CN102945057B - 轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置，每个轨道轮的一侧各连接一台陪试电机，在轨道轮与陪试电机输出轴之间安装有传感器，每个陪试电机连接有陪试变流器，每台陪试变流器均与一个安装于现场的信号采集控制单元相连接，信号采集控制单元为一个或多个陪试变流器内置的电路板或外置的信号采集控制器，信号采集控制单元接收来自传感器和/或其他信号采集控制单元的控制信号，经综合处理后输出到陪试变流器。通过现场实时采集各电机的动态工况，经信号采集控制单元综合处理后控制各个陪试变流器，可保证所有电机的输出转速和扭矩趋于相同，能动态适应被试机车车辆的牵引和制动工况，更加准确的实现对轨道轮的同步控制。

Description

轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置

技术领域

本发明涉及一种轨道轮同步控制装置，更具体的，涉及一种轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置。

背景技术

目前，和谐号电力机车都采用轴控模式对机车进行牵引或制动控制，此种控制模式在铁路正线运行时，由于钢轨是一条整体的直线，能够保证机车所有轴的速度保持一致，从而使得机车所有轴的牵引力保持相对均衡。但是在整车试验台试验时，由于试验台机械结构的特点，机车每个轮对对应的轨道轮都是独立的圆盘，若是所有轨道轮不能够保持一致的运转，就不能像钢轨一样，通过自身促使机车的所有轴保持相同的牵引力矩，因此，试验台所有轨道轮的同步控制是试验台控制的一大难题。

试验台轨道轮分别由独立的负载电机控制，所以，轨道轮的控制其实也是负载电机的控制。

使得轨道轮同步运行的方法有三种，第一是采用同步齿轮箱来控制，此种方法是机械同步方式，通过同步齿轮箱将所有轨道轮的轴系连接，使得所有轨道轮转速保持一致，达到像钢轨一样像一条直线的作用。此种控制方式需要依靠外界设备来保证轴系转速的一致。

第二种是采用电轴电机同步的方式，此种方式是利用绕线式异步电机的特点，实现电机间的功率均衡分配，来保持所有轴系能够同步，使得轨道轮能够保持一致运转。但是，此种控制方式也需要依靠外界设备来保证轴系转速的一致。

而第三种模式，就是完全依靠变流器对负载电机的控制精确度，来保证所有轴系的转速一致性，这种控制模式与机车的轴控模式相同，但是做到同步，有想当的难度。一般思路，是通过变流器之间的高速通讯，来交换每个变流器控制电机速度的信息，完成变流器控制电机速度的一致，但是，这种做法有一定的弊端，就是当通讯丢失，或通讯中断时，就不能保证所有电机转速的同步。

通过上面的描述，可以得知现有的机车独立控制存在以下缺点：1、第一种方式里，同步齿轮箱承受了电机转速偏差所产生的扭矩，容易造成同步齿轮箱的损坏。2、第二种方法，整套电轴系统造价较高，且产生很大的无功功率，污染电网，且其同步效果受电机参数差异的影响。3、第三种方法通过变流器之间的高速通讯完成变流器控制电机速度的一致，这种方法对通讯可靠性及通讯速度依赖较大，在电磁环境恶劣的环境下不能保证所有电机转速的同步。

且上述所提到的各种控制方法，其中心思想还是各电机独立控制，通过外界设备或者通讯交互来完成各轴系的同步控制。这样会带来一下问题：各电机控制器自测试自己的转速，各电机间转速差无法迅速纠正，严重时会使得相互之间偏差越来越大。2、无法实现各轴系间的动态同步。

基于上述描述，亟需要一种结构简单，并且可以保证所有电机的转速和扭矩相同的控制装置，以此来实现陪试电机对轨道交通车辆牵引动力试验装置轨道轮的同步控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置，该装置可以保证所有电机的转速和扭矩相同，以此来实现陪试电机对轨道交通车辆牵引动力试验装置轨道轮的同步控制，并且结构简单，不需要外界设备，可以实现稳定的控制。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置，每个轨道轮的一侧各连接一台陪试电机，在轨道轮与陪试电机输出轴之间安装有传感器，每个陪试电机连接有陪试变流器，每台陪试变流器均同一个安装于现场的信号采集控制单元相连接，所述信号采集控制单元为一个或多个内置的电路板或外置的信号采集控制器，所述信号采集控制单元接收来自传感器和/或其他信号采集控制单元的控制信号，经综合处理后输出到陪试变流器。

优选的，所述传感器为转速传感器和/或扭矩传感器。

进一步的，所述陪试变流器同本组轨道轮上的传感器相连接。

进一步的，所述陪试变流器同上位机信号连接。

作为一种优选的方式，所有陪试电机分为两组，设置有两台信号采集控制器，每组中的信号采集控制器连接本组中任一轮对上安装的传感器，输出信号反馈至该组每台陪试变流器。

进一步的，所述两台信号采集控制器之间同时进行信号传递。

本发明的有益效果为，由于在本技术方案中，每个陪试变流器不仅测量自己控制的陪试电机信号，而且还通过信号采集控制器测量多个陪试电机的信号，不仅测量陪试电机的转速信号，而且还测量陪试电机的扭矩信号，并把所测得的数据反馈给各个陪试变流器，陪试变流器根据所测信号，运用函数公式进行运算，根据运算结果，并通过电流大小进一步控制陪试电机，进而可以纠正偏差，使各个陪试电机的转速和扭矩相同，实现对轨道轮的同步控制。由于同时测量转速信号和扭矩信号，保证了电机的转速和扭矩都同步，避免了只测转速时，不能对扭矩进行控制，使电机的扭矩不相等的缺陷。又由于本技术方案不是通过上位机对陪试变流器之间的高速通讯来交换测得的每个陪试电机的信号，而是通过传感器和陪试变流器之间的信号传输，并通过信号采集控制器向每个陪试变流器反馈信号，所以消除了通讯中断时数据丢失的隐患，保证所有陪试电机的同步，实现稳定的同步控制。由于该装置不需要依靠外界的设备来保证轴系转速的一致，所以结构比较简单，并节省了同步齿轮箱等设备。使用该装置可以模拟硬同步，也可以模拟软同步，并且可以根据试验需要控制转速偏差。还有本方法是对陪试变流器所需要的转速转矩进行处理，实时性强，在底层保证了同步控制。

附图说明

图1为现有技术中电力机车试验台的轨道轮同步控制装置结构示意图；

图2为本发明提供的轨道交通车辆牵引动力试验装置的结构示意图；

图3为本发明提供的轨道轮同步控制装置第一种实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的轨道轮同步控制装置第二种实施例的结构示意图；

图5为本发明提供的轨道轮同步控制装置第三种实施例的结构示意图。

图中：

01、机车车轮；02、轨道轮；03、机械耦合器；04、同步齿轮箱；05、机械耦合器；06、陪试电机；07、陪试变流器；1、上位机；2、信号采集控制器；201、信号采集控制器；202、信号采集控制器；3、传感器；301、传感器；302、传感器；4、陪试变流器；5、陪试电机；6、轨道轮；7、机械耦合器；8、机车车轮。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1为现有技术中电力机车试验台的轨道轮同步控制装置结构示意图。如图1所示，现有的机车轨道交通车辆牵引动力试验装置的连接方式为：每个机车车轮01和试验台上的轨道轮02相接触，轨道轮02通过机械耦合器03和同步齿轮箱04相连接，同步齿轮箱04通过机械耦合器05和陪试电机06相连接，陪试电机06的另一端连接有对其进行控制的陪试变流器07。六个同步齿轮箱04之间通过轴进行连接，同步齿轮箱04将所有轨道轮02的轴系连接，使得所有轨道轮02转速保持一致，达到像钢轨一样像一条直线的作用。

然而此种机车独立控制存在以下缺点：其一，各自陪试变流器07单独测试自己的数值，无法实现各轴系的转速动态同步，可能使得相互之间偏差越来越大，并且无法纠正，容易导致轴扭断。其二，该种方法需要依靠外界的设备来保证轴系转速的一致，相应的增加了控制设备的复杂度及其控制成本。

图2为本发明提供的轨道交通车辆牵引动力试验装置的结构示意图。如图2所示，该轨道交通车辆牵引动力试验装置的连接方式为：每个机车车轮8和试验台上的各个轨道轮6相接触，与现有技术不同的是，每个轨道轮6的一侧各连接一台陪试电机5，并通过机械耦合器7和陪试电机5相连接，在每个轨道轮6与陪试电机5之间各安装有一台传感器3，每个陪试电机5的另一端连接有一台陪试变流器4，用于控制陪试电机5。

图3为本发明提供的轨道轮同步控制装置第一种实施例的结构示意图。于本实施例中，如图3所示，每台陪试变流器4均和自己所控制的陪试电机5的传感器3相连接，用于采集自己所控制的陪试电机5的速度信号。并且每台陪试变流器4均和上位机1相连，用于接收上位机1发送的控制信号。本实施例中，设置有一台信号采集控制器2，该信号采集控制器2的一端和任意一台陪试电机5的传感器3相连，用于采集所连接的传感器3的速度信号和扭矩信号，并反馈给各个陪试变流器4。

每个陪试变流器4综合自己所采集到的所控陪试电机5的速度信号、信号采集控制器2采集的其它陪试电机5的转速信号和扭矩信号及其上位机1传送的信号，运用函数公式进行运算，根据运算结果，并通过电流大小进一步控制陪试电机5的转速和扭矩，以此纠正每个陪试电机5的偏差，使各个陪试电机5的转速和扭矩相同，实现对轨道轮6的同步控制。

由于该装置同时测量陪试电机5的转速信号和扭矩信号，保证了陪试电机5的转速和扭矩都同步，避免了只测转速时，不能对扭矩进行控制，使陪试电机5的扭矩不相等的缺陷。

图4为本发明提供的轨道轮同步控制装置第二种实施例的结构示意图。于本实施例中，如图4所示，和第一种实施例的不同之处在于，把所有的陪试电机5分为两组，并设置有两台信号采集控制器，分别为信号采集控制器201、信号采集控制器202，其中信号采集控制器201和其中一组的任意一个陪试电机5的传感器3相连，本实施例中，信号采集控制器201和陪试电机501的传感器301相连，采集该传感器301的速度和扭矩信号，并反馈给这一组的各个陪试变流器4。另一台信号采集控制器202和另一组的任意一个陪试电机5的传感器3相连，本实施例中，信号采集控制器202和陪试电机502的传感器302相连，采集该传感器302的信号，并反馈给这一组的各个陪试变流器4，并且信号采集控制器201与信号采集控制器202之间也可进行信号传递。

当只需要进行转向架控制时，即：只运行转向架所对应的陪试电机，信号采集控制器201或信号采集控制器202分别采集陪试电机501或陪试电机502的转速信号和扭矩信号，并反馈给各组的陪试变流器4。每个陪试变流器4综合所有的信号，运用函数公式进行运算，其运算方法和实施例中的运算方法相同。根据运算结果，并通过电流大小进一步控制所控陪试电机5的转速和扭矩，这样，保证同一转向架下所有陪试电机5的转速和扭矩都是相同的，同一转向架下所有陪试电机5达到同步。

若进行整车试验时，信号采集控制器201和信号采集控制器202之间进行所采集信号的传递，这样，可以保证所有陪试电机5的同步控制，所有陪试电机5的转速和扭矩相同。

图5为本发明提供的轨道轮同步控制装置第三种实施例的结构示意图。于本实施例中，如图5所示，与第一种实施例的不同之处在于，信号采集控制器2和任意三台传感器3相连，同时采集这三台传感器3的信号，并反馈给各个陪试变流器4。各个陪试变流器4综合自己所采集到的所控陪试电机5的速度信号、信号采集控制器2采集的其它任意三台陪试电机5的转速信号和扭矩信号及其上位机1传送的信号，运用函数公式进行运算，根据运算结果，并通过电流大小进一步控制陪试电机5的转速和扭矩，以此纠正每个陪试电机5的偏差，使各个陪试电机5的转速和扭矩相同，实现对轨道轮6的同步控制。

以上结合具体实施案例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置，每个轨道轮(6)的一侧各连接一台陪试电机(5)，在轨道轮(6)与陪试电机(5)输出轴之间安装有传感器(3)，每个陪试电机(5)连接有陪试变流器(4)，其特征在于：每台陪试变流器(4)均同一个安装于现场的信号采集控制单元相连接，所述信号采集控制单元为一个或多个内置的电路板，或者是一个或多个外置的信号采集控制器(2)，所述信号采集控制单元接收来自传感器(3)和/或其他信号采集控制单元的控制信号，经综合处理后输出到陪试变流器(4)；

所述陪试变流器(4)同本组轨道轮上的传感器(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置，其特征在于：所述传感器(3)为转速传感器和/或扭矩传感器。

3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引动力试验装置的轨道轮同步控制装置，其特征在于：所述陪试变流器(4)同上位机信号连接。

4.根据权利要求1至3所述的任一种轨道轮同步控制装置，其特征在于：所有陪试电机(5)分为两组，设置有两台信号采集控制器(2)，每组中的信号采集控制器(2)连接本组中任一轮对上安装的传感器(3)，输出信号反馈至该组每台陪试变流器(4)。

5.根据权利要求4所述的一种轨道轮同步控制装置，其特征在于：所述两台信号采集控制器(2)之间同时进行信号传递。