[發明專利]電動機儲能制動系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310021687.2
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103066897A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 權龍;黃家海;李斌;姚李威
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02P3/18
• 分類號: H02P3/18;F15B21/14
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

1.一種電動機儲能制動系統，包含有主電動機（1）、整流器（2）、主逆變器（3）、直流母線（4）、濾波電容（5）、控制計算機（6）、第I脈寬信號（PWM）發生器（7）和第I驅動模塊（8），其特征是：它還包括電機轉速控制器（9）、電動/發電機（10）、液壓泵/馬達（11）、二位三通控制閥（12）、液壓蓄能器（13）、安全閥（14）、壓力傳感器（15）、轉速傳感器（16）、液壓油箱（17）、電壓傳感器（18）、第Ⅱ脈寬信號（PWM）發生器（19）和第Ⅱ驅動模塊（20）；液壓泵/馬達（11）的出油口P1通過管路與二位三通控制閥（12）的進油口P2和安全閥（14）的進油口P3連接，二位三通控制閥（12）的回油口T通過管路與液壓油箱（17）連接，二位三通控制閥（12）的出油口A通過管路與液壓蓄能器（13）的進油口連接，壓力傳感器（15）安裝在與液壓蓄能器（13）入口連通的管路上以檢測液壓蓄能器入口處的壓力，其輸出信號P_X經過導線輸入到控制計算機（6）；轉速傳感器（16）安裝在電動/發電機（10）的輸出軸上，用于測量電動/發電機（10）的轉速，轉速傳感器（16）的輸出信號Un經導線輸入到控制計算機（6）；電壓傳感器（18）連接在直流母線（4）上，實時檢測直流母線（4）兩端的電壓，其輸出信號U_V輸入到控制計算機（6）；控制計算機（6）與第I脈寬信號（PWM）發生器（7）和第Ⅱ脈寬信號（PWM）發生器（19）連接，以便于將控制計算機（6）產生控制主電動機（1）轉速的第I指令信號U_V1輸入到第I脈寬信號發生器（7）的輸入端、控制計算機（6）產生控制電動/發電機（10）轉速的第Ⅱ指令信號U_V2輸入到第Ⅱ脈寬信號發生器（19）輸入端和控制計算機（6）產生控制二位三通控制閥（12）的開關信號U_D輸入到二位三通控制閥（12）的信號端；第I脈寬信號發生器（7）與第I驅動模塊（8）連接，第I驅動模塊（8）與主逆變器（3）連接；第Ⅱ脈寬信號發生器（19）與第Ⅱ驅動模塊（20）連接，第Ⅱ驅動模塊（20）與電機轉速控制器（9）連接，電機轉速控制器（9）與電動/發電機（10）連接以控制電動/發電機（10）的轉速；電動/發電機（10）的輸出軸與液壓泵/馬達（11）的輸入軸連接，驅動液壓泵/馬達（11）按照給定的轉速旋轉。

2.如權利要求1所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述電機轉速控制器（9）是控制交流電動機轉速的逆變器，也可以是控制直流電動機轉速的變換器。

3.如權利要求1所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述電動/發電機（10）是直流電動機、交流電動機、異步電動機、同步電動機、開關磁阻電動機或交直流伺服電動機中的任意一種。

4.如權利要求1所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述液壓泵/馬達（11）是定量液壓泵/馬達或電子控制的變排量比例液壓泵/馬達中的任意一種。

5.如權利要求1所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述電動/發電機（10）為一個電動/發電機或是兩個以上電動/發電機的組合。

6.如權利要求1或4所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述液壓泵/馬達（11）是一個液壓泵/馬達或是兩個以上液壓泵/馬達組成的液壓泵/馬達組。

7.如權利要求1所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述二位三通控制閥（12）是直動式的電磁換向閥、先導型的電液換向閥或插裝型的閥組中的任意一種。

8.如權利要求1所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述液壓蓄能器（13）是一個蓄能器，或是兩個以上蓄能器構成的蓄能器組。

9.如權利要求4所述的電動機儲能制動系統，其特征是：所述電子控制的變排量比例液壓泵/馬達（11）是變量機構單方向擺動的變量液壓泵/馬達或變量機構雙方向擺動的變量液壓泵/馬達中的任意一種。

10.一種實現如權利要求1所述的電動機儲能制動系統的控制方法，其特征是：該控制方法首先通過整流器（2）對電網供給的交流電進行整流，轉變為直流電，然后經電容（5）對直流電進行濾波；接著控制計算機（6）給出控制主電動機（1）轉速的設定信號U_V1，該轉速設定信號U_V1經第I脈寬信號發生電路（7）進行調制生成與設定轉速對應的PWM波，PWM波信號控制第I驅動模塊（8）驅動逆變器（3），逆變器（3）控制主電動機（1）按照設定的轉速轉動；

當主電動機（1）制動或減速時，主電動機（1）轉速對應的頻率高于第I脈寬信號發生器（7）給出的頻率，主電動機（1）處于發電狀態，這時控制計算機（6）給出控制電動/發電機（10）轉速的控制信號U_V2，該控制信號U_V2經第Ⅱ脈寬信號發生器（19）進行調制生成對應的脈寬信號，脈寬信號通過第Ⅱ驅動模塊（20）驅動電機轉速控制器（9）控制電動/發電機（10）運行，電動/發電機（10）驅動液壓泵/馬達（11）工作；在主電動機（1）制動或減速的同時，控制計算機（6）給出控制信號U_D到二位三通控制閥（12），使蓄能器（13）的進油口與液壓泵/馬達（11）的出油P1連通，與液壓油箱（17）斷開，液壓泵/馬達（11）排出的油液進入到液壓蓄能器（13）中；制動過程結束時，控制計算機（6）給出控制信號使電動/發電機（10）停止轉動，同時控制二位三通控制閥（12）復位，液壓泵/馬達（11）與液壓蓄能器（13）斷開，液壓泵/馬達（11）與液壓油箱（17）接通；再一次啟動主電動機（1）時，控制計算機（6）將同時給出控制主電動機（1）轉速和電動/發電機（10）轉速的信號U_V1和U_V2，給出控制信號U_D到二位三通控制閥（12），使蓄能器（13）的進油口與液壓泵/馬達（11）的出油口P1連通，液壓蓄能器（13）驅動液壓泵/馬達（11）工作，使電動/發電機（10）處于發電狀態，發出的電經過電機轉速控制器（9）進入到直流母線（4）中，實現對主電動機（1）制動能量的再生利用；

當主電動機（1）在外負載的牽引下發電運行，這時控制計算機（6）給出控制電動/發電機（10）轉速的控制信號U_V2，該控制信號U_V2經第Ⅱ脈寬信號發生器（19）進行調制生成對應的脈寬信號，脈寬信號通過第Ⅱ驅動模塊（20）驅動電機轉速控制器（9）控制電動/發電機（10）運行，電動/發電機（10）驅動液壓泵/馬達（11）從液壓油箱（17）吸油；控制計算機（6）給出控制信號U_D到二位三通控制閥（12），使蓄能器（13）的進油口與液壓泵/馬達（11）的出油口P1連通，與液壓油箱（17）斷開，液壓泵/馬達（11）排出的油液進入到液壓蓄能器（13）中，從而將外負載牽引主電動機（1）發出的電能，經過電動/發電機（10）、液壓泵/馬達（11）轉化為液壓能存儲到液壓蓄能器（13）中。