CN112825435A - 一种铁路车辆轴端发电系统的控制装置及轴端发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路车辆轴端发电系统的控制装置及发电系统,包括控制管理模块、主电路驱动模块、电源转换模块和开关模块;开关模块的输入端与变流器主电路的输出端相连,开关模块包括多个输出端,开关模块的输入端与各输出端之间设置有电子开关;控制管理模块与开关模块相连,用于控制所述开关模块各电子开关的开关;电源转换模块的输入端分别与轴端发电机的输出端和开关模块中与储能设备相连的输出端相连,电源转换模块的输出端分别与控制管理模块、主电路驱动模块和开关模块相连;控制管理模块经主电路驱动模块与变流器主电路相连。本发明的控制装置及发电系统均具有可自启动、体积小、功耗小、运行可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及铁路车辆供电技术领域,特指一种铁路车辆轴端发电系统的控制装置及轴端发电系统。
背景技术
为解决铁路车辆(指无动力拖车)的用电问题,采用轴驱式发电或轴端发电是一种可行的技术方案。其中轴驱发电是在轮轴末端加装皮带轮,车辆运行时轮轴通过皮带带动发电机发电。优点:发电机转子与车轴不是刚性连接,车轴的振动不会传递到发电机,所发电能较为稳定。缺点:需要车轴有轴箱设计,不适用于无轴箱结构的传统三大件式货车转向架。轴驱式直流发电机早期在客运车辆上广泛应用,作为铅酸电池的充电设备,间接为车内照明、风扇等电气设备供电,随着车辆用电负荷增大,后来逐渐被列车集中供电方式所取代。
近年来,随着铁路信息化要求提升,对货运车辆实施轴温监测、防滑监测、管压监测、地理定位等功能陆续提出,需要增加相应电气设备,而实现这些功能的首要前提是车辆具备供电能力。由于我国铁路货车存在随解随编的特点、货运牵引机车也不具备对外供电能力,因此不适合采用集中供电方案。考虑到货运车辆配置的电气设备普遍功率较小(除冷藏保温车,需要专门的柴油发电机为空调供电),无需太大供电能力,采用单车自供电方案比较适合。因此,轴端发电系统以其体积小、成本低、易于安装和扩展、维护简便等特点,成为目前解决货运车辆供电难题的最佳方案。
轴端发电是将轴端发电机安装在轮轴末端,发电机转子与车轴直接相连,车辆运行时车轴直接驱动发电机发电,优点是体积小,适用于无轴箱结构的转向架,缺点是受结构特点和运行环境限制,发电质量较差。但轴端发电系统受限于发电机结构和应用环境,发电的电压、频率均随车辆运行速度变化,同时受弯道、钢轨接缝振动冲击影响,幅值和相位畸变严重,无法直接供给电气设备使用,必须通过变流器进行调整。而变流器工作时需要稳定电源为其控制部分供电,且控制单元必须先于主电路启动,需要配置专门的辅助电源(如蓄电池或地面电源)为其供电。但这在铁路车辆轴端发电系统中难以实现,因为铁路车辆的运用特点使得系统无法获得地面供电持续支持;蓄电池受容量限制,在缺乏稳定充电环境下,无法保证变流器可靠运用,其典型问题就是车辆在野外长期停放后,可能出现电池亏电、系统无法启动的情况。
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,本发明提供一种可自启动、运行可靠性高的铁路车辆轴端发电系统的控制装置及轴端发电系统。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种铁路车辆轴端发电系统的控制装置,包括控制管理模块、主电路驱动模块、电源转换模块和开关模块;
所述开关模块的输入端与铁路车辆轴端发电系统的变流器主电路的输出端相连,所述开关模块包括多个输出端,用于分别与车载设备和储能设备相连,所述开关模块的输入端与各输出端之间设置有电子开关;
所述控制管理模块与所述开关模块相连,用于控制所述开关模块各电子开关的开关;
所述电源转换模块的输入端分别与轴端发电机的输出端和开关模块中与储能设备相连的输出端相连,所述电源转换模块的输出端分别与控制管理模块、主电路驱动模块和开关模块相连,用于提供各模块所需电源;
所述控制管理模块经主电路驱动模块与变流器主电路相连,用于输出驱动信号经主电路驱动模块处理后输送至变流器主电路。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述电子开关为MOS管,所述开关模块的输入端与连接储能设备的输出端之间反向串联有两个MOS管。
所述电源转换模块包括整流模块和DC-DC模块,所述整流模块的输出端与所述DC-DC模块的输入端相连。
还包括模拟信号采集模块,所述模拟信号采集模块与所述控制管理模块相连。
所述模拟信号采集模块包括轮轴速度采集单元,用于采集轮轴速度。
还包括通信模块,用于与外部设备进行通讯;所述通信模块与所述控制管理模块相连。
所述通信模块包括有线通讯单元和无线通信单元。
所述主电路驱动模块包括驱动器和脉冲检测器,所述脉冲检测器的输入端与控制管理模块相连,输出端与驱动器的输入端相连,用于在检测到控制管理模块脉冲驱动信号异常时停止驱动器的输出。
本发明还公开了一种铁路车辆轴端发电系统,包括轴端发电机和变流器主电路,还包括如上所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,所述轴端发电机的输出端与所述变流器主电路的输入端相连,所述控制装置用于控制所述变流器主电路的电源变换。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述变流器主电路包括AC-DC模块。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,采用由电子开关组成的开关模块实现车载设备、储能设备线路的开通与关闭,且由控制管理模块对电子开关的通断进行控制,各设备供电安全可靠;电子开关相对于机械开关体积小、功耗小;电源转换模块分别由轴端发电机以及储能设备进行供电,能够提高电源转换模块工作的可靠性,可适用于不同场合(包括缺乏稳定充电环境、车辆长时间停放)的使用需求,运行可靠性高。
(2)主电路驱动模块具有脉冲检测功能,当控制管理模块无法正常输出脉冲驱动信号时,驱动器则关闭输出,防止变流器主电路输出异常。
(3)管理控制模块装载有控制装置的程序,实现数据运算、控制逻辑和信息存储等,同时集成有储能设备的管理模块,可以对储能设备进行充放电管理,最大延长储能设备的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的控制装置在实施例的方框结构图。
图2为本发明的开关模块在实施例的方框结构图。
图3为本发明的主电路驱动模块在实施例的方框结构图。
图4为本发明的电源转换模块在实施例的方框结构图。
图5为本发明的模拟信号采集模块在实施例的方框结构图。
图6为本发明的控制管理模块在实施例的方框结构图。
图7为本发明的通信模块在实施例的方框结构图。
图中标号表示:1、轴端发电机;2、变流器主电路;3、控制装置;301、控制管理模块;302、主电路驱动模块;303、电源转换模块;304、模拟信号采集模块;305、通信模块;306、开关模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示,本实施例的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,包括控制管理模块301、主电路驱动模块302、电源转换模块303和开关模块306;
开关模块306的输入端与铁路车辆轴端发电系统的变流器主电路2的输出端相连,开关模块306包括多个输出端,用于分别与车载设备和储能设备相连,开关模块306的输入端与各输出端之间设置有电子开关;
控制管理模块301与开关模块306相连,用于控制开关模块306各电子开关的开关,从而实现对不同负载或储能设备的供电,或者使储能设备单独或与变流器主电路2同时向各负载进行供电;
电源转换模块303的输入端分别与轴端发电机1的输出端和开关模块306中与储能设备相连的输出端相连,电源转换模块303的输出端分别与控制管理模块301、主电路驱动模块302和开关模块306相连,用于提供各模块所需电源;
控制管理模块301经主电路驱动模块302与变流器主电路2相连,用于输出驱动信号经主电路驱动模块302处理后输送至变流器主电路2,控制变流器主电路2的电源变换。
本发明的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,采用由电子开关组成的开关模块306实现车载设备、储能设备线路的开通与关闭,且由控制管理模块301对电子开关的通断进行控制,各设备供电安全可靠;电子开关相对于机械开关体积小、功耗小;电源转换模块303分别由轴端发电机1以及储能设备进行供电,能够提高电源转换模块303工作的可靠性,可适用于不同场合(包括缺乏稳定充电环境、车辆长时间停放)的使用需求,运行可靠性高。
如图2所示,本实施例中,电子开关为MOS管V1-V3,其中V1用于控制向车载设备进行供电;V2和V3反串联于开关模块306的输入端与连接储能设备的输出端之间,用于控制向储能设备供电或者储能设备输出电能。具体地,在向车载设备供电时,开通V3;在向储能设备供电时,开通V2,V1关闭,此时电源通过V1的续波二极管和V2向储能设备供电;而在需要储能设备向车载设备供电时,此时V1和V3开通,V2关断,此时储能设备的电能通过V2的续流二极管、V1和V3向车载设备供电。上述开关模块306结构简单、控制简单可靠且易于实现。
如图4所示,本实施例中,电源转换模块303包括整流模块和DC-DC模块,整流模块的输出端与DC-DC模块的输入端相连。其中整流模块兼容轴端发电机1输出的三相交流电或储能设备输出的直流电,能够实现在不同场景下控制装置3的自启动。
如图3所示,主电路驱动模块302包括驱动器和脉冲检测器,脉冲检测器的输入端与控制管理模块301相连,输出端与驱动器的输入端相连,用于在检测到控制管理模块301脉冲驱动信号异常时停止驱动器的输出。驱动器用于将控制管理模块301输出的驱动信号进行电源调整和放大,实现电源的转换,同时脉冲检测器具有脉冲检测功能,当控制管理模块301无法正常输出脉冲驱动信号时,驱动器则关闭输出,防止变流器主电路2输出异常。
如图5所示,本实施例中,还包括模拟信号采集模块304,模拟信号采集模块304与控制管理模块301相连。模拟信号采集模块304包括轮轴速度采集单元,用于采集轮轴速度,相对于外部的转速传感器,成本低,而且能够减小对外供电电压和外部防护的需求;当然,模拟量信号采集模块还可以包括用于采集变流器主电路2输入输出电流、电压的检测件、以及检测储能设备温度的温度检测件等,从而实现不同模拟信号的采集,在对应的控制管理中可以对上述模拟信号进行处理分析以及储存等。
如图7所示,本实施例中,还包括通信模块305,用于与外部设备进行通讯;通信模块305与控制管理模块301相连,如控制管理模块301将检测的信号通过通信模块305发送至外部设备。当然,通信模块305包括有线通讯单元和无线通信单元,相对应的具有丰富灵活的对外接口。
如图6所示,管理控制模块装载有控制装置3的程序,实现数据运算、控制逻辑和信息存储等,同时集成有储能设备的管理模块,可以对储能设备进行充放电管理,最大延长储能设备的使用寿命。另外,整个控制装置集成于同一箱体内,箱体安装结构以及各连接器均配置有密封条,满足防水防尘的要求。
如图1所示,本发明还公开了一种铁路车辆轴端发电系统,包括轴端发电机1、变流器主电路2和如上所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置3,轴端发电机1的输出端与变流器主电路2的输入端相连,控制装置3用于控制变流器主电路2的电源变换。上述轴端发电系统包括如上所述的控制装置3,同样具有如上控制装置3所述的优点,而且结构简单、运行可靠。
本实施例中,变流器主电路2包括AC-DC模块(如三相整流器等),在优选实施例中,也可以将电源转换模块303的输入端从轴端发电机1的输出端改接至AC-DC模块的输出端,即电源转换模块303的输入端分别与变流器主电路2的输出端和储能设备的输出端相连,由变流器主电路2和储能设备提供的直流电源,从而使得电源转换模块303的结构只需要DC-DC模块,用于将输入的直流电变换为更为精准的额定直流电供给控制装置3中的各个模块,结构更加简单。
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。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。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)
1.一种铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,包括控制管理模块(301)、主电路驱动模块(302)、电源转换模块(303)和开关模块(306);
所述开关模块(306)的输入端与铁路车辆轴端发电系统的变流器主电路(2)的输出端相连,所述开关模块(306)包括多个输出端,用于分别与车载设备和储能设备相连,所述开关模块(306)的输入端与各输出端之间设置有电子开关;
所述控制管理模块(301)与所述开关模块(306)相连,用于控制所述开关模块(306)各电子开关的开关;
所述电源转换模块(303)的输入端分别与轴端发电机(1)的输出端和开关模块(306)中与储能设备相连的输出端相连,所述电源转换模块(303)的输出端分别与控制管理模块(301)、主电路驱动模块(302)和开关模块(306)相连,用于提供各模块所需电源;
所述控制管理模块(301)经主电路驱动模块(302)与变流器主电路(2)相连,用于输出驱动信号经主电路驱动模块(302)处理后输送至变流器主电路(2)。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,所述电子开关为MOS管,所述开关模块(306)的输入端与连接储能设备的输出端之间反向串联有两个MOS管。
3.根据权利要求1所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,所述电源转换模块(303)包括整流模块和DC-DC模块,所述整流模块的输出端与所述DC-DC模块的输入端相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,还包括模拟信号采集模块(304),所述模拟信号采集模块(304)与所述控制管理模块(301)相连。
5.根据权利要求4所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,所述模拟信号采集模块(304)包括轮轴速度采集单元,用于采集轮轴速度。
6.根据权利要求1或2或3所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,还包括通信模块(305),用于与外部设备进行通讯;所述通信模块(305)与所述控制管理模块(301)相连。
7.根据权利要求6所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,所述通信模块(305)包括有线通讯单元和无线通信单元。
8.根据权利要求1或2或3所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置,其特征在于,所述主电路驱动模块(302)包括驱动器和脉冲检测器,所述脉冲检测器的输入端与控制管理模块(301)相连,输出端与驱动器的输入端相连,用于在检测到控制管理模块(301)脉冲驱动信号异常时停止驱动器的输出。
9.一种铁路车辆轴端发电系统,包括轴端发电机(1)和变流器主电路(2),其特征在于,还包括如权利要求1至8中任意一项所述的铁路车辆轴端发电系统的控制装置(3),所述轴端发电机(1)的输出端与所述变流器主电路(2)的输入端相连,所述控制装置(3)用于控制所述变流器主电路(2)的电源变换。
10.根据权利要求9所述的铁路车辆轴端发电系统,其特征在于,所述变流器主电路(2)包括AC-DC模块。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210521 |