交流传动内燃机车的主辅发电机超宽频励磁装置的制作方法

本发明涉及发电机励磁装置，具体为交流传动内燃机车的主辅发电机超宽频励磁装置。

背景技术：

大功率内燃机车对于铁路运输的发展及其重要，随着交流电传动技术的发展和普及，交流电传动技术已在新型内燃机车的传动系统中得到应用，内燃机车的关键系统控制技术目前仍掌握在少数发达国家公司，因此进行内燃机车交流传动系统的研究，对于提升铁路装备制造水平具有重要意义。

内燃机车的能量来源于柴油机，并通过主辅发电机产生电能，驱动牵引逆变器和牵引电机。其中，内燃机车主辅发电机的外特性直接影响到机车的牵引性能。而外特性的精准控制由励磁控制装置完成。

常用的发电机励磁整流方式通常有两种：

全控桥整流方式：这种方式通常的应用对象是工频发电机组励磁，频率范围是50-60hz范围。

整流+斩波方式：这种方式通常的应用对象是电压和频率都可调的发电机组，频率范围通常是10-70hz。

对于干线内燃机车的牵引发电机组，由于负载特性的需要，通常发电机输出频率范围是20-133.3赫兹（hz）,以适应负载电机的转速和转矩特性要求。

相对于工频励磁控制技术，通常我们把输出频率大于100hz的发电机励磁控制称为超宽频励磁控制。

通常，50-60赫兹及以下的全控整流励磁控制装置采用硬件测频设备同步采样电路（也称为跟踪采样），即为了使采样频率fs始终与系统实际运行的频率f1保持固定的比例关系n=fs/f1，采样频率随系统运行的频率的变化而实时地调整，实现全控整流电路的实时开放角的精准控制，从而控制输出电压或电流的大小。

而对于输出频率大于100hz甚至到150hz的发电机的全控整流励磁控制，则由于在高频阶段，由于全控桥励磁控制电路的影响，发电机输出波形电压产生畸变，电压和频率采样易产生误差，仅通过采样硬件电路或软件计算采样无法实现系统的精准控制，较大的采样误差会使系统产生严重的漂移和系统紊乱，导致系统无法正常工作。

技术实现要素：

本发明解决超宽频励磁控制仅通过采样硬件电路或软件计算采样，电压和频率采样误差大的问题，提供一种交流传动内燃机车的主辅发电机超宽频励磁装置。该超宽频励磁装置通过硬件测频设备加软件计算的方法来配合进行同步检测，保证pmw控制和励磁电源的实时同步性，实现对全控桥励磁装置的精准控制。

本发明是采用如下技术方案实现的：交流传动内燃机车的主辅发电机超宽频励磁装置，包括由晶闸管scr1~scr6组成的三相全控整流桥主电路和控制电路，所述控制电路包括采样板、同步板和控制板；

采样板包括直流输出电压传感器和dc/ac转换模块，直流输出电压传感器采集发电机输出电压并经dc/ac转换模块转换成交流，送入后续的同步板。选用直流输出电压传感器可有效避免因发电机输出波形电压畸变而造成的采样电压误差大的问题，即直流输出电压传感器的直流输出采样电压不受发电机输出波形电压畸变的影响。

采样板送入的三相交流电源u、v、w进入同步板后，经过互感器变换、隔离转换之后，经过零比较器变为三相同步弱电交流电压at、bt、ct180⁰方波（15v）信号，为控制板提供同步信号；

控制板以cpld器件epm1270t144c5n为核心，接收机车控制系统的pwm给定信号，调节电压、电流输出值后送入cpld器件；接收同步板提供的同步信号并送入cpld器件；cpld器件在相应软件支持下，对同步板提供的同步信号进行频率检测，并经a/d转换芯片ad7541转换为dc信号；将pwm给定信号经ad536芯片变为真有效值dc信号作为a/d转换芯片ad7541的参考电压，依据同步板提供的同步信号的频率将经a/d转换芯片ad7541转换后的dc信号形成数字锯齿波，数字锯齿波再与pwm给定信号比较形成同步的触发脉冲，用于控制三相全控整流桥主电路中的晶闸管scr1~scr6。

本发明通过硬件测频设备加软件计算的方法来配合进行同步检测，克服了高频下采样误差大的问题，保证了pmw控制和励磁电源的实时同步性，实现了交流传动内燃机车的主辅发电机在高频输出下的精准超宽频励磁控制。本发明尤其适用于干线内燃机车的牵引发电机组。

附图说明

图1为三相全控整流桥主电路的结构示意图；

图2为同步板的结构示意图；

图3为控制板的结构示意图。

具体实施方式

交流传动内燃机车的主辅发电机超宽频励磁装置，包括由晶闸管scr1~scr6组成的三相全控整流桥主电路和控制电路，所述控制电路包括采样板、同步板和控制板；

采样板包括直流输出电压传感器和dc/ac转换模块，直流输出电压传感器采集发电机输出电压并经dc/ac转换模块转换成交流，送入后续的同步板。选用直流输出电压传感器可有效避免因发电机输出波形电压畸变而造成的采样电压误差大的问题，即直流输出电压传感器的直流输出采样电压不受发电机输出波形电压畸变的影响。直流输出电压传感器采用wbv417s01型直流输出4-20ma电压传感器。

采样板送入的三相交流电源u、v、w进入同步板后，经过互感器变换、隔离转换之后，经过零比较器变为三相同步弱电交流电压at、bt、ct180⁰方波（15v）信号，为控制板提供同步信号；

控制板以cpld器件epm1270t144c5n为核心，接收机车控制系统的pwm给定信号，调节电压、电流输出值后送入cpld器件；接收同步板提供的同步信号并送入cpld器件；cpld器件在相应软件支持下，对同步板提供的同步信号进行频率检测，并经a/d转换芯片ad7541转换为dc信号；将pwm给定信号经ad536芯片变为真有效值dc信号作为a/d转换芯片ad7541的参考电压，依据同步板提供的同步信号的频率将经a/d转换芯片ad7541转换后的dc信号形成数字锯齿波，数字锯齿波再与pwm给定信号比较形成同步的触发脉冲，用于控制三相全控整流桥主电路中的晶闸管scr1~scr6。

技术特征：

技术总结
本发明涉及发电机励磁装置，具体为交流传动内燃机车的主辅发电机超宽频励磁装置。解决超宽频励磁控制仅通过采样硬件电路或软件计算采样，电压和频率采样误差大的问题。本发明通过硬件测频设备加软件计算的方法来配合进行同步检测，克服了高频下采样误差大的问题，保证了PMW控制和励磁电源的实时同步性，实现了交流传动内燃机车的主辅发电机在高频输出下的精准超宽频励磁控制。本发明尤其适用于干线内燃机车的牵引发电机组。

技术研发人员：李国锋;李勇斌;武彩生;霍志新;陈建峰
受保护的技术使用者：中车永济电机有限公司
技术研发日：2017.07.20
技术公布日：2017.10.24