基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)車電傳動系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，四象限變流器將主發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流輸出到中間直流環(huán)節(jié)，四象限變流器將中間直流環(huán)節(jié)電壓逆變輸出給主發(fā)電機(jī)供啟機(jī)；四象限變流器，牽引變流器模塊中3路斬波橋臂驅(qū)動牽引電機(jī)工作2、3、6位牽引變流器模塊的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)電壓和電流輸出給動力電池充電，1、4、5位牽引變流器模塊的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)功率消耗到制動電阻上；四象限變流器動力電池與牽引變流器模塊之間設(shè)有平波電抗器、預(yù)充電電阻及接觸器。本發(fā)明不需要增加啟動轉(zhuǎn)換開關(guān)CTS及大功率接觸器等轉(zhuǎn)換設(shè)備，使用動力電池高電壓啟機(jī)更加迅速和容易。
【專利說明】
基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)車電傳動系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)啟機(jī)方式大致有電馬達(dá)啟動、空氣馬達(dá)啟動、逆變器變頻啟動三種。
[0003]電馬達(dá)啟動，即利用控制蓄電池74V或11OV直流驅(qū)動直流啟動馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過齒輪箱或大圓盤帶動柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)，直至柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)火轉(zhuǎn)速，完成柴油機(jī)的啟動。這種方式簡單易行，但機(jī)械環(huán)節(jié)較多，馬達(dá)使用壽命短，對控制蓄電池的要求較高，已不適合交流傳動機(jī)車主輔一體化的發(fā)展方向。
[0004]空氣馬達(dá)啟動，即利用壓縮空氣驅(qū)動空氣馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)，直至柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)火轉(zhuǎn)速，完成柴油機(jī)的啟動。這種方式需要壓縮空氣作為動力，當(dāng)總風(fēng)缸壓力不足時，需要先使用直流空壓機(jī)工作補(bǔ)充壓縮空氣，實(shí)時性差，機(jī)械環(huán)節(jié)較多，馬達(dá)及風(fēng)缸體積大，也不適合交流傳動機(jī)車主輔一體化的發(fā)展方向。
[0005]逆變器變頻啟動，即啟機(jī)階段利用控制蓄電池的74V或IlOV直流電壓提供勵磁，同時將控制蓄電池電壓加載到中間直流環(huán)節(jié)，通過牽引變流器模塊輸出三相交流，加載到主發(fā)電機(jī)輸出端，此時主發(fā)電機(jī)做電動機(jī)使用，牽引變流器模塊變頻調(diào)壓配合勵磁控制器，驅(qū)動主發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，直至柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)火轉(zhuǎn)速，再斷開牽引變流器模塊的控制，此時主發(fā)電機(jī)做發(fā)電機(jī)使用，這種方式省去復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，體積縮小，符合交流傳動機(jī)車主輔一體化的發(fā)展方向，但需要增加啟動轉(zhuǎn)換開關(guān)CTS及大功率接觸器等其他設(shè)備，同時利用控制蓄電池啟動電壓較低，不易啟動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動的電路。
[0007 ]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，包括主發(fā)電機(jī)、勵磁控制回路、主變流柜、動力電池、及負(fù)載設(shè)備，勵磁控制回路包含自動勵磁控制器、勵磁變壓器、及控制蓄電池，主變流柜內(nèi)包括四象限變流器、若干個牽引變流器模塊及輔助變流器模塊，負(fù)載設(shè)備包括若干個牽引電機(jī)、一組制動電阻及輔助變壓器。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括，所述主發(fā)電機(jī)連接接觸器Kl一端，Kl另一端連接四象限變流器及勵磁變壓器，勵磁變壓器連接自動勵磁控制器，自動勵磁控制器另一輸入端連接控制蓄電池，自動勵磁控制器的輸出端連接主發(fā)電機(jī)的勵磁輸入端。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括，所述四象限變流器將主發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流輸出到中間直流環(huán)節(jié)，供牽引變流器模塊及輔助變流器模塊工作，同時四象限變流器可將中間直流環(huán)節(jié)電壓逆變輸出給主發(fā)電機(jī)供啟機(jī)使用。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括，所述牽引變流器模塊中3路斬波橋臂驅(qū)動牽引電機(jī)工作，2#、3#、6#位牽弓I變流器模塊的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)電壓和電流輸出給動力電池充電，1#、4#、5#位牽引變流器模塊的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)功率消耗到制動電阻上;所述動力電池與牽引變流器模塊之間設(shè)有平波電抗器L1、預(yù)充電電阻Rl及接觸器K2、K3、K4。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，本電路實(shí)現(xiàn)的啟機(jī)方式省去復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，簡化復(fù)雜的啟機(jī)電路，不需要增加啟動轉(zhuǎn)換開關(guān)CTS及大功率接觸器等轉(zhuǎn)換設(shè)備，減少啟機(jī)配套設(shè)施，便于總體優(yōu)化空間布局，同時使用動力電池的高電壓啟機(jī)將更加迅速和容易，也符合交流傳動機(jī)車主輔一體化的發(fā)展方向。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明的電路原理圖。
[0014]圖中1、主發(fā)電機(jī)，2、勵磁控制回路，21、自動勵磁控制器，22、勵磁變壓器，23、控制蓄電池，3、主變流柜，31、四象限變流器，32、牽引變流器模塊，33、輔助變流器模塊，4、動力電池，5、負(fù)載設(shè)備，51、牽引電機(jī)，52、制動電阻，53、輔助變壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，一種基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，包括主發(fā)電機(jī)1、勵磁控制回路2、主變流柜3、動力電池4、及負(fù)載設(shè)備5，勵磁控制回路2包含自動勵磁控制器21、勵磁變壓器22、及控制蓄電池23，主變流柜3內(nèi)包括四象限變流器31、若干個牽引變流器模塊32及輔助變流器模塊33，負(fù)載設(shè)備5包括若干個牽引電機(jī)51、一組制動電阻52及輔助變壓器53。主發(fā)電機(jī)I連接接觸器Kl 一端，Kl另一端連接四象限變流器31及勵磁變壓器22，勵磁變壓器22連接自動勵磁控制器21，自動勵磁控制器21另一輸入端連接控制蓄電池23，自動勵磁控制器21的輸出端連接主發(fā)電機(jī)I的勵磁輸入端。四象限變流器31將主發(fā)電機(jī)I發(fā)出的三相交流電整流輸出到中間直流環(huán)節(jié)，供牽引變流器模塊32及輔助變流器模塊33工作，同時四象限變流器31可將中間直流環(huán)節(jié)電壓逆變輸出給主發(fā)電機(jī)I供啟機(jī)使用。
[0016]牽引變流器模塊32中3路斬波橋臂驅(qū)動牽引電機(jī)51工作，2#、3#、6#位牽引變流器模塊的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)電壓和電流輸出給動力電池充電，I#、4#、5#位牽弓I變流器模塊32的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)功率消耗到制動電阻52上;動力電池4與牽引變流器模塊32之間設(shè)有平波電抗器L1、預(yù)充電電阻Rl及接觸器Κ2、Κ3、Κ4。
[0017]主發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)輸出端相連，柴油機(jī)正常工作后，驅(qū)動主發(fā)電機(jī)輸出三相交流電壓給機(jī)車提供動力源，在本發(fā)明中，主發(fā)電機(jī)I在啟動時，作為電動機(jī)使用，反過來驅(qū)動柴油機(jī)轉(zhuǎn)動，直至柴油機(jī)到達(dá)發(fā)火轉(zhuǎn)速，完成柴油機(jī)的啟動，而后切換到發(fā)電機(jī)工況。
[0018]勵磁控制回路包含自動勵磁控制器21及勵磁變壓器22兩部分，自動勵磁控制器21具有交流輸入及直流輸入兩種供電方式，自動勵磁控制器21可以根據(jù)預(yù)設(shè)的主發(fā)電機(jī)輸出頻率電壓關(guān)系，斬波控制勵磁電流，閉環(huán)調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的輸出電壓，特別是在啟動階段，根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，合理決定勵磁大小，使得加速轉(zhuǎn)矩最佳;在啟機(jī)階段，自動勵磁控制器21使用機(jī)車蓄電池23供電；當(dāng)柴油機(jī)啟機(jī)完成后，利用勵磁變壓器22將主發(fā)電機(jī)I輸出的三相交流降壓，供自動勵磁控制器21使用。
[0019]四象限變流器替換原有機(jī)車使用的不可控整流模塊是本發(fā)明的關(guān)鍵。在啟機(jī)階段，動力電池4的高電壓輸入到中間直流環(huán)節(jié)，四象限變流器31將直流環(huán)節(jié)電壓逆變輸出給主發(fā)電機(jī)I，變頻驅(qū)動主發(fā)電機(jī)I轉(zhuǎn)動，同時與自動勵磁控制21器通訊，合理計算逆變頻率；當(dāng)柴油機(jī)啟機(jī)完成后，四象限變流器31將轉(zhuǎn)為整流工況，主發(fā)電機(jī)I發(fā)出的三相交流電，經(jīng)四象限變流器31整流，輸出給直流環(huán)節(jié)。
[0020]本發(fā)明共設(shè)有6個牽引變流器模塊32 1#、#2#、3#、4#、5#、6#、和I個輔助變流器模塊7#。6個牽引變流器模塊32用于驅(qū)動6個牽引電機(jī)工作，將中間直流環(huán)節(jié)的電壓逆變成需要的三相交流，驅(qū)動牽引電機(jī)工作；同時1#、4#、5#逆變器的第4路橋臂斬波調(diào)節(jié)電壓，輸出到制動電阻52上，消耗多余能量或快速放電；而2#、3#、6#逆變器的第4路橋臂斬波調(diào)節(jié)電壓，輸出給動力電池4的蓄電池充電。
[0021]還有一個輔助變流器模塊模塊337#，將中間直流環(huán)節(jié)的電壓逆變成需要的三相交流，驅(qū)動輔助變流器33工作。
[0022]動力電池4是混合動力機(jī)車的另一動力源，在柴油機(jī)未工作時給機(jī)車提供能源。當(dāng)工作在充電模式時，首先閉合接觸器K4與K3，牽引變流器模塊斬波輸出需求電壓值的電壓，經(jīng)平波電抗器濾波，經(jīng)預(yù)充電電阻限流，給動力電池4預(yù)充電；當(dāng)充電電流達(dá)到初始值后，閉合接觸器K2，進(jìn)行快速充電。當(dāng)工作在放電模式時，接觸器K2、K3及K4閉合，牽引變流器模塊直接開通，動力電池4的電壓直接輸出給直流環(huán)節(jié)，供負(fù)載使用。
[0023]本發(fā)明電路的控制具體方式如下:
閉合接觸器Kl，閉合接觸器Κ3與Κ4，延時閉合接觸器Κ2，使能自動勵磁控制器21工作在啟機(jī)勵磁模式，四象限變流器31工作在逆變模式，配合自動勵磁控制器21，驅(qū)動柴油機(jī)轉(zhuǎn)動；
當(dāng)柴油機(jī)啟機(jī)完成后，使能自動勵磁控制器21工作在正常工作模式，四象限變流器31工作在整流模式，完成啟機(jī)過程。
[0024]本電路實(shí)現(xiàn)的啟機(jī)方式省去復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，簡化復(fù)雜的啟機(jī)電路，不需要增加啟動轉(zhuǎn)換開關(guān)CTS及大功率接觸器等轉(zhuǎn)換設(shè)備，減少啟機(jī)配套設(shè)施，便于總體優(yōu)化空間布局，同時使用動力電池的高電壓啟機(jī)將更加迅速和容易，也符合交流傳動機(jī)車主輔一體化的發(fā)展方向。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，其特征是，包括主發(fā)電機(jī)(I)、勵磁控制回路(2)、主變流柜(3)、動力電池(4)、及負(fù)載設(shè)備(5)，所述勵磁控制回路(2)包含自動勵磁控制器(21)、勵磁變壓器(22)、及控制蓄電池(23)，所述主變流柜(3)內(nèi)包括四象限變流器(31)、若干個牽引變流器模塊(32)及輔助變流器模塊(33)，負(fù)載設(shè)備(5)包括若干個牽引電機(jī)(51)、一組制動電阻(52)及輔助變壓器(53)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，其特征是，所述主發(fā)電機(jī)(I)連接接觸器Kl 一端，Kl另一端連接四象限變流器(31)及勵磁變壓器(22)，勵磁變壓器(22)連接自動勵磁控制器(21)，自動勵磁控制器(21)另一輸入端連接控制蓄電池(23)，自動勵磁控制器(21)的輸出端連接主發(fā)電機(jī)(I)的勵磁輸入端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，其特征是，所述四象限變流器(31)將主發(fā)電機(jī)(I)發(fā)出的三相交流電整流輸出到中間直流環(huán)節(jié)，供牽引變流器模塊(32)及輔助變流器模塊(33)工作，同時四象限變流器(31)可將中間直流環(huán)節(jié)電壓逆變輸出給主發(fā)電機(jī)(I)供啟機(jī)使用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四象限變流器實(shí)現(xiàn)交流內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)變頻啟動電路，其特征是，所述牽引變流器模塊(32)中3路斬波橋臂驅(qū)動牽引電機(jī)(51)工作，2#、3#、6#位牽引變流器模塊的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)電壓和電流輸出給動力電池充電，I#、4#、5#位牽引變流器模塊(32)的第4斬波橋臂調(diào)節(jié)功率消耗到制動電阻(52)上;所述動力電池(4)與牽引變流器模塊(32 )之間設(shè)有平波電抗器L1、預(yù)充電電阻Rl及接觸器K2、K3、K4。
【文檔編號】F02N11/08GK105971798SQ201610631500
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年8月4日
【發(fā)明人】蔡紅霞, 吳宏軍, 芮孟寨, 陳誠, 陳志杰, 束昊昱, 曹海華, 柴永泉, 黃敬云
【申請人】中車戚墅堰機(jī)車有限公司