斩波交流发电控制方法

文档序号:7289921阅读:312来源:国知局
专利名称:斩波交流发电控制方法
技术领域
本发明涉及一种应用于电力驱动轨道车辆的PWM(脉冲宽度调制,Pulse-Width Modulation)斩波交流发电控制方法,属于自动化控制领域。
技术背景目前轨道车辆的运行己实现计算机模拟控制,通过主控装置的可编程控制器PLC 模拟并显示出机车各执行机构的运行数据,并由驾驶员进行监控操作。现有电力驱动的轨道车辆普遍采用变频交流发电机,为保证其驱动的交流电机 正常工作需配备能根据频率变化量来控制相应电压变化的装置。如采用可编程控制 器PLC釆集柴油机组的实际转速,通过数据计算得出交流发电机的实际频率,根据 所要求的压频比来控制交流发电机的励磁,以实现输出所要求的电压信号。在上述测算和转换过程中控制励磁电流是关键技术,现有大量应用的直流PWM 斩波控制方案所采用的方式,通常是由控制器(如单片机、PLC、 PWM控制芯片等) 直接输出PWM信号,再由驱动放大装置进行驱动放大,以进行实际的斩波信号生成 阶段。由于PWM信号通常需要高速的定时才能实现,在实际运用中受到单片机、PLC等 控制芯片分时工作的限制,往往不能直接输出PWM信号、或者输出的PWM信号频率、 占空比指标的精度达不到要求,导致不能有效地进行PWM信号转换控制,交流电机 输出功率偏差较大,从而影响到轨道车辆的正常运行。 发明内容本发明所述的斩波交流发电控制方法,在于解决上述问题而采用可编程控制器 PLC采集发电机交流电压、驱动电机的实际转速为反馈信号,输出模拟量信号以控制 直流斩波器进行斩波信号转换,以实现控制交流励磁和发电机输出压频比达到恒定。本发明的目的在于,简化交流发电的控制流程,通过修改可编程控制器(PLC) 输出的模拟电压信号即可进行斩波转换,所生成的PWM波形电压较为精确,交流电 机的输出功率稳定、准确。 发明目的还在于,转换并输出PWM电压信号的过程简单易行,增大了单片机、 PLC的可选范围、控制精度较高、无需采用高速定时器、有效地减少占用的系统资源。为实现上述发明目的,所述的斩波交流发电控制方法,是由可编程控制器(PLC) 采集轨道车辆发电机的交流电压信号、以及驱动发电机的柴油机实际转速做为反馈 信号。可编程控制器(PLC)将测算出的当前给定电压模拟量信号输出至直流斩波器, 由直流斩波器转换为PWM信号并经隔离、放大后输出至发电机励磁,以控制交流发 电机输出压频比恒定的电压。进一步的改进方案是,在所述PWM信号转换过程中,以函数发生电路产生的三 角波作为信号源,采用可编程控制器(PLC)根据当前给定电压输出的模拟电压进行 斩波比较,以生成具有一定占空比的PWM波形的电压信号。在PWM斩波交流发电的控制流程中,直流斩波器的函数发生电路产生三角波信 号并输出至比较电路;比较电路接收可编程控制器(PLC)输出的模拟电压信号,并 与三角波信号进行斩波比较,生成PWM波形的电压信号,以改变原有发电机交流电 压的占空比;隔离器件接收PWM信号后进行隔离、放大并输出至执行电路;执行电 路以符合上述占空比的实际功率输出。所述的直流斩波器,可以采用三端稳压器件连接输入电源。在可编程控制器(PLC)转换当前给定电压的模拟量信号的过程中进行数字PID (比例积分/微分,Proportional-Integral-Differential)调节,所转换的当前给定电压符合下述表达式V=K*f=K*n* n承k ,其中,f,是发电机的额定频率; n,是柴油机的额定转速; n,是柴油机与发电机的实际转速的比值; k ,是发电机的实际转速与额定频率的比值; K,是当前给定电压要求的压频比。如上所述,本发明斩波交流发电控制方法具有如下优点 1、通过可编程控制器PLC控制直流斩波器进行斩波信号转换,能够以较为简化的流 程所生成的PWM波形信号,其波形电压较为精确,电机输出功率稳定、准确。
2、 可在较大范围内选择单片机或PLC控制芯片、其控制精度较高、无需采用高速定 时器。3、 可编程控制器PLC的模拟输出量占用系统资源少,可以实现多路PWM信号的转换 输出,且不受使用器件规格的影响。


图1是所述斩波交流发电控制方法的流程示意图; 图2是应用三角波信号源进行斩波比较的示意图; 图3是所述直流斩波器结构和控制流程图。
具体实施方式
实施例l,如图1所示,应用本发明所述的斩波交流发电控制方法,是由可编程 控制器PLC采集轨道车辆发电机的交流电压信号、以及驱动发电机的柴油机实际转 速做为反馈信号。可编程控制器PLC将测算出的当前给定电压模拟量信号输出至直流斩波器,由 直流斩波器转换为PWM信号并经隔离、放大后输出至发电机励磁,以控制交流发电 机输出压频比恒定的电压。在PWM信号转换过程中,以函数发生电路产生的三角波作为信号源,采用可编 程控制器PLC根据当前给定电压输出的模拟电压进行斩波比较,以生成具有一定占 空比的P丽波形的电压信号。应用本实施例,交流发电的控制变得较为简单,可以方便地控制发电机的输出 功率。改变交流发电机的输出功率,仅通过修改可编程控制器PLC输出的模拟电压参 数即可,可以适应不同型号和规格的交流电机所需的压频比转换。如图3所示,在斩波交流发电的控制流程中,直流斩波器的函数发生电路采用 ICL8038芯片,以产生三角波信号并输出至比较电路;比较电路采用LM393电压比较器件,通过接收可编程控制器PLC输出的模拟电 压信号,以与三角波信号进行斩波比较,生成PWM波形的电压信号,以改变原有发 电机交流电压的占空比;隔离器件采用光电隔离器件LM4N25,接收PWM信号后进行隔离、放大并输出至 执行电路;
执行电路采用IRF460功率器件,以符合上述占空比的实际功率输出。其中,三端稳压器件采用7809、 7909型号芯片连接输入电源,将土15V输入电 源转换为土9V的工作电源。在可编程控制器(PLC)转换当前给定电压的模拟量信号的过程中进行数字PID 调节,所转换的当前给定电压符合下述表达式V=K*f=K*n* n * k ,其中,f,是发电机的额定频率; n,是柴油机的额定转速;n,是柴油机与发电机的实际转速的比值;k,是发电机的实际转速与额定频率的比值; K,是当前给定电压要求的压频比。如图2所示,函数发生电路产生的三角波S,在比较电路中通过可编程控制器 PLC输出的模拟电压信号Y进行斩波比较,生成PWM波形的电压信号S1,转换后的 发电机交流电压的占空比^/T。其中,可编程控制器PLC输出的模拟电压信号Y是可以调节、变化的。即可编 程控制器PLC根据当前给定电压而输出一模拟电压信号。当前给定电压发生变化时,由可编程控制器PLC输出的模拟电压信号即发生相 应变化,模拟电压值可以升高、也可以降低,通过斩波比较生成的PWM波形电压信 号的占空比即可发生变化。
权利要求
1. 一种斩波交流发电控制方法,其特征在于可编程控制器(PLC)采集轨道车辆发电机的交流电压信号、以及驱动发电机的柴油机实际转速做为反馈信号;可编程控制器(PLC)将测算出的当前给定电压模拟量信号输出至直流斩波器,由直流斩波器转换为PWM信号并经隔离、放大后输出至发电机励磁,以控制交流发电机输出压频比恒定的电压。
2、 根据权利要求1所述的斩波交流发电控制方法,其特征在于在所述PWM信 号转换过程中,以函数发生电路产生的三角波作为信号源,采用可编程控制器(PLC) 根据当前给定电压输出的模拟电压,两者进行斩波比较,以生成具有一定占空比的 PWM波形的电压信号。
3、 根据权利要求2所述的斩波交流发电控制方法,其特征在于在PWM斩波交 流发电的控制流程中,直流斩波器的函数发生电路产生三角波信号并输出至比较电 路;比较电路接收可编程控制器(PLC)输出的模拟电压信号,并与三角波信号进行 斩波比较,生成PWM波形的电压信号,以改变原有发电机交流电压的占空比; 隔离器件接收PWM信号后进行隔离、放大并输出至执行电路; 执行电路以符合上述占空比的实际功率输出。
4、 根据权利要求3所述的斩波交流发电控制方法,其特征在于所述的直流斩 波器采用三端稳压器件连接输入电源。
5、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的斩波交流发电控制方法,其特征在于在 可编程控制器(PLC)转换当前给定电压的模拟量信号的过程中进行数字PID调节,所转换的当前给定电压符合下述表达式, V=K*f二K+n氺r\水k , g中,f,是发电机的额定频率; n,是柴油机的额定转速;il,是柴油机与发电机的实际转速的比值;k ,是发电机的实际转速与额定频率的比值;K,是当前给定电压要求的压频比。
全文摘要
本发明所述的斩波交流发电控制方法,其发明目的在于简化交流发电的控制流程,通过修改可编程控制器(PLC)输出的模拟电压信号即可进行斩波转换,所生成的PWM波形电压较为精确,交流电机的输出功率稳定、准确。由可编程控制器(PLC)采集轨道车辆发电机的交流电压信号、以及驱动发电机的柴油机实际转速做为反馈信号。可编程控制器(PLC)将测算出的当前给定电压模拟量信号输出至直流斩波器,由直流斩波器转换为PWM信号并经隔离、放大后输出至发电机励磁,以控制交流发电机输出压频比恒定的电压。
文档编号H02P9/14GK101212195SQ200610170708
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者泰 刘, 涌 田, 高鹏飞 申请人:南车四方机车车辆股份有限公司
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