內(nèi)燃機(jī)車電壓調(diào)整器功能優(yōu)化探討

史國輝

（河鋼宣鋼物流公司 河北 張家口 075100）

引言

內(nèi)燃機(jī)車作為電氣技術(shù)上一項研究項目之一，在當(dāng)前牽引動力設(shè)備的建設(shè)要求上，需要對其進(jìn)行功能上的優(yōu)化設(shè)計，使其能夠在運行過程中具有較高的穩(wěn)定性。內(nèi)燃機(jī)車110V電壓調(diào)整器的功能控制工作中，需要對其實施進(jìn)一步優(yōu)化，確保機(jī)車質(zhì)量能具備較高的穩(wěn)定性。

1 設(shè)計方案

基于當(dāng)前舊設(shè)備運行情況存在的局限性，對電壓調(diào)整器進(jìn)行功能上的優(yōu)化設(shè)計，使其能夠在運行過程中保障機(jī)車的整體質(zhì)量，該設(shè)計方案的功能與相關(guān)指標(biāo)包含以下幾個方面：

1.1 蓄電池

在該環(huán)節(jié)的設(shè)計工作中，對其實施充電管理。一般情況下，蓄電池的充電方式包含限流充電、快速充電與浮充電。限流充電與快速充電為均充模式，電壓一般處在112V，浮充電一般處在108V的水平上。監(jiān)控模塊在對蓄電池的放電壓檢測時，若電壓不高于97V，電壓調(diào)整器將處于均充、快速充電的狀態(tài)下，輸出電壓=112V，充電電流=45A。在持續(xù)進(jìn)行充電的過程中，充電電流若不大于26A，隨即將充電模式轉(zhuǎn)換為浮充電模式，輸出電壓=108V。結(jié)合蓄電池工作溫度的變化情況，對不同廠家的蓄電池實施溫度補(bǔ)償，由于廠家在產(chǎn)品設(shè)計工藝與標(biāo)準(zhǔn)制定方面存在差異，在進(jìn)行蓄電池補(bǔ)償?shù)墓ぷ髦校筛鶕?jù)主機(jī)的功能按鍵進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)蓄電池單節(jié)過充、欠充等情況。在系統(tǒng)工作電壓的控制上，需要將其設(shè)置為：DC70-130V，輸出電壓106-112V的范圍內(nèi)。

1.2 新型電壓調(diào)整器

在該環(huán)節(jié)需要進(jìn)行輸出電壓的分析工作，內(nèi)燃機(jī)車輸出端電壓一般規(guī)定在（110±2）V的范圍內(nèi)，新型電壓調(diào)整器在最高的輸出電壓上也處在該范圍內(nèi)，為112V，該電壓與原車的技術(shù)要求相匹配，即內(nèi)燃機(jī)車在固定發(fā)電端的電壓上，需控制在105-108V的范圍內(nèi)，新型電壓調(diào)整器需保證最低電壓不高于107V。

從設(shè)計方案的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定上，可以看出機(jī)車新型電壓調(diào)整器在輸出電壓上需要處在106-112V的范圍內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)車供電電壓需要處在105-112V的范圍內(nèi)，確保內(nèi)部軟件能夠處在合理的范圍內(nèi)。

2 設(shè)計方案的實行

2.1 裝置構(gòu)件

新型電壓調(diào)整器在裝置結(jié)構(gòu)上，主要包含系統(tǒng)主機(jī)、蓄電池溫度檢測電路、蓄電池電流檢測電路以及蓄電池電壓檢測電路。系統(tǒng)主機(jī)包含的功能模塊主要涉及主控芯片、ADC采樣、PWM控制、顯示、人際交互截面以及通訊接口模塊等。。

2.2 內(nèi)部裝置的運行原理

系統(tǒng)總體的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中進(jìn)行了相應(yīng)配置，該具體的工作流程為，當(dāng)機(jī)車處在正常運行的狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)兩側(cè)實施并聯(lián)的電壓傳感器通過實施監(jiān)控、檢測的功能，對蓄電池的電壓變化情況進(jìn)行采樣與分析。系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)用傳感器電壓線信號對ADC采樣模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以此取得蓄電池實時狀態(tài)下的電壓值。蓄電池正極電流傳感器的檢測工作中，對其電流與系統(tǒng)主機(jī)重復(fù)使用傳感器電壓信號經(jīng)過ADC采樣模塊的方式，對蓄電池的電流情況進(jìn)行獲取。在蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的溫度傳感器運行過程中，對蓄電池溫度值的調(diào)查情況，也運用ADC模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使系統(tǒng)主機(jī)能夠順利獲取。系統(tǒng)主機(jī)在多個傳感器的作用下，對蓄電池的電壓、電流與溫度變化情況進(jìn)行綜合性分析，該過程還可結(jié)合用戶對蓄電池充放電的具體要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。第一，需要使蓄電池溫度能夠?qū)﹄妷簩嵤┭a(bǔ)償，第二，在軟件內(nèi)部P1的運行上，對蓄電池的充放電流、電壓的模式進(jìn)行確認(rèn)。最后借助系統(tǒng)主機(jī)的PWM模塊進(jìn)行功率上的控制，以此對勵磁繞組的電流實施控制，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的大小情況。在實時數(shù)據(jù)與蓄電池的充放電數(shù)據(jù)信息上，需要將必要的充放電信息展示在機(jī)器的交互界面上，使其維護(hù)人員能夠根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息實施監(jiān)控。

2.3 系統(tǒng)主機(jī)設(shè)計

(1)主控芯片。該環(huán)節(jié)的設(shè)計工作需要在主控芯片模塊上應(yīng)用32位DSP、12bit的AD以及DC/DC電源與逆變器等。此外，通過MCU的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)應(yīng)用與傳統(tǒng)傳感器進(jìn)行應(yīng)用，總的方式為BOOtloader+Application，此種方式在維護(hù)工作的制定與系統(tǒng)的升級工作上能夠提供較為便捷的方法。

(2)ADC采樣模塊。在該模塊的設(shè)計上，需要系統(tǒng)對機(jī)車蓄電池的電壓、電流與溫度變量進(jìn)行采集，系統(tǒng)主機(jī)在外部傳感器的數(shù)據(jù)信息采集上，需要對相應(yīng)的模擬信號實施采集與轉(zhuǎn)換，信號轉(zhuǎn)換模塊為ADC模塊，主控芯片通過采集到的電壓、電流與溫度信息依次進(jìn)行總體上的判斷計算。

(3)PWM控制模塊。在該模塊的設(shè)計工作中，其應(yīng)用方向主要針對機(jī)車蓄電池的電壓大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)主控芯片的輸出管理上，應(yīng)用脈沖方波電壓、脈沖電壓控制系統(tǒng)主機(jī)上的功率開關(guān)管，開關(guān)管在運行勵磁繞組的控制模塊，對其電流大小進(jìn)行相應(yīng)控制。

(4)系統(tǒng)主機(jī)外圍電路。該模塊通常由蓄電池溫度檢測電路、蓄電池電流檢測電路以及蓄電池電壓檢測電路構(gòu)成。

3 總結(jié)

本文通過電壓調(diào)整器的功能特點實施多角度理論研究與分析，結(jié)合機(jī)車運行的基本性質(zhì)，對電壓調(diào)整器的功能優(yōu)化設(shè)計提出了相應(yīng)的設(shè)計思路及其注意事項。現(xiàn)階段，內(nèi)燃機(jī)車在電壓調(diào)整器的應(yīng)用與功能設(shè)計上，還存在通用性上的不足，需要對其整體的功能結(jié)構(gòu)與實施方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。