CN106314203B

CN106314203B - 交流传动控制系统

Info

Publication number: CN106314203B
Application number: CN201510385871.4A
Authority: CN
Inventors: 刘辉荣; 蓝德劭; 刘智聪; 郜永涛; 杨栋新; 杨成; 胡斌炜
Original assignee: CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-04-19
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN106314203A

Abstract

本发明提供一种交流传动控制系统，其包括整车控制器、发电机、励磁控制单元、整流模块、逆变模块组、牵引电机组、制动电阻组以及传动控制单元。其中，所述励磁控制单元根据所述发电机的反馈信息获取第一故障信息，并将所述第一故障信息发送至所述整车控制器，所述传动控制单元根据所述整流模块以及所述逆变模块组的反馈信息获取第二故障信息，并处理所述第二故障信息或者将所述第二故障信息发送至所述整车控制器，所述整车控制器处理所述励磁控制单元与所述传动控制单元发送的所述第一故障信息与所述第二故障信息。本发明的交流传动控制系统具有较强的稳定性、可靠性与故障诊断功能。

Description

交流传动控制系统

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种交流传动控制系统。

背景技术

矿山电动轮自卸车的传动系统通常分为液力机械传动系统与电传动系统两种。其中，液力机械传动系统主要应用于载重量一百吨以下的车型，电传动系统主要应用于载重量一百吨至三百六十吨及以上车型。电传动系统一般是指由发动机、发电机、驱动电机、轮边减速系统和控制系统组成的车辆动力系统，并且按照驱动电机的类型，电传动系统分为直流电传动系统与交流电传动系统两种类型。

具体的，随着矿山电动轮自卸车吨位的日益增大，采用交流电传动系统的优势也越来越明显，因此交流电传动系统被广泛接受。但是，由于功率大、控制技术复杂、运用工况环境恶劣等，交流电传动系统技术仍存在高成本、高能耗、长期安全性和可靠性有待验证等突出问题，需通过持续的研发和集成示范提高技术的成熟度。

目前，现有技术中的交流电传动系统主要利用单一控制器来获取整车的故障信息，并采用此单一控制器对故障进行处理。但是，由于所有故障统一处理，导致大量的数据需要单一的控制器进行处理，使得控制器处理速度下降，进而导致系统的故障诊断功能较弱，大大降低了系统的可靠性和稳定性。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种交流传动控制系统，其具有较强的系统稳定性、可靠性与故障诊断功能。

具体地，本发明的实施例提供一种交流传动控制系统，该交流传动控制系统包括整车控制器、发电机、励磁控制单元、整流模块、逆变模块组、牵引电机组、制动电阻组以及传动控制单元。其中，所述整车控制器用于输出目标电压；所述励磁控制单元与所述整车控制器以及所述发电机连接，用于接收所述整车控制器输出的目标电压，并根据所述目标电压控制所述发电机的输出，并且所述励磁控制单元采集所述发电机的反馈信息，并根据所述发电机的反馈信息获取第一故障信息，且将所述第一故障信息发送至所述整车控制器；所述整流模块与所述发电机连接，用于将所述发电机输出的三相交流电整流为直流电；所述逆变模块组与所述整流模块连接，用于将所述直流电逆变为三相交流电；所述牵引电机组与所述逆变模块组连接；所述制动电阻组与所述逆变模块组连接，用于降低所述牵引电机组的转速；所述传动控制单元与所述整车控制器、所述整流模块以及所述逆变模块组连接，并根据所述整流模块以及所述逆变模块组的反馈信息获取第二故障信息，并处理所述第二故障信息或者将所述第二故障信息发送至所述整车控制器；其中，所述整车控制器还用于处理所述励磁控制单元以及所述传动控制单元发送的所述第一故障信息和所述第二故障信息。

本发明所提供的交流传动控制系统采用整车控制器进行故障处理或者采用传动控制单元进行故障处理，使得系统具有较强的可靠性、稳定性以及故障诊断功能。

附图说明

图1为本发明的一实施例所提供的一种交流传动控制系统的结构示意图。

图2为本发明的一实施例所提供的一种交流传动控制系统的部分具体电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请同时参考图1与图2，图1为本发明的一实施例所提供的一种交流传动控制系统的结构示意图，图2为本发明的一实施例所提供的一种交流传动控制系统的部分具体电路结构示意图。如图1与图2所示，本发明的交流传动控制系统包括整车控制器10、励磁控制单元11、传动控制单元12、发电机13、整流模块14、逆变模块组、牵引电机组以及制动电阻组。其中，逆变模块组包括第一逆变模块15与第二逆变模块16、牵引电机组包括第一牵引电机17与第二牵引电机18、制动电阻组包括第一制动电阻19与第二制动电阻20。此外，本发明的交流传动控制系统还包括柴油机22、整车信息管理器24与车辆显示器26。

具体地，整车控制器10分别与励磁控制单元11、传动控制单元12、柴油机22以及车辆信息管理器24连接。励磁控制单元11与发电机13连接，传动控制单元12与整流模块14、第一逆变模块15、第二逆变模块16、第一牵引电机17以及第二牵引电机18连接。发电机13与整流模块14连接，整流模块14与第一逆变模块15以及第二逆变模块16连接。第一逆变模块15与第一牵引电机17以及第一制动电阻19连接，并且第一制动电阻19与第一逆变模块15形成闭环回路。第二逆变模块16与第二牵引电机18以及第二制动电阻20连接，并且第二制动电阻20与第二逆变模块16形成闭环回路。柴油机22与发电机13连接。车辆显示器26与整车信息管理器24连接。

进一步地，整车控制器10通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)通信协议与励磁控制单元11、传动控制单元12以及整车信息管理器24进行通信，当然本领域技术人员可以理解的是，整车控制器10还可以通过RS485通信协议与整车信息管理器24进行通信。此外，整车控制器还通过1939通信协议或者硬连线脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)与柴油机22进行通信。在本实施方式中，整车控制器10通过CAN通信协议与励磁控制单元11、传动控制单元12以及整车信息管理器24进行通信，消除了现有技术中需要在车辆上布置大量硬线的困扰，并且CAN总线在进行通信时不存在时间差。

具体地，整车控制器10采集交流传动控制系统的状态信号，并将该状态信号发送至整车信息管理器24，整车信息管理器24将获取到的状态信号发送至车辆显示器26，以提供车辆使用者车辆的当前情况。其中，整车控制器10采集到的状态信号主要包括牵引、制动、向前、向后等工况检测、发电机13或柴油机22的转速等信息。

进一步地，整车控制器10采集油门踏板信号、电制动踏板信号以及方向手柄信号，并根据采集到的油门踏板信号或者电制动踏板信号控制柴油机22的转速，并且输出目标电压值至励磁控制单元11。例如，整车控制器10采集0～10V的油门踏板信号或者电制动踏板信号，该0～10V的油门踏板信号或者电制动踏板信号为模拟信号，整车控制器10将该0～10V的模拟信号转换为对应的频率信号或者数字信号，并根据0～10V输出0～150HZ的频率信号，且通过频率控制柴油机22的转速。其中，整车控制器10根据0～150HZ的频率信号控制柴油机22输出对应的转速0～1900转。

进一步地，发电机13与柴油机22同轴连接，因此发电机13与柴油机22的转速相同，而发电机13对应的转速具有相应的功率值以及中间电压目标值。例如，当发电机13的转速为700转/分钟，其对应的功率为150千瓦，额定电压为444V以及中间电压目标值600V；当发电机13的转速为1300转/分钟，其对应的功率为650千瓦，额定电压为792V以及中间电压目标值1070V；当发电机13的转速为1500转/分钟，其对应的功率为867千瓦，额定电压为908V以及中间电压目标值1226V；当发电机13的转速为1700转/分钟，其对应的功率为1083千瓦，额定电压为1024V以及中间电压目标值1382V；当发电机13的转速为1900转/分钟，其对应的功率为1300千瓦，额定电压为1140V以及中间电压目标值600V。

进一步地，假设发电机13的转速为700转/分钟，励磁控制单元11采集到发电机13的转速700转/分钟，并将该转速700转/分钟发送至整车控制器10，整车控制器10根据发电机13的转速700转/分钟输出对应的目标电压至励磁控制单元11，该目标电压为发电机13转速700转/分钟下发电机13对应的额定电压444V，并且该目标电压为交流电压，励磁控制单元11接收该目标电压后，根据该目标电压调节发电机13的励磁电流，使得发电机13输出444V的电压。此外，励磁控制单元11同时采集发电机13的输出电压、轴承温度、绕组温度、励磁电流等，并对发电机13的输出电压、轴承温度、绕组温度、励磁电流进行保护。

此外，发电机13将输出的电压发送至整流模块14，整流模块14将发电机13输出的交流电压整流为直流电压，并且将整流之后的直流电压发送至第一逆变模块15与第二逆变模块16，第一逆变模块15与第二逆变模块16将接收到的直流电压转逆变成三相交流电，并且第一逆变模块15将经过逆变之后的三相交流电发送至第一牵引电机17与第一制动电阻19，并控制第一牵引电机17的转速以及在第一制动电阻19制动时采集第一制动电阻19的第一制动电流，进而将该第一制动电流反馈给传动控制单元12，第二逆变模块16将经过逆变之后的三相交流电发生至第二牵引电机18与第二制动电阻20，并控制第二牵引电机18的转速以及在第二制动电阻20制动时采集第二制动电阻20的第二制动电流，进而将该第二制动电流反馈给传动控制单元12。在本实施方式中，由于第一牵引电机17与第二牵引电机18均采用交流电来驱动，且交流电驱动电机效率高，消除了现有技术中直流电机体积大、效率低的问题，此外，由于整车控制器10根据油门踏板信号控制发电机13的转速输出，进而控制励磁控制单元11控制发电机13的输出电压，整流模块14将发电机13的输出电压进行整流，逆变模块组接收整流之后的电压，并将其逆变成交流电，且第一逆变模块15与第二逆变模块16分别控制第一牵引电机17与第二牵引电机18的速度，因此，本发明的交流传动控制系统在使用者踩油门时，整车控制器10可通过采集油门信号直接对车辆的速度进行调节，无需进行换挡操作，实现了车辆的无级调速，调速性能好。

进一步地，传动控制单元12作为交流传动控制系统的重要部件之一，其与整车控制器10之间采用CAN通信协议进行实时通信，对第一牵引电机17以及第二牵引电机18进行实时控制，并且同时采集第一牵引电机17与第二牵引电机18的温度、速度，实现对第一牵引电机17与第二牵引电机18的温度保护与速度控制。此外，传动控制单元12通过光纤与第一逆变模块15以及第二逆变模块16进行信号的采集与反馈。

此外，整车控制器10根据发电机13的不同转速下对应的功率值，对第一牵引电机17与第二牵引电机18采取等功率分配原则。其中，整车控制器10根据公式T＝9550*P/2n计算得到T的值，并且将T的值发送到传动控制单元12，传动控制单元12根据T的值控制逆变模块组输出转矩，进而控制牵引电机组的转速。

具体的，T为单个牵引电机的转矩，P为发电机13的不同转速下对应的功率值，n为单个牵引电机的转速，由于第一牵引电机17与第二牵引电机18的分别控制车辆的内轮和外轮，而车辆的内轮速度在转弯的时候大于车辆的外轮速度，因此第一牵引电机17与第二牵引电机18的转速不同，进而导致第一牵引电机17与第二牵引电机18的转矩T不同。传动控制单元12根据第一牵引电机17的转矩T的值控制第一逆变模块15输出转矩，进而控制第一牵引电机17的转速，并且传动控制单元12根据第二牵引电机18的转矩T的值控制第二逆变模块16输出转矩，进而控制第二牵引电机18的转速。在本实施方式中，第一牵引电机17与第二牵引电机18采用等功率控制方法，有效的提高了车辆转弯时候的可靠性和稳定性，能有效的减少转弯对车辆轮胎的磨损，同时能最大程度利用车辆的功率，使得车辆输出最优功率。

本发明的交流传动控制系统在车辆制动时采用电制动。其中，制动能量通过第一制动电阻19与第二制动电阻20来消耗以达到降低第一牵引电机17与第二牵引电机18的速度。具体的，传动控制单元12根据反馈的第一牵引电机17与第二牵引电机18的速度控制第一逆变模块15与第二逆变模块16消耗部分电压在第一制动电阻19与第二制动电阻20上，以此达到第一牵引电机17与第二牵引电机18减速的目的。此外，传动控制单元12还通过制动电阻风机反馈获取制动电阻上的风机旋转，进而查知制动电阻是否工作。

综上所述，本发明的交流传动控制系统采用分布式控制，其中整车控制器10分别对励磁控制单元11以及传动控制单元12的控制，并且通过采集油门踏板信号、电制动踏板信号等外部信号实现对整个控制系统的控制，励磁控制单元11对发电机13的输出电压进行控制，传动控制单元12控制牵引电机与电阻制动。如此采用分布式控制使得本发明的交流传动控制系统更加智能化且操作简洁。

此外，本发明的交流传动控制系统中的传动控制单元12通过采集整流模块14、逆变模块组、牵引电机组的反馈信号来获取第二故障信息，并且处理获取的第二故障信息或者是将获取到的第二故障信息发送给整车控制器10，由整车控制器10进行故障处理。励磁控制单元11通过采集发电机13的反馈信息来获取第一故障信息，并将第一故障信息发送至整车控制器10。整车控制器10采集柴油机22的反馈信号，并根据反馈信号获取故障信息，且进一步对故障信息进行处理。

具体地，本发明的交流传动控制系统将第一故障信息与第二故障信息分为四类，分别为第一类故障信息、第二类故障信息、第三类故障信息以及第四类故障信息。其中，第一类故障信息包括整流模块14输出的直流电过压、整流模块14输出的直流电过流、接地故障、第一制动电阻19的第一制动电流过流、第二制动电阻20的第二制动电流过流、第一制动电阻19以及第二制动电阻20的门槛值给定错误、光纤通信故障以及逆变模块组、牵引电机组或者制动电阻组等各元件故障，第二类故障信息包括第一逆变模块15或者第二逆变模块16输出的三相交流电三相不平衡、第一逆变模块15或者第二逆变模块16输出的三相交流电电流过大以及整流模块14整流之后的直流电欠压等故障，第三类故障信息包括CAN通信协议故障以及整流模块14、牵引电机组即第一牵引电机17与第二牵引电机18、逆变模块组即第一逆变模块15与第二逆变模块16、发电机13以及柴油机22等超温等故障；第四类故障信息为第一牵引电机17或者第二牵引电机18超速故障。

具体的，针对第一类故障信息，主要采取保护性停机的措施，也就是说，当传动控制单元12采集到整流模块14整流之后的直流电的电压过大或者是电流过大、或者是整个交流传动控制系统发生接地故障、第一制动电阻19的第一制动电流过大、第二制动电阻20的第二制动电流过大、第一制动电阻19以及第二制动电阻20的门槛值给定错误、光纤通信故障以及第一逆变模块15、第二逆变模块16、第一牵引电机17与第二牵引电机18等牵引电等各元件发生故障时，传动控制单元12禁止整流模块14向第一逆变模块15与第二逆变模块16输出电压，以对整车系统进行保护，并且第一逆变模块15与第二逆变模块16内部的电容进行放电，同时传动控制单元12将第一类故障信息发送至整车控制器10。

针对第二类故障信息，主要采取保护性封锁的措施，也就是说，当传动控制单元12采集到整流模块14整流之后的直流电压欠压、第一逆变模块15或者第二逆变模块16输出的三相交流电三相不平衡、第一逆变模块15或者第二逆变模块16输出的三相交流电电流过大时，传动控制单元12控制第一逆变模块15与第二逆变模块16停止输出，以对整车系统进行保护，并且将第二类故障信息发送至整车控制器10。

针对第三类故障信息，主要采取软停机的措施，也就是说，当励磁控制单元11采集到发电机13的温度过高，励磁控制单元11将该故障信息发送至整车控制器10，此外，当传动控制单元12采集到整流模块14、牵第一牵引电机17、第二牵引电机18、第一逆变模块15、第二逆变模块16的温度超温时，将该故障信息发送至整车控制器10，或者整车控制器10采集到柴油机22的温度或者CAN通信协议故障时，整车控制器10根据本身获取的故障信息或者是接收来自励磁控制单元11与传动控制单元12发送的故障信息实施软停机措施，即整车控制器10按照一定斜率将给力的给定将至零，并且同时使得第一逆变模块15与第二逆变模块16停止输出。

针对第四类故障信息，主要采取降低功率的措施，也就是说，当传动控制单元12采集到的第一牵引电机17或者第二牵引电机18反馈的速度信号超速时，传动控制单元12将该故障信息发送至整车控制器10，整车控制器10接收到该故障信息后根据具体的故障参数按比例减少第一牵引电机17或者第二牵引电机18的功率给定，以对整车系统进行保护。

综上所述，本发明的交流传动控制系统按照故障的严重程度，将故障分为四类故障等级，并且不同等级的故障由传动控制单元或者整车控制器进行故障处理，使得系统具有较强的可靠性、稳定性以及故障诊断功能。

本文中应用了具体个例对本发明的交流传动控制系统及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims

1.一种交流传动控制系统，其特征在于，所述交流传动控制系统包括：

整车控制器；所述整车控制器用于输出目标电压；

发电机；

励磁控制单元，所述励磁控制单元与所述整车控制器以及所述发电机连接，用于接收所述整车控制器输出的目标电压，根据所述目标电压控制所述发电机的输出，并且所述励磁控制单元采集所述发电机的反馈信息，并根据所述发电机的反馈信息获取第一故障信息，且将所述第一故障信息发送至所述整车控制器；

整流模块，所述整流模块与所述发电机连接，用于将所述发电机输出的三相交流电整流为直流电；

逆变模块组，所述逆变模块组与所述整流模块连接，用于将所述直流电逆变为三相交流电；

牵引电机组，所述牵引电机组与所述逆变模块组连接；

制动电阻组，所述制动电阻组与所述逆变模块组连接，用于降低所述牵引电机组的转速；以及

传动控制单元，所述传动控制单元与所述整车控制器、所述整流模块以及所述逆变模块组连接，并根据所述整流模块以及所述逆变模块组的反馈信息获取第二故障信息，并处理所述第二故障信息或者将所述第二故障信息发送至所述整车控制器；

其中，所述整车控制器还用于处理所述励磁控制单元以及所述传动控制单元发送的所述第一故障信息和所述第二故障信息。

2.根据权利要求1所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述交流传动控制系统还包括：

柴油机，所述柴油机与所述整车控制器以及所述发电机连接，所述柴油机用于控制所述发电机的转速，并且所述柴油机将反馈信号发送至所述整车控制器。

3.根据权利要求2所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述交流传动控制系统还包括：

整车信息管理器，所述整车信息管理器与所述整车控制器连接，用于接收所述整车控制器输出的状态信号。

4.根据权利要求3所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述整车控制器与所述整车信息管理器之间采用控制局域网通信协议或者RS485通信协议进行通信。

5.根据权利要求2所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述整车控制器与所述柴油机之间采用1939通信协议或者硬连线进行通信。

6.根据权利要求1所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述整车控制器与所述励磁控制单元以及所述传动控制单元之间采用控制器局域网络通信协议进行通信。

7.根据权利要求1所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述逆变模块组包括第一逆变模块与第二逆变模块，所述第一逆变模块与所述第二逆变模块均与所述整流模块以及所述传动控制单元连接，其中，所述传动控制单元采集所述第一逆变模块与所述第二逆变模块的反馈信号，所述第一逆变模块与所述第二逆变模块分别接收所述整流模块的输出电压。

8.根据权利要求7所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述逆变模块组与所述传动控制单元之间通过光纤进行通信。

9.根据权利要求8所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述制动电阻组包括第一制动电阻与第二制动电阻，所述第一制动电阻与所述第一逆变模块连接，所述第二制动电阻与所述第二逆变模块连接。

10.根据权利要求9所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述牵引电机组包括第一牵引电机与第二牵引电机，所述第一牵引电机与所述第一逆变模块以及所述传动控制单元连接，所述第二牵引电机与所述第二逆变模块以及所述传动控制单元连接，其中，所述传动控制单元采集所述第一牵引电机与所述第二牵引电机的反馈信号，所述第一逆变模块控制第一牵引电机的速度，所述第二逆变模块控制所述第二牵引电机的速度。

11.根据权利要求10所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述整车控制器根据所述发电机的不同转速下对应的功率值对所述第一牵引电机与所述第二牵引电机采用等功率分配原则。

12.根据权利要求10所述的交流传动控制系统，其特征在于，所述第一故障信息和所述第二故障信息包括：

第一类故障信息，所述第一类故障信息包括所述整流模块输出的直流电过压、所述整流模块输出的直流电过流、接地故障、所述第一制动电阻过流、所述第二制动电阻过流、所述第一制动电阻以及所述第二制动电阻的保护值给定错误、所述光纤通信故障以及所述逆变模块组、所述牵引电机组或者所述制动电阻组故障；

第二类故障信息，所述第二类故障信息包括所述第一逆变模块或者所述第二逆变模块输出的三相交流电三相不平衡、所述第一逆变模块或者所述第二逆变模块输出的三相交流电电流过大以及所述整流模块整流之后的直流电欠压故障；

第三类故障信息，所述第三类故障信息包括控制器局域网络通信协议故障以及所述整流模块、所述牵引电机组、所述逆变模块组的超温故障；以及

第四类故障信息，所述第四类故障信息为所述第一牵引电机或者所述第二牵引电机超速。