和谐型电力机车自行移车装置及其应用

董皓

摘要 ：通过研制和谐型电力机车自行移车装置，以机车自带的蓄电池为动力源，可以使得机车低速行走，杜宇传统的整备场调车模式可以进行有效的改进，提高车辆的整备效率，可以降低成本。

关键词 ：和谐型电力机车 自动移车装置 应用

一、和谐型电力机车自行移车装置设计原则

本文以HXD3、HXD3C型电力机车为例进行设计分析，在进行自行移车装置的设计过程中，要充分考虑到机车自行移走过程中的行车安全以及机车主电路特点、机车各个主要部件的知识产权、软件著作权等各种因素。在进行设计时应该要考虑到以下几个方面的内容。第一，确认机车在总风压力满足机车制动距离的情况下进行自动移走，以确保机车在自行移车过程中的安全性。第二，机车在正线牵引的过程中，装置电路应该要与机车自身的电路实现物理隔离，确保机车在自行移车的过程中不会因为装置故障导致设备故障。第三，当装置电路连至机车既有的电路之后，要确保不能对机车的主电路造成任何改变，避免机车的主要部件出现问题。第四，不能对机车既有的TCMS、主变流器等软件进行修改，避免造成知识产权方面的纠纷。第五，可以将自行移车装置设计成为车载型，也可以设计成为便携型，根据具体的需求进行选择（如图1所示）。

二、和谐型电力机车自行移车装置设计

（一）和谐型电力机车自行移车装置工作原理

通过将电力机车的蓄电池电压从DC110V直接升压为DC600V，然后通过主回路库用开关接入至机车主变流器直流中间电压，通过机车的TCMS软件和主变流器软件预置的库用位程序，对主变流器功率元件输出三相AC380V进行控制，从而采用VVVF方式驱动牵引一台牵引电动机实现机车自行移车。

在设计的过程中，电压是一个十分重要的部分，以HXD3、HXD3C型电力机车为例，该型号的机车自身的控制回路中装有蓄电池，如果蓄电池处于充电状态，当机车降弓之后，蓄电池的内部则会存有一定的电能，利用高频率的开关对蓄电池DC110V进行升压、逆变以及整流，则可以得到DC600V电源。所以电力机车自行移车装置的一个技术主体就是高频率的开关电源。

（二）和谐型电力机车自行移车装置的特性曲线

从上面的分析可以看出，主变流器的工作电压可以从本装置中获得，通过主变流器的逆变过程，可以驱动机车的牵引电机，从特定的曲线特性来看，当输出的电流小于30A时，输出的电压范围为DC600V-DC400V，可以满足主变流器的工作需要，当输出的电流大于30A时，则机车的整个系统都将工作在限流区，系统将会停止输出电压，以实现对机车的蓄电池的保护。

（三）和谐型电力机车自行移车装置的组成

和谐型电力机车自行移车装置主要的两个模块是功率模块、单片机控制模块。

1、功率模块设计

第一，对滤波单元进行设计，滤波单元可以减少内外电压的冲击以及干扰，增强整个电路的电磁兼容性，使得整个电路可以满足各种时的电压需求。第二，对电流和电压控制单元进行设计。电流和电压控制单元是测量的关键，在这部的电压控制过程中，要采用慢给定技术，使得工作电压可以從零开始慢慢增加，完成输出电压的逐步升压给定，当输入的电压达到600V时，进入钳位，使得电压不再上升。如果输出的电流过大，则会导致电流的控制进入进入钳位，因此需要按照设计的曲线，逐步降低电压，完成功率输出。 第三，对高频开关电源单元进行设计。高频开关电源是和谐型电力机车自行移车装置的关键部分，其主要的作用是将机车上现有的蓄电池电压进行转变，这部分主要由PWM控制器、电子开关电路、高频变压器、整流滤波电路、保护电路等组成。第四，功率变换模块的设计。功率变换模块主要采用全桥PWM变换器和有限双极性控制方法来实现，纵观整个电路可以发现，该电路增加了超前桥臂的两个谐振电路，不仅可以实现软开关工作方式，还可以保持电路的简洁。第五，对控制电路进行设计。PWM集成控制器有两种，第一种是电压型控制器，第二种是电流型控制器，前者主有电压反馈控制，可以满足电路稳定的电压需求，而后者则在电压反馈控制器的基础上增加了电流反馈控制模块，不仅可以稳定输出电压，还具备其他的优点，当流过开关管的电流达到给定值时，开关会自动关断；在工作过程中可以自动消除工频输入电压经整流后的纹波电压；如果有多台开关电源并联工作，则需要对PWM开关控制器内在的均流力进行控制，将其控制在一定的范围内；应该要具有更快的负载动态响应。

2、单片机控制模块的设计与实现

在和谐型电力机车自行移车装置的设计过程中，单片机控制模块是一个十分重要的部分，在电力机车自行移车装置过程中，使用了单片机控制DC600V输出和控制LED显示输出电压和电流的大小，可以实现良好的人机交互以及安全保护。对于单片机控制模块而言，主要要涵盖以下几个方面的功能。第一，实现对DC600V输出的逻辑控制；第二，实现LED显示。显示的MCU可以使用目前性价比较高的STC51系列。能够对外界的各种干扰进行有效地抵抗，而且功耗较小，可以在系统中编程，使用很方便，可以满足作为控制单元的单片机的需求，通过相应的软件编程可以达到控制与测量的目的。第三，实现输出控制器的设计，在和谐型电力机车自行移车装置中，KM1、KM2为输出接触器，该部分的断开和闭合分别控制不同的状态，当KM1、KM2断开，则装置应该要从机车电路中切除，可以有效地防止装置在待机的过程中对电路造成影响，如果需要机车自动行走，则可以将接触器闭合。第四，保护逻辑单元电路的设计，保护逻辑单元电路是对机车库用开关的联锁线、风压开关联锁线进行判断，如果装置在运行过程中风压过低后或者库用开关没有转换，则本系统是不能工作的，这样可以保证和谐型电力机车自行移车装置能够有足够的风压进行制动，同时又能确保受电弓在降弓状态下进行自行移走。 第五，加强LED灯安装，LED灯具有亮度高、稳定性好的特点，通过汉字覆膜显示，使得操作者在进行操作的过程中有更加直观的视觉感受。

结语

和谐型大功率电力机车，如果没有接触网进行供电，其自身的动力不能使得其自由走形，对于其他车辆的调车带来影响。在进行设计时应该要对各个模块的功能进行分析和设计，提高电力机车的自行移车效率。

参考文献：

[1] 徐秀良，韩群生.和谐型电力机车自行移车装置及其应用[J].铁道机车车辆，2014（12）.

[2] 郭立平.和谐型电力机车自行移车装置及其应用[J].电子技术与软件工程，2014（20）.

[3] 亢振亮.和谐型大功率电力机车蓄能动车装置的研究[J].太原铁道科技，2014（27）.