CN111746586A - 一种变频控制的车辆制动装置、控制方法和轨交车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变频控制的车辆制动装置，包括温度采集组件、制动电阻、制动电阻风机以及分别与电阻片和制动电阻风机连接的风机控制箱，所述的风机控制箱内设置转速控制组件，所述的转速控制组件包括相互连接的微计算机和变频器，所述的微计算机与温度采集组件连接，所述的变频器与制动电阻风机连接，所述的温度采集组件安装于制动电阻出风口电阻片处，所述的制动电阻风机正对制动电阻，所述的微计算机用于控制变频器驱制动电阻风机运转，与现有技术相比，本发明具有提高电能利用率和降低风机噪声等优点。

Description

一种变频控制的车辆制动装置、控制方法和轨交车辆
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种变频控制的制动电阻风机控制***、方法和轨交车辆。
背景技术
制动电阻现广泛应用于列车再生制动过程中，其可以消耗多余的再生电能转化为热能耗散，而热能的产生会使制动电阻温度迅速升高，为避免电阻片受热变形而导致电阻器短路，通常使用风机旋转产生低压迫使空气加速流动的方式为电阻片降温。
然而，目前使用的列车制动电阻散热风机多数采用定速控制，即只要制动电阻投入使用，制动电阻风机也相应启动，且制动电阻风机一直处于高速旋转状态。少数采用分级运转的模式，即通过测量电阻片工作温度控制风机处于高速、低速或停机状态。前者将导致制动电阻在小功率运行时风机仍然高速旋转浪费电能且风机的高速运转将产生巨大的噪声污染，后者对上述弊端虽然一定程度上节约了能源降低了噪声，但仍有进一步优化的空间。
综上所述，如何最大化提高电能利用率降低风机旋转产生的噪声是目前本领域中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高电能利用率并降低风机噪声的变频控制的车辆制动装置、控制方法和轨交车辆。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种变频控制的车辆制动装置，包括温度采集组件、制动电阻、制动电阻风机以及分别与制动电阻和制动电阻风机连接的风机控制箱，所述的风机控制箱内设置转速控制组件，所述的转速控制组件包括相互连接的微计算机和变频器，所述的微计算机与温度采集组件连接，所述的变频器与制动电阻风机连接，所述的温度采集组件安装于制动电阻出风口电阻片处，所述的制动电阻风机正对制动电阻，所述的微计算机用于控制变频器驱制动电阻风机运转；
所述的温度采集组件采集工作中制动电阻的实时温度并发送至微计算机，所述的微计算机根据接收到的温度信号输出控制信号至变频器，所述的变频器根据控制信号驱动风机运转并控制其转速。根据制动电阻温度的变化实时控制风机功率，使得制动电阻在正常工况下工作时以最低能耗保持电阻片温度在安全合理范围之内。
进一步地，所述的温度采集组件包括第一温度传感器、第二温度传感器和温度采集器，所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别安装于制动电阻出风口电阻片处，且分别与温度采集器连接，所述的温度采集器设置于风机控制箱内；
所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别测量得到同一时刻电阻片的温度，得到第一温度和第二温度。
进一步优选地，所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别为热电偶温度传感器，所述的第一温度传感器和第二温度传感器紧贴于制动电阻出风口电阻片上。
更进一步地，当第一温度和第二温度之差的绝对值大于设定阈值时，所述的微计算机判断温度采集组件故障，通过变频器控制制动电阻风机满功率运行；对温度采集组件的故障判断可避免由于温度采集组件失灵，导致风机不能给电阻有效降温而造成的制动电阻损坏，提高了制动电阻风机控制的可靠性。
当第一温度和第二温度之差的绝对值小于等于设定阈值时，所述的微计算机计算第一温度和第二温度的均值，得到平均温度作为制动电阻的温度，并根据该温度控制制动电阻风机运行功率。
优选地，所述的微计算机通过A/D转换器与温度采集器连接，并通过D/A转换器与变频器连接，所述的微计算机的型号为IPC-606。
所述的风机控制箱为立方箱体，该车辆制动装置还包括风机外壳，所述的制动电阻风机通过固定件安装于风机外壳内，所述的风机外壳固定安装于风机控制箱的侧面。
温度采集器将热电偶采集到的毫伏模拟电信号传输给A/D转换器；A/D转换器将其转变为数字信号的电动势信号，交由微计算机根据对应热电偶的热电动势与溫度的函数关系计算出制动电阻的实时温度；然后微计算机从已存入的电阻温度与风机转速拟合线性关系中求得风机所需转速，再根据风机所需转速计算出变频器所需电压、电流与频率；D/A转换器用于将电压、电流与频率的数字信号转换成模拟信号由变频器接点输入，最后变频器控制电机变速运转。当制动电阻温度不过高时，风机在满足散热要求的情况下以较低转速运行，避免了风机常开满功率运行时的大噪声，可一定程度上降低噪声污染。
一种如所述的变频控制的车辆制动装置的控制方法，包括以下步骤：
S1：微计算机判断温度采集组件是否故障，若是，则通过变频器控制制动电阻风机满功率运转，否则执行步骤S2；
S2：微计算机获取制动电阻的实时温度；
S3：微计算机依据电阻温度与风机转速的线性关系，利用制动电阻实时温度计算风机所需转速；
S4：根据风机所需转速输出对应控制信号至变频器，实时控制制动电阻风机按照风机所需转速运转。
进一步地，所述的温度采集组件包括两个温度传感器，分别测量得到制动电阻的第一温度和第二温度，所述的判断温度采集组件是否故障具体包括：
计算第一温度与第二温度之差的绝对值是否超过设定阈值，若是，则判断温度采集组件故障；
所述的获取制动电阻的实时温度具体包括：
计算第一温度与第二温度的平均值，作为制动电阻的实时温度。
进一步优选地，所述的设定阈值为15℃。
进一步地，所述的电阻温度与风机转速的线性关系通过拟合得到，具体为：
根据制动电阻工作最高温度与电机额定最大转速对应，以及制动电阻断路状态下温度与电机零转速对应，进行线性拟合得到电阻温度与风机转速的线性关系。
一种变频控制制动电阻风机的轨道交通车辆，该轨道交通车辆包括如所述的变频控制的车辆制动装置，并利用如所述的控制方法对制动电阻风机进行控制。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明通过设置风机控制箱，通过设置温度采集组件、微计算机和变频器，可以实现根据制动电阻温度的变化实时控制风机功率，使得制动电阻在正常工况下工作时以最低能耗保持电阻片温度在安全合理范围之内，有效提高电能利用率；
2)本发明中制动电阻风机的转速根据制动电阻温度改变而改变，并不是全程满功率运行，当制动电阻温度不过高时，制动电阻风机在满足散热要求的情况下以较低转速运行，避免了风机常开满功率运行时的大噪声，可一定程度上降低噪声污染；
3)本发明通过设置两个温度传感器，分别对制动电阻采集第一温度和第二温度，并根据两个温度的差值对温度采集组件进行故障判断，可避免由于温度采集组件失灵，导致风机不能给电阻有效降温而造成的制动电阻损坏，提高了制动电阻风机控制的可靠性。
附图说明
图1为本发明装置的结构图；
图2为风机控制箱的结构示意图；
图3为变频器与制动电阻风机的连接示意图；
图4为本发明装置的连接示意图；
图5为本发明方法的流程示意图。
其中，1、制动电阻，2、风机控制箱，3、制动电阻风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种变频控制的车辆制动装置，包括温度采集组件、制动电阻1、制动电阻风机3、风机外壳以及分别与制动电阻1和制动电阻风机3连接的风机控制箱2，风机控制箱2为立方箱体，制动电阻风机3通过固定件安装于风机外壳内，风机外壳固定安装于风机控制箱2的侧面，制动电阻风机3正对制动电阻1，制动电阻风机3的转速可根据制动电阻1的实时温度进行控制。
如图2和图3所示，风机控制箱2内设置转速控制组件，转速控制组件包括相互连接的微计算机和变频器，微计算机与温度采集组件连接，变频器与制动电阻风机3连接，本实施例中，微计算机的型号为IPC-606，温度采集组件包括温度传感器和温度采集器，温度传感器为热电偶温度传感器，紧贴于制动电阻1出风口电阻片处，且与温度采集器连接，温度采集器设置于风机控制箱2内，微计算机通过A/D转换器与温度采集器连接，并通过D/A转换器与变频器连接，
温度传感器采集电阻片工作发热过程中的实时温度，并发送至温度采集器，温度采集器将代表制动电阻实时温度的毫伏模拟电信号传输给A/D转换器，A/D转换器将其转变为数字信号的电动势信号发送至微计算机，微计算机根据对应热电偶的热电动势与溫度的函数关系计算出制动电阻的实时温度，然后微计算机从已存入的电阻温度与风机转速拟合线性关系中求得风机所需转速，再根据风机所需转速计算出变频器所需电压、电流与频率；D/A转换器用于将电压、电流与频率的数字信号转换成模拟信号由变频器接点输入，最后变频器控制电机变速运转。
实施例2
本实施例中，温度传感器设置两个，包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器分别紧贴于制动电阻1出风口电阻片处，且分别与温度采集器连接，两个温度传感器采集得到第一温度和第二温度，当第一温度和第二温度之差的绝对值大于设定阈值时，微计算机判断温度采集组件故障，通过变频器控制制动电阻风机3满功率运行；
当第一温度和第二温度之差的绝对值小于等于设定阈值时，微计算机计算第一温度和第二温度的均值，得到平均温度作为制动电阻1的温度，并根据该温度控制制动电阻风机3运行功率。
通过采集两个温度，对温度采集组件的故障判断可避免由于温度采集组件失灵，导致风机不能给电阻有效降温而造成的制动电阻损坏，提高了制动电阻风机控制的可靠性。
实施例3
本发明还提供一种用于变频控制的制动电阻风机的控制方法，包括以下步骤：
S1：微计算机判断温度采集组件是否故障，若是，则通过变频器控制制动电阻风机3满功率运转，否则执行步骤S2；
S2：微计算机获取制动电阻1的实时温度；
S3：微计算机依据电阻温度与风机转速的线性关系，利用制动电阻1实时温度计算风机所需转速；
S4：根据风机所需转速输出对应控制信号至变频器，实时控制制动电阻风机3按照风机所需转速运转。
如图5所示，对应实施例2车辆制动装置，其制动电阻风机的控制方法具体包括：
1)获取第一传感器和第二传感器的信号，得到第一温度和第二温度；
2)计算第一温度和第二温度的误差，即两者之差的绝对值；
3)判断第一温度和第二温度的误差是否超过设定阈值，若是，则判断温度采集组件故障，执行步骤4)，否则执行步骤5)；
4)通过变频器控制制动电阻风机3满功率运转；
5)计算第一温度与第二温度的平均值，作为制动电阻1的实时温度；
6)依据电阻温度与风机转速的线性关系，利用制动电阻1实时温度计算风机所需转速；
7)根据风机所需转速输出对应控制信号至变频器，实时控制制动电阻风机3按照风机所需转速运转。
其中，设定阈值为15℃，电阻温度与风机转速的线性关系通过拟合得到，具体为：根据制动电阻1工作最高温度与电机额定最大转速对应，以及制动电阻1断路状态下温度与电机零转速对应，进行线性拟合得到电阻温度与风机转速的线性关系。
实施例4
本发明还提供一种变频控制制动电阻风机3的轨道交通车辆，该轨道交通车辆采用实施例1或实施例2中的变频控制的车辆制动装置，并采用实施例3中对应的控制方法，对制动电阻风机进行控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变频控制的车辆制动装置，其特征在于，包括温度采集组件、制动电阻(1)、制动电阻风机(3)以及分别与制动电阻(1)和制动电阻风机(3)连接的风机控制箱(2)，所述的风机控制箱(2)内设置转速控制组件，所述的转速控制组件包括相互连接的微计算机和变频器，所述的微计算机与温度采集组件连接，所述的变频器与制动电阻风机(3)连接，所述的温度采集组件安装于制动电阻(1)出风口电阻片处，所述的制动电阻风机(3)正对制动电阻(1)，所述的微计算机用于控制变频器驱制动电阻风机(3)运转；
所述的温度采集组件采集工作中制动电阻(1)的实时温度并发送至微计算机，所述的微计算机根据接收到的温度信号输出控制信号至变频器，所述的变频器根据控制信号驱动风机运转并控制其转速。
2.根据权利要求1所述的一种变频控制的车辆制动装置，其特征在于，所述的温度采集组件包括第一温度传感器、第二温度传感器和温度采集器，所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别安装于制动电阻(1)出风口电阻片处，且分别与温度采集器连接，所述的温度采集器设置于风机控制箱(2)内；
所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别测量得到同一时刻电阻片的温度，得到第一温度和第二温度。
3.根据权利要求2所述的一种变频控制的车辆制动装置，其特征在于，所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别为热电偶温度传感器，所述的第一温度传感器和第二温度传感器紧贴于制动电阻(1)出风口电阻片上。
4.根据权利要求2所述的一种变频控制的车辆制动装置，其特征在于，当第一温度和第二温度之差的绝对值大于设定阈值时，所述的微计算机判断温度采集组件故障，通过变频器控制制动电阻风机(3)满功率运行；
当第一温度和第二温度之差的绝对值小于等于设定阈值时，所述的微计算机计算第一温度和第二温度的均值，得到平均温度作为制动电阻(1)的温度，并根据该温度控制制动电阻风机(3)运行功率。
5.根据权利要求2所述的一种变频控制的车辆制动装置，其特征在于，所述的微计算机通过A/D转换器与温度采集器连接，并通过D/A转换器与变频器连接，所述的微计算机的型号为IPC-606。
6.一种用于权利要求1-5任一项所述的变频控制的车辆制动装置中制动电阻风机的控制方法，其特征在，包括以下步骤：
S1：微计算机判断温度采集组件是否故障，若是，则通过变频器控制制动电阻风机(3)满功率运转，否则执行步骤S2；
S2：微计算机获取制动电阻(1)的实时温度；
S3：微计算机依据电阻温度与风机转速的线性关系，利用制动电阻(1)实时温度计算风机所需转速；
S4：根据风机所需转速输出对应控制信号至变频器，实时控制制动电阻风机(3)按照风机所需转速运转。
7.根据权利要求6所述的变频控制的制动电阻风机控制方法，其特征在，所述的温度采集组件包括两个温度传感器，分别测量得到制动电阻(1)的第一温度和第二温度，所述的判断温度采集组件是否故障具体包括：
计算第一温度与第二温度之差的绝对值是否超过设定阈值，若是，则判断温度采集组件故障；
所述的获取制动电阻(1)的实时温度具体包括：
计算第一温度与第二温度的平均值，作为制动电阻(1)的实时温度。
8.根据权利要求7所述的变频控制的制动电阻风机控制方法，其特征在，所述的设定阈值为15℃。
9.根据权利要求6所述的变频控制的制动电阻风机控制方法，其特征在，所述的电阻温度与风机转速的线性关系通过拟合得到，具体为：
根据制动电阻(1)工作最高温度与电机额定最大转速对应，以及制动电阻(1)断路状态下温度与电机零转速对应，进行线性拟合得到电阻温度与风机转速的线性关系。
10.一种变频控制制动电阻风机的轨道交通车辆，其特征在于，该轨道交通车辆包括如权利要求1-5任一项所述的变频控制的车辆制动装置，并利用如权利要求6-9任一项所述的控制方法对制动电阻风机进行控制。
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