，但为中国发展交流电传动内燃机车奠定了基础。2008年中国通过技术引进、消化吸收、再创新，开始批量生产大功率“和谐”型交流电传动内燃机车——HX_N3型、HX_N5型内燃机车，柴油机装车功率4660千瓦，机车额定功率4400千瓦。由此开始，内燃机车交流电传动逐步取代交-直流电传动。

交流电传动主电路有多种形式，若按单节机车上牵引逆变器与牵引电动机的配置方式来划分，一般分为集中控制方式、轴控方式、架控方式3种方式。

即1台主整流器和1台牵引逆变器向单节机车所有的交流牵引电动机并联集中供电。该种方式的主电路结构较简单，逆变器的电力电子器件容量大，对某条支路出现的过流甚至短路故障有一定的承受能力，器件全部集中在一个逆变器柜中有利于采用集中的通风冷却，简化通风设备。但是，由于交流牵引电动机全并联，且具有硬特性，对各台电机特性的一致性及各动轮径的一致性要求较高，否则将引起各牵引电动机之间负载分配不均匀，容易发生轮对空转或滑行；而且单台逆变器的容量和体积较大，设备冗余度降低，一旦逆变器发生故障，整节机车不能运行。因此，一般适用于中小功率的动车，在大功率机车上一般不采用该种方式。

又称独立控制方式（图4），即1台牵引逆变器单独向1个动轴的牵引电动机供电，单节机车有几个动轴就需要几台牵引逆变器。由于各逆变器相互独立性较强，不受各台牵引电动机特性差异及轮径差异的影响，这有利于提高机车每个轮对的黏着利用系数，提高机车起动牵引力；设备冗余度高，一旦某台逆变器发生故障，可故障切除，只损失1台牵引电动机的功率，机车能保证运行。但逆变器数量较多，控制较复杂，造价较高，设备占有的空间相对较大。一般适用于大功率机车，HX_N5型交流电传动内燃机车就属该种方式。

图4 交流传动内燃机车单轴控制方式的主电路

由于集中控制方式和轴控方式各有优缺点，故通常可采用两者相结合的部分集中控制方式，即架控方式（图5）。它是将各个转向架的牵引电动机并联连接，由各自独立的逆变器供电，单节机车2个转向架就需要2台牵引逆变器，设备冗余度和轮对的黏着利用系数具有较好的保障。架控方式有两种方案。

方案1：同步牵引发电机采用单绕组结构的架控方式。单绕组结构就只需要1台主整流器，由于2台逆变器并联同一中间直流回路，为了避免换流过程中的相互谐波干扰，每台逆变器直流侧各设平波电抗器（L₁、L₂）和支撑电容（C_d1、C_d2）。NJ₁型交流电传动内燃调车机车就采用了该种方式。

图5 牵引发电机采用单绕组结构的架控方式的主电路

方案2：同步牵引发电机采用双绕组结构的架控方式。双绕组结构（图6）就需要2台主整流器，通过中间直流电路向各自的逆变器独立供电，因此在中间直流电路中不设平波电抗器。HX_N3型交流电传动内燃机车就采用了该种方式。

图6 牵引发电机采用双绕组结构的架控方式的主电路