專利名稱：電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法，它屬于一種對電機(jī)制動(dòng)過程能 量進(jìn)行存儲(chǔ)并再生利用的儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法，同時(shí)也適用于含有外部重力負(fù)載的電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗，除了提高電動(dòng)機(jī)自身的能量效率，最普遍采用的技術(shù) 就是變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)按需供能，即在滿足生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備速度、轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求的前提 下，盡量減少變頻裝置的輸入能量。但是，在工業(yè)生產(chǎn)中，有許多工藝要求拖動(dòng)系統(tǒng)能快速 啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁正反轉(zhuǎn)或者帶勢能性重物負(fù)載下放，如軌道交通、電動(dòng)汽車、高速電梯、礦 用提升機(jī)、大型龍門刨床等，當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或者帶勢能性重物負(fù)載下放時(shí)，電機(jī)處于再 生發(fā)電狀態(tài)，此類系統(tǒng)要求電機(jī)四象限運(yùn)行，目前，在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)廣泛采用串聯(lián)電阻 的耗能制動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)，存在浪費(fèi)電能、電阻發(fā)熱嚴(yán)重、快速制動(dòng)性差等不足的 問題，如果處理不當(dāng)，還會(huì)對環(huán)境及設(shè)備造成破壞，引發(fā)安全事故，同時(shí)也造成非常大的能 量浪費(fèi)。為了節(jié)約并再生利用電機(jī)運(yùn)行中具有的動(dòng)能和外負(fù)載作用在電機(jī)上的勢能，可以 采取的方法是通過有源逆變裝置，將制動(dòng)動(dòng)能或負(fù)載勢能回饋到交流電網(wǎng)中，供網(wǎng)上的其 他用戶使用，這種方法存在的問題是，電力系統(tǒng)大多按照集中輸配電模式運(yùn)行，電網(wǎng)中沒有 能夠快速存取電能的大容量儲(chǔ)能設(shè)備，因此，電能的生產(chǎn)和消費(fèi)必須時(shí)刻基本保持在電功 率平衡狀態(tài)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后將引起動(dòng)態(tài)功率不平衡，對系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，劇烈的功率不平衡還會(huì)致使系統(tǒng)崩潰從而造成大面積停電事 故；另外，由于電能計(jì)量裝置的不可逆性，用戶并不是最終的收益者，所以從電網(wǎng)系統(tǒng)和用 戶而言，向電網(wǎng)饋電并不是一個(gè)最佳的節(jié)能方法。最好的節(jié)能方式應(yīng)該是用電設(shè)備自身就 可再生利用這部分能量，如采用超級電容，飛輪電池，化學(xué)電池等方法，將這部分能量存儲(chǔ) 并利用起來，這也是當(dāng)前電機(jī)節(jié)能的重要手段，具有更加廣泛的應(yīng)用前景。但現(xiàn)有儲(chǔ)能方 法，技術(shù)上尚不完善，如化學(xué)電池存放電時(shí)間較長，不能滿足電機(jī)快速啟動(dòng)和制動(dòng)的要求； 超級電容，單個(gè)儲(chǔ)能單元耐壓低，儲(chǔ)能能量有限，必須采用多個(gè)儲(chǔ)能單元串并聯(lián)復(fù)合連接才 能應(yīng)用，這樣就增大了整體的體積和重量；放電時(shí)間很短，需要和其他類型的電池組成復(fù)合 儲(chǔ)能單元共同使用；飛輪電池，整體技術(shù)不是很成熟，還沒有可供普遍采用的系列化產(chǎn)品， 需要突破高溫下的超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)和真空環(huán)境長期維護(hù)技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的儲(chǔ)能設(shè)備存在著儲(chǔ)能能量小、對電網(wǎng)干擾大、使用不 方便等技術(shù)問題，提供一種能存儲(chǔ)并再生利用電機(jī)制動(dòng)過程的動(dòng)能和電機(jī)運(yùn)行中外負(fù)載勢 能的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法?？梢詫?shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程的主動(dòng)控制，同時(shí)節(jié)約 能源，降低損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是
電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，包含有主電動(dòng)機(jī)、整流器、主逆變器、直流母線、濾波電容、 控制計(jì)算機(jī)、第I脈寬信號(PWM)發(fā)生器和第I驅(qū)動(dòng)模塊，其中它還包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器、 電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、液壓泵/馬達(dá)、二位三通控制閥、液壓蓄能器、安全閥、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感 器、液壓油箱、電壓傳感器、第II脈寬信號(PWM)發(fā)生器和第II驅(qū)動(dòng)模塊；液壓泵/馬達(dá)的出 油口 Pl通過管路與二位三通控制閥的進(jìn)油口 P2和安全閥的進(jìn)油口 P3連接，二位三通控制 閥的回油口 T通過管路與液壓油箱連接，二位三通控制閥的出油口 A通過管路與液壓蓄能 器的進(jìn)油口連接，壓力傳感器安裝在與液壓蓄能器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Px經(jīng)過導(dǎo)線輸入到控制計(jì)算機(jī)；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電動(dòng)/發(fā)電機(jī) 的輸出軸上，用于測量電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號Un經(jīng)導(dǎo)線輸入到控制 計(jì)算機(jī)；電壓傳感器連接在直流母線上，實(shí)時(shí)檢測直流母線兩端的電壓，其輸出信號Uv輸入 到控制計(jì)算機(jī)；控制計(jì)算機(jī)與第I脈寬信號(PWM)發(fā)生器和第II脈寬信號(PWM)發(fā)生器連 接，以便于將控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生控制主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的第I指令信號Uvi輸入到第I脈寬信號發(fā) 生器的輸入端、控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的第II指令信號Uv2輸入到第II脈寬 信號發(fā)生器輸入端和控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生控制二位三通控制閥的開關(guān)信號Ud輸入到二位三通 控制閥的信號端；第I脈寬信號發(fā)生器與第I驅(qū)動(dòng)模塊連接，第I驅(qū)動(dòng)模塊與主逆變器連 接；第II脈寬信號發(fā)生器與第II驅(qū)動(dòng)模塊連接，第II驅(qū)動(dòng)模塊與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器連接，電機(jī) 轉(zhuǎn)速控制器與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)連接以控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的輸出軸與液 壓泵/馬達(dá)的輸入軸連接，驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)按照給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
所述電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器是控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的逆變器，也可以是控制直流電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速的變換器。
所述電動(dòng)/發(fā)電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁 阻電動(dòng)機(jī)或交直流伺服電動(dòng)機(jī)中的任意一種。
所述液壓泵/馬達(dá)是定量液壓泵/馬達(dá)或電子控制的變排量比例液壓泵/馬達(dá)中 的任意一種。
所述電動(dòng)/發(fā)電機(jī)為一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或是兩個(gè)以上電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的組合。
所述液壓泵/馬達(dá)是一個(gè)液壓泵/馬達(dá)或是兩個(gè)以上液壓泵/馬達(dá)組成的液壓泵/馬達(dá)組。
所述二位三通控制閥是直動(dòng)式的電磁換向閥、先導(dǎo)型的電液換向閥或插裝型的閥 組中的任意一種。
所述液壓蓄能器是一個(gè)蓄能器，或是兩個(gè)以上蓄能器構(gòu)成的蓄能器組。
所述電子控制的變排量比例液壓泵/馬達(dá)是變量機(jī)構(gòu)單方向擺動(dòng)的變量液壓泵/ 馬達(dá)或變量機(jī)構(gòu)雙方向擺動(dòng)的變量液壓泵/馬達(dá)中的任意一種。
一種實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，該控制方法首先通過整流器對電網(wǎng)供 給的交流電進(jìn)行整流，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)濾波電容對直流電進(jìn)行濾波；接著控制計(jì)算機(jī) 給出控制主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定信號Uvi，該轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Uvi經(jīng)第I脈寬信號發(fā)生電路進(jìn)行 調(diào)制生成與設(shè)定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的PWM波，PWM波信號控制第I驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)逆變器，逆變器控制 主電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；
當(dāng)主電動(dòng)機(jī)制動(dòng)或減速時(shí)，主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率高于第I脈寬信號發(fā)生器給 出的頻率，主電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，這時(shí)控制計(jì)算機(jī)給出控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號uV2，該控制信號Uv2經(jīng)第II脈寬信號發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制生成對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號通過第II驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)工作；在主電動(dòng)機(jī)制動(dòng)或減速的同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)給出控制信號Ud到二位三通控制閥，使蓄能器的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)的出油口 Pl連通，與液壓油箱斷開，液壓泵/馬達(dá)排出的油液進(jìn)入到液壓蓄能器中；制動(dòng)過程結(jié)束時(shí)，控制計(jì)算機(jī)給出控制信號使電動(dòng)/發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制二位三通控制閥復(fù)位，液壓泵/馬達(dá)與液壓蓄能器斷開，液壓泵/馬達(dá)與液壓油箱接通；再一次啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)將同時(shí)給出控制主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電動(dòng) /發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號Uvi和Uv2，給出控制信號Ud到二位三通控制閥，使蓄能器的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)的出油口 Pl連通，液壓蓄能器驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)工作，使電動(dòng)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電經(jīng)過電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)入到直流母線中，實(shí)現(xiàn)對主電動(dòng)機(jī)制動(dòng)能量的再生利用；
當(dāng)主電動(dòng)機(jī)在外負(fù)載的牽引下發(fā)電運(yùn)行，這時(shí)控制計(jì)算機(jī)給出控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號Uv2,該控制信號Uv2經(jīng)第II脈寬信號發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制生成對應(yīng)的脈寬信號， 脈寬信號通過第II驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)從液壓油箱吸油；控制計(jì)算機(jī)給出控制信號Ud到二位三通控制閥，使蓄能器的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)的出油口 Pl連通，與液壓油箱斷開，液壓泵/馬達(dá)排出的油液進(jìn)入到液壓蓄能器中，從而將外負(fù)載牽引主電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電能，經(jīng)過電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、液壓泵 /馬達(dá)轉(zhuǎn)化為液壓能存儲(chǔ)到液壓蓄能器中。
由于本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，省掉了制動(dòng)電阻，直接回收利用電動(dòng)機(jī)減速制動(dòng)的動(dòng)能，使異步電動(dòng)機(jī)具有四象限工作的能力；回收外負(fù)載提供的勢能， 改善大功率電動(dòng)機(jī)頻繁啟停對電網(wǎng)的干擾，也減小了電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，進(jìn)一步提高了電動(dòng)機(jī)的使用壽命；通過控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止的時(shí)間，減小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)扭矩，使恒壓系統(tǒng)可以頻繁啟停，不需要經(jīng)過復(fù)雜的逆變單元向電網(wǎng)饋電，即能存儲(chǔ)并利用電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電工況所產(chǎn)生的電能，同時(shí)提高電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)減速性能、縮短電機(jī)制動(dòng)時(shí)間；相對于采用超級電容和飛輪電池，采用液壓蓄能器儲(chǔ)能，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠、壽命長，不存在過高的費(fèi)用和復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境要求，宜于實(shí)際投入使用。因此，本發(fā)明具有儲(chǔ)能能量大、對電網(wǎng)干擾小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。



圖1是本發(fā)明采用定量液壓泵/馬達(dá)的原理結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明采用變量液壓泵/馬達(dá)的原理結(jié)構(gòu)示意圖中1 :主電動(dòng)機(jī)；2 :整流器；3 :主逆變器；4 :直流母線；5 :濾波電容；6 :控制計(jì)算機(jī)；7 :第I脈寬信號(PWM)發(fā)生器；8 第I驅(qū)動(dòng)模塊；9 :電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器；10 :電動(dòng)/發(fā)電機(jī)；11 :液壓泵/馬達(dá)；12 :二位三通控制閥；13 :液壓蓄能器；14 :安全閥；15 :壓力傳感器；16 :轉(zhuǎn)速傳感器；17 :液壓油箱，18 :電壓傳感器，19 :第II脈寬信號(PWM)發(fā)生器；20 :第 II驅(qū)動(dòng)模塊；P1 :液壓泵/馬達(dá)11的出油口 ；P2 :二位三通控制閥12的進(jìn)油口 ；P3 :安全閥 14的進(jìn)油口 ；A :二位三通控制閥12的出油口 ；T :二位三通控制閥12的回油口 ；UD :二位三通控制閥12的開關(guān)信號；Px :液壓蓄能器進(jìn)油口壓力信號；Uv :直流母線4兩端電壓；Un 轉(zhuǎn)速傳感器16的輸出信號；UV1 :第I指令信號；UV2 :第II指令信號。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例中的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，包含有主電動(dòng)機(jī)1、整流器2、主 逆變器3、直流母線4、濾波電容5、控制計(jì)算機(jī)6、第I脈寬信號(PWM)發(fā)生器7和第I驅(qū)動(dòng) 模塊8，其中它還包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10、液壓泵/馬達(dá)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(zhuǎn)速傳感器16、液壓油箱17、電壓傳感 器18、第II脈寬信號(PWM)發(fā)生器19和第II驅(qū)動(dòng)模塊20 ;液壓泵/馬達(dá)11的出油口 Pl通 過管路與二位三通控制閥12的進(jìn)油口 P2和安全閥14的進(jìn)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(jìn)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Px經(jīng)過導(dǎo)線輸入到控制計(jì)算機(jī)6 ;轉(zhuǎn)速傳感器16 安裝在電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10的輸出軸上，用于測量電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速傳感器16的 輸出信號Un經(jīng)導(dǎo)線輸入到控制計(jì)算機(jī)6 ；電壓傳感器18連接在直流母線4上，實(shí)時(shí)檢測直 流母線4兩端的電壓，其輸出信號Uv輸入到控制計(jì)算機(jī)6 ;控制計(jì)算機(jī)6與第I脈寬信號 (PWM)發(fā)生器7和第II脈寬信號(PWM)發(fā)生器19連接，以便于將控制計(jì)算機(jī)6產(chǎn)生控制主 電動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)速的第I指令信號Uvi輸入到第I脈寬信號發(fā)生器7的輸入端、控制計(jì)算機(jī)6產(chǎn) 生控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10轉(zhuǎn)速的第II指令信號Uv2輸入到第II脈寬信號發(fā)生器19輸入端和 控制計(jì)算機(jī)6產(chǎn)生控制二位三通控制閥12的開關(guān)信號Ud輸入到二位三通控制閥12的信 號端；第I脈寬信號發(fā)生器7與第I驅(qū)動(dòng)模塊8連接，第I驅(qū)動(dòng)模塊8與主逆變器3連接； 第II脈寬信號發(fā)生器19與第II驅(qū)動(dòng)模塊20連接，第II驅(qū)動(dòng)模塊20與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9連 接，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10連接以控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)/發(fā)電 機(jī)10的輸出軸與液壓泵/馬達(dá)11的輸入軸連接，驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)11按照給定的轉(zhuǎn)速旋 轉(zhuǎn)。
上述實(shí)施例中的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9是控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的逆變器，該電機(jī)轉(zhuǎn)速 控制器9也可以是控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變換器。
上述實(shí)施例中的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10采用的是單個(gè)同步電動(dòng)機(jī)，也可以采用直流電動(dòng) 機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)或交直流伺服電動(dòng)機(jī)中的任意一種代替同步 電動(dòng)機(jī)。
上述實(shí)施例中的液壓泵/馬達(dá)11采用的是定量液壓泵/馬達(dá)。
上述實(shí)施例中的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10也可以采用兩個(gè)以上電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的組合。
上述實(shí)施例中的液壓泵/馬達(dá)11采用的是一個(gè)液壓泵/馬達(dá)，也可以采用兩個(gè)以 上液壓泵/馬達(dá)組成的液壓泵/馬達(dá)組。
上述實(shí)施例中的二位三通控制閥12采用的是直動(dòng)式的電磁換向閥。
上述實(shí)施例中的液壓蓄能器13采用的是一個(gè)蓄能器。
所述電子控制的變排量比例液壓泵/馬達(dá)11是變量機(jī)構(gòu)單方向擺動(dòng)的變量液壓 泵/馬達(dá)或變量機(jī)構(gòu)雙方向擺動(dòng)的變量液壓泵/馬達(dá)中的任意一種。
一種實(shí)現(xiàn)上述電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，該控制方法首先通過整流器2對電網(wǎng)供給的交流電進(jìn)行整流，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)濾波電容5對直流電進(jìn)行濾波；接著控 制計(jì)算機(jī)6給出控制主電動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)速的設(shè)定信號Uvi,該轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Uvi經(jīng)第I脈寬信號 發(fā)生電路7進(jìn)行調(diào)制生成與設(shè)定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的PWM波，PWM波信號控制第I驅(qū)動(dòng)模塊8驅(qū)動(dòng)逆 變器3，逆變器3控制主電動(dòng)機(jī)I按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主電動(dòng)機(jī)I制動(dòng)或減速時(shí)，主電 動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率高于第I脈寬信號發(fā)生器7給出的頻率，主電動(dòng)機(jī)I處于發(fā)電狀態(tài)， 這時(shí)控制計(jì)算機(jī)6給出控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10轉(zhuǎn)速的控制信號Uv2，該控制信號Uv2經(jīng)第II脈 寬信號發(fā)生器19進(jìn)行調(diào)制生成對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號通過第II驅(qū)動(dòng)模塊20驅(qū)動(dòng)電機(jī) 轉(zhuǎn)速控制器9控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)11工作；在 主電動(dòng)機(jī)I制動(dòng)或減速的同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)6給出控制信號Ud到二位三通控制閥12，使蓄 能器13的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)11的出油口 Pl連通，與液壓油箱17斷開，液壓泵/馬達(dá) 11排出的油液進(jìn)入到液壓蓄能器13中；制動(dòng)過程結(jié)束時(shí)，控制計(jì)算機(jī)6給出控制信號使電 動(dòng)/發(fā)電機(jī)10停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制二位三通控制閥12復(fù)位，液壓泵/馬達(dá)11與液壓蓄能 器13斷開，液壓泵/馬達(dá)11與液壓油箱17接通；再一次啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)I時(shí)，控制計(jì)算機(jī)6 將同時(shí)給出控制主電動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)速和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10轉(zhuǎn)速的信號Uvi和Uv2，給出控制信號Ud 到二位三通控制閥12，使蓄能器13的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)11的出油口 Pl連通，液壓蓄 能器13驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)11工作，使電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電經(jīng)過電機(jī) 轉(zhuǎn)速控制器9進(jìn)入到直流母線4中，實(shí)現(xiàn)對主電動(dòng)機(jī)I制動(dòng)能量的再生利用；當(dāng)主電動(dòng)機(jī) I在外負(fù)載的牽引下發(fā)電運(yùn)行，這時(shí)控制計(jì)算機(jī)6給出控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10轉(zhuǎn)速的控制信 號Uv2，該控制信號Uv2經(jīng)第II脈寬信號發(fā)生器19進(jìn)行調(diào)制生成對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號 通過第II驅(qū)動(dòng)模塊20驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器9控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10 驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)11從液壓油箱17吸油；控制計(jì)算機(jī)6給出控制信號Ud到二位三通控制 閥12，使蓄能器13的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)11的出油口 Pl連通，與液壓油箱17斷開，液 壓泵/馬達(dá)11排出的油液進(jìn)入到液壓蓄能器13中，從而將外負(fù)載牽引主電動(dòng)機(jī)I發(fā)出的 電能，經(jīng)過電動(dòng)/發(fā)電機(jī)10、液壓泵/馬達(dá)11轉(zhuǎn)化為液壓能存儲(chǔ)到液壓蓄能器13中。
實(shí)施例2
如圖2所示，本實(shí)施例中的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法與實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu) 和控制方法基本相同，區(qū)別如下將定量液壓泵/馬達(dá)11采用電子控制的變排量比例液壓 泵/馬達(dá)代替；二位三通控制閥12采用先導(dǎo)型的電液換向閥；液壓蓄能器13采用兩個(gè)蓄能 器構(gòu)成的蓄能器組。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，包含有主電動(dòng)機(jī)(I)、整流器(2)、主逆變器(3)、直流母線(4)、濾波電容(5)、控制計(jì)算機(jī)(6)、第I脈寬信號(PWM)發(fā)生器(7)和第I驅(qū)動(dòng)模塊(8)， 其特征是它還包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)、液壓泵/馬達(dá)(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(zhuǎn)速傳感器(16)、液壓油箱(17)、電壓傳感器(18)、第II脈寬信號(PWM)發(fā)生器(19)和第II驅(qū)動(dòng)模塊(20);液壓泵/馬達(dá)(11)的出油口 Pl通過管路與二位三通控制閥(12)的進(jìn)油口 P2和安全閥(14)的進(jìn)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(jìn)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，其輸出信號匕經(jīng)過導(dǎo)線輸入到控制計(jì)算機(jī)(6);轉(zhuǎn)速傳感器(16)安裝在電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)的輸出軸上，用于測量電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速傳感器(16)的輸出信號Un經(jīng)導(dǎo)線輸入到控制計(jì)算機(jī)(6); 電壓傳感器(18 )連接在直流母線(4 )上，實(shí)時(shí)檢測直流母線(4 )兩端的電壓，其輸出信號Uv 輸入到控制計(jì)算機(jī)(6);控制計(jì)算機(jī)(6)與第I脈寬信號(PWM)發(fā)生器(7)和第II脈寬信號 (PWM)發(fā)生器(19)連接，以便于將控制計(jì)算機(jī)(6)產(chǎn)生控制主電動(dòng)機(jī)(I)轉(zhuǎn)速的第I指令信號Uvi輸入到第I脈寬信號發(fā)生器(7)的輸入端、控制計(jì)算機(jī)(6)產(chǎn)生控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī) (10)轉(zhuǎn)速的第II指令信號Uv2輸入到第II脈寬信號發(fā)生器(19)輸入端和控制計(jì)算機(jī)(6)產(chǎn)生控制二位三通控制閥(12)的開關(guān)信號Ud輸入到二位三通控制閥(12)的信號端；第I脈寬信號發(fā)生器(7)與第I驅(qū)動(dòng)模塊(8)連接，第I驅(qū)動(dòng)模塊(8)與主逆變器(3)連接；第11 脈寬信號發(fā)生器(19)與第II驅(qū)動(dòng)模塊(20)連接，第II驅(qū)動(dòng)模塊(20)與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9) 連接，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9 )與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10 )連接以控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10 )的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)的輸出軸與液壓泵/馬達(dá)(11)的輸入軸連接，驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)(11)按照給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9)是控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的逆變器，也可以是控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變換器。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)是直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)或交直流伺服電動(dòng)機(jī)中的任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述液壓泵/馬達(dá)(11)是定量液壓泵/馬達(dá)或電子控制的變排量比例液壓泵/馬達(dá)中的任意一種。
5.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)為一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或是兩個(gè)以上電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的組合。
6.如權(quán)利要求1或4所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述液壓泵/馬達(dá)(11) 是一個(gè)液壓泵/馬達(dá)或是兩個(gè)以上液壓泵/馬達(dá)組成的液壓泵/馬達(dá)組。
7.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述二位三通控制閥(12)是直動(dòng)式的電磁換向閥、先導(dǎo)型的電液換向閥或插裝型的閥組中的任意一種。
8.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述液壓蓄能器(13)是一個(gè)蓄能器，或是兩個(gè)以上蓄能器構(gòu)成的蓄能器組。
9.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，其特征是所述電子控制的變排量比例液壓泵/馬達(dá)(11)是變量機(jī)構(gòu)單方向擺動(dòng)的變量液壓泵/馬達(dá)或變量機(jī)構(gòu)雙方向擺動(dòng)的變量液壓泵/馬達(dá)中的任意一種。
10. 一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)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(wǎng)供給的交流電進(jìn)行整流，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)電容(5)對直流電進(jìn)行濾波；接著控制計(jì)算機(jī)(6)給出控制主電動(dòng)機(jī)(I)轉(zhuǎn)速的設(shè)定信號Uvi，該轉(zhuǎn)速設(shè)定信號Uvi經(jīng)第I脈寬信號發(fā)生電路(7)進(jìn)行調(diào)制生成與設(shè)定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的PWM波，PWM波信號控制第I驅(qū)動(dòng)模塊(8)驅(qū)動(dòng)逆變器(3)，逆變器(3)控制主電動(dòng)機(jī)(I)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主電動(dòng)機(jī)(I)制動(dòng)或減速時(shí)，主電動(dòng)機(jī)(I)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率高于第I脈寬信號發(fā)生器(7)給出的頻率，主電動(dòng)機(jī)(I)處于發(fā)電狀態(tài)，這時(shí)控制計(jì)算機(jī)(6)給出控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)速的控制信號Uv2，該控制信號Uv2經(jīng)第II脈寬信號發(fā)生器(19)進(jìn)行調(diào)制生成對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號通過第II驅(qū)動(dòng)模塊(20)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9)控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)(11)工作；在主電動(dòng)機(jī)(I)制動(dòng)或減速的同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)(6)給出控制信號Ud到二位三通控制閥(12)，使蓄能器(13)的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)(11)的出油Pl連通，與液壓油箱(17)斷開，液壓泵/馬達(dá)(11)排出的油液進(jìn)入到液壓蓄能器(13)中；制動(dòng)過程結(jié)束時(shí)，控制計(jì)算機(jī)(6)給出控制信號使電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10 )停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制二位三通控制閥(12 )復(fù)位，液壓泵/馬達(dá)(11)與液壓蓄能器 (13)斷開，液壓泵/馬達(dá)(11)與液壓油箱(17)接通；再一次啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)(I)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)(6 )將同時(shí)給出控制主電動(dòng)機(jī)(I)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10 )轉(zhuǎn)速的信號Uvi和Uv2，給出控制信號Ud到二位三通控制閥(12)，使蓄能器(13)的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)(11)的出油口 Pl連通，液壓蓄能器(13)驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)(11)工作，使電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電經(jīng)過電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9 )進(jìn)入到直流母線(4 )中，實(shí)現(xiàn)對主電動(dòng)機(jī)(I)制動(dòng)能量的再生利用；當(dāng)主電動(dòng)機(jī)(I)在外負(fù)載的牽引下發(fā)電運(yùn)行，這時(shí)控制計(jì)算機(jī)(6)給出控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)速的控制信號Uv2，該控制信號Uv2經(jīng)第II脈寬信號發(fā)生器(19)進(jìn)行調(diào)制生成對應(yīng)的脈寬信號，脈寬信號通過第II驅(qū)動(dòng)模塊(20)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(9)控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī) (10)運(yùn)行，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)驅(qū)動(dòng)液壓泵/馬達(dá)(11)從液壓油箱(17)吸油；控制計(jì)算機(jī)(6)給出控制信號Ud到二位三通控制閥(12)，使蓄能器(13)的進(jìn)油口與液壓泵/馬達(dá)(11) 的出油口 Pl連通，與液壓油箱(17)斷開，液壓泵/馬達(dá)(11)排出的油液進(jìn)入到液壓蓄能器(13)中，從而將外負(fù)載牽引主電動(dòng)機(jī)(I)發(fā)出的電能，經(jīng)過電動(dòng)/發(fā)電機(jī)(10)、液壓泵/馬達(dá)(11)轉(zhuǎn)化為液壓能存儲(chǔ)到液壓蓄能器(13)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法，它屬于一種對電機(jī)制動(dòng)過程能量進(jìn)行存儲(chǔ)并再生利用的儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有的儲(chǔ)能設(shè)備存在著儲(chǔ)能能量小、對電網(wǎng)干擾大、使用不方便等技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能制動(dòng)系統(tǒng)，包含有主電動(dòng)機(jī)、整流器、主逆變器、直流母線、濾波電容、控制計(jì)算機(jī)、第I脈寬信號發(fā)生器和第I驅(qū)動(dòng)模塊，其還包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、液壓泵/馬達(dá)、二位三通控制閥、液壓蓄能器、安全閥、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、液壓油箱、電壓傳感器、第Ⅱ脈寬信號發(fā)生器和第Ⅱ驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明具有可以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程的主動(dòng)控制，同時(shí)節(jié)約能源，降低損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F15B21/14GK103066897SQ20131002168
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者權(quán)龍 , 黃家海, 李斌, 姚李威 申請人:太原理工大學(xué)