本發(fā)明屬于屬于電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SiC的水冷式大功率制動(dòng)單元。

背景技術(shù)：

大功率制動(dòng)單元是大型傳動(dòng)系統(tǒng)能耗制動(dòng)最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的安全。比如在礦用提升機(jī)應(yīng)用中，提升機(jī)將重物從地面運(yùn)送到井底時(shí)，電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，而制動(dòng)單元就肩負(fù)著將電動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的多余能量以能耗散熱的方式泄放的重要任務(wù)，時(shí)刻保護(hù)提升機(jī)的正常運(yùn)行，責(zé)任重大。

目前，使用最多的大功率制動(dòng)單元產(chǎn)品來自ABB、Vacon和Siemens等國際知名企業(yè)，其價(jià)格高、供貨周期長(zhǎng)、工作頻率低、功耗高、散熱慢且售后服務(wù)難以保證，這給國內(nèi)用戶帶來了諸多不便。為解決這些問題并且占領(lǐng)國內(nèi)市場(chǎng)，國內(nèi)也推出了小功率制動(dòng)單元，但因其無法進(jìn)入大功率應(yīng)用場(chǎng)合，所以與國際知名企業(yè)的產(chǎn)品相比還存在很大差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種體積小、噪音小、精度高、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高的基于SiC的水冷式大功率制動(dòng)單元。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于SiC的水冷式大功率制動(dòng)單元，包括外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)有水冷板，所述水冷板上設(shè)有正公共直流母排、負(fù)公共直流母排、輸出直流母排以及與正公共直流母排和負(fù)公共直流母排相連的SiC功率器件、過壓檢測(cè)電路、過載檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路以及方塊式薄膜電容，所述SiC功率器件分別與驅(qū)動(dòng)電路相連，所述驅(qū)動(dòng)電路與控制電路相連,所述正公共直流母排、負(fù)公共直流母排與外接電控設(shè)備相連且正公共直流母排上設(shè)有過溫保護(hù)裝置，所述過壓檢測(cè)電路、過載檢測(cè)電路和方塊式薄膜電容與控制電路相連并焊接在控制電路板上。

進(jìn)一步地，所述過溫保護(hù)裝置包括設(shè)置在正公共直流母排上的兩個(gè)高精度溫控開關(guān)且兩個(gè)高精度溫控開關(guān)中的常開觸點(diǎn)串聯(lián)后與控制電路串聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述控制電路還連接有負(fù)載比調(diào)節(jié)器、故障復(fù)位按鈕、放電閾值切換開關(guān)、全載工作開關(guān)、工作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述負(fù)載比調(diào)節(jié)器串聯(lián)在過載檢測(cè)電路中，所述全載工作開關(guān)并聯(lián)在過載檢測(cè)電路中，所述放電閾值切換開關(guān)連接在過壓檢測(cè)電路中。

進(jìn)一步地，所述正公共直流母排、負(fù)公共直流母排和輸出直流母排通過母排固定件固定在水冷板上且正公共直流母排、負(fù)公共直流母排和輸出直流母排與水冷板之間設(shè)有母排支撐絕緣子。

進(jìn)一步地，所述外殼包括前擋板、后擋板、左擋板、右擋板、上蓋板和位于底部的制動(dòng)單元支架，所述制動(dòng)單元支架上設(shè)有水冷板固定板，所述水冷板固定板上設(shè)有水冷板。

進(jìn)一步地，所述水冷板的兩側(cè)邊上分別設(shè)有出水口和進(jìn)水口。

進(jìn)一步地，所述SiC功率器件為直流斬波電路中大功率制動(dòng)單元專用的CAS300M17BM2模塊。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電路為PT62SCMD17驅(qū)動(dòng)器。

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：本發(fā)明主要采用直流斬波電路中大功率制動(dòng)單元專用的SiC功率器件（CAS300M17BM2）、水冷板、正公共直流母排、負(fù)公共直流母排、輸出直流母排、過壓檢測(cè)電路、過載檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路（PT62SCMD17）、控制電路以及方塊式薄膜電容、過溫保護(hù)裝置組成基于SiC的水冷式大功率制動(dòng)單元，其中：正公共直流母排和負(fù)公共直流母排與外接電控設(shè)備相連，負(fù)責(zé)把回饋的能量輸送到制動(dòng)單元，過壓檢測(cè)電路檢測(cè)到正公共直流母排兩端的電壓高于設(shè)定值時(shí)，制動(dòng)單元的控制電路開始工作，通過比較產(chǎn)生頻率可變的PWM調(diào)制信號(hào)，以此作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在驅(qū)動(dòng)電路的作用下，SiC功率器件導(dǎo)通并把輸送來的能量通過輸出直流母排傳送給快速散熱型制動(dòng)電阻（外配），快速散熱型制動(dòng)電阻（外配）將這部分能量以熱能的形式消耗。同時(shí)，在SiC功率器件工作過程中產(chǎn)生的大量熱能通過水冷板傳遞到外界，散熱效果好，以保證SiC功率器件的正常工作。另外，由于SiC功率器件工作頻率高、阻斷電壓高、開關(guān)損耗和通態(tài)比電阻較低且耐高溫工作能力強(qiáng)，所以SiC功率器件不僅可以大大降低制動(dòng)單元自身的的功耗，縮小體積，延長(zhǎng)使用壽命，加快制動(dòng)單元的響應(yīng)速度，提高工作效率，保證產(chǎn)品的可靠性，而且能使制動(dòng)單元的最大功率達(dá)到3600KW。本發(fā)明能用于對(duì)由變頻器供電的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)、大型傳動(dòng)的能耗制動(dòng)、大慣性力矩的傳動(dòng)系統(tǒng)，或需急劇減速、剎車等使用變頻器的場(chǎng)合，或需要快速制動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明過溫保護(hù)裝置的位置示意圖；

圖3為本發(fā)明外殼結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明控制電路功能簡(jiǎn)圖。

本發(fā)明附圖標(biāo)記含義如下：1、SiC功率器件；2、驅(qū)動(dòng)電路；3、控制電路；4、水冷板；5、方塊式薄膜電容；6、母排固定件；7、母排支撐絕緣子；8、正公共直流母排；9、高精度溫控開關(guān)；10、前擋板；11、上蓋板；12、右擋板；13、左擋板；14、制動(dòng)單元支架；15、水冷板固定板；16、后擋板；17、出水口；18、進(jìn)水口；19、外殼；20、負(fù)公共直流母排；21、輸出直流母排；22、過壓檢測(cè)電路；23、過載檢測(cè)電路；RP、負(fù)載比調(diào)節(jié)器；SB2、故障復(fù)位按鈕；S1、放電閾值切換開關(guān)；SB1、全載工作開關(guān)；S2、工作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1-5所示，一種基于SiC的水冷式大功率制動(dòng)單元，包括外殼19，外殼19包括前擋板10、后擋板16、左擋板13、右擋板12、上蓋板11和位于底部的制動(dòng)單元支架14，制動(dòng)單元支架14上設(shè)有水冷板固定板15，水冷板固定板15上設(shè)有水冷板4，水冷板4的兩側(cè)邊上分別設(shè)有出水口17和進(jìn)水口18，水冷板4上設(shè)有正公共直流母排8、負(fù)公共直流母排20、輸出直流母排21以及與正公共直流母排8和負(fù)公共直流母排20相連的SiC功率器件1、過壓檢測(cè)電路22、過載檢測(cè)電路23、驅(qū)動(dòng)電路2、控制電路3以及方塊式薄膜電容5，SiC功率器件1為直流斬波電路中大功率制動(dòng)單元專用的CAS300M17BM2模塊，驅(qū)動(dòng)電路2為PT62SCMD17驅(qū)動(dòng)器，SiC功率器件1分別與驅(qū)動(dòng)電路2相連，驅(qū)動(dòng)電路2與控制電路3相連, 正公共直流母排8、負(fù)公共直流母排20和輸出直流母排21通過母排固定件6固定在水冷板4上且正公共直流母排8、負(fù)公共直流母排20和輸出直流母排21與水冷板4之間設(shè)有母排支撐絕緣子7，正公共直流母排8、負(fù)公共直流母排20與外接電控設(shè)備相連且正公共直流母排8上設(shè)有過溫保護(hù)裝置，用以檢測(cè)正公共直流母排8的溫度，過溫保護(hù)裝置包括設(shè)置在正公共直流母排8上的兩個(gè)高精度溫控開關(guān)9且兩個(gè)高精度溫控開關(guān)9中的常開觸點(diǎn)串聯(lián)后與控制電路3串聯(lián)，過壓檢測(cè)電路22、過載檢測(cè)電路23和方塊式薄膜電容5與控制電路3相連并焊接在控制電路板上，方塊式薄膜電容5用以儲(chǔ)能和濾波，還能延長(zhǎng)制動(dòng)單元的使用壽命?？刂齐娐?還連接有負(fù)載比調(diào)節(jié)器RP、故障復(fù)位按鈕SB2、放電閾值切換開關(guān)S1、全載工作開關(guān)SB1、工作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)S2，負(fù)載比調(diào)節(jié)器RP串聯(lián)在過載檢測(cè)電路23中，全載工作開關(guān)SB1并聯(lián)在過載檢測(cè)電路23中，放電閾值切換開關(guān)S1連接在過壓檢測(cè)電路22中。

主要的工作過程：

當(dāng)準(zhǔn)備運(yùn)行的綠色指示燈變亮?xí)r，說明制動(dòng)單元連接的正公共直流母排8電壓超過系統(tǒng)設(shè)定值，控制電路3發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由信號(hào)線將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電路2，驅(qū)動(dòng)電路2驅(qū)動(dòng)SiC功率器件1工作。SiC功率器件1導(dǎo)通后將快速散熱型制動(dòng)電阻（外配）接入主回路中，快速散熱型制動(dòng)電阻（外配）把SiC功率器件1輸送過來的能量以熱能的形式消耗掉。以下為幾個(gè)功能：

保護(hù)功能：

過溫保護(hù)：主要是在與SiC功率器件1連接的正公共直流母排8前端安裝兩個(gè)常開的高精度溫控開關(guān)9，兩個(gè)高精度溫控開關(guān)9的常開觸點(diǎn)先串聯(lián)，然后在與控制電路3串接。系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)過溫保護(hù)的的紅色指示燈變亮?xí)r，提醒用戶正公共直流母排8的溫度達(dá)到設(shè)定值，這時(shí)溫度開關(guān)閉合給控制電路3一個(gè)故障信號(hào)，控制電路3封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖，使SiC功率器件1停止工作。如果想要制動(dòng)單元繼續(xù)工作，按下故障復(fù)位按鈕SB2不能消除過溫保護(hù)故障，只有正公共直流母排8的溫度降到低于溫度開關(guān)報(bào)警閾值溫度后，過溫保護(hù)指示燈才會(huì)自動(dòng)熄滅，過溫故障自動(dòng)復(fù)位，制動(dòng)單元才會(huì)重新工作。

過載保護(hù)：本發(fā)明采用反限時(shí)曲線I2t 的方法對(duì)制動(dòng)單元進(jìn)行過載保護(hù)，即動(dòng)作限時(shí)與流入電流大小的平方成反比，流入的電流越大，則動(dòng)作限時(shí)越短。根據(jù)I2t的電流特性曲線控制脈沖的占空比，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖達(dá)到一定的占空比，SiC功率器件1工作相應(yīng)的時(shí)間后，由過載檢測(cè)電路23產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)封鎖脈沖，使SiC功率器件1停止工作，這時(shí)會(huì)有紅色的過載保護(hù)指示燈變亮來提示用戶系統(tǒng)處于過載保護(hù)中。如果要使制動(dòng)單元繼續(xù)工作，按下故障復(fù)位按鈕SB2不能立即消除過溫保護(hù)故障，而是要根據(jù)工作需要設(shè)置一定的時(shí)間來恢復(fù)過載故障，大概在60s左右后過載保護(hù)故障會(huì)自動(dòng)復(fù)位，制動(dòng)單元重新工作。

過流保護(hù)：通過檢測(cè)SiC功率器件1的集電極電壓來判斷系統(tǒng)是否過流，同樣和過載保護(hù)一樣，控制電路3接收到故障信號(hào)并封鎖脈沖，紅色的過流保護(hù)故障指示燈變亮，提示用戶系統(tǒng)處于過流保護(hù)中。此時(shí)按下故障復(fù)位按鈕SB2不能消除過流故障，只有把SiC功率器件1故障排除后，按一下故障復(fù)位按鈕SB2，過流保護(hù)指示燈才會(huì)熄滅，制動(dòng)單元重新工作。

故障報(bào)警輸出功能：

為了使上層控制系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地判斷制動(dòng)單元是否正常工作，只要制動(dòng)單元發(fā)生過溫保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)中的一個(gè)或多個(gè)保護(hù)時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)立即向外送出一對(duì)長(zhǎng)閉量或常開量故障信號(hào)，其中一對(duì)長(zhǎng)閉量故障信號(hào)通過端子XT的d與f端子送出輸出，一對(duì)常開量故障信號(hào)通過端子XT的e與f端子送出。

外部故障封鎖功能：

當(dāng)外部電控設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，上層控制系統(tǒng)會(huì)給制動(dòng)單元發(fā)送一個(gè)高電平信號(hào)來封鎖脈沖，使制動(dòng)單元停止工作，保護(hù)制動(dòng)單元不被損壞，其中封鎖信號(hào)由外接端子XT的b、c端子送進(jìn)來。

在過載檢測(cè)電路23中串聯(lián)一個(gè)負(fù)載比調(diào)節(jié)器RP，通過調(diào)節(jié)負(fù)載比調(diào)節(jié)器RP阻值，就可以控制制動(dòng)單元在一定時(shí)間內(nèi)的負(fù)載功率。如當(dāng)需要制動(dòng)單元在最大負(fù)載下工作一定的時(shí)間時(shí)，只需調(diào)節(jié)負(fù)載比調(diào)節(jié)器RP阻值到最大；當(dāng)需要制動(dòng)單元在最小負(fù)載下工作一定的時(shí)間時(shí)，調(diào)節(jié)負(fù)載比調(diào)節(jié)器RP阻值到最小。

全載工作開關(guān)SB1并聯(lián)在過載檢測(cè)電路23中,如果制動(dòng)單元想要滿載或短時(shí)間超載工作，可按下全載工作開關(guān)SB1，此時(shí)過載保護(hù)故障被屏蔽，但這樣會(huì)使制動(dòng)單元失去控制，容易發(fā)生被燒毀，造成安全事故，因此一般不允許使用這種工作狀態(tài)。

放電閾值切換開關(guān)S1接在過壓檢測(cè)電路22中，可以使制動(dòng)單元的制動(dòng)閾值在高、中、低三個(gè)擋位間切換。每一擋位工作電壓對(duì)應(yīng)一個(gè)閾值電阻，當(dāng)S1接入高檔電阻且短接其他兩檔電阻后，制動(dòng)單元就在高檔電壓工作；當(dāng)S1接入中檔電阻且短接其他兩檔電阻后，制動(dòng)單元就在中檔電壓工作；當(dāng)S1接入低檔電阻且短接其他兩檔電阻后，制動(dòng)單元就在低檔電壓工作。

工作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)S2可以讓制動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)兩種工作模式：?jiǎn)闻_(tái)工作和多臺(tái)并聯(lián)工作。如果想要單臺(tái)工作，可以短接工作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的a、b端子，如果想要多臺(tái)并聯(lián)工作，可以短接工作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)S2的b、c端子。