某出口内燃机车励磁控制器的原理及维护论文_张金阳

摘要：随着内燃机车出口量的逐步增大，机车各种重要部件的维保相关问题便日益关键，成为保障机车海外运用的关键点，通过对于出口内燃机车机车励磁控制器的构造和运行原理进行及典型故障简单分析说明，使现场维保工作更加简单明了。

关键词：励磁控制器；原理；维保工作

背景：主发电机是内燃机车的核心设备，而励磁控制系统则负责调节主发电机的励磁电流，控制主发电机的功率输出，因此励磁控制系统以及维保工作的及时性、准确性的好坏直接关系着主发电机和牵引电机的运行稳定性。所以维保人员对于励磁控制器的充分了解，尤其是简单原理以及故障维护方面，就显得十分重要。

正文：

一、励磁控制器概述

励磁控制器作为主发电机的一个重要组成部分，用于调节主发电机的励磁电流，控制主发电机的功率输出。励磁装置作为一个复杂的控制系统，要进行逻辑判断和信号输出，需要根据外部众多传感器采集的电流、电压、频率信号进行分析判断，同时对于自身输出信号要进行反馈检测。当主控系统出现故障时，迅速准确的切换至从控系统，保证机车安全持续的运行。

主发电机励磁控制器由传感器电源板插件、机箱电源板插件、主CPU板插件、励磁驱动板插件、模数转换板插件、信号调理板插件和母板组成。

控制系统采用了冗余设计，励磁控制器在硬件电路上实现了模块化设计，共有两套完全一致的硬件电路组成。正常情形下，仅有一路PWM输出，即主机进行PWM输出。从机和主机运行逻辑完全一致，采集、接受、和处理的数据完全一致。仅仅是在后端关闭了PWM输出功能。在主机故障时或者PWM控制失效时，主机位置的继电器动作，切断励磁电流输出，同时从机接管主机工作，打开继电器，同时开启PWM输出。PWM控制的励磁电流最终通过励磁驱动板输出。图1描述了励磁控制器励磁控制回路原理，图中描述的I系和II系，分别是冗余控制的主机和从机。励磁线圈上端接有LC继电器开关，是励电流输出的总开关。I系和II系分别对应有各自的独立继电器，当I系或者II控制出现故障时，相应继电器断开，保护励磁回路，防止系统不受控制。

二、励磁控制器组成介绍

1.传感器电源板

传感器电源板主要将机车直流电源进行变换后为励磁控制器多路电压/电流传感器供电。电源板具有防浪涌保护、输入过欠压保护、输入反向保护、输出过流保护、输出短路保护等功能。

●输入电压：74VDC；

●输出电压：+/-24VDC@4A；

2.机箱电源板

机箱电源板主要将机车直流电源进行变换后为励磁控制装置内各种板卡供电。具有防浪涌保护、输入过欠压保护、输入反向保护、输出过流保护、输出短路保护功能。

●输入电压：74VDC；

●输出电压：5VDC@3A；5VDC@1A；+/-5VDC@1A；12VDC@2A；

3.励磁驱动板

PWM输出及保护，MOS管短路反馈，励磁电流取样及续流二极管，0-50V连续输出励磁回路脱扣控制（DO输出），励磁回路空开闭合反馈（DI输入），110V开关量检测。

●PWM输出：占空比0~100%范围连续可调；

表1DRV板LED指示说明

4.信号调理板

信号调理板卡实现12路模拟量的信号预处理，将从传感器检测到的信号统一变成电压/电流信号，并同时提供给主控制器的AI板和从控制器的AI板。

5.主CPU板

主要功能：励磁机励磁电流的计算和控制；主发电机输出电压、电流、功率的计算和控制；牵引控制转矩及转矩加载率给定的计算；冗余控制等。

表2CPU板LED指示说明

图1励磁控制回路原理图

6.模拟量输入板

AI板卡实现13路模拟量数据转换，并通过SPI总线将转换数据提供给主CPU板卡：

●模拟量信号采集：AI板卡对13路模拟量输入进行信号处理和模数转换；

●过流检测：对6路交流电流进行过流检测，采用硬件滞回比较，当过流报警时，通过硬件直接输出继电器无源触点信号，并能将过流报警信号传送到CPU；

●AI板通过内部背板总线与其他板卡交换数据，没有外部连接器。

表3AI板LED指示说明

三、逻辑控制

1.CPU板控制

控制器内部含有两块相同的主CPU板卡，以热备方式工作，一块为主控单元，另一块为备用控制单元。当主控单元发生故障时，系统将自动切换到备用控制单元上，切换完成后能恢复到励磁系统原来的工作状态，两个主CPU板之间的切换过程在10ms内完成。

2.PWM输出控制

PWM输出由主CPU板和励磁驱动板来共同完成。主CPU板给出控制命令，励磁驱动板实现功率驱动。每块励磁驱动板输出回路由各自的继电器控制，当发生驱动板的功率器件（MOS管）短路时，继电器就开路，切断有故障的励磁驱动板输出回路。

四、励磁控制器常见故障处理

通过上述励磁控制器和各板卡的工作原理，以及指示灯说明，可以初步判断大多数励磁系统的故障位置和故障原因。

以下为总结出的一些具体的故障现象和一般处理办法，有助于现场服务人员快速排查并解决问题。

表4励磁故障说明及处理方案

五.结束语

本文对励磁控制器的整机简单原理、单板功能、常见故障以及解决办法进行了说明与总结，便于售后维保人员对于机车励磁系统的学习和现场实际的工作。

参考文献

[1]陆继明，毛承雄.同步发电机危机励磁控制[M].北京：中国电力出版社，2006

[2]李峻，关于集成稳压器控制的原理及应用[M].北京：人民交通出版社，1997

[3]西南交通大学.电传动机车控制[M].北京：中国铁道出版社，1982

论文作者:张金阳

论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期

论文发表时间:2020/4/20

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