[发明专利]一种内燃机车辅发电机励磁系统

说明书

技术领域

本发明涉及到内燃机车领域，尤其涉及一种适用于内燃机车的辅发电机励磁系统。

背景技术

目前内燃机车辅发电机励磁斩波驱动的电源一般是蓄电池提供，蓄电池的电压一般比较固定，为110V或74V或24V，无刷发电机的励磁绕组阻值设计一般范围比较宽，当励磁电阻比较小时，提供励磁电流时，需串联一个比较大的励磁限流电阻，而当励磁电阻比较大时，则强励时不能满足要求，或需重新设计发电机，造成设计成本巨大。同时由于蓄电池的电压随着负载不同，而有电压波动，当电压波动时会导致励磁电流调节不稳，从而出现辅发电机输出电压不稳的现象。

常见的内燃机车辅发电机励磁系统模式如图1、图2所示，交流辅发电机的励磁电流由微机LCS辅发电压信号处理电路驱动辅发励磁驱动模块输出控制H桥，通过调节PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲的占空比来调节辅发输出电压，使之稳定在规定范围内，为了避免可调PWM脉宽范围太窄，一般串联一个励磁限流电阻。当辅助设备负载或柴油机转速变化时，动态地调节PWM脉冲开断时间来使辅发输出电压稳定。

微机LCS辅发电压信号处理电路将反馈电压信号经降压、放大、滤波整形，再经比较器产生方波信号，经MCF5235的eTPU进行频率信号处理，计算出柴油机的转速，从而计算出辅发电机的电压目标值；三相电压信号，同时经绝对值电路再经AD采集电路，计算得到辅发电机的电压信号幅值。

但该励磁系统存在以下缺点：

1.由于提供励磁电源的电压固定，对于发电机设计比较困难，一旦发电机的励磁电压比较高时，满足不了控制要求，而发电机的励磁电压太低，则需串联比较大的电阻。电阻既消耗功率，同时又是发热体，导致蓄电池能量损耗，结构设计困难。

2.由于蓄电池的电压随着蓄电池负载变化有波动，相应地导致辅发励磁电流产生波动，严重时会导致辅发输出电压产生振荡，损害辅发输出负载。

3.采用H桥控制需要四个IGBT或MOS管，成本比较高，驱动比较复杂，相对成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种励磁电压调节范围广、励磁电压稳定性高、励磁电流精度高、发热量小、结构紧凑、系统可靠性高的内燃机车辅发电机励磁系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种内燃机车辅发电机励磁系统，包括辅发电压信号处理模块、电压采集模块、DC/DC电压调节模块和PWM驱动电路，所述DC/DC电压调节模块的输入端与直流电源连接，输出端正极与辅发电机励磁绕组的高端连接，输出端负极接地，PWM脉冲输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接；所述PWM驱动电路的PWM脉冲输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接，所述PWM驱动电路输出端的高端与辅发电机励磁绕组的高端连接，所述PWM驱动电路输出端的低端与辅发电机励磁绕组的低端连接。

作为本发明的进一步改进，所述DC/DC电压调节模块包括电感器L、第一二极管V1、第一电容器C1和第一开关管T1；所述电感器L的一端与电源正极连接，另一端与第一二极管V1的正极连接，第一二极管V1的负极作为DC/DC电压调节模块的输出端的正极；所述第一开关管T1的集电极与所述第一二极管V1的正极连接，基极为PWM脉冲输入端，与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接，发射极与电源的负极连接，发射极作为DC/DC电压调节模块的输出端负极；所述第一电容器C1连接在输出端的正极与负极之间。

作为本发明的进一步改进，所述PWM驱动电路包括第一运算放大器N1、光耦合器G1、控制芯片N4、第二开关管T2和续流二极管V2；所述第一运算放大器N1的输入端与所述辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接；所述光耦合器G1的输入端与第一运算放大器N1的输出端连接，降低PWM脉冲信号的噪声；所述控制芯片N4的输入端与光耦合器的输出端连接，输出端与第二开关管T2连接；所述第二开关管T2的栅极与控制芯片的输出端连接，第二开关管T2的漏极分为两路，一路作为输出端的低端与辅发电机励磁绕组的低端连接，一路与续流二极管V2正向串联后作为输出端的高端与辅发电机励磁绕组的高端连接，第二开关管T2的源极接地。