CN105398455A - 一种双动力源机车及其动力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双动力源机车的动力控制系统，包括负荷控制手柄、用于控制牵引电机功率的牵引控制器、发动机组、用于检测发动机组转速的转速传感器以及用于控制发动机组功率的发动机电子控制器，且牵引控制器的功率加载速率等于或小于发动机电子控制器的功率加载速率，因此无论负荷控制手柄对设定功率值的变化有多频繁或剧烈，发动机组的输出功率总是能够满足牵引电机的功率需求，如此即能完全避免因负荷增加过快而造成发动机组的输出功率“跟不上”的情况，有效防止机车熄火，保证机车的正常运行。本发明还公开了一种包括上述动力控制系统的双动力源机车，其有益效果如上所述。

Description

一种双动力源机车及其动力控制系统

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，特别涉及一种双动力源机车的动力控制系统。本发明还涉及一种包括上述动力控制系统的双动力源机车。

背景技术

随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。作为机械工业支柱的车辆产业也得到大力发展，并且机车作为其中特殊的一环也已取得颇多研究成果。

机车从蒸汽机车发展至今已有两个世纪，其中变革最明显的就是其动力。目前比较常见的机车的动力为电力机车或者内燃机车，分别如图1和图2所示。电力机车的电源从电网输入，控制系统包括司机控制手柄、CCU(CenterControlUnit，中央控制单元)、TCU(Tractioncontrolunit，牵引控制单元)和牵引逆变器、辅助逆变器等。通过司机控制手柄控制TCU要加载的负载。内燃机车的控制系统包括司机控制手柄、柴电控制系统、TCU、柴油机、发电机、转速传感器和电压传感器等。通过司机控制手柄使柴电控制系统发出指令，控制柴油机输出相应转速和功率，同时控制TCU使其在相同功率下运行。而为了降低环境污染，同时保证足够的动力，目前已经出现了机车的改进型号，即双动力源机车。如图3所示，双动力源机车取消了传统的内燃机车的控制系统，仅采用传统的电力机车的控制系统完成机车牵引控制。而对柴油机组的控制，采用独立于CCU的ECM(ElectronicControlModule，柴油机电子控制模块)和AVR(AutomaticVoltageRegulator，发电机电压控制模块)，按照基本恒定的转速和电压进行控制。

双动力源的机车，其结合了电力机车的优点和内燃机车的优点，但是，由于双动力源机车的动力控制系统取消了柴电控制模块，当操作司机控制手柄时，柴油机的输出功率并没有首先经过柴电控制模块的调整，其实际输出功率必然和TCU所加载的功率有差距，这将引起柴油机转速和发电机电压的波动。之后再由转速传感器和电压传感器将波动值反馈到ECM和AVR，从而调整柴油机喷油量和发电机励磁装置，使二者的输出与TCU的输出功率相符。

上述双动力源机车柴油机组工作时的功率输出控制方式实际上属于被动调整，即负荷变化引起机组输出功率变化，因此当机车的负荷增加过快，司机控制手柄的操作速度过快，短时间内机车功率大幅增加时，柴油机组的输出功率可能无法满足要求，容易导致机组转速大幅下降，甚至熄火保护。

因此，如何使双动力源机车在负荷变动频繁或剧烈时仍然保持正常运行，避免熄火，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双动力源机车的动力控制系统，能够在机车负荷变化频繁或剧烈时仍然保持正常运行，避免出现熄灯现象。本发明的另一目的是提供一种包括上述动力控制系统的双动力源机车。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双动力源机车的动力控制系统，包括负荷控制手柄、受控于所述负荷控制手柄并用于控制牵引电机功率的牵引控制器、发动机组、用于检测所述发动机组转速的转速传感器以及根据所述转速传感器的检测数据控制所述发动机组功率的发动机电子控制器，且所述牵引控制器的功率加载速率等于或小于所述发动机电子控制器的功率加载速率。

优选地，所述发动机组设置有喷油嘴，且所述发动机电子控制器与所述喷油嘴信号连接。

优选地，所述牵引控制器的功率加载速率为所述发动机电子控制器功率加载速率的88％～92％。

优选地，所述牵引控制器的功率加载速率为所述发动机电子控制器功率加载速率的90％。

优选地，所述发动机组具体为柴油机组。

本发明还提供一种双动力源机车，包括动力控制系统和应用其控制动力输出的动力舱，其中，所述动力控制系统为上述任一项所述的动力控制系统。

优选地，所述双动力源机车具体为内燃机与电力混合动力机车。

本发明所提供的双动力源机车的动力控制系统，主要包括负荷控制手柄、牵引控制器、发动机组、转速传感器和发动机电子控制器。其中，负荷控制手柄为机车司机操作的手柄，以便根据行车要求随时调整机车的速度(同时也调整了负荷)。牵引控制器内置有牵引控制单元，与负荷控制手柄信号连接并受其控制，主要用于根据负荷控制手柄的负荷变化信号控制牵引电机的输出功率。发动机组为双动力源机车的主要动力，转速传感器用于检测发动机组的转速，然后将检测数据发送给发动机电子控制器。发动机电子控制器接收到转速传感器的检测信号后，将其转化为发动机组的功率，再根据当前发动机组的功率值与负荷控制手柄所设定的功率值之间的差值调节发动机组的转速，使其功率逐渐趋近于预设功率，并且牵引控制器(对牵引电机)的功率加载速率等于或小于发动机电子控制器(对发动机组)的功率加载速率。本发明所提供的双动力源机车的动力控制系统，由于牵引控制器的功率加载速率等于或小于发动机电子控制器的功率加载速率，因此当负荷控制手柄所设定的功率变动时，牵引控制器加载到设定功率所需的时间等于或大于发动机电子控制器加载到设定功率所需的时间，如此，无论负荷控制手柄对设定功率值的变化有多频繁或剧烈，发动机组的输出功率总是能够满足牵引电机的功率需求，完全避免因负荷增加过快而造成发动机组的输出功率“跟不上”的情况，有效防止机车熄火，保证机车的正常运行；并且，本发明很好地抑制了因人为因素所造成的机车负荷瞬间变动幅度过大，造成机组功率输出不足、转速不稳的情况，为机车稳定运行提供了条件。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种电力机车的动力控制系统；

图2为现有技术中的一种内燃机车的动力控制系统；

图3为现有技术中的一种双动力源机车的动力控制系统；

图4为本发明所提供的一种双动力源机车的动力控制系统的结构示意图；

图5为图4所示的牵引控制器与发动机电子控制器的功率加载示意图。

其中，图1—图5中：

负荷控制手柄—1，牵引控制器—2，发动机组—3，转速传感器—4，发动机电子控制器—5，喷油嘴—6，L₁—牵引控制器的功率加载速率曲线，L₂—发动机电子控制器的功率加载速率曲线。

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。

请参考图4和图5，图4为本发明所提供的一种双动力源机车的动力控制系统的结构示意图，图5为图4所示的牵引控制器与发动机电子控制器的功率加载速率示意图(图中倾斜的虚线为现有技术中的牵引控制器的功率加载速率曲线)。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，双动力源机车的动力控制系统主要包括负荷控制手柄1、牵引控制器2、发动机组3、转速传感器4和发动机电子控制器5。

其中，负荷控制手柄1类似于现有技术中的司机控制手柄，主要作用为通过扳动调档的方式调整机车在接下来一段时间内的运行负荷，以便使司机根据行车要求随时调整机车的速度(同时也调整了负荷)。牵引控制器2内置有TCU，其与负荷控制手柄1信号连接并受其控制，主要用于根据负荷控制手柄1的负荷变化信号控制牵引电机的输出功率，当然，功率的加载是需要时间的，此处设牵引控制器2对牵引电机的功率加载速率为v1(即图5中曲线L₁的斜率)，并且按照v1的功率加载速率达到负荷控制手柄1的设定功率需要花费时间t1。

发动机组3为双动力源机车的主要动力机构，在发动机组3上设置有检测实时转速的转速传感器4。此处优选地，为了适应机车的大功率需求，该发动机组3为柴油机组。当然，发动机组3还可以为功率足够的汽油机组或燃气机组等。该转速传感器4将检测到的转速数据发送给发动机电子控制器5，发动机电子控制器5接收到转速信号后即将其与负荷控制手柄1所设定的功率值对应的转速相比，并根据其差值调整发动机组3的功率，使其逐渐趋近于设定功率。同样，发动机电子控制器5对发动机组3的功率加载也是需要一定时间的，设其功率加载速率为v2(即图中曲线L₂的斜率)，并且按照v2的功率加载速率达到设定功率值所需时间为t2。

而在本发明中，牵引控制器2的功率加载速率等于或小于发动机电子控制器5的功率加载速率，即v1≤v2，且t1≥t2。如此设置，无论负荷控制手柄1对设定功率值的变化有多频繁或剧烈，发动机电子控制器5总是比牵引控制器2先一步加载完设定功率，亦即发动机组3的功率总是比牵引电机的功率率先达到设定值。当然，理论上发动机电子控制器5还可以和牵引控制器2同时加载完设定功率，但实际上总是存在误差，为完全避免出现熄火情况，一般都将牵引控制器2的功率加载速率设置得较小，比如仅为发动机电子控制器5功率加载速率的88％、89％、90％、91％、92％或88％～92％之间的任意数值，而综合考虑最佳选择为90％。如此设置，发动机电子控制器5加载到预定功率值所需的时间不会落后牵引控制器2太多，不仅为机车留有足够的功率加载缓冲时间，并且也不会造成负荷控制手柄1的功率调节严重滞后。而在发动机组3的功率满足设定要求后，再由紧随其后的牵引电机所牵引，就能完全避免因负荷增加过快而造成发动机组3的输出功率“跟不上”牵引电机的输出功率的情况，并有效防止机车熄火，保证机车的正常运行；并且本发明很好抑制了因人为因素所造成的机车负荷瞬间变动幅度过大，造成机组功率输出不足、转速不稳的情况，为机车稳定运行提供了条件。

此外，在发动机组3上还设置有喷油嘴6，本发明中的发动机电子控制器5还可以与喷油嘴6信号连接，通过调节喷油量的方式调节发动机组3的功率。当然，发动机电子控制器5还可以与节气门信号连接从而通过调节进气量等方式调节发动机组3的功率。

本发明还提供一种双动力源机车，包括动力控制系统和应用其控制动力输出的动力舱，其中，该动力控制系统与上述内容相同，此处不再赘述。而需要说明的是，本发明中的动力控制系统特别适应于内燃机与电力混各动力机车，并且当然也适应于其余类型的混合动力机车。

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 (7)

1.一种双动力源机车的动力控制系统，其特征在于，包括负荷控制手柄(1)、受控于所述负荷控制手柄(1)并用于控制牵引电机功率的牵引控制器(2)、发动机组(3)、用于检测所述发动机组(3)转速的转速传感器(4)以及根据所述转速传感器(4)的检测数据控制所述发动机组(3)功率的发动机电子控制器(5)，且所述牵引控制器(2)的功率加载速率等于或小于所述发动机电子控制器(5)的功率加载速率。

2.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，所述发动机组(3)设置有喷油嘴(6)，且所述发动机电子控制器(5)与所述喷油嘴(6)信号连接。

3.根据权利要求2所述的动力控制系统，其特征在于，所述牵引控制器(2)的功率加载速率为所述发动机电子控制器(5)功率加载速率的88％～92％。

4.根据权利要求3所述的动力控制系统，其特征在于，所述牵引控制器(2)的功率加载速率为所述发动机电子控制器(5)功率加载速率的90％。

5.根据权利要求4所述的动力控制系统，其特征在于，所述发动机组(3)具体为柴油机组。

6.一种双动力源机车，包括动力控制系统和应用其控制动力输出的动力舱，其特征在于，所述动力控制系统为权利要求1-5任一项所述的动力控制系统。

7.根据权利要求6所述的双动力源机车，其特征在于，所述双动力源机车具体为内燃机与电力混合动力机车。