專利名稱:一種新型軌道機車制動能量回收控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型軌道機車制動能量回收控制器，所述控制器包括電流互感器及電壓互感器、單片機模塊，該單片機模塊接收上述互感器信號，轉(zhuǎn)換后對信號進行處理和判斷并輸出控制信號，控制DC/DC變換器控制模塊實現(xiàn)對軌道機車供電電網(wǎng)能量吸收或釋放，并監(jiān)視與判斷超級電容器組狀態(tài)。本實用新型所述控制器能夠完成對電壓、電流等檢測信號的采集與預(yù)處理，檢測得到的電壓電流信號送入單片機，由單片機對信號進行濾波、防脈沖干擾等預(yù)處理，得到控制系統(tǒng)所需的用于控制策略的輸入信號；再由單片機對預(yù)處理后的輸入信號進行分析判斷，決定能量回收系統(tǒng)的工作模式，輸出控制信號實現(xiàn)能量回收與釋放。
【專利說明】一種新型軌道機車制動能量回收控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及軌道機車制動能量回收控制領(lǐng)域，具體是指一種用于信號預(yù)處理的新型軌道機車制動能量回收控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]城市軌道交通具有安全、快捷、準(zhǔn)時、方便的特點。地鐵、輕軌已成為大都市居民出行的首選方式，但是地鐵、輕軌的站距相對于城市之間運營的火車來說顯得較短，一般只有IKm左右，且地鐵、輕軌的行車速度快、乘客上下數(shù)量波動大、發(fā)車頻率高，因此，對車輛啟動、加速和制動都有很高的要求。特別是對制動，出于安全的考慮，必須做到萬無一失。
[0003]在現(xiàn)代軌道機車制動能量回收控制領(lǐng)域當(dāng)中，主要體現(xiàn)在可靠性、抗電磁干擾能力與電氣隔離方面，控制系統(tǒng)主要控制對象為大功率DC/DC變換器，在DC/DC變換器中開關(guān)元件開通與關(guān)斷的大電流變化會產(chǎn)生很大的電磁干擾，必須采取相應(yīng)措施屏蔽干擾，保障系統(tǒng)正常工作。另一方面，供電觸網(wǎng)檢測對象為1500V直流量，而超級電容器組作為能量存儲系統(tǒng)，也具有較高的工作電壓，二者之間需采取一定措施進行電氣隔離，才能更好地完善其控制功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型需解決的問題是提供一種能夠?qū)壍罊C車制動能量回收控制系統(tǒng)信號進行有效濾波、防脈沖干擾等預(yù)處理，得到用于控制策略的輸入信號，且能夠隔離接觸電網(wǎng)與能量存儲系統(tǒng)的新型軌道機車制動能量回收控制器。
[0005]為解決上述問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種新型軌道機車制動能量回收控制器，包括:電流互感器及電壓互感器，通過供電觸網(wǎng)與軌道機車供電電網(wǎng)連接，用于感應(yīng)軌道機車供電電網(wǎng)電流、電壓信號并將其傳輸給單片機模塊；單片機模塊，接收電流互感器及電壓互感器信號，進行A/D轉(zhuǎn)換并對轉(zhuǎn)換后的信號進行處理和判斷以輸出控制信號；DC/DC變換器控制模塊，與軌道機車供電電網(wǎng)連接，根據(jù)單片機輸出信號實現(xiàn)對軌道機車供電電網(wǎng)能量的吸收或釋放；系統(tǒng)通信模塊，采用CAN總線方式實現(xiàn)單片機與總控制系統(tǒng)之間的通信。
[0006]具體的，所述控制器還包括信號處理電路，其與單片機模塊連接，將電流互感器及電壓互感器感應(yīng)到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成單片機可接受的信號傳輸給單片機。
[0007]具體的，所述單片機模塊中采用MSP430F449單片機。
[0008]具體的，所述系統(tǒng)通信模塊采用CAN控制器接口電路，該電路由CAN通信控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C250組成，同時為了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，在它們之間增加了光耦合電路。
[0009]具體的，所述DC/DC變換器模塊采用多通道交錯并聯(lián)的Buck/Boost變換器。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所述控制器能夠完成對電壓、電流等檢測信號的采集與預(yù)處理，檢測得到的電壓電流信號送入單片機，由單片機對信號進行濾波、防脈沖干擾等預(yù)處理，得到控制系統(tǒng)所需的用于控制策略的輸入信號；再由單片機對預(yù)處理后的輸入信號進行分析判斷，決定能量回收系統(tǒng)的工作模式，輸出控制信號實現(xiàn)能量回收與釋放。同時，該控制器還能有效隔離作為儲能器件的超級電容器組與檢測供電觸網(wǎng)，保證能量回收控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。

【附圖說明】

[0011]圖1本實用新型所述控制器組成原理示意框圖；
[0012]圖2所述DC/DC變換器控制模塊組成結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0013]圖3所述系統(tǒng)通信模塊組成結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]【具體實施方式】:
[0015]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理作詳細的描述。
[0016]如圖1，本實用新型所采用的新型軌道機車制動能量回收控制器包括用于感應(yīng)軌道機車供電電網(wǎng)電流、電壓信號的電流互感器及電壓互感器，接收電流互感器及電壓互感器信號，進行A/D轉(zhuǎn)換并對轉(zhuǎn)換后的信號進行處理和判斷輸出控制信號的單片機模塊，根據(jù)單片機輸出信號實現(xiàn)對軌道機車供電電網(wǎng)能量吸收或釋放并監(jiān)視與判斷超級電容器組狀態(tài)的DC/DC變換器控制模塊，實現(xiàn)單片機與總控制系統(tǒng)之間的通信的系統(tǒng)通信模塊。
[0017]整個軌道機車制動能量回收系統(tǒng)包括了電流、電壓互感器、DC/DC變換控制模塊、(超級電容器組)儲能電路、系統(tǒng)通信模塊、單片機模塊以及用電設(shè)備等組成。
[0018]當(dāng)軌道機車在制動時，將所有的牽引電機由電動機工況轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機工況，此時斬波器GTO導(dǎo)通，制動電流流過各個電機電樞、勵磁線圈、平波電抗器和制動電阻，使電機建立起電樞電勢，從而使平波電抗器也建立起感應(yīng)電感勢，該電動勢通過轉(zhuǎn)換電路和受電器將電能反饋給供電觸網(wǎng)，提供給本車輔助電源或同一電網(wǎng)中相鄰運行的列車使用，如果觸網(wǎng)電壓太高，不能反饋電能，表明在同一電網(wǎng)中暫時無相鄰列車運行。則由本實用新型所述回收控制器控制，實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換與存儲。具體是由所述的單片機模塊控制DC/DC變換器控制模塊，DC/DC電路工作，將不能反饋的電能轉(zhuǎn)換后為超級電容器組充電，將能量儲存起來。當(dāng)列車速度降到很低時，動力制動作用迅速減弱，不能為超級電容器組充電時，則在斬波器GTO的控制下，控制其導(dǎo)通角，將能量釋放在制動電阻器箱中。
[0019]如圖2，所述DC/DC變換器控制模塊采用多通道交錯并聯(lián)的Buck/Boost變換器，其既具有升壓功能，也具有降壓功能。DC/DC變換器控制模塊還負責(zé)監(jiān)視與判斷超級電容器組狀態(tài)。
[0020]所述單片機模塊可實現(xiàn)的功能包括數(shù)字信號預(yù)處理、信號判斷、總線通信。輸入輸出信號處理由單片機通過軟件來實現(xiàn)，信號判斷的基本內(nèi)容為:通過電壓、電流互感器檢測到變電站電網(wǎng)電壓上升，無電流流出，且超級電容器組在沒有充滿電時，通過一系列控制利用DC/DC變換器控制模塊的升壓功能吸收電能；檢測到變電站電網(wǎng)電壓降低，有電流流出，且超級電容器組存有電能時，通過一系列控制利用DC/DC變換器控制模塊的降壓功能釋放能量。另外超級電容器組存有電能也可以直接供給外界用電設(shè)備使用。
[0021]見圖3，單片機模塊中可采用低電壓、超低功耗、處理能力強大的MSP430F449單片機，電流互感器采用零序電流互感器，電流和電壓互感器檢測電網(wǎng)信號經(jīng)信號處理電路送入單片機內(nèi)的A/D 口，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機進行數(shù)據(jù)處理并完成相應(yīng)的判斷，從而輸出控制信號。為了使輸入單片機的模擬信號與A/D采樣所需求的信號相匹配，通常在A/D采樣電路前加入前端調(diào)理電路，以縮放和平移要采樣的信號，從而使調(diào)理后的信號適合A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入要求。
[0022]如圖3，系統(tǒng)通信模塊采用CAN總線進行通信，CAN總線具有突出的可靠性、實時性與靈活性，采用差分信號傳輸方式，具有一定的抗干擾能力。采用CAN專用模塊(82C250)與MSP430F449相互連接，實現(xiàn)本實用新型與總控制系統(tǒng)之間的通信。
[0023]具體實施時，可采用SJA1000型CAN總線控制器為核心，經(jīng)過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。SJA1000由CAN核心模塊、發(fā)送緩沖區(qū)、接口 FIFO、驗收濾波器和接口管理邏輯組成。CAN核心模塊主要負責(zé)CAN信息幀的收發(fā)和CAN協(xié)議的實現(xiàn)，接口管理邏輯負責(zé)SJA1000與主控制器的接口。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，主控制器把標(biāo)識符和數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖區(qū)后請求發(fā)送，從而啟動CAN核心模塊讀取發(fā)送緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，再按CAN協(xié)議封裝成完整的CAN信息幀，通過收發(fā)器發(fā)往總線，發(fā)送緩存區(qū)的容量為13字節(jié)。驗收濾波器單元對接收到的信息進行處理后送到接收FIFO中，接收FIFO為64字節(jié)。PCA82C250型CAN總線收發(fā)器是CAN控制器與物理總線之間的接口，它提供了 CAN控制器向總線的差動發(fā)送、接收能力。
[0024]上述實施例僅為本實用新型較佳的實現(xiàn)方式，需要說明的是，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可據(jù)此作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型軌道機車制動能量回收控制器，其特征在于包括: 電流互感器及電壓互感器，通過供電觸網(wǎng)與軌道機車供電電網(wǎng)連接，用于感應(yīng)軌道機車供電電網(wǎng)電流、電壓信號并將其傳輸給單片機模塊； 單片機模塊，接收電流互感器及電壓互感器信號，進行A/D轉(zhuǎn)換并對轉(zhuǎn)換后的信號進行處理和判斷以輸出控制信號； DC/DC變換器控制模塊，與軌道機車供電電網(wǎng)連接，根據(jù)單片機輸出信號實現(xiàn)對軌道機車供電電網(wǎng)能量的吸收或釋放； 系統(tǒng)通信模塊，采用CAN總線方式實現(xiàn)單片機與總控制系統(tǒng)之間的通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型軌道機車制動能量回收控制器，其特征在于:還包括信號處理電路，其與單片機模塊連接，將電流互感器及電壓互感器感應(yīng)到的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成單片機可接受的信號傳輸給單片機。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型軌道機車制動能量回收控制器，其特征在于:所述單片機模塊中采用超低功耗的MSP430F449單片機。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型軌道機車制動能量回收控制器，其特征在于:所述系統(tǒng)通信模塊采用CAN控制器接口電路，該電路包括依次連接的CAN通信控制器和CAN總線收發(fā)器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型軌道機車制動能量回收控制器，其特征在于:所述DC/DC變換器模塊采用多通道交錯并聯(lián)的Buck/Boost變換器。
【文檔編號】H02J3-38GK204304460SQ201120283542
【發(fā)明者】黃建華, 戴瑜興, 黃德科, 陳建榮, 張勝紅 [申請人]惠州市標(biāo)頂空壓技術(shù)有限公司, 湖南大學(xué)