一种轨道车辆充电机输出电流控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道车辆充电机输出电流控制系统及控制方法，其中，控制系统设置了反馈控制模块，反馈控制模块中包括用于采集所述隔离变压器的原边上的电流并计算所述电压电流输出模块的输出电流的原边电流采集模块，并通过隔离驱动模块驱动所述IGBT逆变器模块。本发明专利技术公开的轨道车辆充电机输出电流控制系统由于设置了反馈控制模块，反馈控制模块能够采集隔离变压器原边的电流和电压电流输出模块的输出电压，并根据采集的电流和电压对IGBT逆变器模块进行控制，因此不需要在输出模块上设置电流传感器，即充电机不必再加装笨重、昂贵的输出电流传感器，实现了无输出电流传感器下的输出电流控制，降低了充电机的重量和成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道车辆充电机输出电流控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及充电机控制
，尤其是一种轨道车辆充电机输出电流控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]在内燃机车、地铁车辆和动车组列车等所有轨道交通车辆中均配置了车载蓄电池，其作用是在未通高压的情况下为车辆低压系统的负载提供电源，便于车辆的维护、调试等工作。车辆通高压之后需要利用车载充电机为蓄电池充电，以确保蓄电池的可持续使用。车载充电机的作用就是车辆通高压后为车载蓄电池补充能量，同时为低压负载供电。
[0003]车载充电机通常具备输出恒压控制功能和输出电流限流控制功能。恒压控制功能是为了保证给负载提供的电源电压稳定，使负载可稳定工作不损坏。输出电流限流控制功能是防止充电机的输出总电流过大，对输出电流进行限制，该功能对于延长充电机寿命以及保护低压供电线路避免发生过流发热，防止造成更大范围的生命财产损失具有至关重要的作用。
[0004]如图1所示，现有车载充电机的输出电流限流控制，通过传感器直接采集输出端的总电流Id，反馈给控制器，通过负反馈调节，实现对输出电流的控制。
[0005]轨道车辆车载充电机的特点是输出电压低，电流大。例如在CRH5型车动车组上每节车配置一台15kW，24V的充电机。其输出总电流高达600A，为确保电缆不会异常发热，需要配置两根95mm2的机车电缆传输电流。无论是检测电流的范围还是穿过电流传感器的线缆的规格，对于输出电流传感器的选型、安装维护造成极大的困难，可满足设计要求的传感器重量、尺寸大，价格较高。<br/>
技术实现思路

[0006]本专利技术针对以上问题提出了一种轨道车辆充电机输出电流控制系统。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种轨道车辆充电机输出电流控制系统，包括三相整流桥模块、三相滤波器模块、IGBT逆变器模块、隔离变压器、电压电流输出模块以及反馈控制模块；
[0009]所述三相整流桥模块的输出端与所述三相滤波器模块的输入端连接，所述三相滤波器模块的输出端与所述IGBT逆变器模块的输入端连接，所述IGBT逆变器模块的输出端与所述隔离变压器的原边连接，所述隔离变压器的副边与电压电流输出模块的输入端连接；
[0010]所述反馈控制模块包括原边电流采集模块、输出电压采集模块、电流电压保护信号采集模块、数据处理模块以及隔离驱动模块；
[0011]所述原边电流采集模块与设置在所述隔离变压器的原边上的电流传感器连接，用于采集所述隔离变压器的原边上的电流并计算所述电压电流输出模块的输出电流；
[0012]所述输出电压采集模块与电压电流输出模块连接，用于采集所述电压电流输出模块的输出电压；
[0013]所述电流电压保护信号采集模块与所述三相滤波器模块连接，用于采集三相滤波器模块输出的电流和电压；
[0014]所述数据处理模块与所述原边电流采集模块、输出电压采集模块、电流电压保护信号采集模块以及隔离驱动模块连接，用于根据所述电压电流输出模块的输出电流、所述电压电流输出模块的输出电压以及所述三相滤波器模块输出的电流和电压调整用于控制IGBT逆变模块的控制信号，并通过所述隔离驱动模块驱动所述IGBT逆变器模块。
[0015]进一步地，所述原边电流采集模块通过以下方法计算所述电压电流输出模块的输出电流：
[0016]原边电流采集模块以设定频率采集隔离变压器原边的电流值i
pre
(n)；
[0017]通过公式(1)计算隔离变压器的原边电流有效值：
[0018][0019]其中，I
prms
为原边电流有效值，i
pre
(n)为第n个采样点采集到的原边电流值；
[0020]通过公式(2)计算电压电流输出模块的输出电流：
[0021]I
out
≈2
×
K
×
I
prms
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0022]其中，I
out
为输出模块的输出电流，K为变压器变比。
[0023]进一步地，所述数据处理模块采用公式(3)的增量式PID算法调整用于控制IGBT逆变模块的控制信号，
[0024]Δu
k
＝u
k
‑
u
k
‑1＝K
P
(e
k
‑
e
k
‑1)+K
I
e
k
+K
D
(e
k
‑
2e
k
‑1+e
k
‑2)＝d0e
k
+d1e
k
‑1+d2e
k
‑2ꢀꢀ
(3)
[0025]式中：d0＝K
P
+K
I
+K
D
，d1＝
‑
(K
P
+2K
D
)，d2＝K
D
，Δu
k
为控制对象增量，u
k
为本控制周期控制对象值，u
k
‑1为上个控制周期控制对象值，K
P
为比例系数，K
I
为积分系数，K
D
为微分系数，e
k
为本控制周期误差值，e
k
‑1为上个控制周期误差值，e
k
‑2为上上个控制周期误差值。
[0026]一种轨道车辆充电机输出电流控制方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1、采集隔离变压器原边的电流、电压电流输出模块的输出电压以及三相滤波器模块输出的电流和电压；
[0028]步骤2、根据所述隔离变压器原边的电流计算电压电流输出模块的输出电流；
[0029]步骤3、根据所述电压电流输出模块的输出电压、电压电流输出模块的输出电流以及所述三相滤波器模块的电流和电压调整用于控制IGBT逆变模块的控制信号；
[0030]步骤4、将调整后的IGBT逆变模块的控制信号输入隔离驱动模块以控制GBT逆变器模块。
[0031]进一步地，根据所述隔离变压器原边的电流计算电压电流输出模块的输出电流包括以下步骤；
[0032]以设定频率采集隔离变压器原边的电流值i
pre
(n)；
[0033]通过公式(1)计算隔离变压器的原边电流有效值：
[0034][0035]其中，I
prms
为原边电流有效值，i
pre
(n)为第n个采样点采集到的原边电流值；
[0036]通过公式(2)计算电压电流输出模块的输出电流：
[0037]I
out
≈2
×
K
×
I
prms
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆充电机输出电流控制系统，其特征在于：包括三相整流桥模块、三相滤波器模块、IGBT逆变器模块、隔离变压器、电压电流输出模块以及反馈控制模块；所述三相整流桥模块的输出端与所述三相滤波器模块的输入端连接，所述三相滤波器模块的输出端与所述IGBT逆变器模块的输入端连接，所述IGBT逆变器模块的输出端与所述隔离变压器的原边连接，所述隔离变压器的副边与电压电流输出模块的输入端连接；所述反馈控制模块包括原边电流采集模块、输出电压采集模块、电流电压保护信号采集模块、数据处理模块以及隔离驱动模块；所述原边电流采集模块与设置在所述隔离变压器的原边上的电流传感器连接，用于采集所述隔离变压器的原边上的电流并计算所述电压电流输出模块的输出电流；所述输出电压采集模块与电压电流输出模块连接，用于采集所述电压电流输出模块的输出电压；所述电流电压保护信号采集模块与所述三相滤波器模块连接，用于采集三相滤波器模块输出的电流和电压；所述数据处理模块与所述原边电流采集模块、输出电压采集模块、电流电压保护信号采集模块以及隔离驱动模块连接，用于根据所述电压电流输出模块的输出电流、所述电压电流输出模块的输出电压以及所述三相滤波器模块输出的电流和电压调整用于控制IGBT逆变模块的控制信号，并通过所述隔离驱动模块驱动所述IGBT逆变器模块。2.根据权利要求1所述的轨道车辆充电机输出电流控制系统，其特征在于：所述原边电流采集模块通过以下方法计算所述电压电流输出模块的输出电流：原边电流采集模块以设定频率采集隔离变压器原边的电流值i
pre
(n)；通过公式(1)计算隔离变压器的原边电流有效值：其中，I
prms
为原边电流有效值，i
pre
(n)为第n个采样点采集到的原边电流值；通过公式(2)计算电压电流输出模块的输出电流：I
out
≈2
×
K
×
I
prms
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，I
out
为输出模块的输出电流，K为变压器变比。3.根据权利要求2所述的轨道车辆充电机输出电流控制系统，其特征在于：所述数据处理模块采用公式(3)的增量式PID算法调整用于控制IGBT逆变模块的控制信号，Δu
k
＝u
k
‑
u
k
‑1＝K
P
(e
k
‑
e
k
‑1)+K
I
e
k
+K
D
(e
k
‑
2e
k
‑1+e
k
‑2)＝d0e
k
+d1e
k
‑1+d2e
k
‑2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：d0＝K
P
+K
I
+K
D
，d1＝
‑
(K
P
+2K
D
)，d2＝K
D
，Δu
k
为控制对象增量，u
k
为本控制周期控制对象值，u
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫钰明，邹存祚，单宝钰，刘金晶，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：