專(zhuān)利名稱(chēng)：由變頻發(fā)電機(jī)傳動(dòng)的交交電內(nèi)燃機(jī)車(chē)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)車(chē)。
現(xiàn)有的一種內(nèi)燃機(jī)車(chē)為交直交電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。該機(jī)車(chē)的電傳動(dòng)裝置為交直交變頻電傳動(dòng)裝置，該電傳動(dòng)裝置的發(fā)電部分由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、整流電路和電子變頻器構(gòu)成。工作時(shí)，首先由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電流，再通過(guò)整流電路將該交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流，所得直流電流經(jīng)大功率電子變頻器變頻后再次成為交流電流，供給驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)。在該電傳動(dòng)裝置的發(fā)電部分中，對(duì)電流作上述變換的目的在于通過(guò)電子變頻器調(diào)節(jié)供給機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)的電流之頻率，進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但是，由于該發(fā)電部分所需的整流電路和大功率電子變頻器極其昂貴，因而大大提高了機(jī)車(chē)的整體造價(jià)。另外，該種發(fā)電裝置還具有可靠性差、故障率高等諸多缺點(diǎn)。因此，為了降低機(jī)車(chē)造價(jià)，提高運(yùn)行性能，有必要提供一種新型機(jī)車(chē)。
本發(fā)明的目的是對(duì)上述機(jī)車(chē)的電傳動(dòng)裝置之發(fā)電部分進(jìn)行改進(jìn)，提供一種造價(jià)較低的內(nèi)燃機(jī)車(chē)。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)的電傳動(dòng)裝置之發(fā)電部分進(jìn)行改進(jìn)，使其發(fā)電機(jī)直接發(fā)出頻率可調(diào)的交變電流。亦即通過(guò)在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁部分進(jìn)行調(diào)控，讓發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流隨調(diào)控信號(hào)而改變頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)調(diào)速。由發(fā)電機(jī)輸出電流的頻率計(jì)算公式f＝np/60(式中n為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，p為發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù))可以看出，改變n或p均可改變頻率。但實(shí)際上改變p只會(huì)造成電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，且頻率無(wú)法連續(xù)可調(diào)；改變n則要受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。所以，上述方法都不能采用。鑒于此，本發(fā)明采用了繞線式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)(DDJ)，該發(fā)電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和三相可控旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成。這個(gè)合成的同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為Nt＝Nz-Nk(式中Nz為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，Nk為三相可控旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速)。所以，此時(shí)發(fā)電機(jī)頻率公式變?yōu)閒＝(Nz-Nk)p/60。由公式可知，如果Nk在0＜Nk＜Nz范圍內(nèi)變化，發(fā)電機(jī)輸出電流的頻率即可變。假設(shè)Nz＝1000r/min，若Nk被控制在0-1000r/min內(nèi)變化，則發(fā)電機(jī)輸出頻率就在0-150Hz內(nèi)變化。亦即是說(shuō)，通過(guò)對(duì)供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流之頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，即可由發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率可變的交變電流。因此，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)車(chē)的電傳動(dòng)裝置除包括帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的柴油機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、給交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組供電的勵(lì)磁電源和驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)行進(jìn)的交流電動(dòng)機(jī)外，還特別設(shè)置了三相交流勵(lì)磁變頻器。該三相交流勵(lì)磁變頻器的輸入端與交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源相接，其輸出端與交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組相接。而就交流發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，則采用繞線式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)，其輸出端直接與交流電動(dòng)機(jī)相接。在機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，由勵(lì)磁電源提供的勵(lì)磁電流經(jīng)三相交流勵(lì)磁變頻器調(diào)控后再輸送給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，進(jìn)而讓發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率可變的電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。在上述過(guò)程中，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變。
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)車(chē)與前述現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車(chē)相比，由于其電傳動(dòng)裝置的發(fā)電部分中不再對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)出電流進(jìn)行整流及變頻，相應(yīng)不再設(shè)置前述整流電路及大功率電子變頻器，不但可降低故障率，提高可靠性，而且可顯著降低機(jī)車(chē)造價(jià)(可降低造價(jià)60％)，從而具有可靠性高、造價(jià)低的特點(diǎn)。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)車(chē)直接由交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，故為一種交交電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，簡(jiǎn)稱(chēng)交交電內(nèi)燃機(jī)車(chē)。
本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合以下實(shí)施例作更進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。


圖1是實(shí)施例中電傳動(dòng)裝置的工作原理圖。
圖2是三相交流勵(lì)磁變頻器的電路框圖。
圖3是三相交流勵(lì)磁變頻器的電路圖。
如圖1所示，本實(shí)施例中的內(nèi)燃機(jī)車(chē)具有車(chē)體和電傳動(dòng)裝置。其電傳動(dòng)裝置包括柴油機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源、交流電動(dòng)機(jī)和三相交流勵(lì)磁變頻器。柴油機(jī)的轉(zhuǎn)軸與交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連。三相交流勵(lì)磁變頻器的輸入端與交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源相接，三相交流勵(lì)磁變頻器的輸出端與交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組相接。交流發(fā)電機(jī)的輸出端直接與交流電動(dòng)機(jī)相接。上述交流發(fā)電機(jī)為繞線式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)。
如圖2所示，本實(shí)施例中所采用的三相交流勵(lì)磁變頻器具有發(fā)電機(jī)接口1、單片微處理器2、頻率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器3和六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路4～9。六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路4～9的控制信號(hào)輸入端分別接單片微處理器2的六個(gè)I/O口，單片微處理器2產(chǎn)生環(huán)形分配脈沖且依次分配給上述六個(gè)I/O口。六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路4～9的輸出端同接發(fā)電機(jī)接口1。頻率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器3與單片微處理器2的另一I/O口相接。在使用本實(shí)施體中的三相交流勵(lì)磁變頻器時(shí)，通過(guò)適當(dāng)設(shè)置單片微處理器的控制程序，即可利用單片微處理器產(chǎn)生環(huán)形分配脈沖，并依次經(jīng)上述六個(gè)I/O口輸送給六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路，向與發(fā)電機(jī)接口相接的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供交流電流。利用頻率調(diào)節(jié)器對(duì)單片微處理器產(chǎn)生的環(huán)形分配脈沖之頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，可相應(yīng)調(diào)節(jié)向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組輸送的交流電流的頻率，進(jìn)而讓發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率可變的電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。在上述過(guò)程中，外設(shè)的對(duì)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速可恒定不變。
如圖3所示，在本實(shí)施例中，上述發(fā)電機(jī)接口1即為發(fā)電機(jī)DDJ(其勵(lì)磁繞組為N)的接口，單片微處理器2即IC7，頻率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器3即電位器P0。另外，上述六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路4～9均由光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路構(gòu)成。光電隔離電路的輸入端構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)支路的控制信號(hào)輸入端。光電隔離電路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接功率輸出電路的控制端。功率輸出電路的輸出端構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)支路的輸出端。其中，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)支路4的光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路分別由光電耦合器G01、驅(qū)動(dòng)器IC1和IGBT管(絕緣柵極雙極晶體管)T1充當(dāng)；構(gòu)成驅(qū)動(dòng)支路5的光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路分別由光電耦合器G02、驅(qū)動(dòng)器IC4和IGBT管T4充當(dāng)；構(gòu)成驅(qū)動(dòng)支路6的光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路分別由光電耦合器G03、驅(qū)動(dòng)器IC3和IGBT管T3充當(dāng)；構(gòu)成驅(qū)動(dòng)支路7的光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路分別由光電耦合器G04、驅(qū)動(dòng)器IC6和IGBT管T6充當(dāng)；構(gòu)成驅(qū)動(dòng)支路8的光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路分別由光電耦合器G05、驅(qū)動(dòng)器IC5和IGBT管T5充當(dāng)；構(gòu)成驅(qū)動(dòng)支路9的光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路分別由光電耦合器G06、驅(qū)動(dòng)器IC2和IGBT管T2充當(dāng)。本三相交流勵(lì)磁變頻器可經(jīng)接點(diǎn)J1、J2與交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源相接。
本實(shí)施例中三相交流勵(lì)磁變頻器的工作流程如下首先由J1、J2處提供可控直流電源，然后由微處理器IC7產(chǎn)生環(huán)形分配脈沖，通過(guò)光耦隔離和驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，按次給每個(gè)IGBT管的柵極提供觸發(fā)脈沖，使其導(dǎo)通逆變。在一個(gè)周期內(nèi)，其導(dǎo)通動(dòng)作及導(dǎo)通后主電流流通方向分為以下幾個(gè)區(qū)間1.由J1、J2接入直流電源，由IC7給T1和T6提供柵極觸發(fā)脈沖，電流按X-a-N-b-Y的路徑流通；2.當(dāng)相移60度后，由IC7給T2提供柵極觸發(fā)脈沖，同時(shí)停止供給T6的柵極觸發(fā)脈沖，這時(shí)主電流沿X-a-N-c-Y路徑流通；3.當(dāng)相移60度后，由IC7給T3提供柵極觸發(fā)脈沖，同時(shí)停止供給T1的柵極觸發(fā)脈沖，這時(shí)主電流沿X-b-N-c-Y路徑流通；4.當(dāng)相移60度后，由IC7給T4提供柵極觸發(fā)脈沖，同時(shí)停止供給T2的柵極觸發(fā)脈沖，這時(shí)主電流沿X-b-N-a-Y路徑流通；5.當(dāng)相移60度后，由IC7給T5提供柵極觸發(fā)脈沖，同時(shí)停止供給T3的柵極觸發(fā)脈沖，這時(shí)主電流沿X-c-N-a-Y路徑流通；6.當(dāng)相移60度后，由IC7給T6提供柵極觸發(fā)脈沖，同時(shí)停止供給T4的柵極觸發(fā)脈沖，這時(shí)主電流沿X-c-N-b-Y路徑流通；7.當(dāng)相移60度后，由IC7給T1提供柵極觸發(fā)脈沖，同時(shí)停止供給T5的柵極觸發(fā)脈沖，這時(shí)主電流沿X-a-N-b-Y路徑流通。
以上所述為發(fā)電裝置的整個(gè)工作流程。下面以T1為例說(shuō)明每一個(gè)IGBT管的觸發(fā)過(guò)程可控直流電源對(duì)變頻器供電后，由IC7從微處理器的RB0位輸出一個(gè)高電平，使光電耦合器G01的發(fā)光二極管有脈沖電流流過(guò)，接著G01的光電三極管導(dǎo)通，并輸出一個(gè)低電平。當(dāng)IC1的2、6腳為低電平時(shí)，3腳則輸出高電平，即T1的柵極也得到一個(gè)高電平，從而使T1觸發(fā)導(dǎo)通。T2～T6的觸發(fā)過(guò)程與T1相似。
在本實(shí)施例中，三相交流勵(lì)磁變頻器可通過(guò)發(fā)電機(jī)接口向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組輸出頻率可變的勵(lì)磁，而這個(gè)可變的輸出頻率是由調(diào)節(jié)電位器P0改變產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的頻率所得到的。
本實(shí)施例中的三相交流勵(lì)磁變頻器還增設(shè)有由主要由過(guò)流取樣電阻Rg1和比較器(1/2)LM393(Oq)及光耦PC817組成的過(guò)流保護(hù)電路，以進(jìn)一步提高裝置的可靠性。當(dāng)主電路的工作電流在額定值以內(nèi)時(shí)，比較器Oq由于正相輸入端第3腳上的正電壓偏置，使得輸出腳(1腳)為高電平；當(dāng)工作電流超過(guò)額定值時(shí)，在Rg1上產(chǎn)生的壓降經(jīng)二極管D0加至比較器Oq的反相輸入端(第2腳)，使第1腳輸出低電平，則IC2、IC6、IC4的第4腳也處于低電平，這樣使第腳3輸出低電平，關(guān)斷T2、T4，使之停止工作，即實(shí)現(xiàn)了主電路的過(guò)流保護(hù)。此時(shí)，G07由于Oq的第1腳輸出低電平而導(dǎo)通工作，使微處理器的RB6處于低電平。當(dāng)微處理器得到該信號(hào)后，由微處理器內(nèi)設(shè)置的程序?qū)⒖刂破洚a(chǎn)生復(fù)位，停止工作。檢查并解除過(guò)載電流后，再啟動(dòng)微處理器。
本實(shí)施例中所采用的單片微處理器亦可由其它80C51系列或更高級(jí)的單片微處理器代替。另外，光電隔離電路還可采用G0202型光電耦合器構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路還可由HA2525構(gòu)成，功率輸出電路還可由功率晶體管GTR(如M57215BL和BEXB356)或可關(guān)斷晶閘管GT0構(gòu)成。另外，當(dāng)機(jī)車(chē)中設(shè)置有計(jì)算機(jī)操作控制系統(tǒng)時(shí)，可由該操作控制系統(tǒng)提供的電壓控制信號(hào)輸入本裝置中的單片微處理器之RA0端，即以計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)取代實(shí)施例中所采用的作為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的電位器P0。
權(quán)利要求
1.一種由變頻發(fā)電機(jī)傳動(dòng)的交交電內(nèi)燃機(jī)車(chē)，具有車(chē)體和電傳動(dòng)裝置，電傳動(dòng)裝置包括柴油機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源和交流電動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)軸與交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，其特征是設(shè)置有三相交流勵(lì)磁變頻器，所述三相交流勵(lì)磁變頻器的輸入端與交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源相接，三相交流勵(lì)磁變頻器的輸出端與交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組相接，交流發(fā)電機(jī)的輸出端直接與交流電動(dòng)機(jī)相接，所述交流發(fā)電機(jī)為繞線式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)車(chē)，其特征是所述三相交流勵(lì)磁變頻器具有發(fā)電機(jī)接口、單片微處理器、頻率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路，六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路的控制信號(hào)輸入端分別接單片微處理器的六個(gè)I/O口，單片微處理器產(chǎn)生環(huán)形分配脈沖且依次分配給所述六個(gè)I/O口，六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路的輸出端同接發(fā)電機(jī)的接口，頻率調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器與單片微處理器的另一I/O口相接。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)車(chē)，其特征是所述六個(gè)驅(qū)動(dòng)支路均由光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路構(gòu)成，在各個(gè)驅(qū)動(dòng)支路中，光電隔離電路的輸入端構(gòu)成該驅(qū)動(dòng)支路的控制信號(hào)輸入端，光電隔離電路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接功率輸出電路的控制端，功率輸出電路的輸出端構(gòu)成該驅(qū)動(dòng)支路的輸出端。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)車(chē)，具有車(chē)體和電傳動(dòng)裝置。電傳動(dòng)裝置包括柴油機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源和交流電動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)的動(dòng)力輸出端與交流發(fā)電機(jī)的動(dòng)力輸入端相接。特別設(shè)置有三相交流勵(lì)磁變頻器。三相交流勵(lì)磁變頻器的輸入端與交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源相接，三相交流勵(lì)磁變頻器的輸出端與交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組相接。交流發(fā)電機(jī)的輸出端直接與交流電動(dòng)機(jī)的輸入端相接。所述交流發(fā)電機(jī)為異步發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)B61C9/24GK1137991SQ9611758
公開(kāi)日1996年12月18日 申請(qǐng)日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月6日
發(fā)明者高蔭川, 高嵩, 蔣文勇 申請(qǐng)人:成都機(jī)車(chē)車(chē)輛廠