混动内燃机车起机励磁方法研究

苏云峰 陈志杰

摘 要： 本文重点探讨了柴油机-蓄电池混动内燃机车起机励磁起机的不同方案，基本拓扑基于HXN5B型调车内燃机车。鉴于混动机车其主变中间直流回路始终与动力蓄电池（1700V）连接，导致参与起机的蓄电池电压等级与HXN5B不同，虽然混动机车起机方式仍将采用变频启动方案，但起机励磁电路无法与HXN5B电路保持完全一致，针对上述情况，展开研究了两种不同的起机励磁拓扑方案。

关键词： 混动;内燃机车;起机;励磁

1 增加外部电路实现固定励磁

1.1 过程描述：

机车起机时主发电动机阶段励磁电流达到160A，主发预励磁阶段励磁电流仅有20A，以此为需求设计主发励磁的外部电路，起机过程如下：

1）起机初始状态：根据机车起机前工况不同，为保证CTS不带电动作，4#起机逆变器控制策略稍有不同：①机车静止，此时逆变器无输出，CTS可直接动作;②机车行驶，此时4#逆变器应先切断输出，待CTS动作完毕后，再提供输出;

2）主发电动阶段：CTS动作，将4#逆变器输出从牵引电机切回主发输出端，于此同时，BJ+/BJ-/QJ闭合，主发励磁电流由励磁控制器及外部电路同时提供，此时主发为电动机状态，带动柴油机至发火起机;

3）主发预励磁階段：柴油机起机完成达到预定转速后，Q1断开，将电阻R2（约为5Ω）接入回路，将主发励磁电流降低至20A左右，CTS切回牵引工况状态，励磁控制器停止输出;

4）主发发电阶段：经过主发预励磁，主发开始发电，待励磁控制器输出稳定后，断开BJ接触器，励磁电流完全由励磁控制器提供，励磁电流大小根据机车工况进行调整;

1.2 方案分析

缺点：增加了外部电路（主要为接触器Q1与分流电阻R2），且需要微机参与控制励磁外部电路，控制策略相对复杂;

优点：此方案外部电路改动不大，变动成本不高，参与起机阶段的主要部件基本与目前HXN5B保持一致;

2 开发两路输入的励磁控制器实现主发励磁智能调节

2.1 两路输入励磁控制器功能设想

1）两路输入，其中三相交流输入由励磁变压器提供，单相直流输入由机车控制蓄电池提供;

2）根据输入情况不同，智能判断机车工况，进而提供不同工况所需的主发励磁电流;

2.2 过程描述

1）起机初始状态：与方案1同;

2）主发电动阶段：CTS动作，将4#逆变器输出从牵引电机切回主发输出端，励磁控制器获得两路输入，判断此时主发为电动机状态，应提供160A励磁电流，带动柴油机至发火起机;

3）主发预励磁阶段：柴油机起机完成达到预定转速后，4#逆变器切断输出，同时CTS切回牵引工况状态，励磁控制器的交流输入切除，仅由直流输入供电，此时励磁控制器仅需输出20A左右励磁电流，为主发提供预励磁;

4）主发发电阶段：经过主发预励磁，主发开始发电，此时主发励磁电流将由励磁控制器的交流与直流输入共同提供，励磁电流大小根据机车工况由励磁控制器进行调整;

2.3 方案分析

缺点：需要重新开发励磁控制器;

优点：1）外部电路简单，去除了BJ接触器等大型动作装置;2）整个起机过程，励磁电路无需微机参与控制;

3 总结

鉴于柴油机-蓄电池混动内燃机车为全新研发项目，开发一款新的励磁控制器应是值得尝试的方案但需要做的换工作还有很多，如：利用主发励磁参数（另有文件，以提供）进行电路仿真，验证以上两种方案可行性等。有待后续研究。