CN112000913A - 电阻温度辨识方法、斩波控制方法、电子设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电阻温度辨识方法、斩波控制方法、电子设备和存储介质。斩波电阻温度辨识方法,包括以下步骤:获取斩波电路的斩波通断状态;根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值。根据本申请的技术方案,无需额外加装斩波电阻温度传感器,仅需根据牵引***自带的中间电压传感器和斩波电流传感器以及柜体温度传感器即可达到斩波电阻温度辨识的目的。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域,尤其涉及一种电阻温度辨识方法、斩波控制方法、电子设备和存储介质。
背景技术
在轨道交通技术领域,为了保障电力牵引***的电气安全性和可靠性,需要防止中间直流过压以及进行残余电能的泄放。通常需要利用斩波功能进行中间直流回路能量的控制。列车的斩波装置通常由IGBT模块和斩波电阻串联而成,再连接主回路的正极和负极,通过控制IGBT的开通和关断来达到控制斩波的目的。在斩波开通过程中,中间回路的电能将被转换为斩波电阻的热能,通过斩波电阻发热进行能量的消耗。大量的电能被斩波电阻转换为热能消耗掉,导致斩波电阻的温度快速上升,长时间得持续开通斩波,将会引起斩波电阻烧损,从而影响列车的安全稳定运行。若无法准确获知斩波电阻的温度以便于进行斩波控制和保护,将会引起斩波电阻烧损,甚至危及行车安全。
传统的斩波电阻温度监视方式是通过在斩波电阻表面安装温度传感器来进行温度信号的采集,并将采集的斩波电阻的温度信号传输给牵引控制单元。当检测到斩波电阻的温度超过保护门槛值时,停止斩波动作,以此来达到斩波超温保护的目的。但是此方式存在着可靠性差、不易维护、成本高等问题。
因此,如何对斩波电阻的温度进行采集以用于斩波控制以及在斩波电阻过热时进行超温保护成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种电阻温度辨识方法、斩波控制方法、电子设备和存储介质,以提高斩波电阻温度采集的可靠性。
第一方面,本申请的实施方式提供一种斩波电阻温度辨识方法,包括以下步骤:获取斩波电路的斩波通断状态;根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值。
在一实施方式中,根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值,包括:当所述斩波电路处于斩波开通状态时,根据所述斩波电路中斩波电阻的阻值与温度之间的函数关系确定该斩波电阻的温度值;当所述斩波电路处于斩波关断状态时,利用牛顿冷却定律计算该斩波电阻的温度值。
在一实施方式中,根据所述斩波电路中斩波电阻的阻值与温度之间的函数关系确定该斩波电阻的温度值,包括:当所述斩波电路中的斩波电阻为合金材料且截面均匀时,根据所述斩波电阻的阻值与温度之间的线性函数关系确定该斩波电阻的温度值。
在一实施方式中,根据所述斩波电阻的阻值与温度之间的线性函数关系确定该斩波电阻的温度值,包括:按照下式确定该斩波电阻的温度值:
其中,Ton表示在斩波开通状态下该斩波电阻的当前电阻温度,R表示该斩波电阻在当前电阻温度下的阻值,R0表示该斩波电阻在电阻温度为0℃时的阻值,α表示该斩波电阻的电阻温度系数。
在一实施方式中,根据单位时间内所述斩波电阻电压的均值和斩波电流均值确定所述斩波电阻在当前电阻温度下的阻值。
在一实施方式中,利用牛顿冷却定律计算该斩波电阻的温度值,包括:按照下式计算该斩波电阻的温度值:
其中,Toff表示在斩波关断状态下该斩波电阻的当前电阻温度,Tair表示该斩波电阻所处的环境温度,toff表示从斩波关断时起所经过的时间长度,k和b为常数。
在一实施方式中,根据下式确定b的值:
b=ln(Ton-Tair)
其中,Ton表示在斩波开通状态下所述斩波电阻的当前电阻温度,Tair表示该斩波电阻在斩波关断时刻所处的环境温度。
第二方面,本申请的实施方式提供一种斩波电路的斩波控制方法,包括以下步骤:根据如上文所述的斩波电阻温度辨识方法确定斩波电阻的温度值;将所述斩波电阻的温度值与预设温度阈值进行比较,根据比较结果对斩波电路进行斩波控制。
在一实施方式中,根据比较结果对斩波电路进行斩波控制,包括:当所述斩波电阻的温度值大于或等于预设温度阈值时,停止斩波电路的斩波控制。
第三方面,本申请的实施方式提供一种电子设备,包括处理器和存储有程序代码的存储介质,所述程序代码被处理器执行时,实现如上文所述的斩波电阻温度辨识方法或如上文所述的斩波电路的斩波控制方法。
第四方面,本申请的实施方式提供一种存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现如上文所述的斩波电阻温度辨识方法或如上文所述的斩波电路的斩波控制方法。
根据本申请的技术方案,无需额外加装斩波电阻温度传感器,仅需根据牵引***自带的中间电压传感器和斩波电流传感器以及柜体温度传感器即可达到斩波电阻温度辨识的目的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定,在附图中:
图1为根据本申请一示例性实施方式的斩波电阻温度辨识方法的流程图;
图2为根据本申请一具体实施例的斩波开通和斩波关断的时序图;
图3为根据本申请一具体实施例的牵引***中间斩波回路和逆变输出示意图;
图4为根据本申请一示例性实施方式的斩波电路的斩波控制方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
图1为根据本申请一示例性实施方式的斩波电阻温度辨识方法的流程图。如图1所示,本申请的实施方式提供一种斩波电阻温度辨识方法,包括以下步骤:
S110:获取斩波电路的斩波通断状态。
图2为根据本申请一具体实施例的斩波开通和斩波关断的时序图。如图2所示,ton为斩波开通的时间,toff为斩波关断的时间。
其中,斩波电路的通断状态包括斩波开通状态和斩波关断状态。在斩波开通状态下,中间直流回路的能量以热能的形式消耗在斩波电阻上,导致斩波电阻温度快速上升;在斩波关断状态下,斩波电阻在空气中自然冷却。因此,需要考虑在斩波开通和斩波关断两种工况下的斩波电阻温度辨识方法。
S120:根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值。
在一个实施例中,根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值,包括:当所述斩波电路处于斩波开通状态时,根据所述斩波电路中斩波电阻的阻值与温度之间的函数关系确定该斩波电阻的温度值;当所述斩波电路处于斩波关断状态时,利用牛顿冷却定律计算该斩波电阻的温度值。
电阻的阻值与电阻温度关系因电阻材料的不同而不同。其中,半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化非常敏感的电阻元件,它能测量出温度的微小变化。热敏电阻器按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器和负温度系数热敏电阻器。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器则刚好相反,在温度越高时电阻值越低。而金属材料的电阻在温度不高和温度变化范围不大时,其电阻率与温度具有良好的线性关系。
在一个实施例中,根据所述斩波电路中斩波电阻的阻值与温度之间的函数关系确定该斩波电阻的温度值,包括:当所述斩波电路中的斩波电阻为合金材料且截面均匀时,根据所述斩波电阻的阻值与温度之间的线性函数关系确定该斩波电阻的温度值。
当斩波电路处于斩波开通状态时,且当斩波电路中的斩波电阻为合金材料且截面均匀时,斩波电阻的阻值和温度具有较好的线性关系,从而可以根据斩波电阻的阻值确定斩波电阻本身的温度值。
在一个实施例中,斩波电阻的阻值与温度之间的线性函数关系可以用下式表示:
R=R0(1+αTon) (1)
其中,Ton表示在斩波开通状态下该斩波电阻的当前电阻温度,R表示该斩波电阻在当前电阻温度下的阻值,R0表示该斩波电阻在电阻温度为0℃时的阻值,α表示该斩波电阻的电阻温度系数。
将式(1)进行变换,根据所述斩波电阻的阻值与温度之间的线性函数关系确定该斩波电阻的温度值,包括:按照下式确定该斩波电阻的温度值:
其中,Ton表示在斩波开通状态下该斩波电阻的当前电阻温度,R表示该斩波电阻在当前电阻温度下的阻值,R0表示该斩波电阻在电阻温度为0℃时的阻值,α表示该斩波电阻的电阻温度系数。
其中,可以根据单位时间内所述斩波电阻电压的均值和斩波电流均值确定所述斩波电阻在当前电阻温度下的阻值。图3为根据本申请一具体实施例的牵引***中间斩波回路和逆变输出示意图。如图3所示,斩波电阻R的阻值可以根据下式计算得到:
其中,R表示斩波电阻的电阻值,Ud_ave表示斩波电阻电压的均值,Ichop_ave表示斩波电流均值。
在斩波电阻关断之后,斩波电阻在空气中自然冷却,斩波电阻温度大于等于空气温度且温差不太大,从而可以根据牛顿冷却定律建立微分方程模型:
对式(4)进行积分变换,利用牛顿冷却定律计算该斩波电阻的温度值,包括:按照下式计算该斩波电阻的温度值:
其中,Toff表示在斩波关断状态下该斩波电阻的当前电阻温度,Tair表示该斩波电阻所处的环境温度,toff表示从斩波关断时起所经过的时间长度,k和b为常数。
其中,k和b的值可以通过斩波电阻的阻值与温度之间关系的自然冷却曲线进行标定。
在一实施方式中,在斩波关断时刻,即toff=0时,斩波电阻温度即为斩波开通最终时刻的斩波电阻温度,此时Toff=Ton,可以得到eb=Ton-Tair,从而,可以根据下式确定b的值:
b=ln(Ton-Tair) (6)
其中,Ton表示在斩波开通状态下所述斩波电阻的当前电阻温度,Tair表示该斩波电阻在斩波关断时刻所处的环境温度。
本申请提出的斩波电阻温度辨识方法适用于斩波开通和斩波关断两种工况变换情况下的电阻温度辨识,无需额外加装斩波电阻温度传感器,仅需根据牵引***自带的中间电压传感器和斩波电流传感器以及环境温度传感器即可达到斩波电阻温度辨识的目的,有利于提高斩波电阻温度采集的可靠性,易于维护,成本低廉。
实施例二
图4为根据本申请一示例性实施方式的斩波电路的斩波控制方法的流程图。如图4所示,本申请的实施方式提供一种斩波电路的斩波控制方法,包括以下步骤:
S210:根据如上文所述的斩波电阻温度辨识方法确定斩波电阻的温度值;
S220:将所述斩波电阻的温度值与预设温度阈值进行比较,根据比较结果对斩波电路进行斩波控制。
在一个实施例中,根据比较结果对斩波电路进行斩波控制,包括:当所述斩波电阻的温度值大于或等于预设温度阈值时,停止斩波电路的斩波控制。
其中,预设温度阈值可以根据具体情况进行设定。在斩波电路中,斩波电阻将电能转换为热能消耗掉,当斩波电阻的温度大于或等于预设温度阈值时,停止斩波电路的斩波控制,即停止向斩波电阻中输入电流,从而进入斩波关断状态,斩波电阻停止将电能转换成热能,开始通过散热来降低自身温度。
本实施例能够有效防止斩波电阻因过热而烧毁,从而影响斩波电路的正常工作,有利于对斩波电阻的超温保护,在实际应用中有利于保证列车的安全稳定运行。
实施例三
本申请的实施方式提供一种电子设备,包括处理器和存储有程序代码的存储介质,所述程序代码被处理器执行时,实现如上文所述的斩波电阻温度辨识方法或如上文所述的斩波电路的斩波控制方法。
实施例四
本申请的实施方式提供一种存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现如上文所述的斩波电阻温度辨识方法或如上文所述的斩波电路的斩波控制方法。
需要注意的是,这里所使用的的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应当理解的是,本说明书中的示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员,而不应当理解为对本发明的限制。
Claims (11)
1.一种斩波电阻温度辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取斩波电路的斩波通断状态;
根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值。
2.根据权利要求1所述的斩波电阻温度辨识方法,其特征在于,根据所述斩波电路的斩波通断状态,按照预设的电阻温度确定方法确定所述斩波电路中斩波电阻的温度值,包括:
当所述斩波电路处于斩波开通状态时,根据所述斩波电路中斩波电阻的阻值与温度之间的函数关系确定该斩波电阻的温度值;
当所述斩波电路处于斩波关断状态时,利用牛顿冷却定律计算该斩波电阻的温度值。
3.根据权利要求2所述的斩波电阻温度辨识方法,其特征在于,根据所述斩波电路中斩波电阻的阻值与温度之间的函数关系确定该斩波电阻的温度值,包括:
当所述斩波电路中的斩波电阻为合金材料且截面均匀时,根据所述斩波电阻的阻值与温度之间的线性函数关系确定该斩波电阻的温度值。
5.根据权利要求4所述的斩波电阻温度辨识方法,其特征在于,根据单位时间内所述斩波电阻电压的均值和斩波电流均值确定所述斩波电阻在当前电阻温度下的阻值。
7.根据权利要求6所述的斩波电阻温度辨识方法,其特征在于,根据下式确定b的值:
b=ln(Ton-Tair)
其中,Ton表示在斩波开通状态下所述斩波电阻的当前电阻温度,Tair表示该斩波电阻在斩波关断时刻所处的环境温度。
8.一种斩波电路的斩波控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据如权利要求1至7中任一项所述的斩波电阻温度辨识方法确定斩波电阻的温度值;
将所述斩波电阻的温度值与预设温度阈值进行比较,根据比较结果对斩波电路进行斩波控制。
9.根据权利要求8所述的斩波电路的斩波控制方法,其特征在于,根据比较结果对斩波电路进行斩波控制,包括:
当所述斩波电阻的温度值大于或等于预设温度阈值时,停止斩波电路的斩波控制。
10.一种电子设备,包括处理器和存储有程序代码的存储介质,所述程序代码被处理器执行时,实现如权利要求1-7中任一项所述的斩波电阻温度辨识方法或如权利要求8或9所述的斩波电路的斩波控制方法。
11.一种存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1-7中任一项所述的斩波电阻温度辨识方法或如权利要求8或9所述的斩波电路的斩波控制方法。
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