CN102412775B - 一种机车多模块变频交流辅助系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机车控制领域，本发明公开了一种机车多模块变频交流辅助系统,包括辅助交流发电机、辅助变频器控制单元、变频器、辅助负载、励磁电路，所述辅助交流发电机通过变频器连接辅助负载，所述辅助交流发电机连接励磁电路，所述辅助变频器控制单元连接辅助交流发电机、变频器和励磁电路。本发明还公开了一种机车多模块变频交流辅助系统实现方法。本发明使得多个辅助设备都可以采用变频启动和控制，提高了能量的利用率，同时也实现了准确控制辅助设备的效果。

Description

一种机车多模块变频交流辅助系统及实现方法

技术领域

本发明涉及机车领域，尤其涉及一种机车多模块变频交流辅助系统及实现方法。

背景技术

目前，机车中辅助负载一般采用辅助交流发电机直接给辅助负载供电的方式，如采用辅助交流发电机直接给高温水风机电机、中冷水风机电机、牵引通风机电机、空压机电机及生活用电等供电。这种通过交流发电机直接给辅助负载供电的方式，一方面电量的利用率低，在空压机电机启动时，对交流辅助系统的冲击也很大，另外一方面也不能根据机车的运行情况准确地对交辅助流发电机的输出进行控制。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种机车多模块变频交流辅助系统及实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种机车多模块变频交流辅助系统,包括辅助交流发电机、辅助变频器控制单元、变频器、辅助负载、励磁电路，所述辅助交流发电机通过变频器连接辅助负载，所述辅助交流发电机连接励磁电路，所述辅助变频器控制单元连接辅助交流发电机、变频器和励磁电路。

优选地，上述变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器，所述外部负载包括高温水冷却风机、中冷水冷却风机、牵引通风机、空气压缩机、空调机组，上述外部负载分别由第一至第五变频器供电。

优选地，上述变频器通过接触器连接辅助负载。

一种机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其具体包括：

辅助变频器控制单元通过柴油机转速传感器测量柴油机转速，根据柴油机转速，计算辅助交流发电机输出电压给定值，通过调节辅助交流发电机的励磁，使得辅助交流发电机的输出电压与柴油机转速相适应；

辅助负载由变频器供电，辅助变频器控制单元通过设置在辅助负载上的传感器检测到的数据，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值传送给变频器，变频器根据该接收数据调节输出电压频率，从而控制辅助负载的运行。

优选地，上述变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器，所述外部负载包括高温水冷却风机、中冷水冷却风机、牵引通风机、空气压缩机、空调机组，系统正常运行情况下，上述外部负载分别由第一至第五变频器供电。

优选地，当第一变频器或第二变频器故障时，变频器控制单元控制高温水冷却风机或中冷水冷却风机直接由辅助交流发电机供电。

优选地，当牵引通风机中的温度传感器故障后，根据牵引电动机转矩大小调节牵引通风机转速，机车加载信号失效后，牵引通风机以最低档位转速运转，延时3分钟停机；当第三变频器故障时，变频器控制单元控制第一牵引通风机及第二牵引通风机直接由辅助交流发电机供电，两台通风机投入时进行延时控制。

优选地，当第四变频器故障时，变频器控制单元控制第一空气压缩机及第二空气压缩机由第三变频器供电，并控制第一牵引通风机及第二牵引通风机直接由辅助交流发电机供电，投入时进行延时控制。

优选地，当第五变频器故障时，变频器控制单元控制空调机组由第二变频器供电，同时控制中冷水冷却风机直接由辅助交流发电机供电。

优选地，当第一变频器或第二变频器故障，且柴油机转速大于1400转/分，辅助变流器控制单元变频器控制单元通过RS485发送降柴油机转速请求，得到请求后柴油机转速降至1400转/分；当请求撤销后，恢复柴油机转速。

本发明的有益效果：使得多个辅助设备都可以采用变频启动和控制，提高了能量的利用率，同时也实现了准确控制辅助设备的效果。本发明的机车多模块变频交流辅助系统实现方法中，通过励磁电路调节交流发电机的输出电压，并将辅助变频器控制单元计算后转化为输出频率给定值传送给变频器，变频器根据该接收数据调节输出电压频率，控制辅助负载的运行，从而准确控制变频器的输出。更进一步的，设置多个变频器对应多个辅助负载，实现准确控制，并在任何一个变频器出现故障的情况下，通过辅助变频器控制单元进行调整，得到更加稳定的系统。

附图说明

图1为本发明的机车多模块变频交流辅助系统结构示意图。

图2为本发明的机车多模块变频交流辅助系统中变频器的具体接线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示的本发明的机车多模块变频交流辅助系统结构示意图，包括辅助交流发电机、辅助变频器控制单元ACU、变频器（AC1至AC5）、辅助负载、励磁电路，所述辅助交流发电机通过变频器连接辅助负载，所述辅助交流发电机连接励磁电路，所述辅助变频器控制单元ACU连接辅助交流发电机、变频器和励磁电路。辅助负载由变频器供电，辅助变频器控制单元ACU通过设置在辅助负载上的传感器检测到的数据，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值传送给变频器，变频器根据该接收数据调节输出电压频率，从而控制辅助负载的运行。辅助变频器控制单元ACU通过柴油机转速传感器测量柴油机转速，如：当柴油机转速≥580rpm，辅助变频器控制单元ACU控制辅助交流发电机的工作。辅助变频器控制单元ACU根据柴油机转速，计算辅助交流发电机输出电压给定值，通过调节辅助交流发电机的励磁，使得辅助交流发电机的输出电压与柴油机转速相适应。辅助交流发电机电压随柴油机转速上升而线性上升，如柴油机转速在600～180转每分钟之间变化时，辅助交流发电机输出电压为AC180～490V。通过上述交流传动系统的技术方案，使得多个辅助设备都可以采用变频启动和控制，提高了能量的利用率，同时也实现了准确控制辅助设备的效果。

优选地，所述变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器（分别为AC1至AC5），所述外部负载包括高温水冷却风机、中冷水冷却风机、牵引通风机、空气压缩机、空调机组，系统正常运行情况下，上述外部负载分别由第一至第五变频器供电。

优选地，如图2所示的本发明的机车多模块变频交流辅助系统中变频器的具体接线图。所述变频器通过接触器连接辅助负载。辅助变频器发生故障时，由辅助变频器控制单元ACU通过控制相应接触器将辅助负载自动进行切换。

优选地，所述励磁电路为两个，相互为热备份。励磁电路通过电流传感器将励磁电流转换成模拟量信号，再将该模拟量与给定励磁电流值进行比较，实现闭环反馈控制，同时结合辅助变频器控制单元ACU通过转速传感器检测到的辅发电机转速数据输出PWM波控制IGBT的通断，将+74直流电压转化为脉宽可调的方波送给辅助发电机，从而控制励磁电流。

本发明还公开了一种机车多模块变频交流辅助系统实现方法，辅助变频器控制单元ACU通过柴油机转速传感器测量柴油机转速，辅助变频器控制单元ACU根据柴油机转速，计算辅助交流发电机输出电压给定值，通过调节辅助交流发电机的励磁，使得辅助交流发电机的输出电压与柴油机转速相适应；辅助负载由变频器供电，辅助变频器控制单元ACU通过设置在辅助负载上的传感器检测到的数据，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值传送给变频器，变频器根据该接收数据调节输出电压频率，从而控制辅助负载的运行。

在正常情况下，柴油机高温水冷却风机由变频模块AC1供电。变频器控制单元ACU通过高温水传感器测取柴油机高温水出口温度，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值通过RS485总线传送给AC1变频器，AC1根据该接收数据调节输出电压频率，从而实现控制高温水冷却风机转速。当柴油机高温水出口温度为达到设定值（如90±1℃）时，高温水冷却风机变频启动，此时AC1模块输出电源的频率为30Hz（最低工作频率）。当高温水出口温度变高时，AC1输出电源的频率相应地变高。当柴油机高温水出口温度达到最高设定值（如98±1℃）时，高温水冷却风机转速达到全速，此时，AC1模块输出电源的频率为87.6Hz。当柴油机高温水出口温度低于设定值（如87±1℃）时，高温水冷却风机停止工作。

正常情况下，柴油机中冷水冷却风机由变频模块AC2供电，变频器控制单元ACU通过中冷水传感器测取柴油机中冷水出口温度，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值通过RS485总线传送给AC2变频器，AC2根据该数据调节输出电压频率，从而实现控制中冷水冷却风机转速。当柴油机中冷水出口温度为达到设定值（如54±1℃）时，中冷水冷却风机变频启动，此时AC2模块输出电源的频率为30Hz（最低工作频率）。当中冷水出口温度变高时，AC2输出电源频率相应地变高。当柴油机中冷水出口温度达到最高设定值（如62±1℃）时，中冷水冷却风机转速达到全速，此时，AC1模块输出电源的频率为87.6Hz。当柴油机中冷水出口温度低于设定值（51±1℃）时，中冷水冷却风机停止工作。

正常情况下，两台牵引通风机由  AC3变频模块供电。辅助变流器变频器控制单元ACU接收到机车加载信号有效后，控制牵引电机通风机1和牵引电机通风机2变频起动，并通过RS485接收牵引电动机温度值及力矩数据，变频器控制单元ACU通过计算后将该数据转换为输出频率给定值传送给AC3变频器，AC3根据该数据调节输出电压频率，从而实现对牵引通风机的转速控制。

空压机由硬线信号控制，正常情况下，两台空气压缩机由变频模块AC4供电。当辅助变流器变频器控制单元ACU接收到风压信号1（风压低于700kPa）时，空气压缩机电机1和电机2变频启动，并根据输入电压恒压频比输出电源，驱动空气压缩机电机1和电机2一直工作，直到该控制信号消失。当辅助变流器变频器控制单元ACU接收到风压信号2（风压低于750kPa），且没有接收到风压信号1（风压低于700kPa）时，控制一台空气压缩机工作，并根据机车方向信号选择空气压缩机，当机车前向时，空气压缩机1工作。当机车后向时，空气压缩机2工作，如果没有方向信号，则默认为空气压缩机1工作。

空调机组的控制由B柜控制系统负责，共两路。正常情况下，两台空调机组由变频模块AC5供电。变频器控制单元ACU检测到辅助交流发电机发出的电压≥160V时，起动变流模块AC5，输出三相AC160V/50Hz交流电源，AC5的输出电源通过隔离变压器升压，经三相绕组输出三相四线制AC380V/50Hz交流电源，或者经单相绕组输出单相AC240V/50Hz交流电源。

B柜系统根据空调机组工位操作，以及空调机组各电机的延时控制要求，对空调机组低速通风、高速通风、压缩机、制热管电压输出通道中的接触器进行控制。B柜系统还可以根据机组输出的各硬线保护信号，例如高低压压力保护信号、排气温度故障信号，以及输出电路中的热继电器反馈信号，控制各输出的投入与切断。此外，变频器控制单元ACU还可以实现通过机车辅助操作屏实现调节空调温度的功能：B柜PLC作为空调操作屏1和空调操作屏2的主站，通过RS485接收来自空调操作屏的空调温度设置及调整数据，并与空调机组回风口温度传感器检测到得数据进行比较后，选取所需正确数据作为依据控制机组的工作工位，以达到调整机车室温的目的。

该RS485总线由变频器控制单元ACU（A柜、B柜）、微机柜、辅助显示屏（2台）组成，其中A柜作为整个网络的主机，微机和B柜为其从机。而B柜则同时还是辅助显示屏1和辅助显示屏2的主站。

优选地，所述变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器（分别为AC1至AC5），所述外部负载包括高温水冷却风机、中冷水冷却风机、牵引通风机、空气压缩机、空调机组，系统正常运行情况下，上述外部负载分别由第一至第五变频器供电。

优选地，当第一变频器AC1故障时，变频器控制单元ACU控制高温水冷却风机直接由辅助交流发电机供电；当第二变频器AC2故障时，变频器控制单元ACU控制中冷水冷却风机直接由辅助交流发电机供电。

优选地，当牵引通风机中的温度传感器故障后，根据牵引电动机转矩大小调节牵引通风机转速。机车加载信号失效后，牵引通风机以最低档位转速（同步转速874r/min）运转，延时3分钟停机。当第三变频器AC3故障时，变频器控制单元ACU控制牵引通风机1及牵引通风机2直接由辅助交流发电机供电，2台通风机投入时进行延时控制。

优选地，当第四变频器AC4故障时，变频器控制单元ACU控制空气压缩机1及空气压缩机2由AC3供电，并控制牵引通风机1及牵引通风机2直接由辅助交流发电机供电，投入时进行延时控制。当第五变频器AC5故障时，辅助变流器控制控制3相380V/50Hz负载及单相AC240V生活用电由AC2供电，同时控制中冷水冷却风机直接由辅助交流发电机供电。

优选地，当第一变频器AC1故障或第二变频器AC2故障，且柴油机转速大于1400r/min，辅助变流器控制单元变频器控制单元ACU通过RS485发送降柴油机转速请求，得到请求后柴油机转速降至1400r/min。当请求撤销后，恢复柴油机转速。

以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机车多模块变频交流辅助系统,其特征在于包括辅助交流发电机、辅助变频器控制单元、变频器、辅助负载、励磁电路，所述辅助交流发电机通过变频器连接辅助负载，所述辅助交流发电机连接励磁电路，所述辅助变频器控制单元连接辅助交流发电机、变频器和励磁电路；所述辅助变频器控制单元根据柴油机转速，计算辅助交流发电机输出电压给定值，通过调节辅助交流发电机的励磁，使得辅助交流发电机的输出电压与柴油机转速相适应；所述辅助变频器控制单元通过设置在辅助负载上的传感器检测到的数据，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值传送给变频器，变频器根据接收数据调节输出电压频率，从而控制辅助负载的运行。

2.如权利要求1所述的机车多模块变频交流辅助系统，其特征在于所述变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器，辅助负载包括高温水冷却风机、中冷水冷却风机、牵引通风机、空气压缩机、空调机组，辅助负载分别由第一至第五变频器供电。

3.如权利要求1或2所述的机车多模块变频交流辅助系统，其特征在于所述变频器通过接触器连接辅助负载。

4.一种机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其具体包括：

辅助变频器控制单元通过柴油机转速传感器测量柴油机转速，根据柴油机转速，计算辅助交流发电机输出电压给定值，通过调节辅助交流发电机的励磁，使得辅助交流发电机的输出电压与柴油机转速相适应；

辅助负载由变频器供电，辅助变频器控制单元通过设置在辅助负载上的传感器检测到的数据，并将该数据通过计算后转化为输出频率给定值传送给变频器，变频器根据接收数据调节输出电压频率，从而控制辅助负载的运行。

5.如权利要求4所述的机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其特征在于所述变频器包括第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器，辅助负载包括高温水冷却风机、中冷水冷却风机、牵引通风机、空气压缩机、空调机组，系统正常运行情况下，辅助负载分别由第一至第五变频器供电。

6.如权利要求5所述的机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其特征在于当第一变频器或第二变频器故障时，辅助变频器控制单元控制高温水冷却风机或中冷水冷却风机直接由辅助交流发电机供电。

7.如权利要求5所述的机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其特征在于当牵引通风机中的温度传感器故障后，根据牵引电动机转矩大小调节牵引通风机转速，机车加载信号失效后，牵引通风机以最低档位转速运转，延时3分钟停机；当第三变频器故障时，辅助变频器控制单元控制第一牵引通风机及第二牵引通风机直接由辅助交流发电机供电，两台通风机投入时进行延时控制。

8.如权利要求5所述的机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其特征在于当第四变频器故障时，辅助变频器控制单元控制第一空气压缩机及第二空气压缩机由第三变频器供电，并控制第一牵引通风机及第二牵引通风机直接由辅助交流发电机供电，投入时进行延时控制。

9.如权利要求5所述的机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其特征在于当第五变频器故障时，辅助变频器控制单元控制空调机组由第二变频器供电，同时控制中冷水冷却风机直接由辅助交流发电机供电。

10.如权利要求5所述的机车多模块变频交流辅助系统实现方法，其特征在于当第一变频器或第二变频器故障，且柴油机转速大于1400转/分，辅助变频器控制单元通过RS485发送降柴油机转速请求，得到请求后柴油机转速降至1400转/分；当请求撤销后，恢复柴油机转速。