一种电机全电子再生制动能量回收系统技术方案

一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括有电机、微处理器、调控电路和储供电路，其中调控电路包括有信号检测电路A、变压器和变流器，并配备有换向开关和档位切换开关；储供电路由缓冲器、充放电控制电路和储供装置以及信号检测电路B组成；微处理器用于实时接收整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A与信号检测电路B反馈的电压、电流信号，从而实现对变流器、换向开关、档位切换开关和充放电控制电路的工作状态的实时控制；本实用新型专利技术结构简单、成本低廉、安全可靠、易集成化，在实现对电机驱动和制动控制的同时，达到了对制动能量的回收利用，实现了机械能与电能之间的高效相互转化，不仅环保节能,无噪音污染，而且市场前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力机车制动
，尤其是一种电机全电子再生制动能量回收系统。
技术介绍
当前，电能作为清洁能源广泛运用于驱动各种电力机车，如纯电动汽车、混合动力车、燃料电池车、电力公交车、轨道列车、电梯、起重机等。研究表明，电力机车的制动能量约占整车的动力系统驱动能量的31%-57%，对再生制动能量的回收及利用对于节约能源具有十分重要的意义。电力机车的制动能量，至今还未得到完全开发与利用，制动能量的再生有利于能源的高效回收利用，可减少二氧化碳的排放，无噪音污染，达到节约环保的要求，并且无机械制动装置的消耗，也能取得可观的经济效益。然而，当前常见的各种电力机车均不能实现对制动能量进行较好地回收利用，并且人们对电机制动能量回收的课题也展开了很多研究，但是其能量回收效果还是不够理想。
技术实现思路
本技术的目的就是要解决当前各种电力机车中电机的制动能量回收效果不够理想的问题，为此提供一种高效的广泛适用于各种电力机车的全电子再生制动能量回收系统。本技术的具体方案是：一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括有电机、微处理器（MCU）、调控电路和储供电路，其特征是：所述调控电路包括有信号检测电路A、变压器和变流器，并配备有换向开关和档位切换开关；信号检测电路A用于采集电机定子侧输入/出的电压与电流信号；变压器用于在系统处于驱动状态时，对变流器输送至电机的电能进行降/升压处理，并在系统处于制动状态时，对电机输送至变流器的电能进行升/降压处理；变流器用于调控系统的驱动/制动状态，并实现输送电能的交直流变换；换向开关用于在系统处于驱动/制动状态时，实现变压器的一次侧和二次侧分别与电机定子侧和变流器对接关系的交叉切换；所述储供电路由缓冲器、充放电控制电路和储供装置以及信号检测电路B组成；缓冲器作为电能临时存储的储能器，用于在电机处于制动状态时，快速存储从变流器输送过来的电能，并将多余的电能通过充放电控制电路向储供装置转移，同时在电机处于驱动状态时，将快速将存储的电能输送到变流器并驱动电机运行；储供装置用于在电机处于驱动状态时，通过充放电控制电路和调控电路向电机输送电能，并在电机处于制动状态时，接收电机通过调控电路和充放电控制电路反馈的电能；信号检测电路B用于微处理器在对储供装置的充放电的电流进行控制时，向微处理器反馈储供电路的电压与电流信号；所述微处理器用于实时接收与回收系统相连接的整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A与信号检测电路B反馈的电压、电流信号，从而实现对变流器、换向开关、档位切换开关和充放电控制电路的工作状态的实时控制。本技术中所述变压器的每相绕组与相应的换向开关之间均装有档位切换开关，档位切换开关与微处理器构成驱动控制连接。本技术中所述电机为三相电机，所述变流器由三相逆变电路和电能回收控制器组成；三相逆变电路由三个单相逆变电路组成，每个逆变电路具有两个桥臂，每个桥臂均由带有反并联二极管的三极管、MOS管或IGBT管组成；电能回收控制器由带有反并联二极管的三极管、MOS管或IGBT管组成，电能回收控制器串联在三相逆变电路的直流侧的正极端，三相逆变电路的直流侧的负极端接地；所述换向开关为双刀双掷开关，三相逆变电路的交流侧和电机的定子侧分别通过导线连接换向开关的两个动端，换向开关的两组不动端分别连接变压器的一次侧绕组与二次侧绕组；所述变流器中各个三极管、MOS管或IGBT管的开断由微处理器实时控制。本技术中所述缓冲器为一超级电容器，超级电容器的负极接地，正极与电能回收控制器中反并联二极管的的正向输入端相连接；所述充放电控制电路由用于充电控制的Boost升压电路和用于放电控制的三极管、MOS管或IGBT管组成，其中用于放电控制的三极管、MOS管或IGBT管对应与Boost升压电路的直流输入端与输出端构成反向并联，Boost升压电路的直流输入端与超级电容器的正极相连接，Boost升压电路的直流输出端与储供装置的正极相连接；所述储供装置为铅酸电池组、镍氢电池组、锂电池组、太阳能电池组、燃料电池组或电网供电变换设备。本技术中所述微处理器实时接收的与回收系统相连接的整车控制系统当前的控制信号包括整车的车速信号和整车当前所处的前进模式、后退模式、驻车模式的信号以及整车上各个踏板的状态信号。本技术中所述电机为非感应电机，包括励磁电机、永磁电机、交流电机或直流电机；所述电机按式样划分，包括同轴电机、轮毂电机或直线电机；所述电机按相数划分，包括三相电机、两相电机或单相电机。本技术结构简单、成本低廉、安全可靠、易集成化，在实现对电机驱动控制和无刹车片制动控制的同时，达到了对制动能量的回收利用，实现了机械能与电能之间的高效相互转化，不仅环保节能,无噪音污染，而且可广泛运用于纯电动汽车、混合动力车、燃料电池车、电力公交车、轨道列车、电梯、起重机等电力机车，市场前景广阔。附图说明图1是本技术的控制结构框图；图2是本技术的电气原理图；图3是本技术的总控制流程图；图4是本技术中电机制动过程子程序的控制流程图；图5是本技术中电机驱动过程子程序的控制流程图。图中：1—电机，2—微处理器，3—信号检测电路A，4—变压器，5—变流器，6—换向开关，7—档位切换开关，8—缓冲器，9—充放电控制电路，10—储供装置，11—信号检测电路B，12—三相逆变电路，13—电能回收控制器。具体实施方式下面以电动车中使用的三相电机为例对本技术进行具体说明。参见图1-2，本技术包括电机1、微处理器2、调控电路和储供电路，所述调控电路包括有信号检测电路A3、变压器4和变流器5，并配备有换向开关6和档位切换开关7；信号检测电路A3用于采集电机定子侧输入/出的电压与电流信号；变压器4用于在系统处于驱动状态时，对变流器输送至电机的电能进行降/升压处理，并在系统处于制动状态时，对电机输送至变流器的电能进行升/降压处理；变流器5用于调控系统的驱动/制动状态，并实现输送电能的交直流变换；换向开关6用于在系统处于驱动/制动状态时，实现变压器的一次侧和二次侧分别与电机定子侧和变流器对接关系的交叉切换；所述储供电路由缓冲器8、充放电控制电路9和储供装置10以及信号检测电路B11组成；缓冲器8作为电能临时存储的储能器，用于在电机处于制动状态时，快速存储从变流器输送过来的电能，并将过多余量的电能通过充放电控制电路向储供装置转移，同时在电机处于驱动状态时，将快速将存储的电能输送到变流器并驱动电机运行；储供装置10用于在电机处于驱动状态时，通过充放电控制电路和调控电路向电机输送电能，并在电机处于制动状态时，接收电机通过调控电路和充放电控制电路反馈的电能；信号检测电路B11用于微处理器在对储供装置的充放电的电流进行控制时，向微处理器反馈储供电路的电压与电流信号；所述微处理器2用于实时接收电动车上与回收系统相连接整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A3与信号检测电路B11反馈的电压、电流信号，从而实现对变流器5、换向开关6、档位切换开关7和充放电控制电路9的工作状态的实时控制。本实施例中所述变压器4的每相绕组与相应的换向开关之间均装有档位切换开关7，档位切换开关7与微处理器2构成驱动控制连接。本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括有电机、微处理器、调控电路和储供电路，其特征是：所述调控电路包括有信号检测电路A、变压器和变流器，并配备有换向开关和档位切换开关；信号检测电路A用于采集电机定子侧输入/出的电压与电流信号；变压器用于在系统处于驱动状态时，对变流器输送至电机的电能进行降/升压处理，并在系统处于制动状态时，对电机输送至变流器的电能进行升/降压处理；变流器用于调控系统的驱动/制动状态，并实现输送电能的交直流变换；换向开关用于在系统处于驱动/制动状态时，实现变压器的一次侧和二次侧分别与电机定子侧和变流器对接关系的交叉切换；所述储供电路由缓冲器、充放电控制电路和储供装置以及信号检测电路B组成；缓冲器作为电能临时存储的储能器，用于在电机处于制动状态时，快速存储从变流器输送过来的电能，并将多余的电能通过充放电控制电路向储供装置转移，同时在电机处于驱动状态时，将快速将存储的电能输送到变流器并驱动电机运行；储供装置用于在电机处于驱动状态时，通过充放电控制电路和调控电路向电机输送电能，并在电机处于制动状态时，接收电机通过调控电路和充放电控制电路反馈的电能；信号检测电路B用于微处理器在对储供装置的充放电的电流进行控制时，向微处理器反馈储供电路的电压与电流信号；所述微处理器用于实时接收与回收系统相连接的整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A与信号检测电路B反馈的电压、电流信号，从而实现对变流器、换向开关、档位切换开关和充放电控制电路的工作状态的实时控制。...

【技术特征摘要】
1.一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括有电机、微处理器、调控电路和储供电路，其特征是：所述调控电路包括有信号检测电路A、变压器和变流器，并配备有换向开关和档位切换开关；信号检测电路A用于采集电机定子侧输入/出的电压与电流信号；变压器用于在系统处于驱动状态时，对变流器输送至电机的电能进行降/升压处理，并在系统处于制动状态时，对电机输送至变流器的电能进行升/降压处理；变流器用于调控系统的驱动/制动状态，并实现输送电能的交直流变换；换向开关用于在系统处于驱动/制动状态时，实现变压器的一次侧和二次侧分别与电机定子侧和变流器对接关系的交叉切换；所述储供电路由缓冲器、充放电控制电路和储供装置以及信号检测电路B组成；缓冲器作为电能临时存储的储能器，用于在电机处于制动状态时，快速存储从变流器输送过来的电能，并将多余的电能通过充放电控制电路向储供装置转移，同时在电机处于驱动状态时，将快速将存储的电能输送到变流器并驱动电机运行；储供装置用于在电机处于驱动状态时，通过充放电控制电路和调控电路向电机输送电能，并在电机处于制动状态时，接收电机通过调控电路和充放电控制电路反馈的电能；信号检测电路B用于微处理器在对储供装置的充放电的电流进行控制时，向微处理器反馈储供电路的电压与电流信号；所述微处理器用于实时接收与回收系统相连接的整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A与信号检测电路B反馈的电压、电流信号，从而实现对变流器、换向开关、档位切换开关和充放电控制电路的工作状态的实时控制。2.根据权利要求1所述的一种电机全电子再生制动能量回收系统，其特征是：所述变压器的每相绕组与相应的换向开关之间均装有档位切换开关，档位切换开关与微处理器构成驱动控制连接。3.根据权利要求1所述的一种电机全电子再生制动能量回收系统，其特征是：所述电机选用三相电机，所述变流器由三相逆变电路和电能...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴云，杨火祥，鲁池梅，
申请(专利权)人：湖北师范学院，
类型：新型
国别省市：湖北;42