雙能源交流電傳動機車控制系統及具有該系統的機車的製作方法

2023-09-22 02:49:00 2

本發明涉及軌道機車技術領域，更具體地說，涉及一種雙能源交流電傳動機車控制系統及具有該系統的機車。

背景技術：

目前，國內軌道機車行業採用車載內燃機組和電網電源兩種能源形式驅動的軌道牽引機車較少，在電網供電模式和內燃機組供電模式下，整車的控制系統一致，即在內燃機組供電牽引模式下，整車級控制系統仍採用接觸網供電模式下的電力牽引系統，內燃機組採用恆速控制，內燃機組控制系統獨立於整車，即單獨控制。

該方式的優點在於整車控制系統較簡單、整合較容易。但存在的不足在於：內燃機組不能調速，始終處於額定轉速，從而造成機組空載或輕載情況下磨耗加大、油耗加大、噪音加大，這對於較大功率柴油機組影響明顯；內燃機組不是按照恆功率控制，額定轉速下的功率發揮不充分，效率會降低；由於內燃機組供電模式下，整車級控制系統未包括內燃機組的控制，內燃機組輸出功率只是「被動」地滿足負載功率需求，故轉速波動較大，穩定性較差。

以上問題對於較大功率柴油機組以及較長時間運行在怠速工況下的調車機車來說，存在較多的不足之處。

綜上所述，如何提供一種雙能源交流電傳動機車的控制系統，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的是提供一種雙能源交流電傳動機車控制系統，該控制系統能夠實現兩種模式的主動調節，並可以實現機組的功率調節與控制。

另外，本發明的另一目的是提供一種包括上述控制系統的機車。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種雙能源交流電傳動機車控制系統，包括：

用於控制牽引逆變器工作的電力控制裝置、用於控制柴油機和發電機工作的內燃機控制裝置，所述電力控制裝置和所述內燃機控制裝置均連接逆變器控制裝置；

司機控制器，用於控制所述內燃機控制裝置、所述電力控制裝置中的一者工作；

用於檢測所述柴油機的轉速和所述發電機的電壓的傳感器，所述傳感器與所述內燃機控制裝置連接，當所述柴油機的轉速和所述發電機的電壓均到達設定值時，所述內燃機控制裝置控制所述逆變器控制裝置調節輸出功率。

優選的，所述傳感器包括轉速傳感器和電壓傳感器，所述轉速傳感器設於所述柴油機和所述發電機連接部，所述電壓傳感器設於所述發電機的輸出端，所述轉速傳感器和所述電壓傳感器均與所述內燃機控制裝置連接。

優選的，所述內燃機控制裝置通過柴油機電子控制裝置連接所述柴油機；

所述內燃機控制裝置通過發電機電壓控制裝置連接所述發電機。

優選的，所述柴油機電子控制裝置連接所述轉速傳感器，所述發電機電壓控制裝置連接所述電壓傳感器。

優選的，所述司機控制器通過轉換開關連接所述電力控制裝置和內燃機控制裝置，所述司機控制器控制連接所述轉換開關。

優選的，所述發電機通過整流裝置連接所述牽引逆變器，和/或所述發電機通過整流裝置連接輔助逆變器。

優選的，所述內燃機控制裝置還包括功率調整裝置和用於檢測內燃機組輸出功率的檢測裝置，所述檢測裝置與所述功率調整裝置連接；

當所述功率調整裝置控制所述內燃機控制裝置輸送給內燃機組的功率為p+△p，並當檢測到所述內燃機組輸出功率為p+△p時，所述功率調整裝置控制所述內燃機控制裝置輸送給所述逆變器控制裝置的功率為p；

其中，p為所述司機控制器輸出的級位信號的功率，所述△p為預設閾值。

優選的，所述功率調整裝置包括用於延遲控制的延遲計時裝置，所述延遲及時裝置用於使所述功率調整裝置在預設時間段後控制所述內燃機控制裝置輸送給所述逆變器控制裝置。

一種機車，包括控制系統，所述控制系統為上述任意一項所述的雙能源交流電傳動機車控制系統。

本發明提供的雙能源交流電傳動機車控制系統中，當車輛處於電網牽引模式下，司機控制器向電力控制裝置發送級位信號，電力控制裝置直接將級位信號發送至逆變器控制裝置，逆變器控制裝置按照牽引特性進行功率的輸出調節。當車輛處於內燃機牽引模式下，司機控制器向內燃機控制裝置發送級位信號，內燃機控制裝置將級位信號分別發送給柴油機和發電機。

上述電力控制裝置和內燃機控制裝置均通過同一個司機控制器控制，以便實現機車在內燃和電力兩種模式下工作，在內燃機供電模式下，能夠避免現有技術中功率的被動調節，以實現機組調速控制和功率控制。

本發明還提供了一種包括上述雙能源交流電傳動機車控制系統的機車。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明所提供的一種雙能源交流電傳動機車控制系統的示意圖；

圖2為本發明所提供的系統的控制流程示意圖。

圖1-2中：

1為司機控制器、2為中央控制裝置、21為電力控制裝置、22為內燃機控制裝置、3為逆變器控制裝置、4為柴油機電子控制裝置、5為發電機電壓控制裝置、6為轉速傳感器、7為電壓傳感器、8為轉換開關。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明的核心是提供一種雙能源交流電傳動機車控制系統，該控制系統能夠實現兩種模式的主動調節，並可以實現機組的功率調節與控制。

另外，本發明的另一核心是提供一種包括上述控制系統的機車。

請參考圖1和圖2，圖1為本發明所提供的一種雙能源交流電傳動機車控制系統的示意圖；圖2為本發明所提供的系統的控制流程示意圖。

本發明所提供的一種雙能源交流電傳動機車的控制系統，主要包括電力控制裝置21、內燃機控制裝置22、司機控制器1和傳感器。

其中，電力控制裝置21用於控制牽引逆變器工作，內燃機控制裝置22用於控制柴油機和發電機工作，電力控制裝置21和內燃機控制裝置22均連接逆變器控制裝置3；

司機控制器1用於向內燃機控制裝置22、電力控制裝置21發送控制信號，以便控制內燃機控制裝置22、電力控制裝置21中的一者工作，並用於切換內燃機控制裝置22或電力控制裝置21工作；

傳感器用於檢測柴油機的轉速和發電機的電壓，傳感器與內燃機控制裝置22連接，當柴油機的轉速和發電機的電壓均到達設定值時，內燃機控制裝置22控制逆變器控制裝置調節輸出功率。

需要說明的是，上述電力控制裝置21和內燃機控制裝置22均為中央控制裝置2的一部分，且均與司機控制器1連接，電力控制裝置21和內燃機控制裝置22均通過同一個司機控制器1控制。

當車輛處於電網牽引模式下，司機控制器1向電力控制裝置21發送級位信號，電力控制裝置21直接將級位信號發送至逆變器控制裝置3，逆變器控制裝置按照牽引特性進行功率的輸出調節。

當車輛處於內燃機牽引模式下，司機控制器1向內燃機控制裝置22發送級位信號，內燃機控制裝置22將級位信號分別發送給柴油機和發電機。同時，傳感器獲取柴油機的轉速和發電機的電壓，並將上述轉速和電壓發送給內燃機控制裝置22，當上述轉速和電壓達到設定值時，內燃機控制裝置22控制逆變器控制裝置調節輸出功率，其中，輸出功率為與上述轉速和電壓匹配的輸出功率，從而使得輸出功率滿足機車牽引特性曲線。

上述電力控制裝置21和內燃機控制裝置22均通過同一個司機控制器1控制，以便實現機車在內燃和電力兩種模式下工作，在內燃機供電模式下，能夠避免現有技術中功率的被動調節，以實現機組調速控制和功率控制。

在上述實施例的基礎之上，傳感器包括轉速傳感器和電壓傳感器，轉速傳感器設於柴油機和發電機連接部，電壓傳感器設於發電機的輸出端，轉速傳感器和電壓傳感器均與內燃機控制裝置22連接。需要說明的是，上述兩個傳感器分別設置在柴油機和發電機處，以便分別檢測柴油機轉速和發電機電壓，並將檢測的數據結果發送給內燃機控制裝置22。

可選的，上述傳感器也可以為與車輛電子控制裝置連接的獲取裝置，用於由車輛電子控制裝置處獲取柴油機的轉速和發電機的電壓。

在上述任意一個實施例的基礎之上，內燃機控制裝置22通過柴油機電子控制裝置4連接柴油機；內燃機控制裝置22通過發電機電壓控制裝置5連接發電機。

可選的，控制裝置可以為外置設備，也可以設置在被控制裝置的內部，柴油機內部可設置柴油機電子控制裝置4，發電機的內部可設置電機電壓控制裝置5。

在上述實施例的基礎之上，柴油機電子控制裝置4連接轉速傳感器，發電機電壓控制裝置5連接電壓傳感器。

當車輛處於內燃機牽引模式下，內燃機控制裝置22將級位信號分別發送給柴油機電子控制裝置4和發電機電壓控制裝置5，柴油機電子控制裝置4(柴油機ecm系統)連接柴油機，發電機電壓控制裝置5(發電機avr系統)連接發電機，級位信號通過柴油機電子控制裝置4和發電機電壓控制裝置5分別建立柴油機的轉速和發電機的電壓。當上述轉速和電壓達到設定值時，內燃機控制裝置22控制逆變器控制裝置調節輸出功率，其中，輸出功率為與上述轉速和電壓匹配的輸出功率，從而使得輸出功率滿足機車牽引特性曲線。

在上述實施例的基礎之上，司機控制器1通過轉換開關8連接電力控制裝置21和內燃機控制裝置22，司機控制器1控制連接轉換開關8。需要說明的是，上述轉換開關8可以為選擇開關，以便實現司機控制器1僅與二者中的一者連接；或者轉換開關8包括至少兩個開關，分別位於與電力控制裝置21、內燃機控制裝置22的連接電路中，用於實現司機控制器1對電力控制裝置21、內燃機控制裝置22的分別控制。

可選的，發電機通過整流裝置連接牽引逆變器，和/或發電機通過整流裝置連接輔助逆變器。

為了控制負載功率在一定範圍內，在上述任意一個實施例的基礎之上，內燃機控制裝置22還包括功率調整裝置和用於檢測內燃機組輸出功率的檢測裝置，檢測裝置與功率調整裝置連接。

當功率調整裝置控制內燃機控制裝置22輸送給內燃機組的功率為p+△p，並當檢測到內燃機組輸出功率為p+△p時，功率調整裝置控制內燃機控制裝置22輸送給內燃機組的功率為p；其中，p為司機控制器1輸出的級位信號的功率，△p為預設閾值。

具體地，在內燃機組供電牽引模式下，司機控制器1給出的級位信號對應的功率輸出是p，考慮到預設閾值△p，則機車中央控制單元(ccu)的內燃機控制裝置22輸出給內燃機組的功率應當是p+△p，內燃機組根據獲取的功率實現輸出，並當檢測到內燃機組輸出功率達到p+△p後，內燃機控制裝置22控制逆變器控制裝置3給出的功率輸出是p。預設閾值△p主要包括使用該內燃機組供電的其它負載以及能量傳遞過程中的能量損耗等。

可選的，功率調整裝置包括用於控制延遲計時裝置，延遲及時裝置用於使功率調整裝置在預設時間段後控制內燃機控制裝置22輸送給逆變器控制裝置3。

具體地，當與內燃機控制裝置22連接的檢測裝置檢測到內燃機組輸出功率達到p+△p後，可以做出適當延時後，再將功率輸出指令發送至逆變器控制單元3，以保證內燃機組工作的可靠性。

上述實施例中內燃機組可以在不同功率需求狀態下運行在不同的轉速，降低了現有雙能源機車內燃機組的噪音、油耗及機械磨耗，從而滿足大功率內燃機組電源在雙能源機車上的應用。

上述實施例實現了內燃電力牽引模式下，牽引電機的功率可以跟隨內燃機組輸出功率的變化，使得負載功率需求在任意時刻都不大於內燃機組的功率供給，避免了機組轉速的較大波動。

除了上述各個實施例所提供的雙能源交流電傳動機車控制系統，該控制系統的其他各部分的結構請參考現有技術，或參考附圖所提供的方案，除了上述雙能源交流電傳動機車控制系統，本發明還提供了一種機車，該機車包括控制系統，控制系統為上述任意一個實施例所述的雙能源交流電傳動機車控制系統，本文不再贅述。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對本發明所提供的雙能源交流電傳動機車控制系統和機車進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。