一种电机全电子再生制动能量回收系统技术方案

本发明专利技术涉及电力机车制动驱动控制技术领域，尤其是一种电机全电子再生制动能量回收系统，它包括电机、逆变电路、电源变换电路和储供电路以及调控电路，电源变换电路由换向开关和开关电源电路组成，换向开关用于切换逆变电路、储供电路与开关电源电路的对接状态；调控电路由信号检测电路A、B、C和微处理器组成，微处理器用于实时采集整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A、B、C反馈的电压、电流及频率信号，并实现对逆变电路和电源变换电路工作状态的实时控制；本发明专利技术控制结构简单、体积小、故障率低、安装调试方便，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和能量的高效转化，具有广阔的市场前景。

A full electronic regenerative braking energy recovery system for motor

The present invention relates to electric locomotive braking and driving control technology, in particular to a full electronic motor regenerative braking energy recovery system, which comprises a motor, inverter circuit, power conversion circuit and storage circuit and control circuit, power conversion circuit composed of a reversing switch and switching power supply circuit, switch for switching inverter circuit, docking storage and supply circuit and switching power supply circuit; control circuit comprises a signal detection circuit of A, B, C and a microprocessor, the microprocessor is used for real-time vehicle control system the control signal and the signal detection circuit of A, B, C, current feedback voltage and frequency signal, and realize the real-time control of the inverter circuit and power converter the state of the circuit; the invention has the advantages of simple structure, small volume control, low failure rate, convenient installation and debugging, in the realization of motor drive And braking control at the same time, the braking energy recovery and energy efficient transformation, has broad market prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种电机全电子再生制动能量回收系统
本专利技术涉及电力机车制动驱动控制
，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、磁悬浮列车、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，制动能量的再生利用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，达到节能环保的要求，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。在专利号为ZL201610194055.X的专利文件中公开了“一种电机全电子再生制动能量回收系统”，该专利文件所述的技术方案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。然而，该电机全电子再生制动能量回收系统在对回收的能量进行交直流变换前，采用三相变压器对电机定子侧输入/出的交流电进行升/降压处理，并采用三组换向开关调控系统在制动/驱动状态下原、副线圈接线方式的切换，这种能量回收系统不仅接线繁琐、控制结构复杂、故障率高，而且由于电力机车正常行驶时，其发动机转速比较高，一般在1000～3500r/min，则相匹配的三相变压器的频率就比较低，从而三相变压器为了满足电机定子侧输入/出的交流电升/降压的需求，必须增大其体积，从而这也增大了整套能量回收系统的体积，不便于在电力机车中的安装使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决现有的电机全电子再生制动能量回收系统存在接线繁琐、控制结构复杂、故障率高，并且体积大，不便于在电力机车中的安装使用的问题，为此提供一种电机全电子再生制动能量回收系统。本专利技术的具体方案是：一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括电机、逆变电路、电源变换电路和储供电路以及调控电路，其特征是：逆变电路用于在系统处于制动状态时，对电机输送至电源变换电路的电能进行整流处理，在系统处于驱动状态时，对电源变换电路输送至电机的电能进行逆变处理；电源变换电路由换向开关和开关电源电路组成；换向开关用于切换逆变电路、储供电路与开关电源电路的对接状态，实现对开关电源电路能量变换状态的转换；开关电源电路由单相直流-交流变换电路、变压器、档位切换开关和整流电路组成；单相直流-交流变换电路用于将系统处于制动状态时从逆变电路输送过来的直流电源或系统处于驱动状态时从储供电路输送过来的直流电源换成频率和占空比可调节的交流电源；变压器用于将从单相直流-交流变换电路输送过来的交流电源进行升压处理；档位切换开关用于切换变压器的原、副线圈的匝数比，并以此改变变压器的输出电压；整流电路用于将从变压器输出的交流电源转换成直流电源，并在系统处于制动状态时，将直流电源输送至储供电路，在系统处于驱动状态时，将直流电源输送至逆变电路；储供电路用于在系统处于制动状态时，存储电机通过逆变电路、电源变换电路反馈的电能，在系统处于驱动状态时，通过电源变换电路、逆变电路向电机输送电能；调控电路由信号检测电路A、B、C和微处理器组成；信号检测电路A用于采集电机定子侧输入/出的电压、电流及频率信号；信号检测电路B用于采集逆变电路的直流输入/出侧的电压与电流信号；信号检测电路C用于采集储供电路输入/出的电压与电流信号；微处理器用于实时采集整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A、B、C反馈的电压、电流及频率信号，从而实现对逆变电路和电源变换电路中各个器件的开关状态的实时控制。本专利技术中所述电机选用三相永磁电机或单相永磁电机；所述逆变电路选用三相逆变电路或单相逆变电路，逆变电路的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，每个桥臂上的三极管、MOS管或IGBT管的开关状态均由微处理器进行实时控制。本专利技术中所述换向开关为双刀双掷电子开关或双刀双掷机械开关，换向开关中间的一组静止触头分别连接逆变电路直流侧的正极端和储供电路的正极端，换向开关两侧的两组动态触头通过导线交叉连接，并且其中一侧的一组动态触头分别连接单相直流-交流变换电路直流侧的正极输入端和整流电路直流侧的正极输出端；所述逆变电路直流侧的负极端、储供电路的负极端和单相直流-交流变换电路直流侧的负极输入端以及整流电路直流侧的负极输出端均接地。本专利技术中所述单相直流-交流变换电路选用单相全桥逆变电路、单相半桥逆变电路、推挽式逆变电路；所述变压器选用高频变压器；所述整流电路选用全波整流电路、半波整流电路。本专利技术中所述储供电路包括缓冲器和储供装置；缓冲器采用超级电容，作为电能临时存储的储能器，用于在系统处于制动状态时，快速存储电机从逆变电路和电源变换电路输送过来的电能，并将多余的电能向储供装置转移，在系统处于驱动状态时，可快速将存储的电能通过电源变换电路和逆变电路输送至电机，以驱动电机运行；储供装置选用磷酸铁锂电池组、聚合物锂电池组、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。本专利技术中所述微处理器实时接收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。一种电力机车，其特征是：使用上述任意一项所述的一种电机全电子再生制动能量回收系统。本专利技术控制结构简单、安装调试方便、故障率低，通过采用开关电源电路配合换向开关，在直流侧实现了对系统制动状态与驱动状态电路接线方式的切换，并对直流电压进行升压处理，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，不仅大大缩小了能量回收系统的体积，便于安装使用，而且环保节能,无噪音污染，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、磁悬浮列车、电梯、起重机等电力机车，市场前景广阔。附图说明图1是本专利技术的控制结构框图；图2是本专利技术的电气原理图；图3是本专利技术的总控制流程图；图4是本专利技术中电机制动过程子程序的控制流程图；图5是本专利技术中电机驱动过程子程序的控制流程图。图中：1—电机，2—逆变电路，3—换向开关，4—开关电源电路，4a—单相直流-交流变换电路，4b—变压器，4c—档位切换开关，4d—整流电路，5—储供电路，6—信号检测电路A，7—信号检测电路B，8—信号检测电路C，9—微处理器。具体实施方式实施例1参见图1-2，一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括电机1、逆变电路2、电源变换电路和储供电路5以及调控电路；电机1选用三相永磁电机（也可为单相永磁电机）；逆变电路2选用三相逆变电路，用于在系统处于制动状态时，对电机1输送至电源变换电路的电能进行整流处理，在系统处于驱动状态时，对电源变换电路输送至电机1的电能进行逆变处理；电源变换电路由换向开关3和开关电源电路4组成；换向开关3用于切换逆变电路2、储供电路5与开关电源电路4的对接状态，实现对开关电源电路4能量变换状态的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括电机、逆变电路、电源变换电路和储供电路以及调控电路，其特征是：逆变电路用于在系统处于制动状态时，对电机输送至电源变换电路的电能进行整流处理，在系统处于驱动状态时，对电源变换电路输送至电机的电能进行逆变处理；电源变换电路由换向开关和开关电源电路组成；换向开关用于切换逆变电路、储供电路与开关电源电路的对接状态，实现对开关电源电路能量变换状态的转换；开关电源电路由单相直流‑交流变换电路、变压器、档位切换开关和整流电路组成；单相直流‑交流变换电路用于将系统处于制动状态时从逆变电路输送过来的直流电源或系统处于驱动状态时从储供电路输送过来的直流电源换成频率和占空比可调节的交流电源；变压器用于将从单相直流‑交流变换电路输送过来的交流电源进行升压处理；档位切换开关用于切换变压器的原、副线圈的匝数比，并以此改变变压器的输出电压；整流电路用于将从变压器输出的交流电源转换成直流电源，并在系统处于制动状态时，将直流电源输送至储供电路，在系统处于驱动状态时，将直流电源输送至逆变电路；储供电路用于在系统处于制动状态时，存储电机通过逆变电路、电源变换电路反馈的电能，在系统处于驱动状态时，通过电源变换电路、逆变电路向电机输送电能；调控电路由信号检测电路A、B、C和微处理器组成；信号检测电路A用于采集电机定子侧输入/出的电压、电流及频率信号；信号检测电路B用于采集逆变电路的直流输入/出侧的电压与电流信号；信号检测电路C用于采集储供电路输入/出的电压与电流信号；微处理器用于实时采集整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A、B、C反馈的电压、电流及频率信号，从而实现对逆变电路和电源变换电路中各个器件的开关状态的实时控制。...

【技术特征摘要】
1.一种电机全电子再生制动能量回收系统，包括电机、逆变电路、电源变换电路和储供电路以及调控电路，其特征是：逆变电路用于在系统处于制动状态时，对电机输送至电源变换电路的电能进行整流处理，在系统处于驱动状态时，对电源变换电路输送至电机的电能进行逆变处理；电源变换电路由换向开关和开关电源电路组成；换向开关用于切换逆变电路、储供电路与开关电源电路的对接状态，实现对开关电源电路能量变换状态的转换；开关电源电路由单相直流-交流变换电路、变压器、档位切换开关和整流电路组成；单相直流-交流变换电路用于将系统处于制动状态时从逆变电路输送过来的直流电源或系统处于驱动状态时从储供电路输送过来的直流电源换成频率和占空比可调节的交流电源；变压器用于将从单相直流-交流变换电路输送过来的交流电源进行升压处理；档位切换开关用于切换变压器的原、副线圈的匝数比，并以此改变变压器的输出电压；整流电路用于将从变压器输出的交流电源转换成直流电源，并在系统处于制动状态时，将直流电源输送至储供电路，在系统处于驱动状态时，将直流电源输送至逆变电路；储供电路用于在系统处于制动状态时，存储电机通过逆变电路、电源变换电路反馈的电能，在系统处于驱动状态时，通过电源变换电路、逆变电路向电机输送电能；调控电路由信号检测电路A、B、C和微处理器组成；信号检测电路A用于采集电机定子侧输入/出的电压、电流及频率信号；信号检测电路B用于采集逆变电路的直流输入/出侧的电压与电流信号；信号检测电路C用于采集储供电路输入/出的电压与电流信号；微处理器用于实时采集整车控制系统当前的控制信号及信号检测电路A、B、C反馈的电压、电流及频率信号，从而实现对逆变电路和电源变换电路中各个器件的开关状态的实时控制。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：所述电机选用三相永磁电机或单相永磁电机；所述逆变电路选用三相逆变电路或单相逆变电路，逆变电路的每个桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴云，刘鑫豪，常振业，刘佳伟，鲁池梅，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42