一种内燃机车辅助发电机励磁控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种内燃机车辅助发电机励磁控制系统及控制方法，该系统包括相互连接的PLC控制模块以及励磁控制模块，励磁控制模块包括信号转换单元以及含有多个开关管的逆变单元，PLC控制模块通过PLC实时采集机车柴油机的转速以及辅助发电机的输出电压，进行调节后输出一路PWM信号，经信号转换单元转换为多路驱动信号输出，逆变单元的各个开关管接收驱动信号，驱动将输入电源变换为所需方波电压输出给辅助发电机励磁绕组；该方法通过PLC控制模块控制调节励磁控制模块的输出电压以调节励磁电流。本发明专利技术能够实现内燃机车辅助发电机的励磁控制，具有结构简单紧凑、所需成本低、控制操作简单、控制精度高且安全可靠、应用灵活的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机车控制
，尤其涉及一种内燃机车辅助发电机励磁控制系统及控制方法。
技术介绍
在交流辅助系统内燃机车中，机车辅助供电系统一般是由机车配置一个独立辅助发电机进行供电；内燃机车司控器级位分为0～8档或0～16档，机车柴油机则是根据机车司控器的级位工作在不同的转速，辅助发电机采用交流同步发电机，由柴油机曲轴旋转带动，与机车柴油机同步旋转，以将柴油机输出的机械能转化为电能，同时由励磁控制系统控制使得辅助发电机输出电压随机车级位保持U/f恒定线性特性上升，保证机车在不同级位下输出相应的电压值。目前内燃机车辅助发电机励磁控制通常是基于对辅助发电机输出三相交流电进行整流处理的电路结构，即将辅助发电机输出的三相交流电经过整流后形成直流电压，提供给辅助发电机励磁绕组提供电源。采用该类励磁控制方式，通常电路复杂、成本高且体积重量较大，不便于实际使用及维护；如基于相控整流的励磁控制，将辅助发电机输出的三相交流电经三相相控整流，形成脉动的直流电给辅发励磁绕组提供电源，电路结构复杂且体积重量大，同时还需要配置风冷系统，使用与维护不便，此外基于相控整流时输出直流脉动大，还会导致辅助发电机三相交流电压波形系数品质变差，影响辅助发电机励磁绕组的绝缘寿命。虽然采用单片机实现励磁控制可以减少电路的体积、重量，但仍然需要涉及大量的外围电路，例如信号采集电路等，电路较为复杂、设计及使用并不方便。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、所需成本低、控制操作简单、控制精度高以及安全可靠、应用灵活的内燃机车辅助发电机励磁控制系统及控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种内燃机车辅助发电机励磁控制系统，包括相互连接的PLC控制模块以及励磁控制模块，所述励磁控制模块包括信号转换单元以及含有多个开关管的逆变单元，所述PLC控制模块通过PLC实时采集机车柴油机的转速以及辅助发电机的输出电压，进行调节后输出一路PWM信号，经所述信号转换单元转换为多路驱动信号输出，所述逆变单元的各个开关管接收所述驱动信号，驱动将输入电源变换为所需方波电压输出给辅助发电机励磁绕组。作为本专利技术系统的进一步改进：所述信号转换单元包括依次连接的电平转换电路、脉冲分配电路以及开关管驱动输出电路，所述电平转换电路将所述PWM信号转换为所需的电平信号，输出至所述脉冲分配电路，所述脉冲分配电路接收所述电平信号进行脉冲分配，产生多路驱动信号，由所述开关管驱动输出电路输出给各个开关管。作为本专利技术系统的进一步改进：所述逆变单元为由两个IGBT模块构成的IGBT单相全桥逆变电路，每个所述IGBT模块包括两个IGBT开关管；所述IGBT开关管安装于散热装置上。作为本专利技术系统的进一步改进：所述励磁控制模块还包括用于对输出电流进行限流保护的输出过流保护单元，所述输出过流保护单元与所述逆变单元的输出端连接。作为本专利技术系统的进一步改进：所述励磁控制模块还包括用于将机车蓄电池电源转换为所需电源的电源转换单元，所述电源转换单元设置在所述逆变单元的输入端。作为本专利技术系统的进一步改进：所述励磁控制模块为由所述信号转换单元、逆变单元集成构成的模块，所述励磁控制模块上设置有对外电气接口，通过所述对外电气接口分别与所述PLC控制模块、机车蓄电池以及辅助发电机励磁绕组连接。作为本专利技术系统的进一步改进：所述PLC控制模块包括依次连接的信号采集单元、PID调节单元以及PWM信号产生单元，所述信号采集单元实时采集机车柴油机的转速以及辅助发电机的输出电压，输出给所述PID调节单元执行PID调节，得到调节后的电压值，所述PWM信号产生单元根据所述调节后的电压值配置PWM输出端口并产生对应的PWM信号。作为本专利技术系统的进一步改进：所述PLC控制模块还连接有交互设备，通过所述交互设备输入所述PLC控制模块的配置参数以及显示所述PLC控制模块的输出信息。本专利技术进一步公开利用上述内燃机车辅助发电机励磁控制系统的控制方法，步骤包括：1）配置所述PLC控制模块中用于调节输出PWM信号的调节参数；2）启动控制时，所述PLC控制模块根据配置的所述调节参数输出PWM信号，由励磁控制模块转换为多路驱动信号，驱动输出所需电压输出给辅助发电机励磁绕组；3）修改所述PLC控制模块中PWM输出端口的配置，输出调整后的PWM信号，由调整后的PWM信号驱动所述励磁控制模块调节输出电压，以调节辅助发电机励磁电流。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤2）中输出PWM信号的具体步骤为：2.1）当采集到机车柴油机的转速时，启动执行PID调节，转入执行步骤2.2）；2.2）执行PID调节时，按照采集到的所述转速对应的级位给定电压值，将所述给定电压值、检测到的辅助发电机的输出电压值进行PI调节，输出PI调节后的电压值，转入执行步骤2.3）；2.3）将所述PI调节后的电压值按照指定比例整定为PWM信号输出。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1）本专利技术采用PLC采集机车柴油机的转速以及辅助发电机的输出电压以及输出PWM信号，同时结合励磁控制模块将一路PWM信号转换为多路驱动信号以驱动输出电压给辅助发电机励磁绕组，实现内燃机车辅助发电机的励磁控制，控制操作简单，可读性和可移植性强、控制精度高且安全可靠，无需配置复杂的信号转换与处理电路，降低了系统所需的成本低；本专利技术可以根据机车工况对输出电压执行实时调节，在辅助负载直投时控制进入强励模式，保证辅助系统的工作稳定性；2）本专利技术通过信号转换单元将一路PWM信号转换为多路驱动信号，驱动逆变单元多个开关管进行电压变换，使得能够结合PLC实现励磁电流的控制调节；3）本专利技术可通过PLC直接采集或通过RS485通讯接收柴油机的转速值，以根据转速调节励磁电流大小，响应速度快、实时性强，且可适应于不同场合的灵活应用；同时PLC通过采集辅助发电机输出电压以形成闭环反馈调节，有效提高了辅助发电机输出电压的精度；4）本专利技术励磁控制模块为由各单元集成构成的模块，励磁控制模块上设置有对外电气接口，通过对外电气接口分别与PLC控制模块、机车蓄电池以及辅助发电机励磁绕组等连接，通过模块化设计使得无需搭建外围电路，方便拆卸与维护，同时便于扩展至其他应用中；5）本专利技术逆变单元进一步采用IGBT作为功率开关器件，开关响应速度快且变换效率高；开关管进一步具体安装于散热装置上，有效提高了系统的载流能力，从而可以保证系统即使在高温环境下也能良好运行，提高系统效率以及可靠性。附图说明图1是本实施例内燃机车辅助发电机励磁控制系统的结构原理示意图。图2是本专利技术内燃机车辅助发电机励磁控制系统在具体实施例中的电路结构示意图。图3是本专利技术内燃机车辅助发电机励磁控制系统在具体实施例中的结构原理示意图。图4是本专利技术内燃机车辅助发电机励磁控制系统在具体实施例中的控制流程示意图。图例说明：1、PLC控制模块；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于包括相互连接的PLC控制模块（1）以及励磁控制模块（2），所述励磁控制模块（2）包括信号转换单元（21）以及含有多个开关管的逆变单元（22），所述PLC控制模块（1）通过PLC实时采集机车柴油机的转速以及辅助发电机的输出电压，进行调节后输出一路PWM信号，经所述信号转换单元（21）转换为多路驱动信号输出，所述逆变单元（22）的各个开关管接收所述驱动信号，驱动将输入电源变换为所需方波电压输出给辅助发电机励磁绕组。

【技术特征摘要】
1.一种内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于包括相互连接的PLC控制模块（1）以及励磁控制模块（2），所述励磁控制模块（2）包括信号转换单元（21）以及含有多个开关管的逆变单元（22），所述PLC控制模块（1）通过PLC实时采集机车柴油机的转速以及辅助发电机的输出电压，进行调节后输出一路PWM信号，经所述信号转换单元（21）转换为多路驱动信号输出，所述逆变单元（22）的各个开关管接收所述驱动信号，驱动将输入电源变换为所需方波电压输出给辅助发电机励磁绕组。
2.根据权利要求1所述的内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于：所述信号转换单元（21）包括依次连接的电平转换电路（211）、脉冲分配电路（212）以及开关管驱动输出电路（213），所述电平转换电路（211）将所述PWM信号转换为所需的电平信号，输出至所述脉冲分配电路（212），所述脉冲分配电路（212）接收所述电平信号进行脉冲分配，产生多路驱动信号，由所述开关管驱动输出电路（213）输出给各个开关管。
3.根据权利要求2所述的内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于：所述逆变单元（22）为由两个IGBT模块构成的IGBT单相全桥逆变电路，每个所述IGBT模块包括两个IGBT开关管；所述IGBT开关管安装于散热装置上。
4.根据权利要求1或2或3所述的内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于：所述励磁控制模块（2）还包括用于对输出电流进行限流保护的输出过流保护单元（23），所述输出过流保护单元（23）与所述逆变单元（22）的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于：所述励磁控制模块（2）还包括用于将机车蓄电池电源转换为所需电源的电源转换单元（24），所述电源转换单元（24）设置在所述逆变单元（22）的输入端。
6.根据权利要求1或2或3所述的内燃机车辅助发电机励磁控制系统，其特征在于：所励磁控制模块（2）为由所述信号转换单元（21）、逆变单元（22）集成构成的模块，所述励磁控制模块（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐勇军，罗国永，李强勤，刘长清，彭学标，邹建军，徐文龙，刘松柏，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43