一种励磁控制装置及内燃机车发电机励磁系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种励磁控制装置及内燃机车发电机励磁系统，励磁控制装置包括：用于连接外部设备，与外部控制网络进行通信，并获取发电机的输出参数、将所述输出参数传送给控制主板的输入输出驱动板；与所述输入输出驱动板相连的，与所述输入输出驱动板进行数据传输，并根据所述输出参数以及预设的目标电压向所述输入输出驱动板输出励磁控制信号的所述控制主板。本实用新型所述励磁控制装置集成了与外部设备通信功能、逻辑控制功能以及励磁功能，能够根据采集的发电机输出参数对发电机进行励磁控制，所述控制装置系统结构集成度高，相对体积小，便于系统功能的优化和控制。
【专利说明】
一种励磁控制装置及内燃机车发电机励磁系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及机车辅助系统控制技术领域，特别是涉及一种励磁控制装置。本实用新型还涉及一种内燃机车发电机励磁系统。
【背景技术】
[0002]现有技术中，内燃机车辅助系统的控制，包括发电机励磁控制、辅变模块控制、接触器和断路器保护等控制。
[0003]实现上述系统控制，目前采用的方法是:采用可编程逻辑控制模块、励磁模块和扩展数字输入输出模块，结合所述三部分部件构成控制系统，实现对内燃机车辅助系统的控制。
[0004]然而，该方法采用分立部件结合，分散部件多且复杂，不利于控制系统结构的优化和控制，同时导致系统结构体积大，占用空间大。
【实用新型内容】
[0005]鉴于此，本实用新型提供一种励磁控制装置，包括输入输出驱动板和控制主板，集成了与外部设备通信功能、逻辑控制功能及励磁功能，其结构集成度高，相对体积小，便于系统功能的优化和控制。本实用新型还提供一种内燃机车发电机励磁系统。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]一种励磁控制装置，包括:
[0008]用于连接外部设备，与外部控制网络进行通信，并获取发电机的输出参数、将所述输出参数传送给控制主板的输入输出驱动板；
[0009]与所述输入输出驱动板相连的，与所述输入输出驱动板进行数据传输，并根据所述输出参数以及预设的目标电压向所述输入输出驱动板输出励磁控制信号的所述控制主板。
[0010]可选地，还包括机盒和上盖板，所述输入输出驱动板和所述控制主板安装在所述机盒内。
[0011]可选地，所述机盒的侧部设有散热孔，所述上盖板设有散热孔。
[0012]可选地，所述控制主板与所述输入输出驱动板分层设置；
[0013]通过支架和支梁将所述输入输出驱动板和所述控制主板固定支撑。
[0014]可选地，所述机盒的一端呈阶梯形；
[0015]与所述输入输出驱动板连接的输入输出接口连接器设置在阶梯位置。
[0016]可选地，在所述输入输出驱动板上设置有MOS管或续流二极管；
[0017]通过管压板将所述MOS管或所述续流二极管固定；
[0018]所述管压板与设置在所述机盒上的导热板接触。
[0019]—种内燃机车发电机励磁系统，包括:
[0020]如上所述的励磁控制装置，所述励磁控制装置的输出端与机车发电机的励磁绕组连接；
[0021]与所述励磁控制装置相连的、用于采集机车发电机的输出参数的发电机传感器。
[0022]可选地，所述发电机传感器包括:
[0023]用于采集发电机的输出电压的电压传感器；
[0024]用于采集发电机的输出电流的电流传感器；
[0025]所述电压传感器、所述电流传感器与根据所述输出电压、预设的目标电压和所述输出电流输出励磁控制信号的所述励磁控制装置相连。
[0026]可选地，包括互备份的第一电压传感器和第二电压传感器；
[0027]在所述第一电压传感器出现故障时所述励磁控制装置从所述第二电压传感器获取发电机的输出电压。
[0028]可选地，还包括:
[0029]用于采集发电机柴油机的转速信号的柴油机速度传感器；
[0030]所述柴油机速度传感器与根据所述输出参数、所述转速信号和预设的目标电压输出励磁控制信号的所述励磁控制装置相连。
[0031]由上述内容可知，本实用新型所提供的一种励磁控制装置以及内燃机车发电机励磁系统，励磁控制装置包括输入输出驱动板和控制主板，其中，输入输出驱动板用于连接外部设备，与外部控制网络进行通信，控制主板与输入输出驱动板相连，与输入输出驱动板之间进行数据传输。所述励磁控制装置通过输入输出驱动板连接发电机的励磁控制端，并获取发电机的输出参数，控制主板根据获取的发电机输出参数和预设的目标电压输出励磁控制信号，由输入输出驱动板输出给发电机励磁控制端，实现对发电机的励磁控制。
[0032]本实用新型所述励磁控制装置集成了与外部设备通信功能、逻辑控制功能以及励磁功能，能够根据采集的发电机输出参数对发电机进行励磁控制，所述控制装置系统结构集成度高，相对体积小，便于系统功能的优化和控制。
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本实用新型实施例提供的一种励磁控制装置的示意图；
[0035]图2为本实用新型实施例提供的一种励磁控制装置的俯视图；
[0036]图3为图2所示励磁控制装置沿A线的截面示意图；
[0037]图4为图2所示励磁控制装置沿B线的截面示意图；
[0038]图5为本实用新型实施例提供的一种内燃机车发电机励磁系统的示意图。
【具体实施方式】
[0039]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0040]请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种励磁控制装置的示意图，本实施例提供的励磁控制装置包括:
[0041]用于连接外部设备，与外部控制网络进行通信，并获取发电机的输出参数、将所述输出参数传送给控制主板的输入输出驱动板100;
[0042]与所述输入输出驱动板100相连的，与所述输入输出驱动板100进行数据传输，并根据所述输出参数以及预设的目标电压向所述输入输出驱动板100输出励磁控制信号的所述控制主板101。
[0043]由上述内容可知，本实施例提供的励磁控制装置，包括输入输出驱动板100和控制主板101，其中，输入输出驱动板100用于连接外部设备，与外部控制网络进行通信，控制主板101与输入输出驱动板相连，与输入输出驱动板之间进行数据传输。所述励磁控制装置通过输入输出驱动板连接发电机的励磁控制端，并获取发电机的输出参数，控制主板根据获取的发电机输出参数和预设的目标电压输出励磁控制信号，由输入输出驱动板输出给发电机励磁控制端，实现对发电机的励磁控制。
[0044]本实施例所述励磁控制装置集成了与外部设备通信功能、逻辑控制功能以及励磁功能，能够根据采集的发电机输出参数对发电机进行励磁控制，所述控制装置系统结构集成度高，相对体积小，便于系统功能的优化和控制。
[0045]本实施例中，所述励磁控制装置通过输入输出驱动板100连接外部设备，通过输入输出驱动板100与发电机励磁控制端相连，与发电机励磁绕组相连，输出脉宽调制波，调节发电机励磁电流，从而调节发电机输出电压。
[0046]所述励磁控制装置可通过输入输出驱动板100连接发电机传感器，如电压传感器、电流传感器或者温度传感器，可以获取发电机的输出参数，如输出电压、输出电流或者运行温度。可选的，所述输入输出驱动板100与发电机传感器之间可通过RS485通讯方式或者CAN通讯方式进行数据通信。
[0047]所述励磁控制装置可通过输入输出驱动板100与外部控制网络相连，与外部控制网络进行通信，如LCS32控制网络，可以通过控制网络接收下发的控制指令，获取预设的目标电压。
[0048]通过输入输出驱动板100可连接柴油机速度传感器，获取柴油机转速信号，本实施例所述控制主板可根据发电机输出参数、柴油机转速信号输出励磁控制信号，对发电机输出电压进行控制，实现发电机输出电压随柴油发动机转速变化，满足负载变化时以及负载突加突卸等电压的实时控制。
[0049]本实施例中，控制主板101根据获取的发电机输出电压、输出电流以及预设的目标电压对发电机进行励磁控制。
[0050]具体的，所述控制主板100采用电压闭环控制方法，控制主板根据整车控制网络发送的目标电压指令，获取目标电压值，根据采集的发电机输出电压获得电压反馈值，计算电压反馈值与目标电压值的偏差值，对偏差值进行PID调节。PID参数采用可变参数进行调节，即根据偏差值进行比较，当偏差值比较大时，采用大的P参数，当偏差值比较小时，采用小的P参数，进行快速电压跟踪控制。
[0051]优选的，为了避免出现发电机输出电流偏大，所述控制主板还采用电流闭环控制方法，即根据采集的发电机输出电流，根据电流反馈值进一步对励磁控制信号的占空比进行调节限制，以保证满足发电机输出电压的同时避免发电机过流、过载等现象，有助于降低过流、过载故障的出现几率，提高整个控制系统的鲁棒性。
[0052]本实施例中，所述输入输出驱动板100与所述控制主板101之间进行数据传输，输入输出驱动板100与控制主板101可通过48芯连接器相连。优选的，48芯连接器可采用Harting连接器。
[0053]下面对本实施例所述励磁控制装置的外部结构及结构设置方式进行详细描述。
[0054]请参考图2、图3和图4，图2为本实施例提供的励磁控制装置的俯视图，图3为图2所示励磁控制装置沿A线的截面示意图，图4为图2所示励磁控制装置沿B线的截面示意图。
[0055]所述励磁控制装置还包括机盒102和上盖板103，控制主板101和输入输出驱动板100安装在机盒102内。
[0056]具体的，所述机盒102采用铆钉、螺钉连接于一体，以保证连接稳固，能减少变形，
并增加了机盒的安装精度和美观。
[0057]参考图2和图4所示，在所述机盒102的侧部设有散热孔，所述上盖板13设有散热孔，用以保证装置良好的散热，使产品在运行中温升不超过使用的最高温度限制值。
[0058]本实施例中，参考图3所示，所述控制主板101与输入输出驱动板100分层设置，所述输入输出驱动板100位于下层，控制主板101位于上层，通过支架104和支梁105将输入输出驱动板100与控制主板101固定支撑，安装在机盒内，可以保证装置结构牢固，不易变形。另外，控制主板101与输入输出驱动板100之间通过芯片连接器106连接，各电路板之间并通过螺柱进行紧固，可以加强结构强度；电路板还通过支架104与机盒底板固定连接，避免震动损坏。
[0059]在输入输出驱动板100上连接有输入输出接口连接器107，用于与外部设备连接。
[0060]本实施例中，所述机盒102的一端呈阶梯形，输入输出接口连接器107设置在阶梯位置。把输入输出接口连接器107放置在阶梯位置，可方便外部连接插头的插拔，并且可以节省连接器在机盒上的安装空间。当安装了外部连接器时，不影响整个装置高度，有利于防止机械干涉。
[0061]可选的，在阶梯位置还设置有调试接口 108和指示灯109，便于对装置进行调试和观察运行状态。在装置的对外连接器附近，还可设置接地螺柱，可方便整个装置接地。
[0062]参考图4所示，本实施例中，在所述输入输出驱动板100上设置有MOS管或续流二极管，通过管压板110将所述MOS管或所述续流二极管固定，所述管压板110与设置在所述机盒上的导热板111接触C3MOS管或续流二极管通过导热板111与机盒接触，这样既可以解决绝缘耐压问题，并且能够通过机盒壳体直接散热，不需要另外的散热装置，减小了整个装置的体积，便于安装。
[0063]因此，本实施所述励磁控制装置，包括控制主板和输入输出驱动板，集成了与外部设备通信功能、逻辑控制功能以及励磁功能，能够根据采集的发电机输出参数对发电机进行励磁控制。所述控制装置系统结构集成度高，相对体积小，其结构强度高，连接稳固；并且装置机盒采用阶梯形设计，将对外连接器设置在阶梯位置，可节省安装空间，并便于安装。
[0064]相应的，请参考图5，图5为本实用新型实施例提供的一种内燃机车发电机励磁系统的示意图，本实施例所述内燃机车发电机励磁系统，包括:
[0065]如上所述的励磁控制装置I，所述励磁控制装置I的输出端与机车发电机的励磁绕组连接；
[0066]与所述励磁控制装置I相连的、用于采集机车发电机的输出参数的发电机传感器。
[0067]本实施例所述内燃机车发电机励磁系统，通过输入输出驱动板与外部控制网络进行通信，获取预设的目标电压，发电机传感器采集发电机输出参数，励磁控制装置控制主板根据获取的发电机输出参数和目标电压输出励磁控制信号，向发电机励磁绕组输出励磁电流，对发电机进行励磁控制。与现有的励磁控制系统相比，本实施例所述系统结构集成度高，便于系统结构及功能的优化和控制。
[0068]本实施例中，所述发电机传感器包括用于米集发电机的输出电压的电压传感器2，以及用于采集发电机的输出电流的电流传感器3。所述励磁控制装置根据所述输出电压、预设的目标电压和所述输出电流输出励磁控制信号。
[0069]具体的，所述励磁控制装置I对发电机输出电压的励磁控制采用电压闭环控制方法，控制主板根据整车控制网络发送的目标电压指令，获取目标电压值，根据采集的发电机输出电压获得电压反馈值，计算电压反馈值与目标电压值的偏差值，对偏差值进行PID调节。PID参数采用可变参数进行调节，即根据偏差值进行比较，当偏差值比较大时，采用大的P参数，当偏差值比较小时，采用小的P参数，进行快速电压跟踪控制。
[0070]进一步的，所述励磁控制装置I还采用电流闭环控制方法，根据采集的发电机输出电流，根据电流反馈值进一步调节限制励磁控制信号的占空比。这样保证满足发电机输出电压的同时避免发电机过流、过载等现象，有助于降低过流、过载等故障的出现几率。提高整个控制系统的鲁棒性。
[0071]本实施例中，所述发电机励磁系统采用电压互备份采集方法，包括两路电压传感器，包括互备份的第一电压传感器和第二电压传感器，当一路电压传感器出现故障，励磁控制装置I获取电压信号自动转移到另外一路电压传感器，实现了故障冗余和增强可靠性设
i+o
[0072]本实施例中，所述机车励磁系统还包括与所述励磁控制装置I相连的、用于采集发电机柴油机的转速信号的柴油机速度传感器5。所述励磁控制装置根据所述输出参数、所述转速信号和预设的目标电压输出励磁控制信号。
[0073]本实施例所述励磁控制装置控制主板可根据发电机输出参数、柴油机转速信号和预设的目标电压输出励磁控制信号，对发电机输出电压进行控制，实现发电机输出电压随柴油发动机转速变化，满足负载变化时以及负载突加突卸等电压实时控制。
[0074]进一步的，励磁控制装置I通过柴油机速度传感器5采集柴油机转速信号，同时通过发电机电压传感器采集输出电压，根据发电机输出电压可计算出柴油机转速，因此当柴油机速度传感器出现故障时能以发电机电压信号计算出柴油机速度，实现了柴油机速度信号的故障冗余。
[0075]本实施例中，所述发电机励磁系统还包括与所述励磁控制装置I相连的、用于采集机车发电机的温度的温度传感器4。
[0076]还包括与所述励磁控制装置I相连的蓄电池6，通过蓄电池6为励磁控制装置提供I1V电源供电。
[0077]还包括与所述励磁控制装置I相连的接触器继电器，以及与所述励磁控制装置I相连的断路器，能够实现接触器和断路器保护等控制。
[0078]所述励磁控制装置I通过RS485通讯方式或者CAN通讯方式与上位机相连，能够与上位机进行数据通信，获取下发指令，能方便系统功能的下载和维护。
[0079]本实施例发电机励磁系统，通过所述励磁控制装置I还可与外部设备实现数字信号输入输出，并与外部脉宽调制波输入连接，以及与保护输入连接。
[0080]以上对本实用新型所提供的一种励磁控制装置及内燃机车发电机励磁系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种励磁控制装置，其特征在于，包括: 用于连接外部设备，与外部控制网络进行通信，并获取发电机的输出参数、将所述输出参数传送给控制主板的输入输出驱动板； 与所述输入输出驱动板相连的，与所述输入输出驱动板进行数据传输，并根据所述输出参数以及预设的目标电压向所述输入输出驱动板输出励磁控制信号的所述控制主板。2.如权利要求1所述的励磁控制装置，其特征在于，还包括机盒和上盖板，所述输入输出驱动板和所述控制主板安装在所述机盒内。3.如权利要求2所述的励磁控制装置，其特征在于，所述机盒的侧部设有散热孔，所述上盖板设有散热孔。4.如权利要求2所述的励磁控制装置，其特征在于，所述控制主板与所述输入输出驱动板分层设置； 通过支架和支梁将所述输入输出驱动板和所述控制主板固定支撑。5.如权利要求4所述的励磁控制装置，其特征在于，所述机盒的一端呈阶梯形； 与所述输入输出驱动板连接的输入输出接口连接器设置在阶梯位置。6.如权利要求2所述的励磁控制装置，其特征在于，在所述输入输出驱动板上设置有MOS管或续流二极管； 通过管压板将所述MOS管或所述续流二极管固定； 所述管压板与设置在所述机盒上的导热板接触。7.—种内燃机车发电机励磁系统，其特征在于，包括: 如权利要求1-6任一项所述的励磁控制装置，所述励磁控制装置的输出端与机车发电机的励磁绕组连接； 与所述励磁控制装置相连的、用于采集机车发电机的输出参数的发电机传感器。8.如权利要求7所述的发电机励磁系统，其特征在于，所述发电机传感器包括: 用于采集发电机的输出电压的电压传感器； 用于采集发电机的输出电流的电流传感器； 所述电压传感器、所述电流传感器与根据所述输出电压、预设的目标电压和所述输出电流输出励磁控制信号的所述励磁控制装置相连。9.如权利要求8所述的发电机励磁系统，其特征在于，包括互备份的第一电压传感器和第二电压传感器。10.如权利要求7所述的发电机励磁系统，其特征在于，还包括用于采集发电机柴油机的转速信号的柴油机速度传感器； 所述柴油机速度传感器与根据所述输出参数、所述转速信号和预设的目标电压输出励磁控制信号的所述励磁控制装置相连。
【文档编号】H02P101/25GK205430113SQ201620241055
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】刘松柏, 冯炳, 李小平, 何学雄, 杨栋新, 周少云, 姚晓阳, 班立权, 付强
【申请人】株洲中车时代电气股份有限公司