一種內燃機車輔助發電機勵磁控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及內燃機車控制技術領域，尤其涉及一種內燃機車輔助發電機勵磁控制系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]在交流輔助系統內燃機車中，機車輔助供電系統一般是由機車配置一個獨立輔助發電機進行供電；內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機車司控器的級位工作在不同的轉速，輔助發電機采用交流同步發電機，由柴油機曲軸旋轉帶動，與機車柴油機同步旋轉，以將柴油機輸出的機械能轉化為電能，同時由勵磁控制系統控制使得輔助發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的電壓值。
[0003]目前內燃機車輔助發電機勵磁控制通常是基于對輔助發電機輸出三相交流電進行整流處理的電路結構，即將輔助發電機輸出的三相交流電經過整流后形成直流電壓，提供給輔助發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，將輔助發電機輸出的三相交流電經三相相控整流，形成脈動的直流電給輔發勵磁繞組提供電源，電路結構復雜且體積重量大，同時還需要配置風冷系統，使用與維護不便，此外基于相控整流時輸出直流脈動大，還會導致輔助發電機三相交流電壓波形系數品質變差，影響輔助發電機勵磁繞組的絕緣壽命。雖然采用單片機實現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，電路較為復雜、設計及使用并不方便。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單緊湊、所需成本低、控制操作簡單、控制精度高以及安全可靠、應用靈活的內燃機車輔助發電機勵磁控制系統及控制方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為:
一種內燃機車輔助發電機勵磁控制系統，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換單元以及含有多個開關管的逆變單元，所述PLC控制模塊通過PLC實時采集機車柴油機的轉速以及輔助發電機的輸出電壓，進行調節后輸出一路PffM信號，經所述信號轉換單元轉換為多路驅動信號輸出，所述逆變單元的各個開關管接收所述驅動信號，驅動將輸入電源變換為所需方波電壓輸出給輔助發電機勵磁繞組。
[0006]作為本發明系統的進一步改進:所述信號轉換單元包括依次連接的電平轉換電路、脈沖分配電路以及開關管驅動輸出電路，所述電平轉換電路將所述PWM信號轉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，產生多路驅動信號，由所述開關管驅動輸出電路輸出給各個開關管。
[0007]作為本發明系統的進一步改進:所述逆變單元為由兩個IGBT模塊構成的IGBT單相全橋逆變電路，每個所述IGBT模塊包括兩個IGBT開關管;所述IGBT開關管安裝于散熱裝置上。
[0008]作為本發明系統的進一步改進: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]作為本發明系統的進一步改進:所述勵磁控制模塊還包括用于將機車蓄電池電源轉換為所需電源的電源轉換單元，所述電源轉換單元設置在所述逆變單元的輸入端。
[0010]作為本發明系統的進一步改進:所述勵磁控制模塊為由所述信號轉換單元、逆變單元集成構成的模塊，所述勵磁控制模塊上設置有對外電氣接口，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電機勵磁繞組連接。
[0011]作為本發明系統的進一步改進:所述PLC控制模塊包括依次連接的信號采集單元、PID調節單元以及PffM信號產生單元，所述信號采集單元實時采集機車柴油機的轉速以及輔助發電機的輸出電壓，輸出給所述PID調節單元執行PID調節，得到調節后的電壓值，所述PWM信號產生單元根據所述調節后的電壓值配置PWM輸出端口并產生對應的PWM信號。
[0012]作為本發明系統的進一步改進:所述PLC控制模塊還連接有交互設備，通過所述交互設備輸入所述PLC控制模塊的配置參數以及顯示所述PLC控制模塊的輸出信息。
[0013]本發明進一步公開利用上述內燃機車輔助發電機勵磁控制系統的控制方法，步驟包括:
1)配置所述PLC控制模塊中用于調節輸出PffM信號的調節參數；
2)啟動控制時，所述PLC控制模塊根據配置的所述調節參數輸出P麗信號，由勵磁控制模塊轉換為多路驅動信號，驅動輸出所需電壓輸出給輔助發電機勵磁繞組；
3)修改所述PLC控制模塊中P麗輸出端口的配置，輸出調整后的P麗信號，由調整后的PWM信號驅動所述勵磁控制模塊調節輸出電壓，以調節輔助發電機勵磁電流。
[0014]作為本發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)當采集到機車柴油機的轉速時，啟動執行PID調節，轉入執行步驟2.2)；
2.2 )執行PID調節時，按照采集到的所述轉速對應的級位給定電壓值，將所述給定電壓值、檢測到的輔助發電機的輸出電壓值進行PI調節，輸出PI調節后的電壓值，轉入執行步驟
2.3)；
2.3)將所述PI調節后的電壓值按照指定比例整定為PffM信號輸出。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于:
1)本發明采用PLC采集機車柴油機的轉速以及輔助發電機的輸出電壓以及輸出PWM信號，同時結合勵磁控制模塊將一路PWM信號轉換為多路驅動信號以驅動輸出電壓給輔助發電機勵磁繞組，實現內燃機車輔助發電機的勵磁控制，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，無需配置復雜的信號轉換與處理電路，降低了系統所需的成本低;本發明可以根據機車工況對輸出電壓執行實時調節，在輔助負載直投時控制進入強勵模式，保證輔助系統的工作穩定性；
2)本發明通過信號轉換單元將一路PWM信號轉換為多路驅動信號，驅動逆變單元多個開關管進行電壓變換，使得能夠結合PLC實現勵磁電流的控制調節；
3)本發明可通過PLC直接采集或通過RS485通訊接收柴油機的轉速值，以根據轉速調節勵磁電流大小，響應速度快、實時性強，且可適應于不同場合的靈活應用；同時PLC通過采集輔助發電機輸出電壓以形成閉環反饋調節，有效提高了輔助發電機輸出電壓的精度；
4)本發明勵磁控制模塊為由各單元集成構成的模塊，勵磁控制模塊上設置有對外電氣接口，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電機勵磁繞組等連接，通過模塊化設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用中；
5)本發明逆變單元進一步采用IGBT作為功率開關器件，開關響應速度快且變換效率高;開關管進一步具體安裝于散熱裝置上，有效提高了系統的載流能力，從而可以保證系統即使在高溫環境下也能良好運行，提高系統效率以及可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實施例內燃機車輔助發電機勵磁控制系統的結構原理示意圖。
[0017]圖2是本發明內燃機車輔助發電機勵磁控制系統在具體實施例中的電路結構示意圖。
[0018]圖3是本發明內燃機車輔助發電機勵磁控制系統在具體實施例中的結構原理示意圖。
[0019]圖4是本發明內燃機車輔助發電機勵磁控制系統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、信號轉換單元;211、電平轉換電路；212、脈沖分配電路;213、開關管驅動輸出電路;22、逆變單元;23、輸出過流保護單元；24、電源轉換單元。
【具體實施方式】
[0021]以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
[0022]如圖1所示，本實施例內燃機車輔助發電機勵磁控制系統包括相互連接的PLC控制模塊I以及勵磁控制模塊2，勵磁控制模塊2包括信號轉換單元21以及含有多個開關管