董皓

摘要 ：通過(guò)研制和諧型電力機(jī)車自行移車裝置，以機(jī)車自帶的蓄電池為動(dòng)力源，可以使得機(jī)車低速行走，杜宇傳統(tǒng)的整備場(chǎng)調(diào)車模式可以進(jìn)行有效的改進(jìn)，提高車輛的整備效率，可以降低成本。

關(guān)鍵詞 ：和諧型電力機(jī)車 自動(dòng)移車裝置 應(yīng)用

一、和諧型電力機(jī)車自行移車裝置設(shè)計(jì)原則

本文以HXD3、HXD3C型電力機(jī)車為例進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，在進(jìn)行自行移車裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮到機(jī)車自行移走過(guò)程中的行車安全以及機(jī)車主電路特點(diǎn)、機(jī)車各個(gè)主要部件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、軟件著作權(quán)等各種因素。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要考慮到以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。第一，確認(rèn)機(jī)車在總風(fēng)壓力滿足機(jī)車制動(dòng)距離的情況下進(jìn)行自動(dòng)移走，以確保機(jī)車在自行移車過(guò)程中的安全性。第二，機(jī)車在正線牽引的過(guò)程中，裝置電路應(yīng)該要與機(jī)車自身的電路實(shí)現(xiàn)物理隔離，確保機(jī)車在自行移車的過(guò)程中不會(huì)因?yàn)檠b置故障導(dǎo)致設(shè)備故障。第三，當(dāng)裝置電路連至機(jī)車既有的電路之后，要確保不能對(duì)機(jī)車的主電路造成任何改變，避免機(jī)車的主要部件出現(xiàn)問(wèn)題。第四，不能對(duì)機(jī)車既有的TCMS、主變流器等軟件進(jìn)行修改，避免造成知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的糾紛。第五，可以將自行移車裝置設(shè)計(jì)成為車載型，也可以設(shè)計(jì)成為便攜型，根據(jù)具體的需求進(jìn)行選擇（如圖1所示）。

二、和諧型電力機(jī)車自行移車裝置設(shè)計(jì)

（一）和諧型電力機(jī)車自行移車裝置工作原理

通過(guò)將電力機(jī)車的蓄電池電壓從DC110V直接升壓為DC600V，然后通過(guò)主回路庫(kù)用開(kāi)關(guān)接入至機(jī)車主變流器直流中間電壓，通過(guò)機(jī)車的TCMS軟件和主變流器軟件預(yù)置的庫(kù)用位程序，對(duì)主變流器功率元件輸出三相AC380V進(jìn)行控制，從而采用VVVF方式驅(qū)動(dòng)牽引一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)車自行移車。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，電壓是一個(gè)十分重要的部分，以HXD3、HXD3C型電力機(jī)車為例，該型號(hào)的機(jī)車自身的控制回路中裝有蓄電池，如果蓄電池處于充電狀態(tài)，當(dāng)機(jī)車降弓之后，蓄電池的內(nèi)部則會(huì)存有一定的電能，利用高頻率的開(kāi)關(guān)對(duì)蓄電池DC110V進(jìn)行升壓、逆變以及整流，則可以得到DC600V電源。所以電力機(jī)車自行移車裝置的一個(gè)技術(shù)主體就是高頻率的開(kāi)關(guān)電源。

（二）和諧型電力機(jī)車自行移車裝置的特性曲線

從上面的分析可以看出，主變流器的工作電壓可以從本裝置中獲得，通過(guò)主變流器的逆變過(guò)程，可以驅(qū)動(dòng)機(jī)車的牽引電機(jī)，從特定的曲線特性來(lái)看，當(dāng)輸出的電流小于30A時(shí)，輸出的電壓范圍為DC600V-DC400V，可以滿足主變流器的工作需要，當(dāng)輸出的電流大于30A時(shí)，則機(jī)車的整個(gè)系統(tǒng)都將工作在限流區(qū)，系統(tǒng)將會(huì)停止輸出電壓，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車的蓄電池的保護(hù)。

（三）和諧型電力機(jī)車自行移車裝置的組成

和諧型電力機(jī)車自行移車裝置主要的兩個(gè)模塊是功率模塊、單片機(jī)控制模塊。

1、功率模塊設(shè)計(jì)

第一，對(duì)濾波單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，濾波單元可以減少內(nèi)外電壓的沖擊以及干擾，增強(qiáng)整個(gè)電路的電磁兼容性，使得整個(gè)電路可以滿足各種時(shí)的電壓需求。第二，對(duì)電流和電壓控制單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。電流和電壓控制單元是測(cè)量的關(guān)鍵，在這部的電壓控制過(guò)程中，要采用慢給定技術(shù)，使得工作電壓可以從零開(kāi)始慢慢增加，完成輸出電壓的逐步升壓給定，當(dāng)輸入的電壓達(dá)到600V時(shí)，進(jìn)入鉗位，使得電壓不再上升。如果輸出的電流過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致電流的控制進(jìn)入進(jìn)入鉗位，因此需要按照設(shè)計(jì)的曲線，逐步降低電壓，完成功率輸出。 第三，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。高頻開(kāi)關(guān)電源是和諧型電力機(jī)車自行移車裝置的關(guān)鍵部分，其主要的作用是將機(jī)車上現(xiàn)有的蓄電池電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這部分主要由PWM控制器、電子開(kāi)關(guān)電路、高頻變壓器、整流濾波電路、保護(hù)電路等組成。第四，功率變換模塊的設(shè)計(jì)。功率變換模塊主要采用全橋PWM變換器和有限雙極性控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，縱觀整個(gè)電路可以發(fā)現(xiàn)，該電路增加了超前橋臂的兩個(gè)諧振電路，不僅可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)工作方式，還可以保持電路的簡(jiǎn)潔。第五，對(duì)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。PWM集成控制器有兩種，第一種是電壓型控制器，第二種是電流型控制器，前者主有電壓反饋控制，可以滿足電路穩(wěn)定的電壓需求，而后者則在電壓反饋控制器的基礎(chǔ)上增加了電流反饋控制模塊，不僅可以穩(wěn)定輸出電壓，還具備其他的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷；在工作過(guò)程中可以自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓；如果有多臺(tái)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)工作，則需要對(duì)PWM開(kāi)關(guān)控制器內(nèi)在的均流力進(jìn)行控制，將其控制在一定的范圍內(nèi)；應(yīng)該要具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

2、單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在和諧型電力機(jī)車自行移車裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，單片機(jī)控制模塊是一個(gè)十分重要的部分，在電力機(jī)車自行移車裝置過(guò)程中，使用了單片機(jī)控制DC600V輸出和控制LED顯示輸出電壓和電流的大小，可以實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互以及安全保護(hù)。對(duì)于單片機(jī)控制模塊而言，主要要涵蓋以下幾個(gè)方面的功能。第一，實(shí)現(xiàn)對(duì)DC600V輸出的邏輯控制；第二，實(shí)現(xiàn)LED顯示。顯示的MCU可以使用目前性價(jià)比較高的STC51系列。能夠?qū)ν饨绲母鞣N干擾進(jìn)行有效地抵抗，而且功耗較小，可以在系統(tǒng)中編程，使用很方便，可以滿足作為控制單元的單片機(jī)的需求，通過(guò)相應(yīng)的軟件編程可以達(dá)到控制與測(cè)量的目的。第三，實(shí)現(xiàn)輸出控制器的設(shè)計(jì)，在和諧型電力機(jī)車自行移車裝置中，KM1、KM2為輸出接觸器，該部分的斷開(kāi)和閉合分別控制不同的狀態(tài)，當(dāng)KM1、KM2斷開(kāi)，則裝置應(yīng)該要從機(jī)車電路中切除，可以有效地防止裝置在待機(jī)的過(guò)程中對(duì)電路造成影響，如果需要機(jī)車自動(dòng)行走，則可以將接觸器閉合。第四，保護(hù)邏輯單元電路的設(shè)計(jì)，保護(hù)邏輯單元電路是對(duì)機(jī)車庫(kù)用開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖線、風(fēng)壓開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖線進(jìn)行判斷，如果裝置在運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)壓過(guò)低后或者庫(kù)用開(kāi)關(guān)沒(méi)有轉(zhuǎn)換，則本系統(tǒng)是不能工作的，這樣可以保證和諧型電力機(jī)車自行移車裝置能夠有足夠的風(fēng)壓進(jìn)行制動(dòng)，同時(shí)又能確保受電弓在降弓狀態(tài)下進(jìn)行自行移走。 第五，加強(qiáng)LED燈安裝，LED燈具有亮度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，通過(guò)漢字覆膜顯示，使得操作者在進(jìn)行操作的過(guò)程中有更加直觀的視覺(jué)感受。

結(jié)語(yǔ)

和諧型大功率電力機(jī)車，如果沒(méi)有接觸網(wǎng)進(jìn)行供電，其自身的動(dòng)力不能使得其自由走形，對(duì)于其他車輛的調(diào)車帶來(lái)影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，提高電力機(jī)車的自行移車效率。

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