CN104393806A - 一种励磁模块及励磁系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种励磁模块及励磁系统，通过辅发起励回路提供供电起励，辅助发电机接收供电起励，输出电压目标值，励磁变压器对电压目标值进行隔离降压后输出第一电流及第二电流，主发励磁控制器根据第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节，辅发励磁控制器根据第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。本方案通过辅发起励回路实现对辅助发电机的预起励，使得主发励磁控制器只需进行一级起励即可，无需进行二级起励，这就避免了主发励磁控制器进行二级起励造成的控制滞后性，避免了控制速度较慢，现场调试出现欠励或过励的现象。

Description

一种励磁模块及励磁系统

技术领域

本发明涉及供电控制领域，尤其涉及一种励磁模块及励磁系统。

背景技术

目前，国内外交直内燃机车励磁控制包括主发电机和辅助发电机励磁系统，其中，主发电机励磁方式主要是二级励磁，机车控制器控制直流励磁机的励磁，励磁机再控制牵引主发电机的励磁电流，从而控制主发电机的功率输出，满足机车牵引特性和制动特性的需求。

采用上述方式进行励磁控制，由于主发励磁需要经过二级方式，具有控制滞后性，控制速度较慢，这就使现场调试容易出现欠励或过励的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种励磁模块及励磁系统，以解决现有技术中主发励磁需要经过二级励磁，具有控制滞后性，容易出现欠励或过励的问题，其具体方案如下：

一种励磁模块，包括：励磁变压器，与所述励磁变压器相连的主发励磁控制器，与所述励磁变压器相连的辅发励磁控制器，与所述辅发励磁控制器相连的辅发起励回路，与所述辅发起励回路及励磁变压器分别相连的辅助发电机，其中：

所述辅发起励回路通过内部继电器的闭合与断开，实现供电起励；

所述辅助发电机接收所述供电起励，输出电压目标值；

所述励磁变压器的输入绕组接收辅助发电机的电压目标值，对所述电压目标值进行隔离降压后，通过所述励磁变压器的第一输出绕组输出第一电流，同时通过第二输出绕组输出第二电流；

所述主发励磁控制器接收所述第一输出绕组输出的第一电流，并依据所述第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节；

所述辅发励磁控制器接收所述第二输出绕组输出的第二电流，并依据所述第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。

进一步的，还包括：与所述主发励磁控制器相连的发电机保护模块，

所述发电机保护模块用于当主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，使经过主发励磁控制器的电流短路。

进一步的，所述辅发起励回路具体包括：第一电阻，继电器及直流电源，其中：

所述继电器为双刀双掷继电器，所述继电器的第一动触点与所述辅发励磁控制器的第一输出端相连，所述继电器的第二动触点与所述辅发励磁控制器的第二输出端相连，所述继电器的第一静触点依次通过所述第一电阻及直流电源与所述继电器的第二静触点相连。

进一步的，所述发电机保护模块包括：双向晶闸管，

所述双向晶闸管用于当所述主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，进行导通，释放经过主发励磁控制器的电流。

一种励磁系统，包括：励磁模块，与所述励磁模块相连的主发电机，其中，所述励磁模块包括：励磁变压器，与所述励磁变压器相连的主发励磁控制器，与所述励磁变压器相连的辅发励磁控制器，与所述辅发励磁控制器相连的辅发起励回路，与所述辅发起励回路及励磁变压器分别相连的辅助发电机，其中：

所述辅发起励回路通过内部继电器的闭合与断开，实现供电起励；

所述辅助发电机接收所述供电起励，输出电压目标值；

所述励磁变压器的输入绕组接收辅助发电机的电压目标值，对所述电压目标值进行隔离降压后，通过所述励磁变压器的第一输出绕组输出第一电流，同时通过第二输出绕组输出第二电流；

所述主发励磁控制器接收所述第一输出绕组输出的第一电流，并依据所述第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节，为所述主发电机提供第一励磁电流；

所述辅发励磁控制器接收所述第二输出绕组输出的第二电流，并依据所述第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节，为所述辅助发动机提供第二励磁电流。

进一步的，还包括：与所述辅发起励回路相连的机车控制器，

所述机车控制器用于发出控制指令至所述辅发起励回路，控制所述辅发起励回路内部的继电器闭合与断开。

进一步的，所述励磁模块还包括：与所述主发励磁控制器相连的发电机保护模块，

所述发电机保护模块用于当主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，使经过主发励磁控制器的电流短路。

进一步的，所述辅发起励回路具体包括：第一电阻，继电器及直流电源，其中：

所述继电器为双刀双掷继电器，所述继电器的第一动触点与所述辅发励磁控制器的第一输出端相连，所述继电器的第二动触点与所述辅发励磁控制器的第二输出端相连，所述继电器的第一静触点依次通过所述第一电阻及直流电源与所述继电器的第二静触点相连。

进一步的，所述发电机保护模块包括：双向晶闸管，

所述双向晶闸管用于当所述主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，进行导通，释放经过主发励磁控制器的电流。

进一步的，所述辅发起励回路中直流电流具体为：64V蓄电池。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的励磁模块及励磁系统，通过辅发起励回路提供供电起励，辅助发电机接收供电起励，输出电压目标值，励磁变压器对电压目标值进行隔离降压后输出第一电流及第二电流，主发励磁控制器根据第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节，辅发励磁控制器根据第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。本方案通过辅发起励回路实现对辅助发电机的预起励，使得主发励磁控制器只需进行一级起励即可，无需进行二级起励，这就避免了主发励磁控制器进行二级起励造成的控制滞后性，避免了控制速度较慢，现场调试出现欠励或过励的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种励磁模块的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种辅发起励回路的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种发电机保护模块的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种励磁系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种励磁模块，其结构示意图如图1所示，包括：

励磁变压器11，与励磁变压器11相连的主发励磁控制器12，与励磁变压器11相连的辅发励磁控制器13，与辅发励磁控制器13相连的辅发起励回路14，与辅发起励回路14及励磁变压器11分别相连的辅助发电机15。

辅发起励回路14通过内部的继电器的闭合与断开，实现供电起励。

其中，辅发起励回路14的具体电路图如图2所示，包括：

第一电阻R1，继电器JK1及直流电源21，其中：

继电器JK1为双刀双掷继电器，直流电源21为蓄电池，具体可以为64V蓄电池，第一电阻R1可以选择为1.8欧姆，则起励电流为64V/1.8Ω＝35A。

上述数值只是其中的一种情况，在此并不做具体限定。

继电器JK1的第一动触点与辅发励磁控制器13的第一输出端相连，继电器JK1的第二动触点与辅发励磁控制器13的第二输出端相连，继电器JK1的第一静触点依次通过第一电阻R1及直流电源21与继电器JK1的第二静触点相连。

继电器JK1闭合时，辅助发电机15由直流电源21供电起励，起励完成后，继电器JK1断开，辅发励磁控制器13接受励磁变压器11提供的电源自励。

辅助发电机15接收供电起励，输出电压目标值。

励磁变压器11的输入绕组接收辅助发电机15的电压目标值，对电压目标值进行隔离降压后，通过励磁变压器11的第一输出绕组输出第一电流，同时通过第二输出绕组输出第二电流。

主发励磁控制器12接收第一输出绕组输出的第一电流，并依据第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节。

辅发励磁控制器13接收第二输出绕组输出的第二电流，并依据第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。

本实施例公开的励磁模块，通过辅发起励回路提供供电起励，辅助发电机接收供电起励，输出电压目标值，励磁变压器对电压目标值进行隔离降压后输出第一电流及第二电流，主发励磁控制器根据第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节，辅发励磁控制器根据第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。本方案通过辅发起励回路实现对辅助发电机的预起励，使得主发励磁控制器只需进行一级起励即可，无需进行二级起励，这就避免了主发励磁控制器进行二级起励造成的控制滞后性，避免了控制速度较慢，现场调试出现欠励或过励的现象。

本实施例公开的励磁模块，还可以包括：与主发励磁控制器12相连的发电机保护模块16。

发电机保护模块16用于当主发励磁控制器12的电压超过预定电压值时，使经过主发励磁控制器的电流短路。

其中，发电机保护模块16包括：双向晶闸管。

双向晶闸管用于当主发励磁控制器12的电压超过预定电压值时，进行导通，释放经过主发励磁控制器的电流。

发电机保护模块16的电路图如图3所示，包括：

双向晶闸管V，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第一双向触发二极管BD1及第二双向触发二极管BD2。

其中，双向晶闸管V可以通过两个晶闸管并联实现，即第一晶闸管V1与第二晶闸管V2，第一晶闸管V1的阳极与第二晶闸管V2的阴极相连，第二晶闸管V2的阳极与第一晶闸管V1的阴极相连。

第一电容C1与第三电阻R3并联之后的电路依次与第一双向触发二极管BD1、第一二极管D1及第二电阻R2串联设置，同时，第一电容C1与第一双向触发二极管BD1相连的一端与第一晶闸管V1的门极相连；第二电容C2与第五电阻R5并联设置之后的电路依次与第二双向触发二极管BD2、第二二极管D2、第三二极管D3及第四电阻R4串联设置，同时，第二电容C2与第二双向触发二极管BD2相连的一端与第二晶闸管V2的门极相连；第二电阻R2除与第一二极管D1相连的一端外的另一端同时与第二电容C2除与第二双向触发二极管BD2相连的一端外的另一端相连，第四电阻R4除与第三二极管D3相连的一端外的另一端同时与第一电容C1除与第一双向触发二极管BD1相连的一端外的另一端相连，即第一二极管D1通过第二电阻R2与第二电容C2相连，第三二极管D3通过第四电阻R4与第一电容C1相连。

当机车正常运行时，主发励磁控制器产生励磁电流流过主发电机的励磁线圈，使主发电机正常工作时，发电机保护模块不工作，晶闸管处于截止状态，没有电流流过；当机车运行时，主发励磁控制器的电压突然升高，当ID按压升高至预定电压值时，发电机保护模块内部迅速触发晶闸管V1或V2导通，给主发励磁控制器提供内部短路通道，励磁电流通过晶闸管泄放掉，对主发励磁控制器及主发电机起到保护作用。

本实施例公开了一种励磁系统，其结构示意图如图4所示，包括：

励磁模块41，与励磁模块41相连的主发电机42，其中：

励磁模块41具体结构示意图如图1所示，包括：

励磁变压器11，与励磁变压器11相连的主发励磁控制器12，与励磁变压器11相连的辅发励磁控制器13，与辅发励磁控制器13相连的辅发起励回路14，与辅发起励回路14及励磁变压器11分别相连的辅助发电机15。

辅发起励回路14通过内部的继电器的闭合与断开，实现供电起励。

其中，辅发起励回路14的具体电路图如图2所示，包括：

第一电阻R1，继电器JK1及直流电源21，其中：

继电器JK1为双刀双掷继电器，直流电源21为蓄电池，具体可以为64V蓄电池，第一电阻R1可以选择为1.8欧姆，则起励电流为64V/1.8Ω＝35A。

上述数值只是其中的一种情况，在此并不做具体限定。

继电器JK1的第一动触点与辅发励磁控制器13的第一输出端相连，继电器JK1的第二动触点与辅发励磁控制器13的第二输出端相连，继电器JK1的第一静触点依次通过第一电阻R1及直流电源21与继电器JK1的第二静触点相连。

继电器JK1闭合时，辅助发电机15由直流电源21供电起励，起励完成后，继电器JK1断开，辅发励磁控制器13接受励磁变压器11提供的电源自励。

辅助发电机15接收供电起励，输出电压目标值。

励磁变压器11的输入绕组接收辅助发电机15的电压目标值，对电压目标值进行隔离降压后，通过励磁变压器11的第一输出绕组输出第一电流，同时通过第二输出绕组输出第二电流。

主发励磁控制器12接收第一输出绕组输出的第一电流，并依据第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节。

辅发励磁控制器13接收第二输出绕组输出的第二电流，并依据第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。

本实施例公开的励磁系统，通过辅发起励回路提供供电起励，辅助发电机接收供电起励，输出电压目标值，励磁变压器对电压目标值进行隔离降压后输出第一电流及第二电流，主发励磁控制器根据第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节，辅发励磁控制器根据第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。本方案通过辅发起励回路实现对辅助发电机的预起励，使得主发励磁控制器只需进行一级起励即可，无需进行二级起励，这就避免了主发励磁控制器进行二级起励造成的控制滞后性，避免了控制速度较慢，现场调试出现欠励或过励的现象。

进一步的，本实施例公开的励磁系统，还可以包括：与励磁模块41相连的机车控制器43。

机车控制器43与励磁模块41中的辅发起励回路相连，用于发出控制指令至辅发起励回路，控制辅发起励回路内部的继电器闭合与断开。

本实施例公开的励磁系统中的励磁模块，还可以包括：与主发励磁控制器12相连的发电机保护模块16。

发电机保护模块16用于当主发励磁控制器12的电压超过预定电压值时，使经过主发励磁控制器的电流短路。

其中，发电机保护模块16包括：双向晶闸管。

双向晶闸管用于当主发励磁控制器12的电压超过预定电压值时，进行导通，释放经过主发励磁控制器的电流。

发电机保护模块16的电路图如图3所示，包括：

双向晶闸管V，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第一双向触发二极管BD1及第二双向触发二极管BD2。

其中，双向晶闸管V可以通过两个晶闸管并联实现，即第一晶闸管V1与第二晶闸管V2，第一晶闸管V1的阳极与第二晶闸管V2的阴极相连，第二晶闸管V2的阳极与第一晶闸管V1的阴极相连。

第一电容C1与第三电阻R3并联之后的电路依次与第一双向触发二极管BD1、第一二极管D1及第二电阻R2串联设置，同时，第一电容C1与第一双向触发二极管BD1相连的一端与第一晶闸管V1的门极相连；第二电容C2与第五电阻R5并联设置之后的电路依次与第二双向触发二极管BD2、第二二极管D2、第三二极管D3及第四电阻R4串联设置，同时，第二电容C2与第二双向触发二极管BD2相连的一端与第二晶闸管V2的门极相连；第二电阻R2除与第一二极管D1相连的一端外的另一端同时与第二电容C2除与第二双向触发二极管BD2相连的一端外的另一端相连，第四电阻R4除与第三二极管D3相连的一端外的另一端同时与第一电容C1除与第一双向触发二极管BD1相连的一端外的另一端相连，即第一二极管D1通过第二电阻R2与第二电容C2相连，第三二极管D3通过第四电阻R4与第一电容C1相连。

当机车正常运行时，主发励磁控制器产生励磁电流流过主发电机的励磁线圈，使主发电机正常工作时，发电机保护模块不工作，晶闸管处于截止状态，没有电流流过；当机车运行时，主发励磁控制器的电压突然升高，当ID按压升高至预定电压值时，发电机保护模块内部迅速触发晶闸管V1或V2导通，给主发励磁控制器提供内部短路通道，励磁电流通过晶闸管泄放掉，对主发励磁控制器及主发电机起到保护作用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种励磁模块，其特征在于，包括：励磁变压器，与所述励磁变压器相连的主发励磁控制器，与所述励磁变压器相连的辅发励磁控制器，与所述辅发励磁控制器相连的辅发起励回路，与所述辅发起励回路及励磁变压器分别相连的辅助发电机，其中：

所述辅发起励回路通过内部继电器的闭合与断开，实现供电起励；

所述辅助发电机接收所述供电起励，输出电压目标值；

所述励磁变压器的输入绕组接收辅助发电机的电压目标值，对所述电压目标值进行隔离降压后，通过所述励磁变压器的第一输出绕组输出第一电流，同时通过第二输出绕组输出第二电流；

所述主发励磁控制器接收所述第一输出绕组输出的第一电流，并依据所述第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节；

所述辅发励磁控制器接收所述第二输出绕组输出的第二电流，并依据所述第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节。

2.根据权利要求1所述的励磁模块，其特征在于，还包括：与所述主发励磁控制器相连的发电机保护模块，

所述发电机保护模块用于当主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，使经过主发励磁控制器的电流短路。

3.根据权利要求1所述的励磁模块，其特征在于，所述辅发起励回路具体包括：第一电阻，继电器及直流电源，其中：

所述继电器为双刀双掷继电器，所述继电器的第一动触点与所述辅发励磁控制器的第一输出端相连，所述继电器的第二动触点与所述辅发励磁控制器的第二输出端相连，所述继电器的第一静触点依次通过所述第一电阻及直流电源与所述继电器的第二静触点相连。

4.根据权利要求2所述的励磁模块，其特征在于，所述发电机保护模块包括：双向晶闸管，

所述双向晶闸管用于当所述主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，进行导通，释放经过主发励磁控制器的电流。

5.一种励磁系统，其特征在于，包括：励磁模块，与所述励磁模块相连的主发电机，其中，所述励磁模块包括：励磁变压器，与所述励磁变压器相连的主发励磁控制器，与所述励磁变压器相连的辅发励磁控制器，与所述辅发励磁控制器相连的辅发起励回路，与所述辅发起励回路及励磁变压器分别相连的辅助发电机，其中：

所述辅发起励回路通过内部继电器的闭合与断开，实现供电起励；

所述辅助发电机接收所述供电起励，输出电压目标值；

所述励磁变压器的输入绕组接收辅助发电机的电压目标值，对所述电压目标值进行隔离降压后，通过所述励磁变压器的第一输出绕组输出第一电流，同时通过第二输出绕组输出第二电流；

所述主发励磁控制器接收所述第一输出绕组输出的第一电流，并依据所述第一电流对主发励磁电流进行PID闭环调节，为所述主发电机提供第一励磁电流；

所述辅发励磁控制器接收所述第二输出绕组输出的第二电流，并依据所述第二电流对辅发励磁电流进行PID闭环调节，为所述辅助发动机提供第二励磁电流。

6.根据权利要求5所述的励磁系统，其特征在于，还包括：与所述辅发起励回路相连的机车控制器，

所述机车控制器用于发出控制指令至所述辅发起励回路，控制所述辅发起励回路内部的继电器闭合与断开。

7.根据权利要求5所述的励磁系统，其特征在于，所述励磁模块还包括：与所述主发励磁控制器相连的发电机保护模块，

所述发电机保护模块用于当主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，使经过主发励磁控制器的电流短路。

8.根据权利要求5所述的励磁系统，其特征在于，所述辅发起励回路具体包括：第一电阻，继电器及直流电源，其中：

所述继电器为双刀双掷继电器，所述继电器的第一动触点与所述辅发励磁控制器的第一输出端相连，所述继电器的第二动触点与所述辅发励磁控制器的第二输出端相连，所述继电器的第一静触点依次通过所述第一电阻及直流电源与所述继电器的第二静触点相连。

9.根据权利要求7所述的励磁系统，其特征在于，所述发电机保护模块包括：双向晶闸管，

所述双向晶闸管用于当所述主发励磁控制器的电压超过预定电压值时，进行导通，释放经过主发励磁控制器的电流。

10.根据权利要求8所述的励磁系统，其特征在于，所述辅发起励回路中直流电流具体为：64V蓄电池。