和諧型電力機車自行移車裝置及其應用

董皓

摘要 ：通過研制和諧型電力機車自行移車裝置，以機車自帶的蓄電池為動力源，可以使得機車低速行走，杜宇傳統的整備場調車模式可以進行有效的改進，提高車輛的整備效率，可以降低成本。

關鍵詞 ：和諧型電力機車 自動移車裝置 應用

一、和諧型電力機車自行移車裝置設計原則

本文以HXD3、HXD3C型電力機車為例進行設計分析，在進行自行移車裝置的設計過程中，要充分考慮到機車自行移走過程中的行車安全以及機車主電路特點、機車各個主要部件的知識產權、軟件著作權等各種因素。在進行設計時應該要考慮到以下幾個方面的內容。第一，確認機車在總風壓力滿足機車制動距離的情況下進行自動移走，以確保機車在自行移車過程中的安全性。第二，機車在正線牽引的過程中，裝置電路應該要與機車自身的電路實現物理隔離，確保機車在自行移車的過程中不會因為裝置故障導致設備故障。第三，當裝置電路連至機車既有的電路之后，要確保不能對機車的主電路造成任何改變，避免機車的主要部件出現問題。第四，不能對機車既有的TCMS、主變流器等軟件進行修改，避免造成知識產權方面的糾紛。第五，可以將自行移車裝置設計成為車載型，也可以設計成為便攜型，根據具體的需求進行選擇（如圖1所示）。

二、和諧型電力機車自行移車裝置設計

（一）和諧型電力機車自行移車裝置工作原理

通過將電力機車的蓄電池電壓從DC110V直接升壓為DC600V，然后通過主回路庫用開關接入至機車主變流器直流中間電壓，通過機車的TCMS軟件和主變流器軟件預置的庫用位程序，對主變流器功率元件輸出三相AC380V進行控制，從而采用VVVF方式驅動牽引一臺牽引電動機實現機車自行移車。

在設計的過程中，電壓是一個十分重要的部分，以HXD3、HXD3C型電力機車為例，該型號的機車自身的控制回路中裝有蓄電池，如果蓄電池處于充電狀態，當機車降弓之后，蓄電池的內部則會存有一定的電能，利用高頻率的開關對蓄電池DC110V進行升壓、逆變以及整流，則可以得到DC600V電源。所以電力機車自行移車裝置的一個技術主體就是高頻率的開關電源。

（二）和諧型電力機車自行移車裝置的特性曲線

從上面的分析可以看出，主變流器的工作電壓可以從本裝置中獲得，通過主變流器的逆變過程，可以驅動機車的牽引電機，從特定的曲線特性來看，當輸出的電流小于30A時，輸出的電壓范圍為DC600V-DC400V，可以滿足主變流器的工作需要，當輸出的電流大于30A時，則機車的整個系統都將工作在限流區，系統將會停止輸出電壓，以實現對機車的蓄電池的保護。

（三）和諧型電力機車自行移車裝置的組成

和諧型電力機車自行移車裝置主要的兩個模塊是功率模塊、單片機控制模塊。

1、功率模塊設計

第一，對濾波單元進行設計，濾波單元可以減少內外電壓的沖擊以及干擾，增強整個電路的電磁兼容性，使得整個電路可以滿足各種時的電壓需求。第二，對電流和電壓控制單元進行設計。電流和電壓控制單元是測量的關鍵，在這部的電壓控制過程中，要采用慢給定技術，使得工作電壓可以從零開始慢慢增加，完成輸出電壓的逐步升壓給定，當輸入的電壓達到600V時，進入鉗位，使得電壓不再上升。如果輸出的電流過大，則會導致電流的控制進入進入鉗位，因此需要按照設計的曲線，逐步降低電壓，完成功率輸出。 第三，對高頻開關電源單元進行設計。高頻開關電源是和諧型電力機車自行移車裝置的關鍵部分，其主要的作用是將機車上現有的蓄電池電壓進行轉變，這部分主要由PWM控制器、電子開關電路、高頻變壓器、整流濾波電路、保護電路等組成。第四，功率變換模塊的設計。功率變換模塊主要采用全橋PWM變換器和有限雙極性控制方法來實現，縱觀整個電路可以發現，該電路增加了超前橋臂的兩個諧振電路，不僅可以實現軟開關工作方式，還可以保持電路的簡潔。第五，對控制電路進行設計。PWM集成控制器有兩種，第一種是電壓型控制器，第二種是電流型控制器，前者主有電壓反饋控制，可以滿足電路穩定的電壓需求，而后者則在電壓反饋控制器的基礎上增加了電流反饋控制模塊，不僅可以穩定輸出電壓，還具備其他的優點，當流過開關管的電流達到給定值時，開關會自動關斷；在工作過程中可以自動消除工頻輸入電壓經整流后的紋波電壓；如果有多臺開關電源并聯工作，則需要對PWM開關控制器內在的均流力進行控制，將其控制在一定的范圍內；應該要具有更快的負載動態響應。

2、單片機控制模塊的設計與實現

在和諧型電力機車自行移車裝置的設計過程中，單片機控制模塊是一個十分重要的部分，在電力機車自行移車裝置過程中，使用了單片機控制DC600V輸出和控制LED顯示輸出電壓和電流的大小，可以實現良好的人機交互以及安全保護。對于單片機控制模塊而言，主要要涵蓋以下幾個方面的功能。第一，實現對DC600V輸出的邏輯控制；第二，實現LED顯示。顯示的MCU可以使用目前性價比較高的STC51系列。能夠對外界的各種干擾進行有效地抵抗，而且功耗較小，可以在系統中編程，使用很方便，可以滿足作為控制單元的單片機的需求，通過相應的軟件編程可以達到控制與測量的目的。第三，實現輸出控制器的設計，在和諧型電力機車自行移車裝置中，KM1、KM2為輸出接觸器，該部分的斷開和閉合分別控制不同的狀態，當KM1、KM2斷開，則裝置應該要從機車電路中切除，可以有效地防止裝置在待機的過程中對電路造成影響，如果需要機車自動行走，則可以將接觸器閉合。第四，保護邏輯單元電路的設計，保護邏輯單元電路是對機車庫用開關的聯鎖線、風壓開關聯鎖線進行判斷，如果裝置在運行過程中風壓過低后或者庫用開關沒有轉換，則本系統是不能工作的，這樣可以保證和諧型電力機車自行移車裝置能夠有足夠的風壓進行制動，同時又能確保受電弓在降弓狀態下進行自行移走。 第五，加強LED燈安裝，LED燈具有亮度高、穩定性好的特點，通過漢字覆膜顯示，使得操作者在進行操作的過程中有更加直觀的視覺感受。

結語

和諧型大功率電力機車，如果沒有接觸網進行供電，其自身的動力不能使得其自由走形，對于其他車輛的調車帶來影響。在進行設計時應該要對各個模塊的功能進行分析和設計，提高電力機車的自行移車效率。

參考文獻：

[1] 徐秀良，韓群生.和諧型電力機車自行移車裝置及其應用[J].鐵道機車車輛，2014（12）.

[2] 郭立平.和諧型電力機車自行移車裝置及其應用[J].電子技術與軟件工程，2014（20）.

[3] 亢振亮.和諧型大功率電力機車蓄能動車裝置的研究[J].太原鐵道科技，2014（27）.