CN104600999A - 一种内燃机车辅助变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机车辅助变流器，包括第一变流器输入输出模块，用于接收控制单元发送的第一控制指令，根据第一控制指令调整输入电压的频率以及大小，为牵引电机通风机供电；第二变流器输入输出模块，接收第二控制指令，并根据第二控制指令调整输入电压的频率以及大小，为空气压缩机供电；第一冗余供电转换电路，用于当第二变流器输入输出模块出现故障时控制第二变流器输入输出模块为空气压缩机供电，与此同时，辅助发电机直接为牵引电机通风机供电；控制单元，用于接收上位机的指令，向第一、第二变流器输入输出模块发送控制指令，本发明避免了空气压缩机频繁突投直接起动带来的大电流对辅助供电系统的冲击，提高了辅助供电系统的稳定性。

Description

一种内燃机车辅助变流器

技术领域

本发明涉及变流器技术领域，特别是涉及一种内燃机车辅助变流器。

背景技术

辅助变流器是内燃机车的核心部件之一，其性能的好坏直接影响机车的可用性。辅助变流器的输入电源来自机车辅助发电机，辅助变流器的负载主要有柴油机冷却风机、牵引电机通风机、空气压缩机以及空调。内燃机车的每种负载的特性各不尽相同，为了达到节能目的，每种负载均单独配置一个变流器模块供电，辅助变流器一般需要配置四个变流器模块。空调的变流器供电模块输出电压为三相交流160V/50Hz，经过输出侧配置的LC正弦滤波器和变压器转换后变为380V/50Hz为空调等生活用电供电。为其它三种负载供电的变流器模块输出为PWM波，可根据机车微机指令变频变压调速，当某个变流器模块故障时，该模块供电的三相交流负载可直接由辅助发电机供电，实现系统冗余供电。

现有的内燃机车辅助变流器，虽然部分变流器模块故障时，系统能实现冗余供电，但存在以下缺点：为空气压缩机供电的变流器模块故障时，空气压缩机改由辅助发电机直接供电，但因空气压缩机工作起动频繁，突投起动对辅助发电机的冲击电流较大，有可能会导致辅助发电机损坏；有的辅助变流器采用两个变流器模块分别驱动两台空气压缩机，两套互为冗余，虽可解决上述问题，但增加了一个变流器模块，同时也就增加了产品成本。

因此，如何提供一种既不增加变流器模块的数量就能实现系统各变流器模块故障时的冗余供电，又能避免空气压缩机突投起动带来的电流冲击是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种内燃机车辅助变流器，在不增加变流器模块数量的条件下，辅助变流器系统中任一个变流器模块发生故障时，系统均可实现冗余供电，保证了空气压缩机负载始终由变流器模块供电，避免了空气压缩机频繁突投直接起动带来的大电流对辅助供电系统的冲击，提高了辅助供电系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种内燃机车辅助变流器，包括：

第一变流器输入输出模块，用于接收控制单元发送的第一控制指令，并根据所述第一控制指令调整输入电压的频率以及大小，为牵引电机通风机供电；

第二变流器输入输出模块，用于接收所述控制单元发送的第二控制指令，并根据所述第二控制指令调整所述输入电压的频率以及大小，为空气压缩机供电；

第一冗余供电转换电路，用于当所述第二变流器输入输出模块出现故障时，控制所述第一变流器输入输出模块为所述空气压缩机供电，与此同时，所述辅助发电机直接为所述牵引电机通风机供电；

控制单元，用于接收上位机的指令，向所述第一变流器输入输出模块以及所述第二变流器输入输出模块分别发送所述第一控制指令和所述第二控制指令。

优选的，所述辅助变流器还包括：

第三变流器输入输出模块，用于接收所述控制单元发送的第三控制指令，并根据所述第三控制指令调整所述输入电压的频率以及大小，为冷却风机供电；

第四变流器输入输出模块，用于接收所述控制单元发送的第四控制指令，并根据所述第四控制指令调整所述输入电压的频率以及大小，为空调供电；

第二冗余供电转换电路，用于当所述第四变流器输入输出模块出现故障时，所述第二冗余供电转换电路控制所述第三变流器输入输出模块为所述空调供电，与此同时，辅助发电机直接为所述冷却风机供电。

优选的，所述辅助变流器还包括：

电压检测模块，用于采集所述辅助发电机的输出电压信号，并将所述输出电压信号发送至所述控制单元。

优选的，所述控制单元还用于接收所述电压检测模块发送的输出电压信号并根据所述输出电压信号计算出目标输出电压和频率，并生成所述脉冲信号，将所述脉冲信号传送至励磁控制器。

优选的，所述辅助变流器还包括：

励磁控制器，用于接收所述控制单元的脉冲信号，根据所述脉冲信号的大小调节输出励磁电流，并将所述励磁电流发送至所述辅助发电机。

优选的，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均包括：

变流器模块，用于接收所述控制单元发送的控制指令，并根据所述控制指令调整所述输入电压的频率以及大小。

优选的，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均包括：

输入端熔断器，用于当变流器输入输出模块中电流超过所述输入端熔断器的规定值时，所述输入端熔断器断开电路，保护所述变流器输入输出模块。

优选的，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块具体包括：

滤波电抗器，用于滤除所述变流器输入输出模块的输入电流中的高次谐波。

优选的，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均包括：

输出端接触器，用于控制变流器输入输出模块与所述变流器输入输出模块对应的负载之间的电路通断。

优选的，所述第四变流器输入输出模块包括：

正弦滤波器，用于滤除杂波输出正弦波三相交流电；

变压器，用于将所述正弦波三相交流的线电升压到380V。

本发明提供的一种内燃机辅助变流器，当第二变流器输入输出模块出现故障时，第一冗余供电转换电路通过改变自身开关的通断来控制第一变流器输入输出模块为空气压缩机供电，另外辅助发电机直接为牵引电机通风机供电。在不增加变流器模块数量的条件下，辅助变流器系统中任一个变流器模块发生故障时，系统均可实现冗余供电，既提高了系统的可靠性，又节省了成本，保证了空气压缩机负载始终由变流器模块供电，变流器模块可带空气压缩机负载软起动，避免了空气压缩机频繁突投直接起动带来的大电流对辅助供电系统的冲击，提高了辅助供电系统的稳定性，延长了辅助供电系统的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种内燃机车辅助变流器的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种内燃机车辅助变流器的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种内燃机车辅助变流器，在不增加变流器模块数量的条件下，辅助变流器系统中任一个变流器模块发生故障时，系统均可实现冗余供电，保证了空气压缩机负载始终由变流器模块供电，避免了空气压缩机频繁突投直接起动带来的大电流对辅助供电系统的冲击，提高了辅助供电系统的稳定性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例一

请参照图1，图1为本发明提供的一种内燃机车辅助变流器的结构示意图，该辅助变流器包括：

第一变流器输入输出模块20，用于接收控制单元10发送的第一控制指令，并根据第一控制指令调整输入电压的频率以及大小，为牵引电机通风机01供电；

可以理解的是，辅助发电机11向第一变流器输入输出模块20输入电压，当第一变流器输入输出模块20接收到控制单元10的第一控制指令时，第一变流器输入输出模块20根据第一控制指令来调整输入电压的频率或者大小并向牵引电机通风机01供电。

第二变流器输入输出模块30，用于接收控制单元10发送的第二控制指令，并根据第二控制指令调整输入电压的频率以及大小，为空气压缩机02供电；

可以理解的是，辅助发电机11向第二变流器输入输出模块30输入电压，当第二变流器输入输出模块30接收到控制单元10的第二控制指令时，第二变流器输入输出模块30根据第二控制指令来调整输入电压的频率或者大小并向空气压缩机02供电。

第一冗余供电转换电路60，用于当第二变流器输入输出模块30出现故障时，控制第一变流器输入输出模块20为空气压缩机02供电，与此同时，辅助发电机11直接为牵引电机通风机01供电；

可以理解的是，当第二变流器输入输出模块30出现故障时，第一冗余供电转换电路60通过改变自身开关的通断来控制第一变流器输入输出模块20为空气压缩机02供电，另外辅助发电机11直接为牵引电机通风机01供电。

控制单元10，用于接收上位机14的指令，向第一变流器输入输出模块20以及第二变流器输入输出模块30分别发送第一控制指令和第二控制指令。

可以理解的是，控制单元10接收上位机14的指令，并根据此指令分别向第一变流器输入输出模块20以及第二变流器输入输出模块30发送第一控制指令以及第二控制指令。

另外，这里的上位机14指的是内燃机车的微机。

本发明提供的一种内燃机辅助变流器，当第二变流器输入输出模块出现故障时，第一冗余供电转换电路通过改变自身开关的通断来控制第一变流器输入输出模块为空气压缩机供电，另外辅助发电机直接为牵引电机通风机供电。在不增加变流器模块数量的条件下，辅助变流器系统中任一个变流器模块发生故障时，系统均可实现冗余供电，既提高了系统的可靠性，又节省了成本，保证了空气压缩机负载始终由变流器模块供电，变流器模块可带空气压缩机负载软起动，避免了空气压缩机频繁突投直接起动带来的大电流对辅助供电系统的冲击，提高了辅助供电系统的稳定性，延长了辅助供电系统的使用寿命。

实施例二

请参照图2，图2为本发明提供的另一种内燃机车辅助变流器的结构示意图，该内燃机辅助变流器包括：

第一变流器输入输出模块，用于接收控制单元10发送的第一控制指令，并根据第一控制指令调整输入电压的频率以及大小，为牵引电机通风机01供电；

第二变流器输入输出模块，用于接收控制单元10发送的第二控制指令，并根据第二控制指令调整输入电压的频率以及大小，为空气压缩机02供电；

第一冗余供电转换电路，用于当第二变流器输入输出模块出现故障时，控制第一变流器输入输出模块为空气压缩机02供电，与此同时，辅助发电机11直接为牵引电机通风机01供电；

可以理解的是，第一冗余供电转换电路包括第一断路器61、第一直投接触器62以及第一供电转换接触器63。

第三变流器输入输出模块，用于接收控制单元10发送的第三控制指令，并根据第三控制指令调整输入电压的频率以及大小，为冷却风机03供电；

可以理解的是，辅助发电机11向第三变流器输入输出模块输入电压，当第三变流器输入输出模块接收到控制单元10的第三控制指令时，第三变流器输入输出模块根据第三控制指令来调整输入电压的频率或者大小并向冷却风机03供电。

第四变流器输入输出模块，用于接收控制单元10发送的第四控制指令，并根据第四控制指令调整输入电压的频率以及大小，为空调04供电；

可以理解的是，辅助发电机11向第四变流器输入输出模块输入电压，当第四变流器输入输出模块接收到控制单元10的第四控制指令时，第四变流器输入输出模块根据第四控制指令来调整输入电压的频率或者大小并向空调04供电。

另外，辅助发电机11的输出电压即为第一、第二、第三以及第四变流器输入输出模块的输入电压，其输出电压随着柴油机的转速而变化，通常输出电压范围为三相交流电压180V/33Hz-480V/90Hz，具体输出电压的数值由控制单元10来控制。

第二冗余供电转换电路，用于当第四变流器输入输出模块出现故障时，第二冗余供电转换电路控制第三变流器输入输出模块为空调04供电，与此同时，辅助发电机11直接为冷却风机03供电。

可以理解的是，第二冗余供电转换电路包括第二断路器71、第二直投接触器72以及第二供电转换接触器73。

当第四变流器输入输出模块出现故障时，第二冗余供电转换电路通过改变自身开关的通断来控制第三变流器输入输出模块为空调04供电，另外辅助发电机11直接为冷却风机03供电。

电压检测模块12，用于采集辅助发电机11的输出电压信号，并将输出电压信号发送至控制单元10。

进一步的，控制单元10还用于接收电压检测模块12发送的输出电压信号并根据输出电压信号计算出目标输出电压和频率，并生成脉冲信号，将脉冲信号传送至励磁控制器13。

励磁控制器13，用于接收控制单元10的脉冲信号，根据脉冲信号的大小调节输出励磁电流，并将励磁电流发送至辅助发电机11。

可以理解的是，励磁控制器13将励磁电流发送至辅助发电机11来控制辅助发电机11的转速，进而控制辅助发电机11的输出电压。

进一步的，第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均包括：

变流器模块，用于接收控制单元10发送的控制指令，并根据控制指令调整输入电压的频率以及大小。

可以理解的是，第一变流器输入输出模块包括第一变流器模块23，第二变流器输入输出模块包括第二变流器模块33，第三变流器输入输出模块包括第三变流器模块43，第四变流器输入输出模块包括第四变流器模块53，变流器模块的作用均为接收控制单元10发送的控制指令，并根据控制指令调整辅助发电机发送的输入电压的频率以及大小。

另外，第一、第二、第三以及第四变流器均采用交-直-交变换电路的原理，包括三相全桥整流器以及三相全桥电压型逆变器，其中，三相全桥整流器将辅助发电机输入的三相交流电压转换成直流电压，三相全桥电压型逆变器将直流电压转换成符合要求的三相交流电压，例如第一变流器模块的输入电压三相交流电压为180V/33Hz，则经过第一变流器模块后变成符合要求的160V/50Hz。

值得注意的是，控制单元10与各变流器模块之间采用RS485通信，各变流器模块配置不同的地址，例如，第一变流器模块的地址为001，第二变流器模块的地址为010，第三变流器模块的地址为011，第四变流器模块的地址为100，则控制单元10通过各变流器模块的地址向各变流器模块发送控制指令，同时，各变流器模块也将自身工作状态反馈给控制单元10，用于自身的状态显示以及数据记录。

当然，本发明也并不仅限于采用RS485通信，能实现本发明目的的通信接口均在本发明的保护范围之内。

更进一步的，第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均还包括：

输入端熔断器，用于当变流器输入输出模块中电流超过输入端熔断器的规定值时，输入端熔断器断开电路，保护变流器输入输出模块。

可以理解的是，第一变流器输入输出模块包括第一输入端熔断器21，第二变流器输入输出模块包括第二输入端熔断器31，第三变流器输入输出模块包括第三输入端熔断器41，第四变流器输入输出模块包括第四输入端熔断器51，输入端熔断器均用于当变流器输入输出模块中的电流超过输入端熔断器的规定值时，输入端熔断器断开电路，保护变流器输入输出模块。

更进一步的，第一、二、三以及第四变流器输入输出模块具体还包括：

滤波电抗器，用于滤除变流器输入输出模块的输入电流中的高次谐波。

可以理解的是，第一变流器输入输出模块包括第一滤波电抗器22，第二变流器输入输出模块包括第二滤波电抗器32，第三变流器输入输出模块包括第三滤波电抗器42，第四变流器输入输出模块包括第四滤波电抗器52，滤波电抗器均用于滤除变流器输入输出模块中的高次谐波，提高了系统的安全性能。

更进一步的，第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均还包括：

输出端接触器，用于控制变流器输入输出模块与变流器输入输出模块对应的负载之间的电路通断。

可以理解的是，第一变流器输入输出模块包括第一输出端接触器24，第二变流器输入输出模块包括第二输出端接触器34，第三变流器输入输出模块包括第三输出端接触器44，第四变流器输入输出模块包括输出端接触器54，输出端接触器均用于控制变流器模块与变流器模块对应的负载之间的电路通断。

更进一步的，第四变流器输入输出模块还包括：

正弦滤波器55，用于滤除杂波输出正弦波三相交流电；

变压器56，用于将正弦波三相交流的线电升压到380V。

可以理解的是，因为第四变流器模块的输出电压为160V/50Hz的PWM波，经过正弦滤波器55对PWM波调制滤波后，得到正弦波三相交流电，再经过变压器56升压，得到空调所需的线电压为380V/50Hz、相电压为220V/50Hz的三相交流电。

下面将结合当第一变流器输入输出模块和第二变流器输入输出模块分别出现故障时内燃机车辅助变流器的工作过程作介绍，正常情况下，第一输出端接触器24、第二输出端接触器34处于闭合状态，第一直投接触器62、第一供电转换接触器63处于断开状态，第一变流器模块23为牵引电机通风机01供电，第二变流器模块33为空气压缩机02供电。当第一变流器模块23发生故障时，第一输出端接触器24断开，闭合第一直投接触器62，第一断路器61处于闭合状态，对牵引通电机风机01负载进行过流保护，牵引电机通风机01直接由辅助发电机11供电。当第二变流器模块33发生故障时，第二变流器模块33输出侧的第二输出端接触器34断开，第一供电转换接触器63闭合，空气压缩机02负载改由第一变流器模块23供电。与此同时，第一变流器模块23输出侧的第一输出端接触器24断开，第一断路器61处于闭合状态，第一直投接触器62闭合，牵引电机通风机01由辅助发电机11直接供电。因空气压缩机02为机车提供风压，起动频繁，本冗余供电方案可保证空气压缩机始终由变流器供电，变流器供电可实现空气压缩机软起动，避免了空气压缩机突投对系统产生的大电流冲击，提高了内燃机车辅助供电系统的稳定性和可靠性。

下面再结合当第三变流器输入输出模块和第四变流器输入输出模块分别出现故障时内燃机车辅助变流器的工作过程作介绍，正常情况下，第三输出端接触器44、第四输出端接触器54处于闭合状态，第二直投接触器72、第二供电转换接触器73处于断开状态，第三变流器模块43为冷却风机03供电，第四变流器模块53为空调04供电。当第三变流器模块43发生故障时，第三输出端接触器44断开，闭合第二直投接触器72，第二断路器71处于闭合状态，用于对冷却风机03负载进行过流保护，冷却风机03直接由辅助发电机11供电。当第四变流器模块53发生故障时，第四变流器模块53输出侧的第四输出端接触器54断开，第二供电转换接触器73闭合，空调04负载改由第三变流器模块43供电。与此同时，第三变流器模块43输出侧的第三输出端接触器44断开，第二断路器71处于闭合状态，第二直投接触器72闭合，冷却风机03由辅助发电机11直接供电。

本发明提供的一种内燃机辅助变流器，在实施例一的基础上还增加了第三、第四输入输出模块以及第二冗余供电装换电路，使得本发明提供的内燃机辅助变流器在不增加变流器模块数量的条件下，辅助变流器系统中任一个变流器模块发生故障时，系统均可实现冗余供电，既提高了系统的可靠性，又节省了成本，保证了空气压缩机负载始终由变流器模块供电，变流器模块可带空气压缩机负载软起动，避免了空气压缩机频繁突投直接起动带来的大电流对辅助供电系统的冲击，另外，空调等生活用电的变流器出现故障时，也能实现冗余供电，进一步提高了辅助供电系统的稳定性，延长了辅助供电系统的使用寿命。

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。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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)

1.一种内燃机车辅助变流器，其特征在于，包括：

第一变流器输入输出模块，用于接收控制单元发送的第一控制指令，并根据所述第一控制指令调整输入电压的频率以及大小，为牵引电机通风机供电；

第二变流器输入输出模块，用于接收所述控制单元发送的第二控制指令，并根据所述第二控制指令调整所述输入电压的频率以及大小，为空气压缩机供电；

第一冗余供电转换电路，用于当所述第二变流器输入输出模块出现故障时，控制所述第一变流器输入输出模块为所述空气压缩机供电，与此同时，所述辅助发电机直接为所述牵引电机通风机供电；

控制单元，用于接收上位机的指令，向所述第一变流器输入输出模块以及所述第二变流器输入输出模块分别发送所述第一控制指令和所述第二控制指令。

2.如权利要求1所述的辅助变流器，其特征在于，所述辅助变流器还包括：

第三变流器输入输出模块，用于接收所述控制单元发送的第三控制指令，并根据所述第三控制指令调整所述输入电压的频率以及大小，为冷却风机供电；

第四变流器输入输出模块，用于接收所述控制单元发送的第四控制指令，并根据所述第四控制指令调整所述输入电压的频率以及大小，为空调供电；

第二冗余供电转换电路，用于当所述第四变流器输入输出模块出现故障时，所述第二冗余供电转换电路控制所述第三变流器输入输出模块为所述空调供电，与此同时，辅助发电机直接为所述冷却风机供电。

3.如权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述辅助变流器还包括：

电压检测模块，用于采集所述辅助发电机的输出电压信号，并将所述输出电压信号发送至所述控制单元。

4.如权利要求3所述的辅助变流器，其特征在于，所述控制单元还用于接收所述电压检测模块发送的输出电压信号并根据所述输出电压信号计算出目标输出电压和频率，并生成所述脉冲信号，将所述脉冲信号传送至励磁控制器。

5.如权利要求4所述的辅助变流器，其特征在于，所述辅助变流器还包括：

励磁控制器，用于接收所述控制单元的脉冲信号，根据所述脉冲信号的大小调节输出励磁电流，并将所述励磁电流发送至所述辅助发电机。

6.如权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均包括：

变流器模块，用于接收所述控制单元发送的控制指令，并根据所述控制指令调整所述输入电压的频率以及大小。

7.如权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均还包括：

输入端熔断器，用于当变流器输入输出模块中电流超过所述输入端熔断器的规定值时，所述输入端熔断器断开电路，保护所述变流器输入输出模块。

8.如权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块具体还包括：

滤波电抗器，用于滤除所述变流器输入输出模块的输入电流中的高次谐波。

9.如权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述第一、二、三以及第四变流器输入输出模块均还包括：

输出端接触器，用于控制变流器输入输出模块与所述变流器输入输出模块对应的负载之间的电路通断。

10.如权利要求2所述的辅助变流器，其特征在于，所述第四变流器输入输出模块还包括：

正弦滤波器，用于滤除杂波输出正弦波三相交流电；

变压器，用于将所述正弦波三相交流的线电升压到380V。