一種內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機車控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在交流輔助系統(tǒng)內(nèi)燃機車中，機車輔助供電系統(tǒng)一般是由機車配置一個獨立輔助發(fā)電機進行供電；內(nèi)燃機車司控器級位分為O?8檔或O?16檔，機車柴油機則是根據(jù)機車司控器的級位工作在不同的轉(zhuǎn)速，輔助發(fā)電機采用交流同步發(fā)電機，由柴油機曲軸旋轉(zhuǎn)帶動，與機車柴油機同步旋轉(zhuǎn)，以將柴油機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為電能，同時由勵磁控制系統(tǒng)控制使得輔助發(fā)電機輸出電壓隨機車級位保持U/f恒定線性特性上升，保證機車在不同級位下輸出相應(yīng)的電壓值。
[0003]目前內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制通常是基于對輔助發(fā)電機輸出三相交流電進行整流處理的電路結(jié)構(gòu)，即將輔助發(fā)電機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，不便于實際使用及維護;如基于相控整流的勵磁控制，將輔助發(fā)電機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)電機三相交流電壓波形系數(shù)品質(zhì)變差，影響輔助發(fā)電機勵磁繞組的絕緣壽命。雖然采用單片機實現(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)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(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)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(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實時采集機車柴油機的轉(zhuǎn)速以及輔助發(fā)電機的輸出電壓，進行調(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)電機勵磁繞組。
[0006]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進一步改進: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)的進一步改進: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)的進一步改進:所述勵磁控制模塊還包括用于對輸出電流進行限流保護的輸出過流保護單元，所述輸出過流保護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)的進一步改進:所述勵磁控制模塊還包括用于將機車蓄電池電源轉(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)的進一步改進: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、機車蓄電池以及輔助發(fā)電機勵磁繞組連接。
[0011]作為本發(fā)明系統(tǒng)的進一步改進: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時采集機車柴油機的轉(zhuǎn)速以及輔助發(fā)電機的輸出電壓，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)的進一步改進: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)明進一步公開利用上述內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(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)電機勵磁電流。
[0014]作為本發(fā)明方法的進一步改進，所述步驟2)中輸出PffM信號的具體步驟為:
2.1)當(dāng)采集到機車柴油機的轉(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)電機的輸出電壓值進行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)點在于:
1)本發(fā)明采用PLC采集機車柴油機的轉(zhuǎn)速以及輔助發(fā)電機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)電機勵磁繞組，實現(xiàn)內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機的勵磁控制，控制操作簡單，可讀性和可移植性強、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)機車工況對輸出電壓執(zhí)行實時調(diào)節(jié)，在輔助負(fù)載直投時控制進入強勵模式，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)管進行電壓變換，使得能夠結(jié)合PLC實現(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、實時性強，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、機車蓄電池以及輔助發(fā)電機勵磁繞組等連接，通過模塊化設(shè)計使得無需搭建外圍電路，方便拆卸與維護，同時便于擴展至其他應(yīng)用中；
5)本發(fā)明逆變單元進一步采用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)境下也能良好運行，提高系統(tǒng)效率以及可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實施例內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)在具體實施例中的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)在具體實施例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)在具體實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、輸出過流保護單元；24、電源轉(zhuǎn)換單元。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0022]如圖1所示，本實施例內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機勵磁控制系統(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