和諧型電力機(jī)車自行移車裝置及其應(yīng)用

郭立平

摘 要 和諧型大功率電力機(jī)車，在沒有接觸網(wǎng)供電的情況下，不能依靠自身動(dòng)力在整備場(chǎng)區(qū)自由走行，嚴(yán)重制約了各機(jī)務(wù)部門自身的調(diào)車及整備效率。通過研制和諧型電力機(jī)車自行移車裝置，以HXD3及HXD3C機(jī)車為試驗(yàn)對(duì)象，通過機(jī)車自帶的蓄電池為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)機(jī)車低速行走，改變了傳統(tǒng)的整備場(chǎng)調(diào)車模式，提高了整備效率，進(jìn)一步減少了調(diào)車成本和人員浪費(fèi)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】和諧型 電力機(jī)車 蓄電池 自行移車

1 HXD3、HXD3C型電力機(jī)車自行走裝置設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

HXD3、HXD3C型電力機(jī)車自行走裝置設(shè)計(jì)，需充分考慮機(jī)車自走行的行車安全、機(jī)車主電路特點(diǎn)、主要部件知識(shí)產(chǎn)權(quán)、軟件著作權(quán)和機(jī)務(wù)段實(shí)際需要等各方面因素，應(yīng)遵循以下幾方面原則：

（1）在機(jī)車總風(fēng)壓力足以保證機(jī)車制動(dòng)距離的情況下才能進(jìn)行自走行，以確保機(jī)車自走行的行車安全；

（2）機(jī)車在正線牽引時(shí)，裝置電路要與機(jī)車電路物理隔離，以確保不因裝置故障導(dǎo)致機(jī)車設(shè)備故障；

（3）裝置電路連至機(jī)車既有電路后，對(duì)機(jī)車既有主電路布局不改變，以避免機(jī)車主要部件質(zhì)保糾紛；

（4）對(duì)機(jī)車既有的TCMS、主變流器等軟件不進(jìn)行軟件修改，以避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛；

（5）自走行速度需要滿足機(jī)車出入檢修庫和整備場(chǎng)有電區(qū)向無電區(qū)轉(zhuǎn)線需求，走行速度能夠滿足效率需求；

（6）裝置可生產(chǎn)為車載型作為機(jī)車制式裝備，也可生產(chǎn)為便攜型作為機(jī)務(wù)段工裝設(shè)備；

（7）裝置升級(jí)改進(jìn)后，可適用于HXD1、HXD2、HXD3B等其他型號(hào)電力機(jī)車，也可適用于既有交-直型電傳動(dòng)電力機(jī)車和電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。

1.2 技術(shù)方案的確定

根據(jù)機(jī)車主電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以通過以下三種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能：

方案一：將機(jī)車蓄電池DC110V電壓直接升壓逆變?yōu)槿郃C380V，采用VVVF方式驅(qū)動(dòng)牽引一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

方案二：將機(jī)車蓄電池DC110V電壓接入至機(jī)車主變流器（CI）直流中間電壓，修改機(jī)車TCMS軟件和主變流器（CI）軟件，使主變流器輸出三相AC380V，采用VVVF方式驅(qū)動(dòng)牽引一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

方案三：將機(jī)車蓄電池DC110V電壓直接升壓為DC600V后，通過主回路庫用開關(guān)接入至機(jī)車主變流器（CI）直流中間電壓，通過機(jī)車TCMS軟件和主變流器（CI）軟件預(yù)置的庫用位程序，控制主變流器功率元件輸出三相AC380V，采用VVVF方式驅(qū)動(dòng)牽引一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

通過對(duì)比分析，技術(shù)方案三作為設(shè)計(jì)方案，優(yōu)點(diǎn)更為突出，方案三符合設(shè)計(jì)原則。機(jī)車自走行速度為1km/h，在這種走行速度下，機(jī)車出入機(jī)車檢修庫一次走行時(shí)間約為3分鐘，效率能夠滿足機(jī)務(wù)段實(shí)際需要。在整備場(chǎng)自有電區(qū)向無電區(qū)轉(zhuǎn)線，僅需要在接觸網(wǎng)終點(diǎn)處（通常在道岔處）開始自走行，在這種走行速度下，機(jī)車通過道岔的時(shí)間約為1分鐘，進(jìn)入股道后對(duì)整備場(chǎng)調(diào)車組織就不再影響，其效率也能滿足機(jī)務(wù)段整備場(chǎng)實(shí)際需要。

1.3 裝置的設(shè)計(jì)

1.3.1 裝置工作原理

將機(jī)車蓄電池DC110V電壓直接升壓為DC600V后，通過主回路庫用開關(guān)接入至機(jī)車主變流器（CI）直流中間電壓，通過機(jī)車TCMS軟件和主變流器（CI）軟件預(yù)置的庫用位程序，控制主變流器功率元件輸出三相AC380V，采用VVVF方式驅(qū)動(dòng)牽引一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

1.3.2 DC600V中間電壓的獲得

HXD3、HXD3C型電力機(jī)車控制回路裝有蓄電池（容量170AH），當(dāng)機(jī)車正常工作時(shí)，蓄電池處于充電狀態(tài)，機(jī)車降弓后，蓄電池內(nèi)儲(chǔ)存有電能，電壓為DC110V。利用高頻開關(guān)電源，對(duì)蓄電池DC110V進(jìn)行升壓-逆變-整流獲得DC600V電源。所以該裝置的技術(shù)主體就是一個(gè)高頻開關(guān)電源。

1.3.3 裝置的特性曲線

從以上可以看出，主變流器（CI）DC600V工作電壓自本裝置中獲得，通過主變流器逆變，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，中間電壓最低電壓不得小于DC350V，實(shí)測(cè)主變流器（CI）內(nèi)部整流元件壓降約為50V。

從特定曲線的特性來看，在輸出電流小于30A時(shí)，輸出電壓范圍為DC600V-DC400V，以滿足主變流器工作。在輸出電流大于30A時(shí)，系統(tǒng)將工作在限流區(qū)。系統(tǒng)將自動(dòng)停止電壓輸出，以保護(hù)蓄電池。

1.3.4 裝置的組成

裝置由功率模塊和單片機(jī)控制兩大模塊組成，其各單元的主要技術(shù)原理和作用分述如下：

（1）功率模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

a.濾波單元。即濾波器電路，減少內(nèi)外電壓沖擊和干擾，增強(qiáng)電路的電磁兼容性，使其滿足要求。

b.電流、電壓控制單元。此單元是測(cè)量的關(guān)鍵控制部分。電壓控制采用慢給定技術(shù)，工作電壓從0緩慢增加，要完成輸出電壓的逐步升壓給定；當(dāng)電壓達(dá)到600V時(shí)，進(jìn)入鉗位，電壓不再生上升。如絕緣較低、輸出電流過大時(shí)，電流控制進(jìn)入鉗位，按照設(shè)計(jì)的曲線，逐步降低電壓。通過電流電壓的控制，完成功率輸出。

輸出電壓慢給定技術(shù)：在系統(tǒng)工作時(shí)，由于需在主變流器（CI）工作前，向主變流器（CI）續(xù)流電容進(jìn)行預(yù)充電，如果先給定600V電壓，在主變流器（CI）續(xù)流電容嚴(yán)重虧電或主變流器（CI）絕緣低的情況下，將有一個(gè)很大的沖擊電流，造成系統(tǒng)故障或蓄電池過渡放電。在本次設(shè)計(jì)中，重用電壓慢給定技術(shù)，輸出電壓從0V緩慢增加至600V，防止了沖擊電流的產(chǎn)生。同時(shí)，主變流器（CI）續(xù)流電容充電完畢后啟動(dòng)時(shí)，也采用了輸出慢給定技術(shù)，牽引電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)初期不會(huì)產(chǎn)生很大電流。

c.高頻開關(guān)電源單元。這部分是本裝置的關(guān)鍵點(diǎn)，主要作用是把機(jī)車上現(xiàn)有的蓄電池110伏的直流電變?yōu)镈C600V的直流電源。其主要由PWM控制器、電子開關(guān)電路、高頻變壓器、整流濾波電路、保護(hù)電路等組成。endprint

（2）工作原理為：110V直流電經(jīng)穩(wěn)壓濾波后變?yōu)?00V直流電，在400V-600V的電壓范圍內(nèi)保持性能，受電流、電壓控制單元，為主變流器提供足夠的功率。

（a）功率變換模塊的設(shè)計(jì)。模塊采用全橋PWM變換器和有限雙極性控制方法實(shí)現(xiàn)，見圖2-7。整個(gè)主電路和硬開關(guān)方案相比，僅增加了超前橋臂的兩個(gè)諧振電路，諧振電感取電壓器漏感，滯后橋臂的諧振電容利用的是功率管的輸出電容，既實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)工作方式，同時(shí)又保持了電路的簡(jiǎn)潔。由于實(shí)現(xiàn)了ZVS，可以省去原方的吸收電路，副方吸收電路的功耗也變小。

（b）控制電路的設(shè)計(jì)。PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

①當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷；

②自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；

③多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流力；

④具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

電源采用美國Unitrode公司的UC1825A芯片，UC1825A是高性能的電壓電流型開關(guān)電源集成控制器，主要特點(diǎn)是：兼電壓型、電流型控制；開關(guān)頻率可達(dá)1MHz；50ns的傳輸延遲時(shí)間；大電流雙推挽輸出（峰值2A），寬頻帶誤差放大器；雙脈沖抑制邏輯電路；逐個(gè)脈沖電流限制；軟啟動(dòng)/最大占空比控制；滯后的欠壓鎖定功能。

（3）單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)中，使用了單片機(jī)控制DC600V輸出和控制LED顯示輸出電壓和電流的大小，有較好的人機(jī)界面和安全保護(hù)功能。

設(shè)計(jì)的主要功能由：

a. DC600V輸出邏輯控制；

b. LED顯示。MCU使用目前性價(jià)比較高的STC51系列。此芯片功耗小，抗干擾力強(qiáng)，并可進(jìn)行在系統(tǒng)編程，使用十分方便。作為控制單元的單片機(jī)完全可以滿足使用要求。通過軟件編程達(dá)到控制與測(cè)量的目的。

KM1、KM2為輸出接觸器，其閉合與斷開受單片機(jī)控制模塊的控制。當(dāng)KM1、KM2斷開時(shí)，裝置從機(jī)車電路中切除。這樣，可以接好的防止裝置在待機(jī)時(shí)對(duì)機(jī)車電路造成的影響。當(dāng)需要進(jìn)行自走行時(shí)，KM1或KM2閉合。

保護(hù)邏輯單元電路是對(duì)機(jī)車庫用開關(guān)的聯(lián)鎖線、風(fēng)壓開關(guān)聯(lián)鎖線進(jìn)行判斷，如果風(fēng)壓過低后或庫用開關(guān)沒有轉(zhuǎn)換，則本系統(tǒng)不能工作，即保證機(jī)車自走行有足夠的風(fēng)壓用以制動(dòng)，又保證受電弓在降弓狀態(tài)下，方可進(jìn)行自走行。

LED燈使用矩形漢字覆膜燈，其具有亮度高、穩(wěn)定性好。通過漢字覆膜顯示。極大的方便了操作者的使用，觀察直觀。

AD轉(zhuǎn)換單元通過實(shí)時(shí)隔離采樣將功率模塊的輸出電壓傳入MCU，通過運(yùn)算將輸出電壓換算為工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。

1.3.5 裝置的便攜化

根據(jù)裝置工作原理，將裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，去掉單片機(jī)控制模塊和輸入輸出接觸器，并進(jìn)行裝置減重后，安裝與機(jī)車外部主回路庫用插座、蓄電池充放電插座適配的航空插頭，加裝磁力安裝座后，即可實(shí)現(xiàn)裝置便攜化。

2 機(jī)車自走行的操作和最大牽引總重

2.1 車載型裝置機(jī)車自走行的操作

裝置安裝在機(jī)車上后，司機(jī)首先確認(rèn)總風(fēng)缸壓力大于480Kpa，斷開受電弓開關(guān)，確認(rèn)蓄電池電壓大于96V，然后將庫用開關(guān)轉(zhuǎn)換至庫用位，閉合電源開關(guān)，將換向手柄打向前位或后位，并將調(diào)速手柄置于“1”位，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

2.2 便攜型裝置機(jī)車自走行的操作

將裝置磁力座吸附在機(jī)車主變壓器殼體上，連接主回路庫用插座和蓄電池充電插座后，按車載型裝置的操作方法操作即可。

2.3 最大牽引總重和速度

試驗(yàn)證明，裝置在小于千分之三的坡道上，機(jī)車依靠自身動(dòng)力自走行最大牽引總重約為280噸（即附掛牽引一臺(tái)機(jī)車的情況下自走行），最大走行速度為1km/h。

3 對(duì)機(jī)車蓄電池的影響

3.1 通過試驗(yàn)對(duì)蓄電池的影響分析

目前HXD3機(jī)車使用170AH的蓄電池，通過試驗(yàn)機(jī)車自走行時(shí)蓄電池放電情況，對(duì)比機(jī)車蓄電池放電特定情況如表3-1。

機(jī)車在依靠蓄電池自走行時(shí)下，機(jī)車起動(dòng)時(shí)最大峰值電流僅120A左右，遠(yuǎn)低于蓄電池允許峰值短路電流6100A；機(jī)車1KM/H恒速自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流為60A，小于蓄電池進(jìn)行一小時(shí)制放電的最大允許放電電流。因此，裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)車自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流工作在蓄電池的理想范圍內(nèi)，不會(huì)影響蓄電池壽命。

另外，在蓄電池日常維護(hù)中，通常采用十時(shí)制放電（放電電流約17A）后進(jìn)行蓄電池充電，當(dāng)蓄電池性能下降后，進(jìn)行治療性充放電時(shí)，通常采用一小時(shí)制放電（放電電流約170A）后進(jìn)行蓄電池充電，以激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性，恢復(fù)蓄電池性能。裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)車持續(xù)自走行1小時(shí)后升弓對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，相當(dāng)于對(duì)機(jī)車蓄電池按一小時(shí)制充放電進(jìn)行了一次治療性充放電，可以進(jìn)一步激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性。

作者單位

呼和浩特鐵路局機(jī)務(wù)處 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010057endprint

（2）工作原理為：110V直流電經(jīng)穩(wěn)壓濾波后變?yōu)?00V直流電，在400V-600V的電壓范圍內(nèi)保持性能，受電流、電壓控制單元，為主變流器提供足夠的功率。

（a）功率變換模塊的設(shè)計(jì)。模塊采用全橋PWM變換器和有限雙極性控制方法實(shí)現(xiàn)，見圖2-7。整個(gè)主電路和硬開關(guān)方案相比，僅增加了超前橋臂的兩個(gè)諧振電路，諧振電感取電壓器漏感，滯后橋臂的諧振電容利用的是功率管的輸出電容，既實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)工作方式，同時(shí)又保持了電路的簡(jiǎn)潔。由于實(shí)現(xiàn)了ZVS，可以省去原方的吸收電路，副方吸收電路的功耗也變小。

（b）控制電路的設(shè)計(jì)。PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

①當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷；

②自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；

③多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流力；

④具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

電源采用美國Unitrode公司的UC1825A芯片，UC1825A是高性能的電壓電流型開關(guān)電源集成控制器，主要特點(diǎn)是：兼電壓型、電流型控制；開關(guān)頻率可達(dá)1MHz；50ns的傳輸延遲時(shí)間；大電流雙推挽輸出（峰值2A），寬頻帶誤差放大器；雙脈沖抑制邏輯電路；逐個(gè)脈沖電流限制；軟啟動(dòng)/最大占空比控制；滯后的欠壓鎖定功能。

（3）單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)中，使用了單片機(jī)控制DC600V輸出和控制LED顯示輸出電壓和電流的大小，有較好的人機(jī)界面和安全保護(hù)功能。

設(shè)計(jì)的主要功能由：

a. DC600V輸出邏輯控制；

b. LED顯示。MCU使用目前性價(jià)比較高的STC51系列。此芯片功耗小，抗干擾力強(qiáng)，并可進(jìn)行在系統(tǒng)編程，使用十分方便。作為控制單元的單片機(jī)完全可以滿足使用要求。通過軟件編程達(dá)到控制與測(cè)量的目的。

KM1、KM2為輸出接觸器，其閉合與斷開受單片機(jī)控制模塊的控制。當(dāng)KM1、KM2斷開時(shí)，裝置從機(jī)車電路中切除。這樣，可以接好的防止裝置在待機(jī)時(shí)對(duì)機(jī)車電路造成的影響。當(dāng)需要進(jìn)行自走行時(shí)，KM1或KM2閉合。

保護(hù)邏輯單元電路是對(duì)機(jī)車庫用開關(guān)的聯(lián)鎖線、風(fēng)壓開關(guān)聯(lián)鎖線進(jìn)行判斷，如果風(fēng)壓過低后或庫用開關(guān)沒有轉(zhuǎn)換，則本系統(tǒng)不能工作，即保證機(jī)車自走行有足夠的風(fēng)壓用以制動(dòng)，又保證受電弓在降弓狀態(tài)下，方可進(jìn)行自走行。

LED燈使用矩形漢字覆膜燈，其具有亮度高、穩(wěn)定性好。通過漢字覆膜顯示。極大的方便了操作者的使用，觀察直觀。

AD轉(zhuǎn)換單元通過實(shí)時(shí)隔離采樣將功率模塊的輸出電壓傳入MCU，通過運(yùn)算將輸出電壓換算為工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。

1.3.5 裝置的便攜化

根據(jù)裝置工作原理，將裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，去掉單片機(jī)控制模塊和輸入輸出接觸器，并進(jìn)行裝置減重后，安裝與機(jī)車外部主回路庫用插座、蓄電池充放電插座適配的航空插頭，加裝磁力安裝座后，即可實(shí)現(xiàn)裝置便攜化。

2 機(jī)車自走行的操作和最大牽引總重

2.1 車載型裝置機(jī)車自走行的操作

裝置安裝在機(jī)車上后，司機(jī)首先確認(rèn)總風(fēng)缸壓力大于480Kpa，斷開受電弓開關(guān)，確認(rèn)蓄電池電壓大于96V，然后將庫用開關(guān)轉(zhuǎn)換至庫用位，閉合電源開關(guān)，將換向手柄打向前位或后位，并將調(diào)速手柄置于“1”位，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

2.2 便攜型裝置機(jī)車自走行的操作

將裝置磁力座吸附在機(jī)車主變壓器殼體上，連接主回路庫用插座和蓄電池充電插座后，按車載型裝置的操作方法操作即可。

2.3 最大牽引總重和速度

試驗(yàn)證明，裝置在小于千分之三的坡道上，機(jī)車依靠自身動(dòng)力自走行最大牽引總重約為280噸（即附掛牽引一臺(tái)機(jī)車的情況下自走行），最大走行速度為1km/h。

3 對(duì)機(jī)車蓄電池的影響

3.1 通過試驗(yàn)對(duì)蓄電池的影響分析

目前HXD3機(jī)車使用170AH的蓄電池，通過試驗(yàn)機(jī)車自走行時(shí)蓄電池放電情況，對(duì)比機(jī)車蓄電池放電特定情況如表3-1。

機(jī)車在依靠蓄電池自走行時(shí)下，機(jī)車起動(dòng)時(shí)最大峰值電流僅120A左右，遠(yuǎn)低于蓄電池允許峰值短路電流6100A；機(jī)車1KM/H恒速自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流為60A，小于蓄電池進(jìn)行一小時(shí)制放電的最大允許放電電流。因此，裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)車自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流工作在蓄電池的理想范圍內(nèi)，不會(huì)影響蓄電池壽命。

另外，在蓄電池日常維護(hù)中，通常采用十時(shí)制放電（放電電流約17A）后進(jìn)行蓄電池充電，當(dāng)蓄電池性能下降后，進(jìn)行治療性充放電時(shí)，通常采用一小時(shí)制放電（放電電流約170A）后進(jìn)行蓄電池充電，以激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性，恢復(fù)蓄電池性能。裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)車持續(xù)自走行1小時(shí)后升弓對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，相當(dāng)于對(duì)機(jī)車蓄電池按一小時(shí)制充放電進(jìn)行了一次治療性充放電，可以進(jìn)一步激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性。

作者單位

呼和浩特鐵路局機(jī)務(wù)處 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010057endprint

（2）工作原理為：110V直流電經(jīng)穩(wěn)壓濾波后變?yōu)?00V直流電，在400V-600V的電壓范圍內(nèi)保持性能，受電流、電壓控制單元，為主變流器提供足夠的功率。

（a）功率變換模塊的設(shè)計(jì)。模塊采用全橋PWM變換器和有限雙極性控制方法實(shí)現(xiàn)，見圖2-7。整個(gè)主電路和硬開關(guān)方案相比，僅增加了超前橋臂的兩個(gè)諧振電路，諧振電感取電壓器漏感，滯后橋臂的諧振電容利用的是功率管的輸出電容，既實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)工作方式，同時(shí)又保持了電路的簡(jiǎn)潔。由于實(shí)現(xiàn)了ZVS，可以省去原方的吸收電路，副方吸收電路的功耗也變小。

（b）控制電路的設(shè)計(jì)。PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

①當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷；

②自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；

③多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流力；

④具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

電源采用美國Unitrode公司的UC1825A芯片，UC1825A是高性能的電壓電流型開關(guān)電源集成控制器，主要特點(diǎn)是：兼電壓型、電流型控制；開關(guān)頻率可達(dá)1MHz；50ns的傳輸延遲時(shí)間；大電流雙推挽輸出（峰值2A），寬頻帶誤差放大器；雙脈沖抑制邏輯電路；逐個(gè)脈沖電流限制；軟啟動(dòng)/最大占空比控制；滯后的欠壓鎖定功能。

（3）單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)中，使用了單片機(jī)控制DC600V輸出和控制LED顯示輸出電壓和電流的大小，有較好的人機(jī)界面和安全保護(hù)功能。

設(shè)計(jì)的主要功能由：

a. DC600V輸出邏輯控制；

b. LED顯示。MCU使用目前性價(jià)比較高的STC51系列。此芯片功耗小，抗干擾力強(qiáng)，并可進(jìn)行在系統(tǒng)編程，使用十分方便。作為控制單元的單片機(jī)完全可以滿足使用要求。通過軟件編程達(dá)到控制與測(cè)量的目的。

KM1、KM2為輸出接觸器，其閉合與斷開受單片機(jī)控制模塊的控制。當(dāng)KM1、KM2斷開時(shí)，裝置從機(jī)車電路中切除。這樣，可以接好的防止裝置在待機(jī)時(shí)對(duì)機(jī)車電路造成的影響。當(dāng)需要進(jìn)行自走行時(shí)，KM1或KM2閉合。

保護(hù)邏輯單元電路是對(duì)機(jī)車庫用開關(guān)的聯(lián)鎖線、風(fēng)壓開關(guān)聯(lián)鎖線進(jìn)行判斷，如果風(fēng)壓過低后或庫用開關(guān)沒有轉(zhuǎn)換，則本系統(tǒng)不能工作，即保證機(jī)車自走行有足夠的風(fēng)壓用以制動(dòng)，又保證受電弓在降弓狀態(tài)下，方可進(jìn)行自走行。

LED燈使用矩形漢字覆膜燈，其具有亮度高、穩(wěn)定性好。通過漢字覆膜顯示。極大的方便了操作者的使用，觀察直觀。

AD轉(zhuǎn)換單元通過實(shí)時(shí)隔離采樣將功率模塊的輸出電壓傳入MCU，通過運(yùn)算將輸出電壓換算為工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。

1.3.5 裝置的便攜化

根據(jù)裝置工作原理，將裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，去掉單片機(jī)控制模塊和輸入輸出接觸器，并進(jìn)行裝置減重后，安裝與機(jī)車外部主回路庫用插座、蓄電池充放電插座適配的航空插頭，加裝磁力安裝座后，即可實(shí)現(xiàn)裝置便攜化。

2 機(jī)車自走行的操作和最大牽引總重

2.1 車載型裝置機(jī)車自走行的操作

裝置安裝在機(jī)車上后，司機(jī)首先確認(rèn)總風(fēng)缸壓力大于480Kpa，斷開受電弓開關(guān)，確認(rèn)蓄電池電壓大于96V，然后將庫用開關(guān)轉(zhuǎn)換至庫用位，閉合電源開關(guān)，將換向手柄打向前位或后位，并將調(diào)速手柄置于“1”位，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)車自走行。

2.2 便攜型裝置機(jī)車自走行的操作

將裝置磁力座吸附在機(jī)車主變壓器殼體上，連接主回路庫用插座和蓄電池充電插座后，按車載型裝置的操作方法操作即可。

2.3 最大牽引總重和速度

試驗(yàn)證明，裝置在小于千分之三的坡道上，機(jī)車依靠自身動(dòng)力自走行最大牽引總重約為280噸（即附掛牽引一臺(tái)機(jī)車的情況下自走行），最大走行速度為1km/h。

3 對(duì)機(jī)車蓄電池的影響

3.1 通過試驗(yàn)對(duì)蓄電池的影響分析

目前HXD3機(jī)車使用170AH的蓄電池，通過試驗(yàn)機(jī)車自走行時(shí)蓄電池放電情況，對(duì)比機(jī)車蓄電池放電特定情況如表3-1。

機(jī)車在依靠蓄電池自走行時(shí)下，機(jī)車起動(dòng)時(shí)最大峰值電流僅120A左右，遠(yuǎn)低于蓄電池允許峰值短路電流6100A；機(jī)車1KM/H恒速自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流為60A，小于蓄電池進(jìn)行一小時(shí)制放電的最大允許放電電流。因此，裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)車自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流工作在蓄電池的理想范圍內(nèi)，不會(huì)影響蓄電池壽命。

另外，在蓄電池日常維護(hù)中，通常采用十時(shí)制放電（放電電流約17A）后進(jìn)行蓄電池充電，當(dāng)蓄電池性能下降后，進(jìn)行治療性充放電時(shí)，通常采用一小時(shí)制放電（放電電流約170A）后進(jìn)行蓄電池充電，以激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性，恢復(fù)蓄電池性能。裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)車持續(xù)自走行1小時(shí)后升弓對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，相當(dāng)于對(duì)機(jī)車蓄電池按一小時(shí)制充放電進(jìn)行了一次治療性充放電，可以進(jìn)一步激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性。

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