一種內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)車控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在交流輔助系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車中，機(jī)車輔助供電系統(tǒng)一般是由機(jī)車配置一個獨(dú)立輔助發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電；內(nèi)燃機(jī)車司控器級位分為O?8檔或O?16檔，機(jī)車柴油機(jī)則是根據(jù)機(jī)車司控器的級位工作在不同的轉(zhuǎn)速，輔助發(fā)電機(jī)采用交流同步發(fā)電機(jī)，由柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)帶動，與機(jī)車柴油機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，以將柴油機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，同時由勵磁控制系統(tǒng)控制使得輔助發(fā)電機(jī)輸出電壓隨機(jī)車級位保持U/f恒定線性特性上升，保證機(jī)車在不同級位下輸出相應(yīng)的電壓值。
[0003]目前內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制通常是基于對輔助發(fā)電機(jī)輸出三相交流電進(jìn)行整流處理的電路結(jié)構(gòu)，即將輔助發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)過整流后形成直流電壓，提供給輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組提供電源。采用該類勵磁控制方式，通常電路復(fù)雜、成本高且體積重量較大，不便于實(shí)際使用及維護(hù);如基于相控整流的勵磁控制，將輔助發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)三相相控整流，形成脈動的直流電給輔發(fā)勵磁繞組提供電源，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積重量大，同時還需要配置風(fēng)冷系統(tǒng)，使用與維護(hù)不便，此外基于相控整流時輸出直流脈動大，還會導(dǎo)致輔助發(fā)電機(jī)三相交流電壓波形系數(shù)品質(zhì)變差，影響輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組的絕緣壽命。雖然采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)勵磁控制可以減少電路的體積、重量，但仍然需要涉及大量的外圍電路，例如信號采集電路等，電路較為復(fù)雜、設(shè)計(jì)及使用并不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、所需成本低、控制操作簡單、控制精度高以及安全可靠、應(yīng)用靈活的內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及控制方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
一種內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)，包括相互連接的PLC控制模塊以及勵磁控制模塊，所述勵磁控制模塊包括信號轉(zhuǎn)換單元以及含有多個開關(guān)管的逆變單元，所述PLC控制模塊通過PLC實(shí)時采集機(jī)車柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速以及輔助發(fā)電機(jī)的輸出電壓，進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出一路PffM信號，經(jīng)所述信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為多路驅(qū)動信號輸出，所述逆變單元的各個開關(guān)管接收所述驅(qū)動信號，驅(qū)動將輸入電源變換為所需方波電壓輸出給輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組。
[0006]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述信號轉(zhuǎn)換單元包括依次連接的電平轉(zhuǎn)換電路、脈沖分配電路以及開關(guān)管驅(qū)動輸出電路，所述電平轉(zhuǎn)換電路將所述PWM信號轉(zhuǎn)換為所需的電平信號，輸出至所述脈沖分配電路，所述脈沖分配電路接收所述電平信號進(jìn)行脈沖分配，產(chǎn)生多路驅(qū)動信號，由所述開關(guān)管驅(qū)動輸出電路輸出給各個開關(guān)管。
[0007]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述逆變單元為由兩個IGBT模塊構(gòu)成的IGBT單相全橋逆變電路，每個所述IGBT模塊包括兩個IGBT開關(guān)管;所述IGBT開關(guān)管安裝于散熱裝置上。
[0008]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述勵磁控制模塊還包括用于對輸出電流進(jìn)行限流保護(hù)的輸出過流保護(hù)單元，所述輸出過流保護(hù)單元與所述逆變單元的輸出端連接。
[0009]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述勵磁控制模塊還包括用于將機(jī)車蓄電池電源轉(zhuǎn)換為所需電源的電源轉(zhuǎn)換單元，所述電源轉(zhuǎn)換單元設(shè)置在所述逆變單元的輸入端。
[0010]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述勵磁控制模塊為由所述信號轉(zhuǎn)換單元、逆變單元集成構(gòu)成的模塊，所述勵磁控制模塊上設(shè)置有對外電氣接口，通過所述對外電氣接口分別與所述PLC控制模塊、機(jī)車蓄電池以及輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組連接。
[0011]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述PLC控制模塊包括依次連接的信號采集單元、PID調(diào)節(jié)單元以及PffM信號產(chǎn)生單元，所述信號采集單元實(shí)時采集機(jī)車柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速以及輔助發(fā)電機(jī)的輸出電壓，輸出給所述PID調(diào)節(jié)單元執(zhí)行PID調(diào)節(jié)，得到調(diào)節(jié)后的電壓值，所述PWM信號產(chǎn)生單元根據(jù)所述調(diào)節(jié)后的電壓值配置PWM輸出端口并產(chǎn)生對應(yīng)的PWM信號。
[0012]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn):所述PLC控制模塊還連接有交互設(shè)備，通過所述交互設(shè)備輸入所述PLC控制模塊的配置參數(shù)以及顯示所述PLC控制模塊的輸出信息。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步公開利用上述內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的控制方法，步驟包括:
1)配置所述PLC控制模塊中用于調(diào)節(jié)輸出PffM信號的調(diào)節(jié)參數(shù)；
2)啟動控制時，所述PLC控制模塊根據(jù)配置的所述調(diào)節(jié)參數(shù)輸出P麗信號，由勵磁控制模塊轉(zhuǎn)換為多路驅(qū)動信號，驅(qū)動輸出所需電壓輸出給輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組；
3)修改所述PLC控制模塊中P麗輸出端口的配置，輸出調(diào)整后的P麗信號，由調(diào)整后的PWM信號驅(qū)動所述勵磁控制模塊調(diào)節(jié)輸出電壓，以調(diào)節(jié)輔助發(fā)電機(jī)勵磁電流。
[0014]作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中輸出PffM信號的具體步驟為:
2.1)當(dāng)采集到機(jī)車柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速時，啟動執(zhí)行PID調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟2.2)；
2.2 )執(zhí)行PID調(diào)節(jié)時，按照采集到的所述轉(zhuǎn)速對應(yīng)的級位給定電壓值，將所述給定電壓值、檢測到的輔助發(fā)電機(jī)的輸出電壓值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，輸出PI調(diào)節(jié)后的電壓值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟
2.3)；
2.3)將所述PI調(diào)節(jié)后的電壓值按照指定比例整定為PffM信號輸出。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1)本發(fā)明采用PLC采集機(jī)車柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速以及輔助發(fā)電機(jī)的輸出電壓以及輸出PWM信號，同時結(jié)合勵磁控制模塊將一路PWM信號轉(zhuǎn)換為多路驅(qū)動信號以驅(qū)動輸出電壓給輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)的勵磁控制，控制操作簡單，可讀性和可移植性強(qiáng)、控制精度高且安全可靠，無需配置復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)換與處理電路，降低了系統(tǒng)所需的成本低;本發(fā)明可以根據(jù)機(jī)車工況對輸出電壓執(zhí)行實(shí)時調(diào)節(jié)，在輔助負(fù)載直投時控制進(jìn)入強(qiáng)勵模式，保證輔助系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性；
2)本發(fā)明通過信號轉(zhuǎn)換單元將一路PWM信號轉(zhuǎn)換為多路驅(qū)動信號，驅(qū)動逆變單元多個開關(guān)管進(jìn)行電壓變換，使得能夠結(jié)合PLC實(shí)現(xiàn)勵磁電流的控制調(diào)節(jié)；
3)本發(fā)明可通過PLC直接采集或通過RS485通訊接收柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速值，以根據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)勵磁電流大小，響應(yīng)速度快、實(shí)時性強(qiáng)，且可適應(yīng)于不同場合的靈活應(yīng)用；同時PLC通過采集輔助發(fā)電機(jī)輸出電壓以形成閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，有效提高了輔助發(fā)電機(jī)輸出電壓的精度；
4)本發(fā)明勵磁控制模塊為由各單元集成構(gòu)成的模塊，勵磁控制模塊上設(shè)置有對外電氣接口，通過對外電氣接口分別與PLC控制模塊、機(jī)車蓄電池以及輔助發(fā)電機(jī)勵磁繞組等連接，通過模塊化設(shè)計(jì)使得無需搭建外圍電路，方便拆卸與維護(hù)，同時便于擴(kuò)展至其他應(yīng)用中；
5)本發(fā)明逆變單元進(jìn)一步采用IGBT作為功率開關(guān)器件，開關(guān)響應(yīng)速度快且變換效率高;開關(guān)管進(jìn)一步具體安裝于散熱裝置上，有效提高了系統(tǒng)的載流能力，從而可以保證系統(tǒng)即使在高溫環(huán)境下也能良好運(yùn)行，提高系統(tǒng)效率以及可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)在具體實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)在具體實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)在具體實(shí)施例中的控制流程示意圖。
[0020]圖例說明:1、PLC控制模塊;2、勵磁控制模塊;21、信號轉(zhuǎn)換單元;211、電平轉(zhuǎn)換電路；212、脈沖分配電路;213、開關(guān)管驅(qū)動輸出電路;22、逆變單元;23、輸出過流保護(hù)單元；24、電源轉(zhuǎn)換單元。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)包括相互連接的PLC控制模塊I以及勵磁控制模塊2，勵磁控制模塊2包括信號轉(zhuǎn)換單元21以及含有多個開關(guān)管