CN106351726A - 一种内燃机车冷却风扇供电装置及控制方法 - Google Patents

一种内燃机车冷却风扇供电装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内燃机车冷却风扇供电装置及控制方法，装置包括辅助发电机、直流发电机、励磁控制器、辅助变流模块和风扇供电接口；所述辅助发电机与所述辅助变流模块的前端连接，所述辅助变流模块的后端与所述风扇供电接口连接，通过风扇供电接口为冷却风扇供电；所述直流发电机与所述励磁控制器连接，为所述励磁控制器提供励磁电源；所述励磁控制器与所述辅助变流模块连接，用于提供辅助变流模块的逻辑控制；所述励磁控制器与所述辅助发电机连接，为辅助发电机提供励磁。本发明具有可有效提升系统功率密度，硬件成本低，可靠性高，可用性好，使用与维护方便，冗余性好等优点。

Description

一种内燃机车冷却风扇供电装置及控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机车供电技术领域，尤其涉及一种内燃机车冷却风扇供电装置及控制方法。
背景技术
内燃机车各辅助负载中，冷却风扇用于为柴油机水冷散热单节提供强迫风冷，是保证柴油机及机车正常运转的核心装置，工作持续性要求非常高。国内传统的内燃机车（FD4、DF8、DF5、DF7及DF11等）辅助传动系统采用机械传动、液压传动或者直流电机驱动等型式。随着技术发展，目前内燃机车都是采用辅助交流传动系统，即由辅助发电机、辅助变流模块以及辅助负载（冷却风扇、牵引通风机、空气压缩机等）组成。其中冷却风扇作为柴油机的核心冷却装置，其持续运转、工作方式直接影响柴油机的工作效率，可以说直接决定着内燃机车的整车动力来源是否正常。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可有效提升系统功率密度，硬件成本低，可靠性高，可用性好，使用与维护方便，冗余性好的内燃机车冷却风扇供电装置及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种内燃机车冷却风扇供电装置，包括辅助发电机、直流发电机、励磁控制器、辅助变流模块和风扇供电接口；所述辅助发电机与所述辅助变流模块的前端连接，所述辅助变流模块的后端与所述风扇供电接口连接，通过风扇供电接口为冷却风扇供电；所述直流发电机与所述励磁控制器连接，为所述励磁控制器提供励磁电源；所述励磁控制器与所述辅助变流模块连接，用于提供辅助变流模块的逻辑控制；所述励磁控制器与所述辅助发电机连接，为辅助发电机提供励磁电流。
作为本发明的进一步改进，所述辅助变流模块的后端通过第二接触器与所述风扇供电接口连接，在所述冷风扇供电接口与所述辅助变流模块的前端之间设置有直投供电电路，所述直投供电电路上串联有第三断路器和第一接触器。
作为本发明的进一步改进，所述辅助变流模块的前端串联的熔断器。
作为本发明的进一步改进，还包括轴流风机和第二断路器，所述轴流风机通过所述第二断路器与所述辅助发电机连接。
作为本发明的进一步改进，还包括第一供电电源，所述第一供电电源分别与所述辅助变流模块和励磁控制器连接，用于提供控制电源。
作为本发明的进一步改进，还包括机车微机和柴油机转速传感器，所述机车微机和所述柴油机转速传感器分别与所述励磁控制器连接。
作为本发明的进一步改进，还包括与所述辅助发电机连接的分别为前架牵引通风机和后架牵引通风机供电的前架牵引通风机供电接口和后架牵引通风机供电接口。
一种内燃机车冷却风扇供电装置的控制方法，包括变频自动工作控制模式，具体控制步骤包括：
S1.1. 获取柴油机高温水的温度和中冷水的温度；
S1.2. 当所述高温水的温度大于等于预设的高温水启动温度时，或者当所述中冷水的温度大于等于预设的中冷水启动温度时，通过辅助变流模块控制冷却风扇启动；
S1.3. 当所述高温水的温度大于等于预设的高温水全速温度时；或者当所述中冷水的温度大于等于预设的中冷水全速温度时；通过辅助变流模块控制冷却风扇全速运行；
S1.4. 当所述高温水的温度小于预设的高温水停止温度，且所述中冷水的温度小于预设的中冷水停止温度时，通过辅助变流模块控制冷却风扇停止运行。
作为本发明的进一步改进，还包括直投供电控制模式，直投供电投入过程为：
S2.1. 监测柴油机的转速，当所述柴油机的转速高于预设的转速门槛值时，将所述柴油机的转速降低至所述预设的转速门槛值以下；
S2.2. 停止辅助变流模块，断开第二接触器，控制辅助发电机工作在强励磁模式；
S2.3. 闭合第一接触器，投入冷却风扇；
S2.4. 控制辅助发电机退出强励磁模式；
直投供电退出过程为：监测柴油机的转速，当所述柴油机的转速高于预设的转速门槛值时，将所述柴油机的转速降低至所述预设的转速门槛值以下，断开第一接触器，否则直接断开第一接触器。
作为本发明的进一步改进，还包括自测试工作模式，具体步骤为：分别在所述变频自动工作模式和直投供电控制模式下对各种功率情况下的辅助变流模块运行状态进行测试，和对冷却风扇的进行测试，测试完成后自动恢复测试前的工作状态。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过对系统和电路的优化设计，有效提升了系统的功率密度，降低了硬件成本。
2、本发明中冷却风机具备变频供电和直投供电两种供电模式，提升了系统的可靠性和冗余性。
3、本发明通过多种冗余设计，提升了系统的可靠性和可使用性。
4、本发明优化了冷却风扇的直投控制逻辑，提升了机车辅助供电系统的稳定性和可持续性。
5、本发明在冷却风扇直投供电模式下，通过强励调节，减小了冷却风扇电机突投的冲击，提升了车机辅助供电系统的稳定性。
6、本发明具有自测功能，提升了系统的可用性。
附图说明
图1为本发明具体实施例结构示意图。
图2为本发明具体实施例辅助变流模块主电路图。
图3为本发明具体实施例冷却风扇直投供电投入控制模式流程示意图。
图4为本发明具体实施例冷却风扇直投供电退出控制模式流程示意图。
图例说明：1、辅助发电机；2、直流发电机；3、第一供电电源；4、辅助变流模块；5、励磁控制器；6、前架牵引通风机；7、后架牵引通风机；8、冷却风扇；9、机车微机；10、柴油机转速传感器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例的内燃机车冷却风扇供电装置，包括辅助发电机1、直流发电机2、励磁控制器5、辅助变流模块4和风扇供电接口；辅助发电机1与辅助变流模块4的前端连接，辅助变流模块4的后端与风扇供电接口连接，通过风扇供电接口为冷却风扇8供电；直流发电机2与励磁控制器5连接，为励磁控制器5提供励磁电源；励磁控制器5与辅助变流模块4连接，用于提供辅助变流模块4的逻辑控制；励磁控制器5与辅助发电机1连接，为辅助发电机1提供励磁电流。
如图2所示，辅助变流模块4的后端通过第二接触器KM2与风扇供电接口连接，在冷风扇供电接口与辅助变流模块4的前端之间设置有直投供电电路，直投供电电路上串联有第三断路器QF3和第一接触器KM1。辅助变流模块4的前端串联的熔断器（FU1\FU2\FU3）。还包括轴流风机FAN1和第二断路器QS2，轴流风机FAN1通过第二断路器QS2与辅助发电机1连接。还包括第一供电电源3，第一供电电源3分别与辅助变流模块4和励磁控制器5连接，用于提供控制电源。还包括机车微机9和柴油机转速传感器10，机车微机9和柴油机转速传感器10分别与励磁控制器5连接。还包括与辅助发电机1连接的分别为前架牵引通风机6和后架牵引通风机7供电的前架牵引通风机供电接口和后架牵引通风机供电接口。
在本实施例中，熔断器（FU1\FU2\FU3）、辅助变流模块4（INV1）和第二接触器KM2共同构成冷却风扇8的变频供电电路。熔断器（FU1\FU2\FU3）起过流、短路保护作用，辅助变流模块4负责电压转换通过AC-DC-AC转换将辅助发电机1提供的三相正弦电压转换为幅值与频率可调的PWM电压，第二接触器KM2则控制变频供电电路的通断。直投供电电路为辅助变流模块4（INV1）的旁路电路，串联有第三断路器QF3和第一接触器KM1。当第二接触器KM2闭合，第一接触器KM1断开时，通过变频供电电路由辅助变流模块4为冷却风扇8供电。当第二接触器KM2断开，第一接触器KM1闭合时，由直投供电电路为冷却风扇8供电。同时，在辅助变流模块4（INV1）工作时，通过由第二断路器QS2和轴流风机FAN1构成的散热风机电路为辅助变流模块4（INV1）提供强迫风冷。辅助发电机1还分别通过第一断路器QF1和第二断路器QF2由前架牵引通风机供电接口和后架牵引通风机供电接口分别为前架牵引通风机6和后架牵引通风机供电7。
如图3所示，本实施例的内燃机车冷却风扇8供电装置的控制方法，包括变频自动工作控制模式，具体控制步骤包括：S1.1. 获取柴油机高温水的温度和中冷水的温度；S1.2. 当高温水的温度大于等于预设的高温水启动温度时，或者当中冷水的温度大于等于预设的中冷水启动温度时，通过辅助变流模块4控制冷却风扇8启动；S1.3. 当高温水的温度大于等于预设的高温水全速温度时；或者当中冷水的温度大于等于预设的中冷水全速温度时；通过辅助变流模块4控制冷却风扇8全速运行；S1.4. 当高温水的温度小于预设的高温水停止温度，且中冷水的温度小于预设的中冷水停止温度时，通过辅助变流模块4控制冷却风扇8停止运行。在本实施例中，通过对高温水和中冷水的温度进行判断，确定是否需要开户冷却风扇8，以及冷却风扇8的转速。在本实施例中，预设的高温水停止温度选择为80℃，预设的中冷水停止温度选择为55℃；预设的高温水启动温度为88℃，预设的中冷水启动温度为60℃；预设的高温水全速温度为94℃，预设的中冷水全速温度为68℃。由此使得柴油机始终工作在一个理想的温度环境，保证其发挥最佳功效。
如图4所示，本实施例的内燃机车冷却风扇8供电装置的控制方法，还包括直投供电控制模式，直投供电投入过程为：S2.1. 监测柴油机的转速，当柴油机的转速高于预设的转速门槛值时，将柴油机的转速降低至预设的转速门槛值以下；S2.2. 停止辅助变流模块4，断开第二接触器，控制辅助发电机1工作在强励磁模式；S2.3. 闭合第一接触器，投入冷却风扇8；S2.4. 控制辅助发电机1退出强励磁模式；直投供电退出过程为：监测柴油机的转速，当柴油机的转速高于预设的转速门槛值时，将柴油机的转速降低至预设的转速门槛值以下，断开第一接触器，否则直接断开第一接触器。在本实施例中，预设的转速门槛值设置为1200r/min。在直投供电的投入与退出过程中，均先将柴油机的转速降低至1200r/min，再投入或退出直投供电控制模式，可减小冷却风扇8电机突投的冲击，提升机车辅助供电系统的稳定性。降低柴油机转速可通过手动进行，也可以通过机车微机9进行控制。在投入前通过判断第一接触器KM1和第三断路器QF3是否正确，以保证投入正常。直投供电控制模式是否投入的判断，可以通过手动选择，或者当柴油机的高温水的温度大于等于88℃，或者中冷水的温度大于等于60℃，或者当监测到变频供电出现故障时。直投供电控制模式是否退出的判断，可以手动选择或者当柴油机的高温水的温度小于80℃，或者中冷水的温度小于55℃。
在本实施例中，还包括自测试工作模式，具体步骤为：分别在变频自动工作模式和直投供电控制模式下对各种功率情况下的辅助变流模块4运行状态进行测试，对冷却风扇8电机测试，测试完成后自动恢复测试前的工作状态。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：包括辅助发电机（1）、直流发电机（2）、励磁控制器（5）、辅助变流模块（4）和风扇供电接口；所述辅助发电机（1）与所述辅助变流模块（4）的前端连接，所述辅助变流模块（4）的后端与所述风扇供电接口连接，通过风扇供电接口为冷却风扇（8）供电；所述直流发电机（2）与所述励磁控制器（5）连接，为所述励磁控制器（5）提供励磁电源；所述励磁控制器（5）与所述辅助变流模块（4）连接，用于提供辅助变流模块（4）的逻辑控制；所述励磁控制器（5）与所述辅助发电机（1）连接，为辅助发电机（1）提供励磁电流。
2.根据权利要求1所述的内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：所述辅助变流模块（4）的后端通过第二接触器与所述风扇供电接口连接，在所述冷风扇供电接口与所述辅助变流模块（4）的前端之间设置有直投供电电路，所述直投供电电路上串联有第三断路器和第一接触器。
3.根据权利要求2所述的内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：所述辅助变流模块（4）的前端串联的熔断器。
4.根据权利要求3所述的内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：还包括轴流风机和第二断路器，所述轴流风机通过所述第二断路器与所述辅助发电机（1）连接。
5.根据权利要求4所述的内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：还包括第一供电电源（3），所述第一供电电源（3）分别与所述辅助变流模块（4）和励磁控制器（5）连接，用于提供控制电源。
6.根据权利要求5所述的内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：还包括机车微机（9）和柴油机转速传感器（10），所述机车微机（9）和所述柴油机转速传感器（10）分别与所述励磁控制器（5）连接。
7.根据权利要求6所述的内燃机车冷却风扇供电装置，其特征在于：还包括与所述辅助发电机（1）连接的分别为前架牵引通风机（6）和后架牵引通风机（7）供电的前架牵引通风机供电接口和后架牵引通风机供电接口。
8.一种内燃机车冷却风扇供电装置的控制方法，其特征在于，包括变频自动工作控制模式，具体控制步骤包括：
S1.1. 获取柴油机高温水的温度和中冷水的温度；
S1.2. 当所述高温水的温度大于等于预设的高温水启动温度时，或者当所述中冷水的温度大于等于预设的中冷水启动温度时，通过辅助变流模块（4）控制冷却风扇（8）启动；
S1.3. 当所述高温水的温度大于等于预设的高温水全速温度时；或者当所述中冷水的温度大于等于预设的中冷水全速温度时；通过辅助变流模块（4）控制冷却风扇（8）全速运行；
S1.4. 当所述高温水的温度小于预设的高温水停止温度，且所述中冷水的温度小于预设的中冷水停止温度时，通过辅助变流模块（4）控制冷却风扇（8）停止运行。
9.根据权利要求8所述的内燃机车冷却风扇供电装置的控制方法，其特征在于，还包括直投供电控制模式，直投供电投入过程为：
S2.1. 监测柴油机的转速，当所述柴油机的转速高于预设的转速门槛值时，将所述柴油机的转速降低至所述预设的转速门槛值以下；
S2.2. 停止辅助变流模块（4），断开第二接触器，控制辅助发电机（1）工作在强励磁模式；
S2.3. 闭合第一接触器，投入冷却风扇（8）；
S2.4. 控制辅助发电机（1）退出强励磁模式；
直投供电退出过程为：监测柴油机的转速，当所述柴油机的转速高于预设的转速门槛值时，将所述柴油机的转速降低至所述预设的转速门槛值以下，断开第一接触器，否则直接断开第一接触器。
10.根据权利要求8所述的内燃机车冷却风扇供电装置的控制方法，其特征在于：还包括自测试工作模式，具体步骤为：分别在所述变频自动工作模式和直投供电控制模式下对各种功率情况下的辅助变流模块（4）运行状态进行测试，和对冷却风扇（8）的进行测试，测试完成后自动恢复测试前的工作状态。
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