專利名稱：一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)車控制裝置及其方法，尤其是涉及一種應(yīng)用于新型內(nèi)燃機(jī)車的相控勵(lì)磁控制裝置及其方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)的交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車勵(lì)磁控制方式主要是二級(jí)無(wú)刷勵(lì)磁方式，無(wú)刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)主要由主發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流模塊、交流勵(lì)磁機(jī)三部分組成。微機(jī)控制交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，交流勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流模塊整流后送給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，主發(fā)電機(jī)的輸出功率根據(jù)系統(tǒng)需求來(lái)控制微機(jī)的PWM輸出。該勵(lì)磁方式存在的主要缺點(diǎn) 是控制速度慢，由于勵(lì)磁需經(jīng)過(guò)二級(jí)方式，具有控制滯后性，因此導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易出現(xiàn)欠勵(lì)或過(guò)勵(lì)現(xiàn)象，高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化時(shí)中間電壓波動(dòng)大，微機(jī)軟件編制也比較困難，需要運(yùn)行智能控制方式以及反復(fù)調(diào)節(jié)PID (Proportional Integral Derivative,比例微分積分)參數(shù)才能達(dá)到控制要求。如附圖I所示，長(zhǎng)期以來(lái)內(nèi)燃機(jī)車上主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁輸出控制都是采用二級(jí)勵(lì)磁方式。現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置包括整流器13、柴油機(jī)組14、微機(jī)勵(lì)磁裝置15，以及由勵(lì)磁發(fā)電機(jī)、主發(fā)電機(jī)和整流裝置組成的電機(jī)系統(tǒng)10。首先由微機(jī)PWM斬波控制勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出電壓再給牽引發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁，微機(jī)采集主發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流，通過(guò)計(jì)算再控制主發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置及其方法，該裝置及其方法克服了目前內(nèi)燃機(jī)車勵(lì)磁控制方式導(dǎo)致控制速度慢，軟件現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?yán)щy的技術(shù)缺陷，通過(guò)采用一級(jí)勵(lì)磁方式，簡(jiǎn)化控制環(huán)節(jié)，提高了控制效果。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，包括相控控制板、相控驅(qū)動(dòng)板、MVB子板和三相整流橋。相控勵(lì)磁控制裝置與輔助發(fā)電機(jī)的輸出端相連，再控制主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。MVB子板將機(jī)車上的信號(hào)傳輸至相控控制板，并將相控勵(lì)磁控制裝置的反饋信號(hào)回送給機(jī)車上的控制設(shè)備。相控驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)輸出至三相整流橋的移相觸發(fā)脈沖信號(hào)。相控控制板接收來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板的三相整流橋三相交流電壓電流輸入信號(hào)，該三相交流電壓電流輸入信號(hào)經(jīng)電壓衰減和信號(hào)差分處理產(chǎn)生同步信號(hào)基準(zhǔn)，由相控控制板根據(jù)同步信號(hào)基準(zhǔn)和主發(fā)電機(jī)的電壓反饋值生成移相觸發(fā)脈沖信號(hào)，移相觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行脈沖放大觸發(fā)三相整流橋的晶閘管，通過(guò)控制移相觸發(fā)脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相整流橋輸出電壓的控制，從而調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，相控控制板包括處理器最小系統(tǒng)、信號(hào)采集處理電路、邏輯處理電路、電源電路和通訊接口電路。信號(hào)采集處理電路采集來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板的三相整流橋三相交流電流電壓輸入信號(hào)，并輸出至處理器最小系統(tǒng)。處理器最小系統(tǒng)根據(jù)三相交流電流電壓輸入信號(hào)和主發(fā)電機(jī)的電壓反饋值進(jìn)行計(jì)算得到觸發(fā)控制角命令，并將觸發(fā)控制角命令輸出至邏輯處理電路。邏輯處理電路根據(jù)觸發(fā)控制角命令形成三相PWM控制脈沖信號(hào)，并通過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板的脈沖觸發(fā)放大電路輸出至三相整流橋。電源電路和通訊接口電路均與處理器最小系統(tǒng)相連。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，相控控制板的處理器最小系統(tǒng)采集來(lái)自輔助發(fā)電機(jī)的電壓反饋信號(hào)，以及來(lái)自三相整流橋的散熱器溫度信號(hào)和傳感器信號(hào)，通過(guò)計(jì)算和控制實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)判斷和限制保護(hù)功能。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，相控控制板的處理器最小系統(tǒng)采用基于DSP的處理器；相控控制板的邏輯處理電路基于CPLD。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，相控驅(qū)動(dòng)板包括驅(qū)動(dòng)MOS (場(chǎng)效應(yīng))管芯片、脈沖變壓器、限流電阻、輸出二極管和阻容吸收電路。相控控制板的邏輯處理電路產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)MOS管驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)脈沖變壓器原邊進(jìn)行·驅(qū)動(dòng)，將脈沖觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行電壓放大。脈沖觸發(fā)信號(hào)通過(guò)脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)高壓電路和低壓控制電路之間的隔離，脈沖觸發(fā)信號(hào)再經(jīng)過(guò)脈沖變壓器的輸出繞組、限流電阻，輸出二極管和阻容吸收電路進(jìn)入三相整流橋的晶閘管觸發(fā)接點(diǎn)。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，MVB子板包括總線控制器、收發(fā)器A、收發(fā)器B、第一連接器和第二連接器。總線控制器分別與收發(fā)器A和收發(fā)器B相連，收發(fā)器A與第一連接器相連，收發(fā)器B與第二連接器相連，第一連接器與第一線纜相連，第二連接器與第二線纜相連，實(shí)現(xiàn)線路A和線路B兩路信號(hào)的數(shù)據(jù)冗余。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，機(jī)車上的蓄電池輸入電壓輸出至所述電源電路的輸入濾波電路進(jìn)行濾波后輸出至正激變換電路；經(jīng)過(guò)正激變換電路變換后得到的24V和-17V直流電壓，-17V直流電壓經(jīng)過(guò)-15V電壓調(diào)節(jié)器輸出-15V電壓信號(hào)；24V直流電壓經(jīng)過(guò)24V轉(zhuǎn)5V電壓調(diào)節(jié)器輸出5V電壓信號(hào)，并經(jīng)過(guò)24V轉(zhuǎn)15V電壓調(diào)節(jié)器輸出15V電壓信號(hào)；輔助供電電路為正激變換電路正常工作進(jìn)行供電；輸入電壓檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)輸入電壓情況，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)、欠電壓時(shí)，關(guān)斷正激變換電路，待輸入正常后，恢復(fù)電路工作；輸出電壓反饋與過(guò)電壓檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)輸出電壓的變化，通過(guò)控制、驅(qū)動(dòng)電路增大或減小開關(guān)管的占空比來(lái)保持輸出電壓的穩(wěn)定；24V電路轉(zhuǎn)5V電壓調(diào)節(jié)器和24V電路轉(zhuǎn)15V電壓調(diào)節(jié)器為相控驅(qū)動(dòng)板的脈沖變壓器提供驅(qū)動(dòng)電源，+15V和-15V電壓信號(hào)供給外部傳感器和相控控制板；輸出5V電壓信號(hào)再分別經(jīng)過(guò)5V轉(zhuǎn)3. 3V電壓調(diào)節(jié)器和5V轉(zhuǎn)I. 9V電壓調(diào)節(jié)器輸出3. 3V和I. 9V電壓信號(hào)供電給相控控制板。本發(fā)明還另外具體提供了一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法包括以下步驟
相控控制板接收來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板的三相整流橋三相交流電壓電流輸入信號(hào)，通過(guò)三相電壓輸入信號(hào)的頻率，計(jì)算出輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后通過(guò)查找主發(fā)電機(jī)控制特性曲線得出主發(fā)電機(jī)的控制輸出電壓目標(biāo)值，與實(shí)際反饋的電壓進(jìn)行比較，然后計(jì)算得出相控勵(lì)磁控制裝置的脈沖觸發(fā)角〃，并產(chǎn)生
移相觸發(fā)脈沖，經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行脈沖放大觸發(fā)三相整流橋中的晶閘管，通過(guò)控制脈沖觸發(fā)角的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)三相整流橋輸出電壓的控制，從而調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，控制主發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn),相控控制板的處理器最小系統(tǒng)根據(jù)三相交流電流電壓輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并將觸發(fā)控制角命令輸出至邏輯處理電路。相控控制板的邏輯處理電路根據(jù)觸發(fā)控制角命令形成三相PWM控制脈沖信號(hào)，并通過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板的脈沖觸發(fā)放大電路輸出至三相整流橋。作為本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，
當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)啟機(jī)時(shí)，主發(fā)電機(jī)不工作；
當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速到nl時(shí)，主發(fā)電機(jī)輸出電壓的目標(biāo)值控制在·^,確保主發(fā)電機(jī)輸出后的系統(tǒng)正常工作的最低電壓值；
當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高到b2時(shí),輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由ιι2增大至《3時(shí)，主發(fā)電機(jī)的輸出電壓目標(biāo)值成正比例增大；
當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到ι 時(shí)，已控制主發(fā)電機(jī)的輸出電壓為最高值，輔助發(fā)電機(jī)增·大到最高轉(zhuǎn)速|(zhì)*4，此時(shí)保持主發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變；
當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超速時(shí)，控制主發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行保護(hù)，輔助發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降至O。通過(guò)實(shí)施上述本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置及其方法的技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果
(1)本發(fā)明不僅能夠滿足內(nèi)燃機(jī)車勵(lì)磁控制功能要求，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理、體積較少，安裝方便、易于拆裝；
(2)本發(fā)明模塊化的設(shè)計(jì)思路使功能模塊化和集成化，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定，使機(jī)車維護(hù)和檢修簡(jiǎn)單方便。(3)本發(fā)明相控勵(lì)磁控制裝置的控制效果好、網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定可靠、調(diào)試方便、通用性強(qiáng)，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了數(shù)據(jù)采集的速度、精度，提高了勵(lì)磁控制裝置響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖2是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖3是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)組成框 圖4是是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法一種具體實(shí)施方式
的控制結(jié)構(gòu)框 圖5是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法一種具體實(shí)施方式
的控制曲線 圖6是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
三相整流橋的電路原理
圖7是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
相控控制板電源電路的電路結(jié)構(gòu)框 圖8是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
相控控制板的電路原理框 圖9是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
MVB子板的連接結(jié)構(gòu)示意
圖10是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
相控驅(qū)動(dòng)板的結(jié)構(gòu)原理框 圖11是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
三相整流橋的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 圖12是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
三相整流橋輸出至主發(fā)電機(jī)的三相交流電壓波形 圖13是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
主發(fā)電機(jī)輸出電壓波形
圖14是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
三相整流橋移相觸發(fā)脈沖的波形圖I ;
圖15是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
三相整流橋移相觸發(fā)脈沖的波形圖2 ；
圖16是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置一種具體實(shí)施方式
同步信號(hào)產(chǎn)生部分的電路原理 圖中I-相控控制板，2-相控驅(qū)動(dòng)板，3-MVB子板，4-三相整流橋，5-三相電壓衰減電路，10-電機(jī)系統(tǒng)，11-輔助發(fā)電機(jī)，12-主發(fā)電機(jī)，13-整流器，14-柴油機(jī)組，15-微機(jī)勵(lì)磁裝置，101-處理器最小系統(tǒng)，102-信號(hào)采集處理電路，103-邏輯處理電路，104-電源電路，105-通訊接口電路，21-驅(qū)動(dòng)MOS管芯片，22-脈沖變壓器，23-限流電阻，24-輸出二極管，25-阻容吸收電路，31-總線控制器，321-收發(fā)器A，322-收發(fā)器B，331-第一連接器，332-第二連接器。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如附圖2至附圖15所示，給出了本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置及其方法的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖2所示的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置的具體實(shí)施方式
，包括相控控制板I、相控驅(qū)動(dòng)板2、MVB子板3和三相整流橋4。相控勵(lì)磁控制裝置與輔助發(fā)電機(jī)11的輸出端相連，再控制主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁電流。MVB子板3將機(jī)車上的信號(hào)傳輸至相控控制板1，并將相控勵(lì)磁控制裝置的反饋信號(hào)回送給機(jī)車上的控制設(shè)備。相控驅(qū)動(dòng)板2驅(qū)動(dòng)輸出至三相整流橋4的移相觸發(fā)脈沖信號(hào)，即移相觸發(fā)角信號(hào)。相控控制板I接收來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板2的三相整流橋4三相交流電壓電流輸入信號(hào)，該三相交流電壓電流輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)如附圖16所示的同步信號(hào)產(chǎn)生部分進(jìn)行電壓衰減和信號(hào)差分處理產(chǎn)生同步信號(hào)基準(zhǔn)，再由相控控制板I的處理器最小系統(tǒng)101的DSP芯片根據(jù)同步信號(hào)基準(zhǔn)和主發(fā)電機(jī)12的電壓反饋值生成移相觸發(fā)脈沖信號(hào)，該移相觸發(fā)脈沖信號(hào)與同步信號(hào)的角度以同步信號(hào)基準(zhǔn)為變量，即移相觸發(fā)角。如附圖16所示的內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置的同步信號(hào)產(chǎn)生部分包括三相電壓衰減電路5和信號(hào)采集處理電路102。產(chǎn)生的移相觸發(fā)脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板2進(jìn)行脈沖放大觸發(fā)三相整流橋4的晶閘管，通過(guò)控制移相觸發(fā)角的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)三相整流橋4輸出電壓的控制，從而調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁電流。本發(fā)明相控勵(lì)磁控制裝置安裝在內(nèi)燃機(jī)車上，將輔助發(fā)電機(jī)11的輸出電壓轉(zhuǎn)換為直流電流，直接控制主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁，從而實(shí)現(xiàn)一級(jí)勵(lì)磁控制，使控制速度快，控制效果好，軟件編制也變得容易。具有很高的性價(jià)比，適合于在內(nèi)燃機(jī)車市場(chǎng)推廣。輔助發(fā)電機(jī)11和主發(fā)電機(jī)12可以進(jìn)一步集成為主輔一體化發(fā)電機(jī)，滿足內(nèi)燃機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)11和主發(fā)電機(jī)12功率的需要。一級(jí)勵(lì)磁方式控制較為簡(jiǎn)單，只要從輔助發(fā)電機(jī)11的輸出中直接接入勵(lì)磁控制器，再控制主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁電流，從而實(shí)現(xiàn)一級(jí)勵(lì)磁。本發(fā)明將作為輔助發(fā)電機(jī)11的柴油機(jī)的交流輸出經(jīng) 過(guò)相控勵(lì)磁裝置轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏?，直接輸出給作為主發(fā)電機(jī)12的牽引發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，使得控制方式簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修簡(jiǎn)單和可靠。同步信號(hào)產(chǎn)生部分由相控驅(qū)動(dòng)板2上的三相電壓衰減電路5和相控控制板I上的信號(hào)采集處理電路102組成。三相整流橋4的輸入電壓經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板2上的三相電壓衰減電路5和相控控制板I上的信號(hào)采集處理電路102，信號(hào)采集處理電路102將三相輸入電壓的每相電壓均轉(zhuǎn)換成互差120°的同步方波信號(hào)，方波信號(hào)的電平跳變信號(hào)即為同步信號(hào)的基準(zhǔn)。DSP芯片通過(guò)對(duì)同步信號(hào)基準(zhǔn)進(jìn)行相序識(shí)別，根據(jù)主發(fā)電機(jī)12的電壓反饋值計(jì)算需要的觸發(fā)角度，產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)脈沖移相角信號(hào)。這種方式對(duì)三相輸入電源的相序無(wú)要求，簡(jiǎn)化了三相整流橋4的安裝調(diào)試過(guò)程，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。如附圖3和附圖8所示，相控控制板I進(jìn)一步包括處理器最小系統(tǒng)101、信號(hào)采集處理電路102、邏輯處理電路103、電源電路104和通訊接口電路105。相控控制板I還可以進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器、硬件watchdog (看門狗)電路，以及RS232程序下載電路和總線接口電路。信號(hào)采集處理電路102采集來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板2的三相整流橋4三相交流電流電壓輸入信號(hào)，并輸出至處理器最小系統(tǒng)101。處理器最小系統(tǒng)101根據(jù)三相交流電流電壓輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并將觸發(fā)控制角命令輸出至邏輯處理電路103。同時(shí)，相控控制板I的處理器最小系統(tǒng)101還將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入的操作和狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)、限制保護(hù)和檢測(cè)判斷故障功能。當(dāng)三相電壓信號(hào)采集后，提取同步信號(hào)進(jìn)入TMS320F28335，利用DSP芯片的定時(shí)器產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)相控驅(qū)動(dòng)板2觸發(fā)三相整流橋4的晶閘管，達(dá)到通過(guò)控制三相整流橋4輸出電壓的目的。同時(shí)，邏輯處理電路103根據(jù)觸發(fā)控制角命令形成三相PWM控制脈沖信號(hào)，并通過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板2的脈沖觸發(fā)放大電路輸出至三相整流橋4。電源電路104和通訊接口電路105均與處理器最小系統(tǒng)101相連。相控控制板I的處理器最小系統(tǒng)101采集來(lái)自輔助發(fā)電機(jī)11的電壓反饋信號(hào)，以及來(lái)自三相整流橋4的散熱器溫度信號(hào)和傳感器信號(hào)，通過(guò)計(jì)算和控制實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)判斷和限制保護(hù)功能。三相整流橋4的晶閘管和散熱器采用一體化設(shè)計(jì)方式。6個(gè)晶閘管模塊直接安裝在散熱器上，然后散熱器又通過(guò)絕緣板固定到柜體中，使散熱器能在風(fēng)道中散熱。相控控制板I的處理器最小系統(tǒng)101采用基于DSP的處理器，相控控制板I的邏輯處理電路13基于CPLD(Complex Programmable Logic Device,復(fù)雜可編程邏輯器件)。其中,相控控制板I采用DSP和CPLD等器件作為控制芯片，相控驅(qū)動(dòng)板2采用脈沖變壓器22作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)采集輔助發(fā)電機(jī)11的輸出電壓，作為主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁輸入，同時(shí)也作為控制用的同步信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三相整流橋4的脈沖角，通過(guò)控制脈沖角的大小來(lái)調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁電流。處理器最小系統(tǒng)101采用基于TI公司的32位的DSP芯片TMS320F28335作為處理器，邏輯處理電路103采用基于Altera公司的新型FPGA構(gòu)造的MAXII系列的MAX1270CPLD芯片。處理器最小系統(tǒng)101和邏輯處理電路103是整個(gè)勵(lì)磁控制裝置的核心處理單元，主要完成模擬量信號(hào)調(diào)理、開出處理、信號(hào)采集以及控制算法等功能。DSP芯片采用DSP23885芯片作為處理器，控制快速，交流采樣和直流采樣可以同時(shí)進(jìn)行，有利于數(shù)據(jù)冗余和故障自診斷分析，實(shí)現(xiàn)完善的保護(hù)功能。同時(shí)，DSP芯片的片上資源豐富，具有256KX 16的 Flash 存儲(chǔ)器，34KX 16 的 SARAM 存儲(chǔ)器，IKX 16 OTPROM 和 8KX 16 的 Boot ROM。其中Flash, 0TPR0M，16KX16的SARAM均受密碼保護(hù)。鐵電存儲(chǔ)器將一些關(guān)鍵參數(shù)和故障記錄存儲(chǔ)起來(lái)。CPLD芯片MAX1270，內(nèi)部資源豐富，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)包括測(cè)頻、產(chǎn)生三相PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)和邏輯控制等功能。脈沖形成、測(cè)頻與相位檢測(cè)、邏輯編碼、開入、開出等功能集成在CPLD中，簡(jiǎn)化了外圍接口電路，提高了裝置整體的可靠性。DSP除了運(yùn)算外僅僅是將控制命令以及相關(guān)信息給CPLD，這樣既發(fā)揮DSP與CPLD本身的優(yōu)勢(shì)外還大大的節(jié)省了 DSP的運(yùn)算時(shí)間，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在最重要的脈沖觸發(fā)環(huán)節(jié)，DSP與CPLD是相互獨(dú)立的，DSP僅僅是將觸發(fā)控制角送給CPLD，控制由CPLD完成，當(dāng)DSP受到干擾復(fù)位時(shí)，CPLD依然能正常工作，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。DSP 芯片 TMS320F28335 通過(guò) MVB (Multifunction Vehicle Bus，列車通信網(wǎng)TCN的一部分，TCN網(wǎng)絡(luò)由多功能車輛總線MVB+絞線式列車總線WTB構(gòu)成控制器局域網(wǎng)絡(luò))和其他控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過(guò)RS232接口可以實(shí)時(shí)調(diào)試程序和下載程序。同時(shí)采用TPS3305-33D作為監(jiān)控復(fù)位芯片。三相整流橋4進(jìn)一步采用三相全控橋式整流電路。如附圖11至15所示，附圖11為三相全控型整流橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，附圖12為主發(fā)電機(jī)12的勵(lì)磁繞組三相輸出波形圖，附圖13為主發(fā)電機(jī)12的輸出電壓巧波形圖，附圖14和15為三相整流橋4的晶閘管對(duì)應(yīng)觸
發(fā)脈沖波形圖。當(dāng)改變不同的觸發(fā)角時(shí)，可以改變不同的輸出電壓值，從而改變電流大小來(lái)控制主發(fā)電機(jī)12的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)控制要求。輔助發(fā)電機(jī)11發(fā)出的三相交流電，經(jīng)過(guò)6個(gè)晶閘管輸出可控直流電壓和電流。相控驅(qū)動(dòng)板2根據(jù)電流電壓反饋信號(hào)來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角α (自然換相點(diǎn)到施加觸發(fā)脈沖之間的電角度)。如附圖13所示為觸發(fā)角為<1=0°時(shí)的主發(fā)電機(jī)12勵(lì)磁輸出電壓，該電壓值為ITi =135· 。如下表I所示為晶閘管觸發(fā)環(huán)
流順序脈沖列表。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于，包括相控控制板(I)、相控驅(qū)動(dòng)板(2)、MVB子板(3)和三相整流橋(4)，相控勵(lì)磁控制裝置與輔助發(fā)電機(jī)(11)的輸出端相連，再控制主發(fā)電機(jī)(12)的勵(lì)磁電流；所述MVB子板(3)將機(jī)車上的信號(hào)傳輸至相控控制板(1)，并將相控勵(lì)磁控制裝置的反饋信號(hào)回送給機(jī)車上的控制設(shè)備；所述相控驅(qū)動(dòng)板(2)驅(qū)動(dòng)輸出至三相整流橋(4)的移相觸發(fā)脈沖信號(hào)；所述相控控制板(I)接收來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板(2)的三相整流橋(4)三相交流電壓電流輸入信號(hào)，所述三相交流電壓電流輸入信號(hào)經(jīng)電壓衰減和信號(hào)差分處理產(chǎn)生同步信號(hào)基準(zhǔn)，相控控制板(I)根據(jù)同步信號(hào)基準(zhǔn)和主發(fā)電機(jī)(12)的電壓反饋值生成移相觸發(fā)脈沖信號(hào)，移相觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板(2)進(jìn)行脈沖放大觸發(fā)三相整流橋(4)的晶閘管，通過(guò)控制移相觸發(fā)脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相整流橋(4)輸出電壓的控制，從而調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)(12)的勵(lì)磁電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于所述相控控制板(I)包括處理器最小系統(tǒng)(101)、信號(hào)采集處理電路(102)、邏輯處理電路(103)、電源電路(104)和通訊接口電路(105);所述信號(hào)采集處理電路(102)采集來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板(2)的三相整流橋(4)三相交流電流電壓輸入信號(hào)，并輸出至處理器最小系統(tǒng)(101);所述處理器最小系統(tǒng)(101)根據(jù)三相交流電流電壓輸入信號(hào)和主發(fā)電機(jī)(12)的電壓反饋值進(jìn)行計(jì)算得到觸發(fā)控制角命令，并將觸發(fā)控制角命令輸出至邏輯處理電路(103);所述邏輯處理電路(103)根據(jù)觸發(fā)控制角命令形成三相PWM控制脈沖信號(hào)，并通過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板(2)的脈沖觸發(fā)放大電路輸出至三相整流橋(4);所述電源電路(104)和通訊接口電路(105)均與處理器最小系統(tǒng)(101)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于所述相控控制板(I)的處理器最小系統(tǒng)(101)采集來(lái)自輔助發(fā)電機(jī)(11)的電壓反饋信號(hào)，以及來(lái)自三相整流橋(4)的散熱器溫度信號(hào)和傳感器信號(hào)，通過(guò)計(jì)算和控制實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)判斷和限制保護(hù)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于所述相控控制板(I)的處理器最小系統(tǒng)(101)采用基于DSP的處理器；所述相控控制板(I)的邏輯處理電路(13)基于CPLD。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4中任一權(quán)利要求所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于所述相控驅(qū)動(dòng)板(2)包括驅(qū)動(dòng)MOS管芯片(21)、脈沖變壓器(22)、限流電阻(23)、輸出二極管(24)和阻容吸收電路(25)，所述相控控制板(I)的邏輯處理電路(13)產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)MOS管驅(qū)動(dòng)芯片(21)對(duì)脈沖變壓器(22)原邊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將脈沖觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行電壓放大，脈沖觸發(fā)信號(hào)通過(guò)脈沖變壓器(22 )實(shí)現(xiàn)高壓電路和低壓控制電路之間的隔離，脈沖觸發(fā)信號(hào)再經(jīng)過(guò)脈沖變壓器(22)的輸出繞組、限流電阻(23)，輸出二極管(24)和阻容吸收電路(25 )進(jìn)入三相整流橋(4 )的晶閘管觸發(fā)接點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于所述MVB子板(3)包括總線控制器(31)、收發(fā)器A (321)、收發(fā)器B (322)、第一連接器(331)和第二連接器(332);所述總線控制器(31)分別與收發(fā)器A (321)和收發(fā)器B (322)相連，所述收發(fā)器A (321)與第一連接器(331)相連，所述收發(fā)器B (322)與第二連接器(332)相連，所述第一連接器(331)與第一線纜(341)相連，所述第二連接器(332)與第二線纜(342)相連，實(shí)現(xiàn)線路A和線路B兩路信號(hào)的數(shù)據(jù)冗余。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、4、6中任一權(quán)利要求所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置，其特征在于機(jī)車上的蓄電池輸入電壓輸出至所述電源電路(104)的輸入濾波電路進(jìn)行濾波后輸出至正激變換電路；經(jīng)過(guò)正激變換電路變換后得到的24V和-17V直流電壓，-17V直流電壓經(jīng)過(guò)-15V電壓調(diào)節(jié)器輸出-15V電壓信號(hào)；24V直流電壓經(jīng)過(guò)24V轉(zhuǎn)5V電壓調(diào)節(jié)器輸出5V電壓信號(hào)，并經(jīng)過(guò)24V轉(zhuǎn)15V電壓調(diào)節(jié)器輸出15V電壓信號(hào)；輔助供電電路為正激變換電路進(jìn)行供電；輸入電壓檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)輸入電壓情況，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)、欠電壓時(shí)，關(guān)斷正激變換電路，待輸入正常后，恢復(fù)電路工作；輸出電壓反饋與過(guò)電壓檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)輸出電壓的變化，通過(guò)控制、驅(qū)動(dòng)電路增大或減小開關(guān)管的占空比來(lái)保持輸出電壓的穩(wěn)定；24V電路轉(zhuǎn)5V電壓調(diào)節(jié)器和24V電路轉(zhuǎn)15V電壓調(diào)節(jié)器為相控驅(qū)動(dòng)板(2)的脈沖變壓器(22)提供驅(qū)動(dòng)電源，+15V和-15V電壓信號(hào)供給外部傳感器和相控控制板(I);輸出5V電壓信號(hào)再分別經(jīng)過(guò)5V轉(zhuǎn)3. 3V電壓調(diào)節(jié)器和5V轉(zhuǎn)I. 9V電壓調(diào)節(jié)器輸出3. 3V和I. 9V電壓信號(hào)供電給相控控制板(I)。
8.一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法，其特征在于，包括以下步驟 相控控制板(I)接收來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板(2)的三相整流橋(4)三相交流電壓電流輸入信號(hào)，通過(guò)三相電壓輸入信號(hào)的頻率，計(jì)算出輔助發(fā)電機(jī)(101)的轉(zhuǎn)速，然后通過(guò)查找主發(fā)電機(jī)(102)控制特性曲線得出主發(fā)電機(jī)(102)的控制輸出電壓目標(biāo)值，與實(shí)際反饋的電壓進(jìn)行比較，然后計(jì)算得出相控勵(lì)磁控制裝置的脈沖觸發(fā)角并產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖信號(hào),經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板(2)進(jìn)行脈沖放大觸發(fā)三相整流橋(4)中的晶閘管，通過(guò)控制脈沖觸發(fā)角的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)三相整流橋(4)輸出電壓的控制，從而調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)(102)的勵(lì)磁電流，控制主發(fā)電機(jī)(102)的輸出電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法，其特征在于所述相控控制板(I)的處理器最小系統(tǒng)(101)根據(jù)三相交流電流電壓輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并將觸發(fā)控制角命令輸出至邏輯處理電路(103);相控控制板(I)的邏輯處理電路(103)根據(jù)觸發(fā)控制角命令形成三相PWM控制脈沖信號(hào)，并通過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板(2)的脈沖觸發(fā)放大電路輸出至三相整流橋(4)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制方法,其特征在于 當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)(11)啟機(jī)時(shí)，主發(fā)電機(jī)(12)不工作； 當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速到《I時(shí)，主發(fā)電機(jī)(12)輸出電壓的目標(biāo)值控制在IZdl，確保主發(fā)電機(jī)(12)輸出后的系統(tǒng)正常工作的最低電壓值； 當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速升高到》2時(shí)，輔助發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速由h2增大至?xí)r，主發(fā)電機(jī)(12)的輸出電壓目標(biāo)值成正比例增大； 當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速達(dá)到ι 時(shí)，已控制主發(fā)電機(jī)(12)的輸出電壓為最高值，輔助發(fā)電機(jī)(11)增大到最高轉(zhuǎn)速β4，此時(shí)保持主發(fā)電機(jī)(12 )的輸出電壓不變； 當(dāng)輔助發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速超速時(shí)，封鎖勵(lì)磁，控制主發(fā)電機(jī)(12)的輸出電壓下降至O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃機(jī)車相控勵(lì)磁控制裝置及其方法，相控勵(lì)磁控制裝置與輔助發(fā)電機(jī)的輸出端相連，再控制主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。MVB子板將機(jī)車上的信號(hào)傳輸至相控控制板，并將相控勵(lì)磁控制裝置的反饋信號(hào)回送給機(jī)車上的控制設(shè)備。相控驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)輸出至三相整流橋的脈沖角信號(hào)。相控控制板接收來(lái)自相控驅(qū)動(dòng)板的三相整流橋三相交流電壓電流輸入信號(hào)，產(chǎn)生同步信號(hào)基準(zhǔn)，并生成移相觸發(fā)脈沖，經(jīng)過(guò)相控驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行脈沖放大觸發(fā)三相整流橋中的晶閘管，通過(guò)控制脈沖角的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)三相整流橋輸出電壓的控制，從而調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)控制速度慢，軟件現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?yán)щy的技術(shù)缺陷，通過(guò)采用一級(jí)勵(lì)磁方式，簡(jiǎn)化控制環(huán)節(jié)，提高了控制效果。
文檔編號(hào)H02P9/30GK102916640SQ20121044826
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者劉松柏, 肖健, 李小平, 姚曉陽(yáng), 康國(guó)良, 劉智聰, 肖武軍, 何良, 趙軍偉, 黃如全, 林建平, 楊棟新, 楊慶 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司