混動內燃機車起機勵磁方法研究

蘇云峰 陳志杰

摘 要： 本文重點探討了柴油機-蓄電池混動內燃機車起機勵磁起機的不同方案，基本拓撲基于HXN5B型調車內燃機車。鑒于混動機車其主變中間直流回路始終與動力蓄電池（1700V）連接，導致參與起機的蓄電池電壓等級與HXN5B不同，雖然混動機車起機方式仍將采用變頻啟動方案，但起機勵磁電路無法與HXN5B電路保持完全一致，針對上述情況，展開研究了兩種不同的起機勵磁拓撲方案。

關鍵詞： 混動;內燃機車;起機;勵磁

1 增加外部電路實現固定勵磁

1.1 過程描述：

機車起機時主發電動機階段勵磁電流達到160A，主發預勵磁階段勵磁電流僅有20A，以此為需求設計主發勵磁的外部電路，起機過程如下：

1）起機初始狀態：根據機車起機前工況不同，為保證CTS不帶電動作，4#起機逆變器控制策略稍有不同：①機車靜止，此時逆變器無輸出，CTS可直接動作;②機車行駛，此時4#逆變器應先切斷輸出，待CTS動作完畢后，再提供輸出;

2）主發電動階段：CTS動作，將4#逆變器輸出從牽引電機切回主發輸出端，于此同時，BJ+/BJ-/QJ閉合，主發勵磁電流由勵磁控制器及外部電路同時提供，此時主發為電動機狀態，帶動柴油機至發火起機;

3）主發預勵磁階段：柴油機起機完成達到預定轉速后，Q1斷開，將電阻R2（約為5Ω）接入回路，將主發勵磁電流降低至20A左右，CTS切回牽引工況狀態，勵磁控制器停止輸出;

4）主發發電階段：經過主發預勵磁，主發開始發電，待勵磁控制器輸出穩定后，斷開BJ接觸器，勵磁電流完全由勵磁控制器提供，勵磁電流大小根據機車工況進行調整;

1.2 方案分析

缺點：增加了外部電路（主要為接觸器Q1與分流電阻R2），且需要微機參與控制勵磁外部電路，控制策略相對復雜;

優點：此方案外部電路改動不大，變動成本不高，參與起機階段的主要部件基本與目前HXN5B保持一致;

2 開發兩路輸入的勵磁控制器實現主發勵磁智能調節

2.1 兩路輸入勵磁控制器功能設想

1）兩路輸入，其中三相交流輸入由勵磁變壓器提供，單相直流輸入由機車控制蓄電池提供;

2）根據輸入情況不同，智能判斷機車工況，進而提供不同工況所需的主發勵磁電流;

2.2 過程描述

1）起機初始狀態：與方案1同;

2）主發電動階段：CTS動作，將4#逆變器輸出從牽引電機切回主發輸出端，勵磁控制器獲得兩路輸入，判斷此時主發為電動機狀態，應提供160A勵磁電流，帶動柴油機至發火起機;

3）主發預勵磁階段：柴油機起機完成達到預定轉速后，4#逆變器切斷輸出，同時CTS切回牽引工況狀態，勵磁控制器的交流輸入切除，僅由直流輸入供電，此時勵磁控制器僅需輸出20A左右勵磁電流，為主發提供預勵磁;

4）主發發電階段：經過主發預勵磁，主發開始發電，此時主發勵磁電流將由勵磁控制器的交流與直流輸入共同提供，勵磁電流大小根據機車工況由勵磁控制器進行調整;

2.3 方案分析

缺點：需要重新開發勵磁控制器;

優點：1）外部電路簡單，去除了BJ接觸器等大型動作裝置;2）整個起機過程，勵磁電路無需微機參與控制;

3 總結

鑒于柴油機-蓄電池混動內燃機車為全新研發項目，開發一款新的勵磁控制器應是值得嘗試的方案但需要做的換工作還有很多，如：利用主發勵磁參數（另有文件，以提供）進行電路仿真，驗證以上兩種方案可行性等。有待后續研究。