一種機車多模塊變頻交流輔助系統及實現方法
2023-05-26 19:47:06
專利名稱：一種機車多模塊變頻交流輔助系統及實現方法
技術領域：
本發明涉及機車領域，尤其涉及一種機車多模塊變頻交流輔助系統及實現方法。
背景技術：
目前，機車中輔助負載一般採用輔助交流發電機直接給輔助負載供電的方式，如採用輔助交流發電機直接給高溫水風機電機、中冷水風機電機、牽引通風機電機、空壓機電機及生活用電等供電。這種通過交流發電機直接給輔助負載供電的方式，一方面電量的利用率低，在空壓機電機啟動時，對交流輔助系統的衝擊也很大，另外一方面也不能根據機車的運行情況準確地對交輔助流發電機的輸出進行控制。
發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提供一種機車多模塊變頻交流輔助系統及實現方法。本發明的目的通過下述技術方案來實現
一種機車多模塊變頻交流輔助系統，包括輔助交流發電機、輔助變頻器控制單元、變頻器、輔助負載、勵磁電路，所述輔助交流發電機通過變頻器連接輔助負載，所述輔助交流發電機連接勵磁電路，所述輔助變頻器控制單元連接輔助交流發電機、變頻器和勵磁電路。優選地，上述變頻器包括第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、第四變頻器、第五變頻器，所述外部負載包括高溫水冷卻風機、中冷水冷卻風機、牽引通風機、空氣壓縮機、空調機組，上述外部負載分別由第一至第五變頻器供電。優選地，上述變頻器通過接觸器連接輔助負載。—種機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其具體包括
輔助變頻器控制單元通過柴油機轉速傳感器測量柴油機轉速，根據柴油機轉速，計算輔助交流發電機輸出電壓給定值，通過調節輔助交流發電機的勵磁，使得輔助交流發電機的輸出電壓與柴油機轉速相適應；
輔助負載由變頻器供電，輔助變頻器控制單元通過設置在輔助負載上的傳感器檢測到的數據，並將該數據通過計算後轉化為輸出頻率給定值傳送給變頻器，變頻器根據該接收數據調節輸出電壓頻率，從而控制輔助負載的運行。優選地，上述變頻器包括第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、第四變頻器、第五變頻器，所述外部負載包括高溫水冷卻風機、中冷水冷卻風機、牽引通風機、空氣壓縮機、空調機組，系統正常運行情況下，上述外部負載分別由第一至第五變頻器供電。優選地，當第一變頻器或第二變頻器故障時，變頻器控制單元控制高溫水冷卻風機或中冷水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電。優選地，當牽引通風機中的溫度傳感器故障後，根據牽引電動機轉矩大小調節牽引通風機轉速，機車加載信號失效後，牽引通風機以最低檔位轉速運轉，延時3分鐘停機； 當第三變頻器故障時，變頻器控制單元控制第一牽引通風機及第二牽引通風機直接由輔助交流發電機供電，兩臺通風機投入時進行延時控制。優選地，當第四變頻器故障時，變頻器控制單元控制第一空氣壓縮機及第二空氣壓縮機由第三變頻器供電，並控制第一牽引通風機及第二牽引通風機直接由輔助交流發電機供電，投入時進行延時控制。優選地，當第五變頻器故障時，變頻器控制單元控制空調機組由第二變頻器供電， 同時控制中冷水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電。優選地，當第一變頻器或第二變頻器故障，且柴油機轉速大於1400轉/分，輔助變流器控制單元變頻器控制單元通過RS485發送降柴油機轉速請求，得到請求後柴油機轉速降至1400轉/分；當請求撤銷後，恢復柴油機轉速。本發明的有益效果使得多個輔助設備都可以採用變頻啟動和控制，提高了能量的利用率，同時也實現了準確控制輔助設備的效果。本發明的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法中，通過勵磁電路調節交流發電機的輸出電壓，並將輔助變頻器控制單元計算後轉化為輸出頻率給定值傳送給變頻器，變頻器根據該接收數據調節輸出電壓頻率，控制輔助負載的運行，從而準確控制變頻器的輸出。更進一步的，設置多個變頻器對應多個輔助負載，實現準確控制，並在任何一個變頻器出現故障的情況下，通過輔助變頻器控制單元進行調整，得到更加穩定的系統。
圖1為本發明的機車多模塊變頻交流輔助系統結構示意圖。圖2為本發明的機車多模塊變頻交流輔助系統中變頻器的具體接線圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步的說明。如圖1所示的本發明的機車多模塊變頻交流輔助系統結構示意圖，包括輔助交流發電機、輔助變頻器控制單元ACU、變頻器(ACl至AC5)、輔助負載、勵磁電路，所述輔助交流發電機通過變頻器連接輔助負載，所述輔助交流發電機連接勵磁電路，所述輔助變頻器控制單元ACU連接輔助交流發電機、變頻器和勵磁電路。輔助負載由變頻器供電，輔助變頻器控制單元ACU通過設置在輔助負載上的傳感器檢測到的數據，並將該數據通過計算後轉化為輸出頻率給定值傳送給變頻器，變頻器根據該接收數據調節輸出電壓頻率，從而控制輔助負載的運行。輔助變頻器控制單元ACU通過柴油機轉速傳感器測量柴油機轉速，如當柴油機轉速> 580rpm，輔助變頻器控制單元ACU控制輔助交流發電機的工作。輔助變頻器控制單元ACU根據柴油機轉速，計算輔助交流發電機輸出電壓給定值，通過調節輔助交流發電機的勵磁，使得輔助交流發電機的輸出電壓與柴油機轉速相適應。輔助交流發電機電壓隨柴油機轉速上升而線性上升，如柴油機轉速在600 180轉每分鐘之間變化時，輔助交流發電機輸出電壓為AC180 490V。通過上述交流傳動系統的技術方案，使得多個輔助設備都可以採用變頻啟動和控制，提高了能量的利用率，同時也實現了準確控制輔助設備的效^ ο優選地，所述變頻器包括第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、第四變頻器、第五變頻器(分別為ACl至AC5)，所述外部負載包括高溫水冷卻風機、中冷水冷卻風機、牽引通
5風機、空氣壓縮機、空調機組，系統正常運行情況下，上述外部負載分別由第一至第五變頻器供電。優選地，如圖2所示的本發明的機車多模塊變頻交流輔助系統中變頻器的具體接線圖。所述變頻器通過接觸器連接輔助負載。輔助變頻器發生故障時，由輔助變頻器控制單元ACU通過控制相應接觸器將輔助負載自動進行切換。優選地，所述勵磁電路為兩個，相互為熱備份。勵磁電路通過電流傳感器將勵磁電流轉換成模擬量信號，再將該模擬量與給定勵磁電流值進行比較，實現閉環反饋控制，同時結合輔助變頻器控制單元ACU通過轉速傳感器檢測到的輔發電機轉速數據輸出PWM波控制 IGBT的通斷，將+74直流電壓轉化為脈寬可調的方波送給輔助發電機，從而控制勵磁電流。本發明還公開了一種機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，輔助變頻器控制單元ACU通過柴油機轉速傳感器測量柴油機轉速，輔助變頻器控制單元ACU根據柴油機轉速， 計算輔助交流發電機輸出電壓給定值，通過調節輔助交流發電機的勵磁，使得輔助交流發電機的輸出電壓與柴油機轉速相適應；輔助負載由變頻器供電，輔助變頻器控制單元ACU 通過設置在輔助負載上的傳感器檢測到的數據，並將該數據通過計算後轉化為輸出頻率給定值傳送給變頻器，變頻器根據該接收數據調節輸出電壓頻率，從而控制輔助負載的運行。在正常情況下，柴油機高溫水冷卻風機由變頻模塊ACl供電。變頻器控制單元ACU 通過高溫水傳感器測取柴油機高溫水出口溫度，並將該數據通過計算後轉化為輸出頻率給定值通過RS485總線傳送給ACl變頻器，ACl根據該接收數據調節輸出電壓頻率，從而實現控制高溫水冷卻風機轉速。當柴油機高溫水出口溫度為達到設定值(如90士 1°C)時，高溫水冷卻風機變頻啟動，此時ACl模塊輸出電源的頻率為30Hz (最低工作頻率)。當高溫水出口溫度變高時，ACl輸出電源的頻率相應地變高。當柴油機高溫水出口溫度達到最高設定值 (如98士 1°C)時，高溫水冷卻風機轉速達到全速，此時，ACl模塊輸出電源的頻率為87. 6Hz。 當柴油機高溫水出口溫度低於設定值(如87士 1°C )時，高溫水冷卻風機停止工作。正常情況下，柴油機中冷水冷卻風機由變頻模塊AC2供電，變頻器控制單元ACU通過中冷水傳感器測取柴油機中冷水出口溫度，並將該數據通過計算後轉化為輸出頻率給定值通過RS485總線傳送給AC2變頻器，AC2根據該數據調節輸出電壓頻率，從而實現控制中冷水冷卻風機轉速。當柴油機中冷水出口溫度為達到設定值(如時，中冷水冷卻風機變頻啟動，此時AC2模塊輸出電源的頻率為30Hz (最低工作頻率)。當中冷水出口溫度變高時，AC2輸出電源頻率相應地變高。當柴油機中冷水出口溫度達到最高設定值(如 62士 1 °C )時，中冷水冷卻風機轉速達到全速，此時，ACl模塊輸出電源的頻率為87. 6Hz。當柴油機中冷水出口溫度低於設定值(51 士 1°C)時，中冷水冷卻風機停止工作。正常情況下，兩臺牽引通風機由AC3變頻模塊供電。輔助變流器變頻器控制單元 ACU接收到機車加載信號有效後，控制牽引電機通風機1和牽引電機通風機2變頻起動，並通過RS485接收牽引電動機溫度值及力矩數據，變頻器控制單元ACU通過計算後將該數據轉換為輸出頻率給定值傳送給AC3變頻器，AC3根據該數據調節輸出電壓頻率，從而實現對牽引通風機的轉速控制。空壓機由硬線信號控制，正常情況下，兩臺空氣壓縮機由變頻模塊AC4供電。當輔助變流器變頻器控制單元ACU接收到風壓信號1 (風壓低於700kPa)時，空氣壓縮機電機1 和電機2變頻啟動，並根據輸入電壓恆壓頻比輸出電源，驅動空氣壓縮機電機1和電機2 一直工作，直到該控制信號消失。當輔助變流器變頻器控制單元ACU接收到風壓信號2(風壓低於750kPa)，且沒有接收到風壓信號1 (風壓低於700kPa)時，控制一臺空氣壓縮機工作， 並根據機車方向信號選擇空氣壓縮機，當機車前向時，空氣壓縮機1工作。當機車後向時， 空氣壓縮機2工作，如果沒有方向信號，則默認為空氣壓縮機1工作。空調機組的控制由B櫃控制系統負責，共兩路。正常情況下，兩臺空調機組由變頻模塊AC5供電。變頻器控制單元ACU檢測到輔助交流發電機發出的電壓> 160V時，起動變流模塊AC5，輸出三相AC160V/50HZ交流電源，AC5的輸出電源通過隔離變壓器升壓，經三相繞組輸出三相四線制AC380V/50HZ交流電源，或者經單相繞組輸出單相AC240V/50Hz交流電源。B櫃系統根據空調機組工位操作，以及空調機組各電機的延時控制要求，對空調機組低速通風、高速通風、壓縮機、制熱管電壓輸出通道中的接觸器進行控制。B櫃系統還可以根據機組輸出的各硬線保護信號，例如高低壓壓力保護信號、排氣溫度故障信號，以及輸出電路中的熱繼電器反饋信號，控制各輸出的投入與切斷。此外，變頻器控制單元ACU還可以實現通過機車輔助操作屏實現調節空調溫度的功能B櫃PLC作為空調操作屏1和空調操作屏2的主站，通過RS485接收來自空調操作屏的空調溫度設置及調整數據，並與空調機組迴風口溫度傳感器檢測到得數據進行比較後，選取所需正確數據作為依據控制機組的工作工位，以達到調整機車室溫的目的。該RS485總線由變頻器控制單元A⑶(A櫃、B櫃)、微機櫃、輔助顯示屏(2臺)組成，其中A櫃作為整個網絡的主機，微機和B櫃為其從機。而B櫃則同時還是輔助顯示屏1 和輔助顯示屏2的主站。優選地，所述變頻器包括第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、第四變頻器、第五變頻器(分別為ACl至AC5)，所述外部負載包括高溫水冷卻風機、中冷水冷卻風機、牽引通風機、空氣壓縮機、空調機組，系統正常運行情況下，上述外部負載分別由第一至第五變頻器供電。優選地，當第一變頻器ACl故障時，變頻器控制單元A⑶控制高溫水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電；當第二變頻器AC2故障時，變頻器控制單元ACU控制中冷水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電。優選地，當牽引通風機中的溫度傳感器故障後，根據牽引電動機轉矩大小調節牽引通風機轉速。機車加載信號失效後，牽引通風機以最低檔位轉速(同步轉速874r/min)運轉，延時3分鐘停機。當第三變頻器AC3故障時，變頻器控制單元ACU控制牽引通風機1及牽引通風機2直接由輔助交流發電機供電，2臺通風機投入時進行延時控制。優選地，當第四變頻器AC4故障時，變頻器控制單元ACU控制空氣壓縮機1及空氣壓縮機2由AC3供電，並控制牽引通風機1及牽引通風機2直接由輔助交流發電機供電，投入時進行延時控制。當第五變頻器AC5故障時，輔助變流器控制控制3相380V/50HZ負載及單相AC240V生活用電由AC2供電，同時控制中冷水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電。優選地，當第一變頻器ACl故障或第二變頻器AC2故障，且柴油機轉速大於1400r/ min,輔助變流器控制單元變頻器控制單元A⑶通過RS485發送降柴油機轉速請求，得到請求後柴油機轉速降至1400r/min。當請求撤銷後，恢復柴油機轉速。以上上述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精
7神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種機車多模塊變頻交流輔助系統，其特徵在於包括輔助交流發電機、輔助變頻器控制單元、變頻器、輔助負載、勵磁電路，所述輔助交流發電機通過變頻器連接輔助負載，所述輔助交流發電機連接勵磁電路，所述輔助變頻器控制單元連接輔助交流發電機、變頻器和勵磁電路。
2.如權利要求1所述的機車多模塊變頻交流輔助系統，其特徵在於所述變頻器包括第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、第四變頻器、第五變頻器，所述外部負載包括高溫水冷卻風機、中冷水冷卻風機、牽引通風機、空氣壓縮機、空調機組，上述外部負載分別由第一至第五變頻器供電。
3.如權利要求1或2所述的機車多模塊變頻交流輔助系統，其特徵在於所述變頻器通過接觸器連接輔助負載。
4.一種機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其具體包括輔助變頻器控制單元通過柴油機轉速傳感器測量柴油機轉速，根據柴油機轉速，計算輔助交流發電機輸出電壓給定值，通過調節輔助交流發電機的勵磁，使得輔助交流發電機的輸出電壓與柴油機轉速相適應；輔助負載由變頻器供電，輔助變頻器控制單元通過設置在輔助負載上的傳感器檢測到的數據，並將該數據通過計算後轉化為輸出頻率給定值傳送給變頻器，變頻器根據該接收數據調節輸出電壓頻率，從而控制輔助負載的運行。
5.如權利要求4所述的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其特徵在於所述變頻器包括第一變頻器、第二變頻器、第三變頻器、第四變頻器、第五變頻器，所述外部負載包括高溫水冷卻風機、中冷水冷卻風機、牽引通風機、空氣壓縮機、空調機組，系統正常運行情況下，上述外部負載分別由第一至第五變頻器供電。
6.如權利要求5所述的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其特徵在於當第一變頻器或第二變頻器故障時，變頻器控制單元控制高溫水冷卻風機或中冷水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電。
7.如權利要求5所述的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其特徵在於當牽引通風機中的溫度傳感器故障後，根據牽引電動機轉矩大小調節牽引通風機轉速，機車加載信號失效後，牽引通風機以最低檔位轉速運轉，延時3分鐘停機；當第三變頻器故障時，變頻器控制單元控制第一牽引通風機及第二牽引通風機直接由輔助交流發電機供電，兩臺通風機投入時進行延時控制。
8.如權利要求5所述的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其特徵在於當第四變頻器故障時，變頻器控制單元控制第一空氣壓縮機及第二空氣壓縮機由第三變頻器供電， 並控制第一牽引通風機及第二牽引通風機直接由輔助交流發電機供電，投入時進行延時控制。
9.如權利要求5所述的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其特徵在於當第五變頻器故障時，變頻器控制單元控制空調機組由第二變頻器供電，同時控制中冷水冷卻風機直接由輔助交流發電機供電。
10.如權利要求5所述的機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法，其特徵在於當第一變頻器或第二變頻器故障，且柴油機轉速大於1400轉/分，輔助變流器控制單元變頻器控制單元通過RS485發送降柴油機轉速請求，得到請求後柴油機轉速降至1400轉/分；當請求撤銷後，恢復柴油機轉速。
全文摘要
本發明涉及機車控制領域，本發明公開了一種機車多模塊變頻交流輔助系統，包括輔助交流發電機、輔助變頻器控制單元、變頻器、輔助負載、勵磁電路，所述輔助交流發電機通過變頻器連接輔助負載，所述輔助交流發電機連接勵磁電路，所述輔助變頻器控制單元連接輔助交流發電機、變頻器和勵磁電路。本發明還公開了一種機車多模塊變頻交流輔助系統實現方法。本發明使得多個輔助設備都可以採用變頻啟動和控制，提高了能量的利用率，同時也實現了準確控制輔助設備的效果。
文檔編號H02P27/06GK102412775SQ201110320268
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者廖忠文, 王平華, 韓笑 申請人:南車資陽機車有限公司