本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，具體為交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)超寬頻勵(lì)磁裝置。

背景技術(shù)：

大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)對(duì)于鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展及其重要，隨著交流電傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和普及，交流電傳動(dòng)技術(shù)已在新型內(nèi)燃機(jī)車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，內(nèi)燃機(jī)車(chē)的關(guān)鍵系統(tǒng)控制技術(shù)目前仍掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家公司，因此進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)車(chē)交流傳動(dòng)系統(tǒng)的研究，對(duì)于提升鐵路裝備制造水平具有重要意義。

內(nèi)燃機(jī)車(chē)的能量來(lái)源于柴油機(jī)，并通過(guò)主輔發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，驅(qū)動(dòng)牽引逆變器和牽引電機(jī)。其中，內(nèi)燃機(jī)車(chē)主輔發(fā)電機(jī)的外特性直接影響到機(jī)車(chē)的牽引性能。而外特性的精準(zhǔn)控制由勵(lì)磁控制裝置完成。

常用的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流方式通常有兩種：

全控橋整流方式：這種方式通常的應(yīng)用對(duì)象是工頻發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁，頻率范圍是50-60hz范圍。

整流+斬波方式：這種方式通常的應(yīng)用對(duì)象是電壓和頻率都可調(diào)的發(fā)電機(jī)組，頻率范圍通常是10-70hz。

對(duì)于干線內(nèi)燃機(jī)車(chē)的牽引發(fā)電機(jī)組，由于負(fù)載特性的需要，通常發(fā)電機(jī)輸出頻率范圍是20-133.3赫茲（hz）,以適應(yīng)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性要求。

相對(duì)于工頻勵(lì)磁控制技術(shù)，通常我們把輸出頻率大于100hz的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制稱(chēng)為超寬頻勵(lì)磁控制。

通常，50-60赫茲及以下的全控整流勵(lì)磁控制裝置采用硬件測(cè)頻設(shè)備同步采樣電路（也稱(chēng)為跟蹤采樣），即為了使采樣頻率fs始終與系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的頻率f1保持固定的比例關(guān)系n=fs/f1，采樣頻率隨系統(tǒng)運(yùn)行的頻率的變化而實(shí)時(shí)地調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全控整流電路的實(shí)時(shí)開(kāi)放角的精準(zhǔn)控制，從而控制輸出電壓或電流的大小。

而對(duì)于輸出頻率大于100hz甚至到150hz的發(fā)電機(jī)的全控整流勵(lì)磁控制，則由于在高頻階段，由于全控橋勵(lì)磁控制電路的影響，發(fā)電機(jī)輸出波形電壓產(chǎn)生畸變，電壓和頻率采樣易產(chǎn)生誤差，僅通過(guò)采樣硬件電路或軟件計(jì)算采樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，較大的采樣誤差會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的漂移和系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決超寬頻勵(lì)磁控制僅通過(guò)采樣硬件電路或軟件計(jì)算采樣，電壓和頻率采樣誤差大的問(wèn)題，提供一種交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)超寬頻勵(lì)磁裝置。該超寬頻勵(lì)磁裝置通過(guò)硬件測(cè)頻設(shè)備加軟件計(jì)算的方法來(lái)配合進(jìn)行同步檢測(cè)，保證pmw控制和勵(lì)磁電源的實(shí)時(shí)同步性，實(shí)現(xiàn)對(duì)全控橋勵(lì)磁裝置的精準(zhǔn)控制。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)超寬頻勵(lì)磁裝置，包括由晶閘管scr1~scr6組成的三相全控整流橋主電路和控制電路，所述控制電路包括采樣板、同步板和控制板；

采樣板包括直流輸出電壓傳感器和dc/ac轉(zhuǎn)換模塊，直流輸出電壓傳感器采集發(fā)電機(jī)輸出電壓并經(jīng)dc/ac轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成交流，送入后續(xù)的同步板。選用直流輸出電壓傳感器可有效避免因發(fā)電機(jī)輸出波形電壓畸變而造成的采樣電壓誤差大的問(wèn)題，即直流輸出電壓傳感器的直流輸出采樣電壓不受發(fā)電機(jī)輸出波形電壓畸變的影響。

采樣板送入的三相交流電源u、v、w進(jìn)入同步板后，經(jīng)過(guò)互感器變換、隔離轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過(guò)零比較器變?yōu)槿嗤饺蹼娊涣麟妷篴t、bt、ct180⁰方波（15v）信號(hào)，為控制板提供同步信號(hào)；

控制板以cpld器件epm1270t144c5n為核心，接收機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)的pwm給定信號(hào)，調(diào)節(jié)電壓、電流輸出值后送入cpld器件；接收同步板提供的同步信號(hào)并送入cpld器件；cpld器件在相應(yīng)軟件支持下，對(duì)同步板提供的同步信號(hào)進(jìn)行頻率檢測(cè)，并經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換芯片ad7541轉(zhuǎn)換為dc信號(hào)；將pwm給定信號(hào)經(jīng)ad536芯片變?yōu)檎嬗行е礵c信號(hào)作為a/d轉(zhuǎn)換芯片ad7541的參考電壓，依據(jù)同步板提供的同步信號(hào)的頻率將經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換芯片ad7541轉(zhuǎn)換后的dc信號(hào)形成數(shù)字鋸齒波，數(shù)字鋸齒波再與pwm給定信號(hào)比較形成同步的觸發(fā)脈沖，用于控制三相全控整流橋主電路中的晶閘管scr1~scr6。

本發(fā)明通過(guò)硬件測(cè)頻設(shè)備加軟件計(jì)算的方法來(lái)配合進(jìn)行同步檢測(cè)，克服了高頻下采樣誤差大的問(wèn)題，保證了pmw控制和勵(lì)磁電源的實(shí)時(shí)同步性，實(shí)現(xiàn)了交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)在高頻輸出下的精準(zhǔn)超寬頻勵(lì)磁控制。本發(fā)明尤其適用于干線內(nèi)燃機(jī)車(chē)的牽引發(fā)電機(jī)組。

附圖說(shuō)明

圖1為三相全控整流橋主電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為同步板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為控制板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)超寬頻勵(lì)磁裝置，包括由晶閘管scr1~scr6組成的三相全控整流橋主電路和控制電路，所述控制電路包括采樣板、同步板和控制板；

采樣板包括直流輸出電壓傳感器和dc/ac轉(zhuǎn)換模塊，直流輸出電壓傳感器采集發(fā)電機(jī)輸出電壓并經(jīng)dc/ac轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成交流，送入后續(xù)的同步板。選用直流輸出電壓傳感器可有效避免因發(fā)電機(jī)輸出波形電壓畸變而造成的采樣電壓誤差大的問(wèn)題，即直流輸出電壓傳感器的直流輸出采樣電壓不受發(fā)電機(jī)輸出波形電壓畸變的影響。直流輸出電壓傳感器采用wbv417s01型直流輸出4-20ma電壓傳感器。

采樣板送入的三相交流電源u、v、w進(jìn)入同步板后，經(jīng)過(guò)互感器變換、隔離轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過(guò)零比較器變?yōu)槿嗤饺蹼娊涣麟妷篴t、bt、ct180⁰方波（15v）信號(hào)，為控制板提供同步信號(hào)；

控制板以cpld器件epm1270t144c5n為核心，接收機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)的pwm給定信號(hào)，調(diào)節(jié)電壓、電流輸出值后送入cpld器件；接收同步板提供的同步信號(hào)并送入cpld器件；cpld器件在相應(yīng)軟件支持下，對(duì)同步板提供的同步信號(hào)進(jìn)行頻率檢測(cè)，并經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換芯片ad7541轉(zhuǎn)換為dc信號(hào)；將pwm給定信號(hào)經(jīng)ad536芯片變?yōu)檎嬗行е礵c信號(hào)作為a/d轉(zhuǎn)換芯片ad7541的參考電壓，依據(jù)同步板提供的同步信號(hào)的頻率將經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換芯片ad7541轉(zhuǎn)換后的dc信號(hào)形成數(shù)字鋸齒波，數(shù)字鋸齒波再與pwm給定信號(hào)比較形成同步的觸發(fā)脈沖，用于控制三相全控整流橋主電路中的晶閘管scr1~scr6。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，具體為交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)超寬頻勵(lì)磁裝置。解決超寬頻勵(lì)磁控制僅通過(guò)采樣硬件電路或軟件計(jì)算采樣，電壓和頻率采樣誤差大的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)硬件測(cè)頻設(shè)備加軟件計(jì)算的方法來(lái)配合進(jìn)行同步檢測(cè)，克服了高頻下采樣誤差大的問(wèn)題，保證了PMW控制和勵(lì)磁電源的實(shí)時(shí)同步性，實(shí)現(xiàn)了交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主輔發(fā)電機(jī)在高頻輸出下的精準(zhǔn)超寬頻勵(lì)磁控制。本發(fā)明尤其適用于干線內(nèi)燃機(jī)車(chē)的牽引發(fā)電機(jī)組。

技術(shù)研發(fā)人員：李國(guó)鋒;李勇斌;武彩生;霍志新;陳建峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.20
技術(shù)公布日：2017.10.24