專利名稱：內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電壓控制裝置，主要涉及一種為采用交流輔助同 步發(fā)電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱交流輔發(fā))的內(nèi)燃機(jī)車?yán)媒涣鬏o發(fā)啟動(dòng)柴油機(jī)的內(nèi)燃機(jī) 車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置。
技術(shù)背景 目前，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)全部采用電起動(dòng)，即利用蓄電池的電 能對(duì)直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，使其短時(shí)間內(nèi)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪箱帶動(dòng)柴油 機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而完成柴油機(jī)啟動(dòng)。啟動(dòng)完畢后，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)切換到發(fā)電工況，通
過(guò)電壓調(diào)整器的控制發(fā)出110VDC電，作為機(jī)車控制電源和空壓機(jī)電機(jī)的電源。 這種用直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單易行，但機(jī)械環(huán)節(jié)多，體積大，成本高， 系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜，已經(jīng)不適合機(jī)車輔助傳動(dòng)系統(tǒng)交流化的發(fā)展方向一全部采用交 流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減少機(jī)械環(huán)節(jié)的原則。

發(fā)明內(nèi)容為解決上述采用直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的機(jī)械環(huán)節(jié)多、體積大、成 本高、系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種啟動(dòng)采用交流輔助發(fā)電機(jī) 的內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 一種內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置，包括主
回路、控制回路和用于修改參數(shù)及數(shù)據(jù)顯示的操作顯示面板，控制回路包括控
制板、觸發(fā)板、A/D板、接收啟動(dòng)及功能選擇信號(hào)并發(fā)送故障信號(hào)的I/0板、
提供各功能板和傳感器電源的控制電源板，其特征在于所述的主回路的中間
回路電容Cd與中間直流回路連接，自關(guān)斷元件T1、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6為 三相橋式連接，分別連接中間直流回路和交流輔助同步發(fā)電機(jī)的定子繞組，中 間直流回路+連接CL+， CL-連接中間直流回路-，CL兩端連接外部蓄電池B， Tf與Df串聯(lián)后并接在CL兩端，Tf與Df中間點(diǎn)輸出連接勵(lì)磁繞組Lf，外部啟 動(dòng)接觸器QD—端接CL+，另一端接中間直流回路+;觸發(fā)板分別連接主回路中 Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6、 Tz、 Tf的觸發(fā)端，A/D板接收交流電壓UA、
UB、交流電流IA、 IB、中間直流回路電壓Ud、電流Id、勵(lì)磁電流If、蓄電池 B充電電壓Uc信號(hào)。
Tz與電感Lz串接于所述的中間直流回路+和CL+， Tz與電感Lz的連接 點(diǎn)與中間直流回路-之間接有續(xù)流二極管Dz。
采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型可啟動(dòng)采用交流輔助發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)車 柴油機(jī)，使機(jī)車取消直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，減少機(jī)械環(huán)節(jié)，維修可接近性提高，方 便了維護(hù)。同時(shí)，本實(shí)用新型在啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，交流輔發(fā)勵(lì)磁繞組由通常的串 勵(lì)改為并勵(lì)，并可連續(xù)控制交流輔發(fā)勵(lì)磁電流。這樣，可以優(yōu)化啟動(dòng)控制策略， 顯著提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，提高柴油機(jī)啟動(dòng)最高轉(zhuǎn)速。柴油機(jī)啟動(dòng)完畢后，交流輔發(fā) 轉(zhuǎn)為發(fā)電工況，本實(shí)用新型可控制交流輔發(fā)勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輔發(fā)電壓恒壓頻 比控制，同時(shí)，為了顯著提高系統(tǒng)功率因素，對(duì)交流輔助發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓經(jīng) 過(guò)脈沖整流后形成機(jī)車600VDC輔助電網(wǎng)電壓，給輔助系統(tǒng)各負(fù)載供電。這樣， 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。


圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
本實(shí)用新型是一種集成了機(jī)車柴油機(jī)變頻起動(dòng)、600VDC脈沖整流、交流輔 發(fā)勵(lì)磁等多種功能的裝置。
如圖1所示，本實(shí)用新型裝置包括主回路、控制回路和操作顯示面板。 主回路的中間回路電容Cd與中間直流回路連接，自關(guān)斷元件T1、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6為三相橋式連接，分別連接中間直流回路和交流輔發(fā)的定子繞組， 中間直流回路+通過(guò)Tz和Lz串聯(lián)后連接CL+, CL-連接中間直流回路-，CL兩 端連接外部蓄電池B, Tf與Df串聯(lián)后并接在CL兩端，Tf與Df中間點(diǎn)輸出連 接交流輔發(fā)的勵(lì)磁繞組Lf，外部啟動(dòng)接觸器QD—端接CL+，另一端接中間直 流回路+， QD作為裝置外啟動(dòng)接觸器，在機(jī)車起動(dòng)時(shí)閉合，機(jī)車起動(dòng)完畢后斷 開(kāi)；控制回路的控制板連接觸發(fā)板、A/D板、1/0板，觸發(fā)板分別連接主回路中 Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6、 Tz、 Tf的觸發(fā)端，A/D板接收交流電壓UA、 UB、交流電流IA、 IB、中間直流回路電壓Ud、電流Id、勵(lì)磁電流If、蓄電池B充 電電壓Uc信號(hào)，1/0板接收啟動(dòng)、功能選擇信號(hào)并發(fā)送故障信號(hào)(給外部的信 號(hào)，可送至主微機(jī))，控制回路還設(shè)有提供各功能板和傳感器電源的控制電源板; 用于修改參數(shù)和數(shù)據(jù)顯示的操作顯示面板與控制回路的控制板相連接。
主回路中Tl—T6組成全控橋電路作為本使用新型中柴油機(jī)逆變起動(dòng)和脈 沖整流的基本主電路。根據(jù)無(wú)換向器同步電機(jī)自同步調(diào)速原理，利用開(kāi)關(guān)管T1 T6組成的逆變橋，加上可由電壓電流信號(hào)得到的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部分等組成變頻 部分，與交流輔發(fā)一起構(gòu)成一套無(wú)換向器同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)裝置，并由機(jī)車蓄 電池供電實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)啟動(dòng)。這樣，該裝置取代了直流起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，騰出的空間 為機(jī)車整體布置和方案設(shè)計(jì)提供豐富的想象空間。且本實(shí)用新型中輔發(fā)勵(lì)磁繞 組由傳統(tǒng)的串勵(lì)改為并勵(lì)，使得110VDC電壓可以全用在定子繞組上，提高起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩。輔發(fā)勵(lì)磁繞組改為并勵(lì)后由Tf斬波控制其電流，使得可以根據(jù)柴油機(jī)起 動(dòng)轉(zhuǎn)速合理決定勵(lì)磁電流大小使得加速轉(zhuǎn)矩最佳，柴油機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速盡可能的高。 采用自關(guān)斷元件作為變頻啟動(dòng)的主元件后，可以在軟件上進(jìn)行優(yōu)化，使得起動(dòng) 平均轉(zhuǎn)矩提高。
由開(kāi)關(guān)管Tf構(gòu)成輔發(fā)勵(lì)磁斬波器。在柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制 輔發(fā)勵(lì)磁電流，使得電機(jī)輸出起動(dòng)力矩最佳，使得柴油機(jī)起動(dòng)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。 柴油機(jī)起動(dòng)完畢后，輔發(fā)轉(zhuǎn)為發(fā)電工況時(shí)，輔發(fā)勵(lì)磁斬波器控制輔發(fā)勵(lì)磁電流 使得輔發(fā)電壓按恒壓頻比方式運(yùn)行。Df為續(xù)流二極管。
柴油機(jī)起動(dòng)完畢后，柴油機(jī)(起動(dòng)和脈沖整流)主回路轉(zhuǎn)為整流工況(只 須運(yùn)行整流程序，無(wú)須硬件切換)交流輔發(fā)發(fā)出的三相變頻變壓的交流電后， 控制軟件根據(jù)輔發(fā)電壓大小和相位控制開(kāi)關(guān)管T1 T6組成的脈沖整流橋，實(shí)現(xiàn) PWM脈沖升壓整流，達(dá)到整流時(shí)交流輸入功率因素高。這樣，通過(guò)控制就形成 600VDC (與列車600VDC供電統(tǒng)一)輔助傳動(dòng)系統(tǒng)直流電網(wǎng)，輔助系統(tǒng)的直交變 頻器都可以掛在該電網(wǎng)上，如600VDC經(jīng)過(guò)逆變器對(duì)交流空壓機(jī)電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒壓恒 頻(CVCF)驅(qū)動(dòng)。
本使用新型還可由開(kāi)關(guān)管Tz和濾波電感Lz構(gòu)成110VDC充電斬波器。Tz 與電感Lz串接于所述的中間直流回路+和CL+， Tz與電感Lz的連接點(diǎn)與中間 直流回路-之間接有續(xù)流二極管Dz。它投入后，對(duì)脈沖整流形成的600VDC輔助 電網(wǎng)斬波，以蓄電池B做為負(fù)載進(jìn)行充電，充電的電流電壓經(jīng)傳感器測(cè)量，當(dāng) 蓄電池低于110V時(shí)，按恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到110V時(shí)，進(jìn)行恒壓充電 并提供機(jī)車110VDC控制電源。在設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)該加降壓隔離變壓器隔離，使 得600VDC輔助電網(wǎng)和110VDC控制電網(wǎng)隔離，同時(shí)，也改善蓄電池充電電壓脈 沖過(guò)高的沖擊。
權(quán)利要求1、一種內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置，包括主回路、控制回路和用于修改參數(shù)及數(shù)據(jù)顯示的操作顯示面板，控制回路包括控制板、觸發(fā)板、A/D板、接收啟動(dòng)及功能選擇信號(hào)并發(fā)送故障信號(hào)的I/O板、提供各功能板和傳感器電源的控制電源板，其特征在于所述的主回路的中間回路電容Cd與中間直流回路連接，自關(guān)斷元件T1、T2、T3、T4、T5、T6為三相橋式連接，分別連接中間直流回路和交流輔助同步發(fā)電機(jī)的定子繞組，中間直流回路+連接CL+，CL-連接中間直流回路-，CL兩端連接外部蓄電池B，Tf與Df串聯(lián)后并接在CL兩端，Tf與Df中間點(diǎn)輸出連接勵(lì)磁繞組Lf，外部啟動(dòng)接觸器QD一端接CL+，另一端接中間直流回路+；觸發(fā)板分別連接主回路中T1、T2、T3、T4、T5、T6、Tz、Tf的觸發(fā)端，A/D板接收交流電壓UA、UB、交流電流IA、IB、中間直流回路電壓Ud、電流Id、勵(lì)磁電流If、蓄電池B充電電壓Uc信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置，其特征在于Tz 與屯感Lz串接于所述的中間直流回路+和CL+， Tz與電感Lz的連接點(diǎn)與中間 直流回路-之間接有續(xù)流二極管Dz。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動(dòng)裝置。該裝置包括主回路、控制回路和操作顯示面板，主回路中自關(guān)斷元件T1～T6組成全控橋電路作為柴油機(jī)逆變起動(dòng)和脈沖整流的基本主電路，并由開(kāi)關(guān)管Tf構(gòu)成輔發(fā)勵(lì)磁斬波器。本實(shí)用新型可啟動(dòng)采用交流輔助發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)，使機(jī)車取消直流啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，減少機(jī)械環(huán)節(jié)，維修可接近性提高。由于該裝置的交流輔發(fā)勵(lì)磁繞組由通常的串勵(lì)改為并勵(lì)，并可連續(xù)控制交流輔發(fā)勵(lì)磁電流，故顯著提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，提高柴油機(jī)啟動(dòng)最高轉(zhuǎn)速。該裝置還可控制交流輔發(fā)勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輔發(fā)電壓恒壓頻比控制，并能對(duì)交流輔助發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓經(jīng)過(guò)脈沖整流后形成機(jī)車600VDC輔助電網(wǎng)電壓，給輔助系統(tǒng)各負(fù)載供電。
文檔編號(hào)F02N11/00GK201074565SQ20072001454
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者何勇軍, 王昌榮, 田長(zhǎng)安, 閆春輝 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車研究所