本發(fā)明涉及一種柴油機變頻起動方法及柴油發(fā)電機組、機車,屬于內(nèi)燃機車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在采用交流同步主發(fā)電機的內(nèi)燃機車上，對柴油機發(fā)電機組實行變頻起動，可以省去起動電機、變速箱等設(shè)備，不僅解決了占用空間大、軸重增加等問題，還可大幅度地減少噪音、異音、發(fā)熱、機油泄漏等現(xiàn)象，機車的性能及可維護性大大提高。因此變頻起動技術(shù)越來越得到生產(chǎn)廠商和用戶的重視。

柴油發(fā)電機組的變頻起動，現(xiàn)在一般的做法是利用機車蓄電池直流電源，通過斬波器控制主發(fā)電機的勵磁繞組，通過機車的牽引逆變器向主發(fā)電機的三相電樞繞組供電，不斷改變定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，利用同步轉(zhuǎn)矩來起動柴油機?，F(xiàn)有技術(shù)雖然在驅(qū)動及控制方面都已經(jīng)比較成熟，但是仍存在控制策略復(fù)雜、其控制性能受電機參數(shù)影響較大等問題。尤其在牽引逆變器額定中間電壓較高的情況下，同步發(fā)電機做電動機運行，需要逆變器輸出三相交流電的壓頻比高，然而在蓄電池供電條件下，中間直流電壓卻比較低，同時較低轉(zhuǎn)速下同步電機還會產(chǎn)生較高的反電勢，使同步電機輸出轉(zhuǎn)矩受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種更加優(yōu)化起動控制和系統(tǒng)配置的柴油機變頻起動方法及柴油發(fā)電機組、機車。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種柴油機變頻起動方法，其特征在于：

A.勵磁繞組的控制

A1.勵磁電流給定信號I_f^*先給出一個初始單脈沖勵磁電流給定信號；

A2.根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速n查勵磁電流-柴油機轉(zhuǎn)速表，得到勵磁電流給定值I_f^*；

A3.檢測主發(fā)電機勵磁電流反饋信號I_f,根據(jù)I_f^*、I_f進行勵磁電流PI控制，得到勵磁脈寬占空比控制信號IfCtrl,將IfCtrl限制于IfMin至IfMax，控制斬波器的輸出；

A4.當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速n小于設(shè)定轉(zhuǎn)速ns且起動時間T小于設(shè)定時間Ts時，返回步驟A2；否則進入下一步驟；

A5.關(guān)閉勵磁斬波器控制信號。

B.電樞繞組的控制

B0.在勵磁繞組初始單脈沖勵磁電流給定信號結(jié)束時，令直軸電流給定值I_d^*的初始值為零；

B1.根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速反饋值n，計算機械角頻率ω_e＝π*P*n/60，其中：P為電機極數(shù)，ω_e的計算單位為rad/s，n的計算單位為r/min；

B2.以初始相位角為初始值對ω_e積分運算，得到轉(zhuǎn)子位置角θ，其中：u、v、w為初始單脈沖勵磁電流給定信號下降沿時電機輸出的線電壓信號瞬時值；

B3.對電機轉(zhuǎn)子位置角θ和電機瞬時電流值I_a、I_b、I_c進行Clark和Park變換，得出直軸電流I_d和交軸電流I_q；

B4.根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速給定值n^*和反饋值n，進行柴油機轉(zhuǎn)速PI控制，輸出交軸電流給定值I_q^*，柴油機轉(zhuǎn)速給定值n^*的增長斜率按照設(shè)定的柴油機起動轉(zhuǎn)速和時間來確定；

B5.根據(jù)I_q^*、I_q，進行交軸電壓PI控制，得到交軸電壓控制信號U_q；

B6.根據(jù)I_d^*、I_d，進行直軸電壓PI控制，得到直軸電壓控制信號U_d；

B7.對直軸電壓控制信號U_d、交軸電壓控制信號U_q和轉(zhuǎn)子位置角θ進行Clark和Park逆變換，得出三相交流輸出電壓參考信號U_a^*、U_b^*、U_c^*；

B8.根據(jù)三相交流輸出電壓參考信號U_a^*、U_b^*、U_c^*生成PWM控制信號，控制逆變器輸出三相交流電壓U_a、U_b、U_c；

B9.當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速n小于設(shè)定轉(zhuǎn)速ns且起動時間T小于設(shè)定時間Ts時，返回步驟B1；否則，進入下一步驟；

B10.關(guān)閉逆變器驅(qū)動控制信號。

一種柴油發(fā)電機組，其發(fā)電機為交流同步主發(fā)電機，其特征在于采用上述柴油機變頻起動方法。

一種內(nèi)燃機車，其動力裝置為包含交流同步主發(fā)電機的柴油發(fā)電機組，其特征在于采用上述柴油機變頻起動方法。

本發(fā)明的方案，通過精確的轉(zhuǎn)子位置檢測和轉(zhuǎn)子磁場矢量定向控制，實現(xiàn)了更加優(yōu)化的變頻起動控制和系統(tǒng)配置，能夠更好的適用于可應(yīng)用變頻起動的內(nèi)燃機車及各類柴油發(fā)電機組的場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的柴油機變頻起動電路原理示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的柴油機變頻起動方法主程序流程圖。

圖3為本發(fā)明實施例的勵磁繞組控制子程序流程圖。

圖4為本發(fā)明實施例的電樞繞組控制子程序流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參看圖1，本實施例的柴油機變頻起動電路,機車蓄電池BATT作為直流電源，通過勵磁斬波器向主發(fā)電機的勵磁繞組供電，通過機車的牽引逆變器向主發(fā)電機的三相電樞繞組供電，不斷改變定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，利用同步轉(zhuǎn)矩來起動柴油機。

參看圖2本實施例的柴油機變頻起動方法主程序流程圖。主流程開始，進入框1.1判斷起動指令為真嗎？如果否，進入框1.4，置初始位置標志P＝0；如果是，進入框1.2，判斷柴油機轉(zhuǎn)速為零嗎？如果否，進入框1.4；如果是，進入框1.3，判斷轉(zhuǎn)子初始位置確定標志P＝1？若框1.3條件不滿足，進入框1.5，設(shè)定I_f^*為脈沖寬度為T1、幅值為A1的勵磁電流給定信號。進入框1.6，調(diào)用勵磁脈寬控制子程序，生成勵磁控制信號PWM1。進入框1.7，判斷脈沖勵磁電流給定信號T1是否結(jié)束？如果否，主流程結(jié)束；如果是，進入框1.8，檢測同步主發(fā)電機的輸出三相線電壓信號瞬時值u、v、w，計算置轉(zhuǎn)子初始位置標志P＝1。若框1.3條件滿足，進入框1.10，根據(jù)柴油機起動轉(zhuǎn)速和時間設(shè)定值，按一定斜率控制柴油機轉(zhuǎn)速給定值n*。進入框1.11，檢測柴油機轉(zhuǎn)速n，根據(jù)n查勵磁電流-柴油機轉(zhuǎn)速表計算勵磁電流給定值I_f^*，此處根據(jù)得到式中i_d的控制值為零，即得到其中L_mf和ψ_f為與電機轉(zhuǎn)速(即柴油機轉(zhuǎn)速)相關(guān)的參數(shù)，由此可得出勵磁電流-柴油機轉(zhuǎn)速表。隨后進入框1.12，調(diào)用勵磁脈寬控制子程序，生成勵磁控制信號PWM1。進入框1.13，調(diào)用變頻起動柴油機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制子程序。進入框1.14，判斷柴油機轉(zhuǎn)速n>設(shè)定轉(zhuǎn)速ns？如果是，進入框1.17，逆變器停止。如果否，進入框1.15，T＝T+1。進入框1.16，判斷起動時間T>設(shè)定時間Ts？如果否，主流程結(jié)束；如果是，進入框1.17，逆變器停止。進入框1.18，置起動時間T＝0。主流程結(jié)束。

參看圖3的勵磁繞組控制子程序流程圖。子程序流程開始，進入框2.1，檢測主發(fā)電機勵磁電流反饋信號I_f。進入框2.2，根據(jù)I_f^*、I_f，進行勵磁電流PI控制，得到占空比控制信號IfCtrl。進入框2.3，將IfCtrl限制于IfMin至IfMax。進入框2.4，輸出占空比控制信號PWM。然后本流程結(jié)束。

參看圖4的電樞繞組控制子程序流程圖。子程序流程開始，進入框3.1，根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速給定值n*、反饋值n，進行柴油機轉(zhuǎn)速PI控制，輸出Iq*。進入框3.2，設(shè)定Id*為零。進入框3.3，計算機械角頻率ω_e＝π*P*n/60,其中：P為電機極數(shù)，ω_e的計算單位為rad/s，n的計算單位為r/min。進入框3.4，對ω_e積分，得到轉(zhuǎn)子位置角θ,其積分運算的初始值為初始相位角θ₀。進入框3.5，檢測I_a、I_b、I_c瞬時值。進入框3.6，根據(jù)I_a、I_b、I_c、θ,通過Clark和Park變換計算I_d、I_q。進入框3.6，根據(jù)I_d^*、I_d，進行直軸電壓PI控制，得到直軸電壓控制信號U_d。進入框3.8，根據(jù)I_q^*、I_q，進行交軸電壓PI控制，得到交軸電壓控制信號U_q。進入框3.9，根據(jù)U_d、U_q、θ,通過Clark和Park逆變換計算三相交流輸出電壓參考信號U_a^*、U_b^*、U_c^*。進入框3.10，根據(jù)U_a^*、U_b^*、U_c^*生成PWM控制信號，控制逆變器輸出三相交流電壓U_a、U_b、U_c。然后本流程結(jié)束。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。