電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置的製作方法

2023-05-19 15:45:31 1

專利名稱：電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及內燃機車控制技術，尤其涉及一種電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置。
背景技術：
過去，電傳動內燃機車採用轉速-功率聯合調節器，通過調節燃油噴射量來實現各種工況下柴油機的調速及功調各系統的動作過程。聯合調節器的油馬達上安裝有可變的功調電阻，稱為油馬達電阻(阻值在0 500Ω之間變化)。油馬達電阻的電刷固定在油馬達的輸出軸上。聯合調節器通過功調滑閥柱塞位置的變化來控制油馬達輸出軸的轉角，也就同時控制了油馬達電阻的阻值。利用油馬達電阻的阻值變化控制勵磁電流的大小，實現對機車主發電機輸出功率的控制，這就是內燃機車的油馬達勵磁系統(見圖1)。柴油機在低轉速小功率工況下，因結構關係，油馬達迴轉板不動作，油馬達電阻的阻值為最大值；當柴油機在較高轉速下，按轉速/功率曲線運行時，油馬達電阻的阻值隨著柴油機轉速及功率的增加而逐漸變小，當柴油機在額定工況下，調整油馬達電阻的阻值，則該阻值即為柴油機在額定工況下的油馬達電阻的最小值(最小油馬達電阻限制值)。當油馬達電阻小於這一最小油馬達電阻限制值時，說明柴油機過載。在柴油機過載或負荷突增情況下，曲軸轉速下降，飛錘內收，柱塞下降，動力活塞上升，聯合槓桿擺動，功調滑閥上升，油馬達迴轉板逆時針轉，油馬達電阻增大，勵磁電流減小，主發電機加給柴油機的載荷減小，使曲軸轉速上升，柱塞上升，動力活塞復降；最後調節的結果使功調滑閥及柱塞皆回中立位，動力活塞回原位，曲軸轉速及缸內噴油量不變，使柴油機輸出功率不變；柴油機在負荷瞬減情況下，調節過程相反，調節的結果使油馬達迴轉板順針轉，油馬達電阻減小，勵磁電流增大，主發電機加給柴油機的載荷增大，柴油機則保持轉速、噴油量及輸出功率三者不變。油馬達勵磁系統存在以下問題1、機車加載時，勵磁電流沒有上升率控制，機車起動不平穩；2、油馬達電阻串接在測速發電機TG的勵磁繞組中，作為機車勵磁系統起始調控環節，經TG、勵磁機E)(C進行功率放大，最後去控制主發電機MG的勵磁，勵磁系統複雜。後來採用了電子勵磁和油馬達勵磁相結合的勵磁系統，通過電子勵磁和油馬達勵磁相結合的控制方式，既保留了油馬達勵磁簡單、可靠、高速區恆柴油機功率的優點，而又能完全克服它的缺點，做到油馬達勵磁與電子恆功互不牽扯，兩者既獨立又能聯合地工作， 使機車牽引起動、加速性能大為提高。典型的電子勵磁和油馬達勵磁相結合的勵磁系統是 LTQ-II型勵磁調節器的勵磁系統。但是這種方案存在以下問題1、油馬達電阻和微機勵磁的開關管並聯，然後串接在測速發電機TG的勵磁繞組中，作為機車勵磁系統起始調控環節，經TG、勵磁機E)(C進行功率放大，最後去控制主發電機MG的勵磁，勵磁系統複雜；2、測速發電機一旦發生故障，機車只能靠故障勵磁工作，容易造成擊破。現在，隨著微機的快速發展，很多電傳動內燃機車取消了油馬達勵磁系統，而改用雙備份的微機勵磁系統，通過檢測柴油機轉速，PWM控制電子開關器件的開通與關斷，控制勵磁電流的大小，實現任意柴油機轉速下的主發電機恆輸出功率控制、限輸出電壓控制、限輸出電流控制，使機車起動、調速性能大大提高。這種方案存在以下問題柴油機總有出現性能下降或者故障的可能性，例如噴油器霧化不良或某一氣缸損壞須切缸停止工作等。這時柴油機發出的功率將達不到規定值，如果主發電機輸出電功率仍按柴油機正常時的數值，勢必會使柴油機超負荷工作或使柴油機負擔不了，引起轉速下降或轉速波動，出現遊車現象，如果不對柴油機的輸出功率進行修正，會使柴油機油耗上升、性能下降，甚至引起柴油機故障。

實用新型內容本實用新型的目的就是克服上述現有技術之不足，提供一種使機車起動和調速性能大大提高、控制更加精確、避免柴油機因超負荷或負載突變而引起轉速下降或轉速波動、 出現遊車現象的電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置。本實用新型的目的是這樣現的一種電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置，包括聯合調節器、油馬達電阻檢測電路、柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路、勵磁控制電路；所述聯合調節器通過其功調滑閥柱塞位置的變化來控制其油馬達輸出軸的轉角；所述油馬達電阻的電刷固定在油馬達的輸出軸上；其特徵在於還包括油馬達電阻檢測電路、微機控制器；所述油馬達電阻檢測電路的輸出信號送至微機控制器；所述柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路的輸出信號送至微機控制器；所述微機控制器通過勵磁控制電路調節主發電機勵磁繞組的勵磁。為了更好地實現本實用新型的目的，所述油馬達電阻檢測電路採用三線制模塊配置，電流源(I0UT1)和輸入端Aim(+)通過電阻RLl接至油馬達電阻的1端，電流源(I0UT2) 和輸入端Aim (-)通過電阻RL2接至油馬達電阻的2端，電阻RLl與RL2的阻值相等，基準電壓端REFIN(+)通過電阻RL3接至油馬達電阻的2端，基準電阻(Rref)的一端接至基準電壓端REFIN(+)，另一端接地，模塊的的輸出端DOUT接至微機控制器。採用本實用新型的方案，根據不同柴油機轉速及功率下，對應的不同油馬達電阻的阻值標準值，通過實時檢測油馬達電阻阻值，與該柴油機轉速及功率下油馬達電阻阻值標準值比較，所檢測油馬達電阻阻值如果比油馬達電阻阻值標準值低，說明柴油機過載；否則，說明柴油機輕載。這樣就可以實現柴油機負載狀態監測。利用油馬達電阻阻值修正主發電機輸出功率的給定值；利用油馬達電阻阻值變化率修正主發電機輸出功率的給定值加、 減速率，不僅能夠實現任意柴油機轉速下的主發電機恆輸出功率控制、限輸出電壓控制、限輸出電流控制，使機車起動、調速性能大大提高，控制更加精確，而且在柴油機出現性能下降或者故障時，對柴油機的輸出功率及輸出功率加、減速率進行修正，使主發電機輸出電功率調整到適當的值，使柴油機不會因超負荷或負載突變，而引起轉速下降或轉速波動，出現遊車現象。
圖1為現有技術中的油馬達勵磁系統原理示意圖。圖2。為本實用新型實施例的電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置原理示意圖。圖3本實用新型實施例的油馬達電阻檢測電路原理示意圖。圖4為本實用新型實施例建立柴油機轉速、柴油機輸出功率與油馬達電阻阻值三維關係的工作流程框圖示意圖。圖5為本實用新型實施例控制程序中的中斷子程序流程框圖示意圖。圖6為本實用新型實施例控制程序中的柴油機狀態監測及實時恆功率控制子程序流程框圖示意圖。圖7為本實用新型實施例控制程序中的計算油馬達電阻阻值標準值子程序流程框圖示意圖。圖8為本實用新型實施例控制程序中的修正主發電機輸出功率子程序流程框圖示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。參看圖2，本實用新型的電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置，包括聯合調節器、 油馬達電阻、柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路、勵磁控制電路、油馬達電阻檢測電路、微機控制器。聯合調節器通過其功調滑閥柱塞位置的變化來控制其油馬達輸出軸的轉角。油馬達電阻的電刷固定在油馬達的輸出軸上，隨油馬達輸出軸轉角的變化而改變其電阻輸出值。油馬達電阻檢測電路的輸出信號送至微機控制器。柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路的輸出信號送至微機控制器。微機控制器接收油馬達電阻檢測電路和柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路的信號，通過勵磁控制電路調節主發電機勵磁繞組的勵磁。參看圖3，本實施例中的油馬達電阻檢測電路採用了 AD7783晶片模塊，電流源 (IOUTl)和輸入端Aim(+)通過電阻RLl接至油馬達電阻的1端，電流源(I0UT2)和輸入端 AINl (-)通過電阻RL2接至油馬達電阻的2端，電阻RLl與RL2的阻值相等，因此Ami (+) 與AINl(-)之間不會產生誤差電壓。基準電壓端REFIN(+)通過電阻RL3接至油馬達電阻的2端，基準電阻(Rref)的一端接至基準電壓端REFIN(+)，另一端接地，將確保模擬輸入電壓與基準電壓成比率。因油馬達電阻檢測模塊電流源溫漂而引起的模擬輸入電壓的任何誤差，都可以通過基準電壓的偏差進行補償。模塊的輸出端DOUT接至微機控制器晶片 DSPic30f6010Ao DSPic30f6010A 通過 REO、REl、RE2 分別與 AD7783 的 SCLK、/CS, DOUT 相連，通過SPI總線實時讀取油馬達電阻Rgt的阻值。此外^07783還配有32.7681^曰日振，作為外部時鐘源。基於上述本實施例的電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置，其微機控制器的控制方法採取下列步驟A.設定柴油機轉速、柴油機輸出功率與油馬達電阻標準值的對應關係；B.檢測柴油機轉速、主發電機輸出電壓和電流、輔助發電機輸出電壓和電流以及油馬達電阻的實時值；C.計算主發電機輸出功率、輔助發電機輸出功率以及柴油機輸出功率的實時值；D.確定油馬達電阻的實時標準值；E.將油馬達電阻的實時值與實時標準值進行比較，根據比較結果修正當前主發電機輸出功率給定值；F.返回步驟B。下面詳述上述步驟。參看圖4。建立柴油機轉速、柴油機輸出功率與油馬達電阻阻值三維關係的工作流程是在框3. 1測量在不同柴油機轉速及柴油機輸出功率下油馬達電阻的阻值。在框3. 2 獲取柴油機轉速、柴油機輸出功率與油馬達電阻的對應關係。在框3. 3將柴油機轉速、柴油機輸出功率與油馬達電阻阻值之間的關係以三維表格的形式存儲在CPU中。參看圖5。本實施例應用定時器1中斷產生IOmS定時中斷。中斷子程序首先在框 1. 1關閉定時器1中斷，在框1. 2清除定時器1中斷標誌。然後進入框1. 3，調用柴油機狀態監測及實時恆功率控制子程序。在框1.4打開定時器1中斷，為下一次定時器1中斷作好準備。然後中斷子程序運行結束。參看圖6。柴油機狀態監測及實時恆功率控制子程序在框2. 1檢測柴油機轉速，在框2. 2檢測主發電機輸出電壓，在框2. 3檢測主發電機輸出電流，在框2. 4檢測輔助發電機輸出電壓，在框2. 5檢測輔助發電機輸出電流，在框2. 6計算主發電機輸出功率，在框2. 7 計算輔助發電機輸出功率，在框2. 8計算主發電機效率η 1、輔助發電機效率112，在框2.9 計算柴油機輸出功率。在框2. 10調用計算油馬達電阻阻值標準值子程序，計算油馬達電阻阻值標準值RgtRef。在框2. 11檢測油馬達電阻信號。在框2. 12計算油馬達電阻實時阻值Rgti^bk。在框2. 13根據RgtRef、Rgtm3k的比較結果修正當前主發電機輸出功率給定值。 然後柴油機狀態監測及實時恆功率控制子程序結束。參看圖7。計算油馬達電阻阻值標準值子程序在框2. 10. 1讀取檢測得到的柴油機轉速及計算得到的柴油機輸出功率。在2. 10. 2調用柴油機轉速、柴油機輸出功率與油馬達電阻阻值三維關係表格。在框2. 10. 3根柴油機轉速及柴油機輸出功率以差值運算方法計算馬達電阻阻值標準值RgtRef。參看圖8。修正主發電機輸出功率子程序在框2.13. 1讀取油馬達電阻標準值RgtRef及油馬達電阻實際值Rgti^bk。然後進入判斷框2. 13. 2，將油馬達電阻標準值 RgtRef及油馬達電阻實際值RgtFbk進行比較，如果RgtRef大於RgtFbk，則進入框2. 13. 3 ； 如果RgtRef不大於RgtFbk,則進入判斷框2. 13. 7。在判斷框2. 13. 7，如果RgtRef小於 RgtFbk,則進入框2. 13. 8，減小柴油機輸出功率給定值後，結束子程序；如果RgtRef不小於 Rgti^bk，則結束子程序。在框2. 13. 3讀取當前柴油機轉速下的柴油機最大輸出功率限制值 KwLimit0在框2. 13. 4計算當前柴油機輸出功率值KwFbk。然後進入判斷框2. 13. 5，比較 KwLimit和KwFbk 如果KwLimit大於KwFbk，則進入框2. 13. 6，增大柴油機輸出功率給定值；如果KwLimit不大於KwFbk，則結束子程序。[0045] 最後應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解: 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求1.一種電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置，包括電源電路、聯合調節器、油馬達電阻；所述電源電路用於為所述油馬達電阻檢測柴油機狀態的硬體電路提供電源； 所述聯合調節器通過功調滑閥柱塞位置的變化來控制油馬達輸出軸的轉角； 所述油馬達電阻的電刷固定在油馬達的輸出軸上； 其特徵在於還包括油馬達電阻檢測電路、微機控制器；所述油馬達電阻檢測電路用來檢測油馬達電阻的阻值，將油馬達電阻的阻值信號變為電信號送給微機控制器；所述微機控制器，檢測油馬達電阻檢測模塊發出的電壓信號，計算油馬達電阻的阻值。
2.根據權利要求1所述的電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置，其特徵在於所述油馬達電阻檢測電路採用三線制模塊配置，電流源(IOUTl)和輸入端AIN1(+)通過電阻RLl接至油馬達電阻的1端，電流源(I0UT2)和輸入端AINl(-)通過電阻RL2接至油馬達電阻的 2端，電阻RLl與RL2的阻值相等，基準電壓端REFIN(+)通過電阻RL3接至油馬達電阻的2 端，基準電阻(Rref)的一端接至基準電壓端REFIN(+)，另一端接地，模塊的的輸出端DOUT 接至微機控制器。
專利摘要本實用新型公開了電傳動內燃機車實時恆功率控制裝置，包括聯合調節器、油馬達電阻檢測電路、柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路、勵磁控制電路、油馬達電阻檢測電路、微機控制器。油馬達電阻檢測電路的輸出信號送至微機控制器，柴油機轉速及主、輔發電機電壓電流檢測電路的輸出信號送至微機控制器，微機控制器通過勵磁控制電路調節主發電機勵磁繞組的勵磁。機車起動和調速性能大大提高、控制更加精確、避免柴油機因超負荷或負載突變而引起轉速下降或轉速波動、出現遊車現象。
文檔編號H02P9/14GK202094835SQ20112018336
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月1日 優先權日2011年6月1日
發明者張思慶, 張曉寶, 蔡志偉, 高洪光 申請人:中國北車集團大連機車車輛有限公司