内燃机车主发电机励磁斩波器控制单元的制作方法

本发明涉及硬件电路原理设计领域，尤其涉及一种内燃机车主发电机励磁斩波器控制单元。

背景技术：

1、在现代内燃机车中，主发电机是机车牵引系统的重要组成部分，柴油机带动主发电机产生三相交流电，驱动牵引电机。斩波器是控制主发电机励磁调节的装置，根据柴油机转速、主发电机运行状态和机车控制器设定的牵引功率，调节主发电机的励磁电流，满足机车对牵引功率要求。

2、现有斩波器控制单元多采用8位单片机，且不具备adc外设功能，信号的采集和处理速度慢，使斩波器控制单元整个闭环系统的响应速度受到局限而产生滞后，影响对主发电机励磁电流调节的实时性。

技术实现思路

1、本发明提供一种内燃机车主发电机励磁斩波器控制单元，以克服上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种内燃机车主发电机励磁斩波器控制单元，包括机车主控单元、交流辅助发电机，还包括供电模块、电压采集模块、频率采集模块、频率量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、驱动模块和控制模块；

4、所述供电模块与所述控制模块连接，用于对励磁斩波器控制单元供电；

5、所述电压采集模块分别与机车主控单元和交流辅助发电机连接，用于采集交流辅助发电机的输出电压并传输至机车主控单元；

6、所述频率采集模块分别与机车主控单元和交流辅助发电机连接，用于采集交流辅助发电机的输出电压频率并传输至所述机车主控单元；

7、所述频率量输入模块分别与机车主控单元和所述控制模块连接，用于将机车主控单元的门极驱动信号传输送至所述控制模块，以对励磁斩波器进行控制；

8、所述数字量输入模块分别与所述控制模块和所述机车主控单元连接，用于将机车主控单元的数字量信号传输送至所述控制模块，以控制斩波器关闭主发电机励磁电流；

9、所述数字量输出模块分别与所述控制模块和所述机车主控单元连接，用于将斩波器的数字量电平信号传输至所述机车主控单元，以通过机车主控单元向斩波器输出故障复位信号；

10、所述模拟量输入模块与所述控制模块连接，用于对主发电机励磁电流信号进行整流并放大滤波后传输至所述控制模块；

11、所述驱动模块分别与所述控制模块和所述励磁斩波器连接，以将控制模块输出的驱动信号和保护启动信号，通过驱动模块对所述励磁斩波器进行驱动；

12、所述控制模块用于接收所述电源采集模块、频率采集模块、模拟量输入模块数字量输入模块、频率量输入模块的输入信号，并通过驱动模块对斩波器进行控制。

13、进一步的，所述电压采集模块的电路结构包括：精密整流电路和放大整形电路；

14、所述精密整流电路包括第三四电阻r34、第三七电阻r37、第三八电阻r38、第三九电阻r39、第一六二极管d16、第一七二极管d17和运算放大器u10a；所述第三七电阻r37一端与所述交流辅助发电机连接，另一端与所述第三八电阻r38的一端连接；所述第三八电阻r38的另一端与所述第三九电阻r39的一端连接；所述第三九电阻r39的另一端与所述第三四电阻r34的一端连接，所述第三四电阻r34的另一端与所述交流辅助发电机连接；所述运算放大器u10a的反向输入端连接于所述第三七电阻r37和第三八电阻r38的连接处；所述运算放大器u10a的同向输入端接地；所述第一六二极管d16的一端连接于所述第三八电阻r38和第三九电阻r39的连接处，另一端与所述运算放大器u10a的输出端连接；所述第一七二极管d17一端与所述运算放大器u10a的输出端连接，另一端与所述运算放大器u10a的反向输入端连接。

15、所述放大整形电路包括第三五电阻r35、第四三电阻r43、第四零电容c40、第四二电容c42、第四三电容c43和运算放大器u10b；所述运算放大器u10b的反向输入端连接于所述第三四电阻r34和所述第三九电阻r39的连接处；所述运算放大器u10b的同向输入端接地；所述运算放大器u10b的输出端与所述第四零电容c40的一端连接，所述第四零电容c40的另一端与所述运算放大器u10b的反向输入端连接；所述第三五电阻r35的一端与所述运算放大器u10b的反向输入端连接，另一端与所述第四二电容c42的一端连接；所述第四二电容c42的另一端接地；所述第四三电容c43与所述第四二电容c42并联；所述第四三电容c43的两端分别与所述机车主控单元连接；所述第四三电阻r43一端与所述运算放大器u10b的输出端连接，另一端连接于所述第三五电阻r35与所述第四二电容c42的连接处。

16、进一步的，所述频率采集模块的电路结构包括：带通滤波电路和比较器电路；

17、所述带通滤波电路包括第四五电阻r45、第四六电阻r46、第五零电阻r50、第五一电阻r51、第四五电容c45、第四九电容c49和运算放大器u12a；所述第四五电阻r45一端与所述交流辅助发电机连接，另一端与所述第四六电阻r46的一端连接；所述第四六电阻r46的另一端与所述运算放大器u12a的同向输入端连接；所述第四五电容c45一端连接于所述第四五电阻r45和第四六电阻r46的连接处，另一端与所述运算放大器u12a的输出端连接；所述第五零电阻r50的一端与所述运算放大器u12a的输出端连接，另一端与所述运算放大器u12a的反向输入端连接；所述第五一电阻r51的一端与所述运算放大器u12a的反向输入端连接，另一端接地；所述第四九电容c49的一端与所述运算放大器u12a的同向输入端连接，另一端接地；

18、所述比较器电路包括第四七电阻r47、第四八电阻r48、第四九电阻r49、第五二电阻r52、第五一电容c51和运算放大器u12b；所述第四八电阻r48一端与所述运算放大器u12a的输出端连接，另一端与所述运算放大器u12b的同向输入端连接；所述运算放大器u12b的反向输入端与所述第五一电容c51的一端连接，所述第五一电容的另一端接地；所述第五二电阻r52的一端与所述运算放大器u12b的反向输入端连接，另一端与所述供电模块连接；所述第四七电阻r47的一端与所述运算放大器u12b的反向输入端连接，另一端与所述供电模块连接；所述第四九电阻r49一端与所述运算放大器u12b的输出端连接，另一端与所述机车主控单元连接。

19、进一步的，所述模拟量输入模块的电路结构包括：全波整流电路、放大滤波电路和输出电路；所述全波整流电路一端与所述主发电机连接，另一端与所述放大滤波电路连接；所述放大滤波电路的另一端与所述输出电路的一端连接，所述输出电路的另一端与所述控制模块连接；

20、所述放大滤波电路包括第三二电容c32、第三五电容c35、第十七电阻r17、第二三电阻r23、第十四电阻r14、第二四电阻r24，第十九电阻r19、运算放大器u7a、运算放大器u7b、第二六电阻r26、第二九电阻r29、第三七电容c37；所述第三二电容c32的一端与所述全波整流电路的一端连接，另一端接地；所述第十七电阻r17连接于所述第三二电容c32与所述全波整流电路的连接处，另一端与所述运算放大器u7a的反向输入端连接；所述第十四电阻r14的一端与所述运算放大器u7a的反向输入端连接，另一端与所述运算放大器u7a的输出端连接；所述第十九电阻r19的一端与所述运算放大器u7a的输出端连接，另一端与所述运算放大器u7b的同向输入端连接；所述运算放大器u7b的反向输入端与所述第二九电阻r29的一端连接；所述第二九电阻r29的另一端接地；所述第三七电容c37与所述第二九电阻r29并连；所第二六电阻r26的一端与所述运算放大器u7b的反向输入端连接，另一端与运算放大器u7b的输出端连接；所述第三五电容c35的一端与所述全波整流电路的另一端连接，另一端接地；所述第二三电阻r23连接于所述第三五电容c35与所述全波整流电路的连接处，另一端与所述运算放大器u7a的同向输入端连接；所述第二四电阻r24的一端与所述运算放大器u7a的同向输入端连接，另一端接地；

21、所述输出电路包括第二一电阻r21、第八二极管d8、第三六电容c36和第二五电阻r25；所述第三六电容c36一端与所述控制模块连接，另一端接地；所述第二一电阻r21的一端与所述运算放大器u7b的输出端连接，另一端与所述控制模块连接；所述第八二极管d8和第二五电阻r25均与所述第三六电容c36并联。

22、进一步的，所述驱动模块的电路结构包括：逻辑保护电路、光耦隔离电路、功率放大电路、输出电压调整电路；

23、所述逻辑保护电路包括第一门电路u5a和第二门电路u5b；所述第二门电路u5b的第一路输入端与控制模块的驱动信号输出端连接，所述第二门电路u5b的第二路输入端接地，所述第二门电路u5b的输出端与所述第一门电路u5a的第二路输入端连接；所述第一门电路u5a的第一路输入端与控制模块的保护启动信号输出端连接；

24、所述光耦隔离电路包括第五七电阻r57、光电耦合器u17、第六三电容c63、第二一二极管d21、第五八电阻r58、第五五电阻r55；所述第五七电阻r57的一端与所述第一门电路u5a的输出端连接，另一端与所述光电耦合器u17的引脚1连接；所述光电耦合器u17的引脚2接地；所述光电耦合器u17的引脚3与所述供电模块连接；所述光电耦合器u17的引脚4与所述第五五电阻r55的有单连接，所述第五五电阻r55的另一端与所述第五八电阻r58的一端连接，所述第五八电阻r58的另一端与所述供电模块连接；所述第六三电容c63和第二一二极管d21均与所述第五八电阻r58并联；

25、所述功率放大电路包括驱动芯片u15、第五六电容c56和第七六电容c76；

26、所述驱动芯片u15的in引脚连接于所述第五五电阻r55与第五八电阻r58的连接处；所述驱动芯片u15的gnd引脚连接于所述第五八电阻r58与所述供电模块的连接处；所述驱动芯片u15的vcc引脚与所述第七六电容c76的一端连接，所述第七六电容c76的另一端与所述驱动芯片u15的gnd引脚连接；所述第五六电容c56与所述第七六电容c76并联；

27、所述输出电压调整电路包括线性稳压器u16、电容滤波电路、第五三电阻r53、第二零二极管d20和第五四电阻r54；所述线性稳压器u16的in引脚与所述驱动芯片u15的vcc引脚连接；所述线性稳压器u16的gnd引脚与所述驱动芯片u15的gnd引脚连接；所述第五三电阻r53的一端与所述驱动芯片u15的out引脚连接，另一端与主发电机励磁斩波器接口j4连接；所述第二零二极管d20一端的两端分别与主发电机励磁斩波器接口j4和主发电机励磁斩波器接口j5连接；所述第五四电阻r54与所述第二零二极管d20并联；所述线性稳压器u16的in引脚、线性稳压器u16的gnd引脚、线性稳压器u16的out引脚均与所述电容滤波电路连接；所述电容滤波电路与主发电机励磁斩波器接口j5连接；

28、进一步的，还包括保护模块；

29、所述保护模块与所述控制模块连接，以实现当励磁斩波控制单元的主整流器发生故障时，关断励磁斩波器。

30、有益效果：本发明的一种内燃机车主发电机励磁斩波器控制单元，通过电源采集模块和频率采集模块来采集交流辅助发电机的输出电压和输出电压频率，将其输送至主控单元后，通过频率量输入模块送至斩波器控制单元的控制模块，信号的采集和处理速度快，使整个斩波器控制单元的响应速度加快，使得主发电机励磁电流调节的实时性高，且结构简单，易于实现。