专利名称：由变频发电机传动的交交电内燃机车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机车。
现有的一种内燃机车为交直交电传动内燃机车。该机车的电传动装置为交直交变频电传动装置，该电传动装置的发电部分由柴油发动机、交流发电机、整流电路和电子变频器构成。工作时，首先由柴油发动机带动交流发电机发出交流电流，再通过整流电路将该交流电流转换为直流电流，所得直流电流经大功率电子变频器变频后再次成为交流电流，供给驱动机车运动的交流电动机。在该电传动装置的发电部分中，对电流作上述变换的目的在于通过电子变频器调节供给机车驱动用电动机的电流之频率，进而改变电动机转速，即实现调速。但是，由于该发电部分所需的整流电路和大功率电子变频器极其昂贵，因而大大提高了机车的整体造价。另外，该种发电装置还具有可靠性差、故障率高等诸多缺点。因此，为了降低机车造价，提高运行性能，有必要提供一种新型机车。
本发明的目的是对上述机车的电传动装置之发电部分进行改进，提供一种造价较低的内燃机车。
本发明的基本构思是通过对机车的电传动装置之发电部分进行改进，使其发电机直接发出频率可调的交变电流。亦即通过在发电机励磁部分进行调控，让发电机发出的电流随调控信号而改变频率，进而实现机车调速。由发电机输出电流的频率计算公式f＝np/60(式中n为发电机转子转速，p为发电机磁极对数)可以看出，改变n或p均可改变频率。但实际上改变p只会造成电机结构复杂化，且频率无法连续可调；改变n则要受柴油机转速的影响。所以，上述方法都不能采用。鉴于此，本发明采用了绕线式异步电机结构的同步发电机(DDJ)，该发电机内部的旋转磁场由转子旋转磁场和三相可控旋转磁场合成。这个合成的同步旋转磁场转速为Nt＝Nz-Nk(式中Nz为转子旋转磁场转速，Nk为三相可控旋转磁场转速)。所以，此时发电机频率公式变为f＝(Nz-Nk)p/60。由公式可知，如果Nk在0＜Nk＜Nz范围内变化，发电机输出电流的频率即可变。假设Nz＝1000r/min，若Nk被控制在0-1000r/min内变化，则发电机输出频率就在0-150Hz内变化。亦即是说，通过对供给发电机励磁绕组的励磁电流之频率进行调节和控制，即可由发电机发出频率可变的交变电流。因此，本发明的内燃机车的电传动装置除包括带动交流发电机转动的柴油机、交流发电机、给交流发电机励磁绕组供电的励磁电源和驱动机车行进的交流电动机外，还特别设置了三相交流励磁变频器。该三相交流励磁变频器的输入端与交流发电机的励磁电源相接，其输出端与交流发电机的励磁绕组相接。而就交流发电机来说，则采用绕线式异步电机结构的同步发电机，其输出端直接与交流电动机相接。在机车运行过程中，由励磁电源提供的励磁电流经三相交流励磁变频器调控后再输送给发电机励磁绕组，进而让发电机发出频率可变的电流，实现机车驱动电机转速的调整。在上述过程中，带动发电机旋转的柴油机转速恒定不变。
本发明的内燃机车与前述现有内燃机车相比，由于其电传动装置的发电部分中不再对发电机发出电流进行整流及变频，相应不再设置前述整流电路及大功率电子变频器，不但可降低故障率，提高可靠性，而且可显著降低机车造价(可降低造价60％)，从而具有可靠性高、造价低的特点。本发明的内燃机车直接由交流发电机发出的交流电驱动交流电动机运转，故为一种交交电传动内燃机车，简称交交电内燃机车。
本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
图1是实施例中电传动装置的工作原理图。
图2是三相交流励磁变频器的电路框图。
图3是三相交流励磁变频器的电路图。
如图1所示，本实施例中的内燃机车具有车体和电传动装置。其电传动装置包括柴油机、交流发电机、交流发电机励磁电源、交流电动机和三相交流励磁变频器。柴油机的转轴与交流发电机的转轴相连。三相交流励磁变频器的输入端与交流发电机励磁电源相接，三相交流励磁变频器的输出端与交流发电机的励磁绕组相接。交流发电机的输出端直接与交流电动机相接。上述交流发电机为绕线式异步电机结构的同步发电机。
如图2所示，本实施例中所采用的三相交流励磁变频器具有发电机接口1、单片微处理器2、频率调节信号发生器3和六个驱动支路4～9。六个驱动支路4～9的控制信号输入端分别接单片微处理器2的六个I/O口，单片微处理器2产生环形分配脉冲且依次分配给上述六个I/O口。六个驱动支路4～9的输出端同接发电机接口1。频率调节信号发生器3与单片微处理器2的另一I/O口相接。在使用本实施体中的三相交流励磁变频器时，通过适当设置单片微处理器的控制程序，即可利用单片微处理器产生环形分配脉冲，并依次经上述六个I/O口输送给六个驱动支路，向与发电机接口相接的发电机励磁绕组提供交流电流。利用频率调节器对单片微处理器产生的环形分配脉冲之频率进行调节，可相应调节向发电机励磁绕组输送的交流电流的频率，进而让发电机发出频率可变的电流，实现机车驱动电机转速的调整。在上述过程中，外设的对发电机驱动的柴油机转速可恒定不变。
如图3所示，在本实施例中，上述发电机接口1即为发电机DDJ(其励磁绕组为N)的接口，单片微处理器2即IC7，频率调节信号发生器3即电位器P0。另外，上述六个驱动支路4～9均由光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路构成。光电隔离电路的输入端构成所述驱动支路的控制信号输入端。光电隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接功率输出电路的控制端。功率输出电路的输出端构成所述驱动支路的输出端。其中，构成驱动支路4的光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路分别由光电耦合器G01、驱动器IC1和IGBT管(绝缘栅极双极晶体管)T1充当；构成驱动支路5的光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路分别由光电耦合器G02、驱动器IC4和IGBT管T4充当；构成驱动支路6的光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路分别由光电耦合器G03、驱动器IC3和IGBT管T3充当；构成驱动支路7的光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路分别由光电耦合器G04、驱动器IC6和IGBT管T6充当；构成驱动支路8的光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路分别由光电耦合器G05、驱动器IC5和IGBT管T5充当；构成驱动支路9的光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路分别由光电耦合器G06、驱动器IC2和IGBT管T2充当。本三相交流励磁变频器可经接点J1、J2与交流发电机励磁电源相接。
本实施例中三相交流励磁变频器的工作流程如下首先由J1、J2处提供可控直流电源，然后由微处理器IC7产生环形分配脉冲，通过光耦隔离和驱动器的驱动，按次给每个IGBT管的栅极提供触发脉冲，使其导通逆变。在一个周期内，其导通动作及导通后主电流流通方向分为以下几个区间1.由J1、J2接入直流电源，由IC7给T1和T6提供栅极触发脉冲，电流按X-a-N-b-Y的路径流通；2.当相移60度后，由IC7给T2提供栅极触发脉冲，同时停止供给T6的栅极触发脉冲，这时主电流沿X-a-N-c-Y路径流通；3.当相移60度后，由IC7给T3提供栅极触发脉冲，同时停止供给T1的栅极触发脉冲，这时主电流沿X-b-N-c-Y路径流通；4.当相移60度后，由IC7给T4提供栅极触发脉冲，同时停止供给T2的栅极触发脉冲，这时主电流沿X-b-N-a-Y路径流通；5.当相移60度后，由IC7给T5提供栅极触发脉冲，同时停止供给T3的栅极触发脉冲，这时主电流沿X-c-N-a-Y路径流通；6.当相移60度后，由IC7给T6提供栅极触发脉冲，同时停止供给T4的栅极触发脉冲，这时主电流沿X-c-N-b-Y路径流通；7.当相移60度后，由IC7给T1提供栅极触发脉冲，同时停止供给T5的栅极触发脉冲，这时主电流沿X-a-N-b-Y路径流通。
以上所述为发电装置的整个工作流程。下面以T1为例说明每一个IGBT管的触发过程可控直流电源对变频器供电后，由IC7从微处理器的RB0位输出一个高电平，使光电耦合器G01的发光二极管有脉冲电流流过，接着G01的光电三极管导通，并输出一个低电平。当IC1的2、6脚为低电平时，3脚则输出高电平，即T1的栅极也得到一个高电平，从而使T1触发导通。T2～T6的触发过程与T1相似。
在本实施例中，三相交流励磁变频器可通过发电机接口向发电机的励磁绕组输出频率可变的励磁，而这个可变的输出频率是由调节电位器P0改变产生触发脉冲的频率所得到的。
本实施例中的三相交流励磁变频器还增设有由主要由过流取样电阻Rg1和比较器(1/2)LM393(Oq)及光耦PC817组成的过流保护电路，以进一步提高装置的可靠性。当主电路的工作电流在额定值以内时，比较器Oq由于正相输入端第3脚上的正电压偏置，使得输出脚(1脚)为高电平；当工作电流超过额定值时，在Rg1上产生的压降经二极管D0加至比较器Oq的反相输入端(第2脚)，使第1脚输出低电平，则IC2、IC6、IC4的第4脚也处于低电平，这样使第脚3输出低电平，关断T2、T4，使之停止工作，即实现了主电路的过流保护。此时，G07由于Oq的第1脚输出低电平而导通工作，使微处理器的RB6处于低电平。当微处理器得到该信号后，由微处理器内设置的程序将控制其产生复位，停止工作。检查并解除过载电流后，再启动微处理器。
本实施例中所采用的单片微处理器亦可由其它80C51系列或更高级的单片微处理器代替。另外，光电隔离电路还可采用G0202型光电耦合器构成，驱动电路还可由HA2525构成，功率输出电路还可由功率晶体管GTR(如M57215BL和BEXB356)或可关断晶闸管GT0构成。另外，当机车中设置有计算机操作控制系统时，可由该操作控制系统提供的电压控制信号输入本装置中的单片微处理器之RA0端，即以计算机操作系统取代实施例中所采用的作为频率调节信号发生器的电位器P0。
权利要求
1.一种由变频发电机传动的交交电内燃机车，具有车体和电传动装置，电传动装置包括柴油机、交流发电机、交流发电机励磁电源和交流电动机，柴油机的转轴与交流发电机的转轴相连，其特征是设置有三相交流励磁变频器，所述三相交流励磁变频器的输入端与交流发电机励磁电源相接，三相交流励磁变频器的输出端与交流发电机的励磁绕组相接，交流发电机的输出端直接与交流电动机相接，所述交流发电机为绕线式异步电机结构的同步发电机。
2.如权利要求1所述的内燃机车，其特征是所述三相交流励磁变频器具有发电机接口、单片微处理器、频率调节信号发生器和六个驱动支路，六个驱动支路的控制信号输入端分别接单片微处理器的六个I/O口，单片微处理器产生环形分配脉冲且依次分配给所述六个I/O口，六个驱动支路的输出端同接发电机的接口，频率调节信号发生器与单片微处理器的另一I/O口相接。
3.如权利要求2所述的内燃机车，其特征是所述六个驱动支路均由光电隔离电路、驱动电路和功率输出电路构成，在各个驱动支路中，光电隔离电路的输入端构成该驱动支路的控制信号输入端，光电隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接功率输出电路的控制端，功率输出电路的输出端构成该驱动支路的输出端。
全文摘要
一种内燃机车，具有车体和电传动装置。电传动装置包括柴油机、交流发电机、交流发电机励磁电源和交流电动机。柴油机的动力输出端与交流发电机的动力输入端相接。特别设置有三相交流励磁变频器。三相交流励磁变频器的输入端与交流发电机励磁电源相接，三相交流励磁变频器的输出端与交流发电机的励磁绕组相接。交流发电机的输出端直接与交流电动机的输入端相接。所述交流发电机为异步发电机。
文档编号B61C9/24GK1137991SQ9611758
公开日1996年12月18日 申请日期1996年6月6日 优先权日1996年6月6日
发明者高荫川, 高嵩, 蒋文勇 申请人:成都机车车辆厂