專利名稱：軌道車輛的再生制動電能吸收裝置和軌道車輛的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電路結構技術，尤其涉及一種軌道車輛的再生制動電能吸收裝置和軌道車輛。
背景技術：
目前軌道交通車輛中，為節(jié)約能源需要，車輛的制動可采用再生制動的方式，所謂再生制動指將車輛制動時，牽引電機的電動機工況將轉變?yōu)榘l(fā)電機工況，將車輛制動的機械能轉化為電能，并將該電能反饋給供電電網，反饋給供電電網的電能可提供給相鄰運行的車輛使用，或通過儲能裝置進行存儲?，F有的再生制動電能吸收裝置主要包括升降壓變換器和超級電容，在車輛制動時，由于將有電能反饋給供電電網，如果此時沒有相鄰運行的車輛吸收這部分電能，供電電網的電壓將升高，此時，控制升降壓變換器降壓，將供電電網的電壓轉換為對超級電容的充電電壓，為超級電容充電，通過超級電容存儲制動產生的電能。現有的這種再生制動裝置中通常設置有一臺升降壓變換器，而升降壓變換器為由可控晶閘管、電容、電感和電阻等元件組成的電路，通過控制可控晶閘管的導通或關斷實現降壓功能，在此過程中，經過升降壓變換器變換后的輸出電壓中并不是平直的，因為超級電容的充電電壓會存在較大幅度的波動，因此，影響超級電容的使用壽命。

實用新型內容本實用新型第一方面是提供一種軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，以在車輛再生制動時，減小為超級電容的充電電壓的波動幅度，提高超級電容的使用壽命。為實現上述目的，本實用新型提供了一種再生制動電能吸收裝置，包括:用于采集供電電網的輸出電壓的電壓檢測單元；用于在判斷獲知所述輸出電壓大于第一預設閾值時，生成對各功率開關管的降壓控制信號的第一控制單元；和多個升降壓變換器；其中，所述第一控制單元與所述電壓檢測單元相連，且分別與各升降壓變換器中的功率開關管相連，所述各降壓控制信號頻率相同且相互錯開第一設定相角；所述各升降壓變換器并聯(lián)，所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端用于與供電電網的輸出線路相連，且所述各升降壓變換器的并聯(lián)后的輸出端與一超級電容相連，所述各升降壓變換器中各功率開關管分別在接收到所述各降壓控制信號時，依次交錯導通第一設定角度，以將供電電網的電壓轉換為對所述超級電容的充電電壓。如上所述的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，還包括:用于在判斷獲知所述輸出電壓小于第二預設閾值時，生成對各功率開關管的升壓控制信號的第二控制單元；[0015]其中，所述第二控制單元與所述電壓檢測單元相連，且分別與所述各升降壓變換器中功率開關管相連，所述各升壓控制信號頻率相同，且相互錯開第二設定相角；所述各升降壓變換器中各功率開關管分別在接收到所述各升壓控制信號時，依次交錯導通第二設定角度，以將超級電容兩端的電壓轉換供電電網的輸出電壓。如上所述的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，其中，所述各升降壓變換器所在的支路中分別串聯(lián)一電抗器。如上所述的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，還包括:用于當流過所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端的電流大于設定閾值時，斷開所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間的連接線路的斷路器；其中，所述斷路器聯(lián)設置于所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間。本實用新型第二個方面是提供一種軌道車輛，包括受電弓，所述受電弓用于與供電電網的輸出線路接觸，所述車輛上設置有本實用新型提供的再生制動電能吸收裝置，所述再生制動電能吸收裝置中各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端通過所述受電弓與供電電網的輸出線路相連。本實用新型提供的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置和軌道車輛，該吸收裝置中設置有多個升降壓變換器，在車輛處于制動狀態(tài)時，通過第一控制單元控制各升降壓變換器中功率開關管相互錯開交替導通，各升降壓變換器分別將供電電網電壓轉換為對超級電容的充電電壓，為一種交錯并聯(lián)運行的控制方式，各升降壓變換器輸出電壓的峰值相互交錯，各輸出電壓相互疊加后的電壓的波動幅度小，可為超級電容提供穩(wěn)定的充電電壓，因此，可提高超級電容的使用壽命，并且，由于各升降壓變換器中的功率開關管交替導通，可相應減小各功率開關管電流應力和熱效應，提高整個裝置運行的可靠性。

圖1為本實用新型實施例所提供的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型另一實施例所提供的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置的結構示意圖。
具體實施方式
軌道車輛的再生制動電能吸收裝置是一種應用于軌道車輛上的裝置，用于吸收車輛制動時反饋給供電電網的電能。圖1為本實用新型實施例所提供的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置的結構示意圖，如圖1所示，該吸收裝置包括電壓檢測單元10、第一控制單元11、多個升降壓變換器12和超級電容13。電壓檢測單元10，用于采集供電電網的輸出電壓。電壓檢測單元可采用電壓傳感器、電壓表或其他能夠測量電壓的硬件電路實現，可將電壓檢測單元連接至供電電網的輸出線路中，電壓檢測單元會實時采集供電電網的輸出電壓，電壓檢測單元可通過無線或有線方式與第一控制單元相連，以將采集的輸出電壓傳送給第一控制單元，例如，可通過軌道交通的通信網絡將采集的輸出電壓傳送給第一控制單兀。第一控制單元11，與所述電壓檢測單元10相連，且分別與各升降壓變換器12中的功率開關管相連，用于在判斷獲知所述輸出電壓大于第一預設閾值時，生成對各功率開關管的降壓控制信號，所述各降壓控制信號頻率相同且相互錯開第一設定相角。當車輛制動時，牽引電機的電動機工況將轉變?yōu)榘l(fā)電機工況，將車輛制動的機械能轉化為電能，并將該電能反饋給供電電網，如果此時沒有相鄰運行的車輛吸收這部分電能，供電電網的輸出電壓將在短時間內迅速升高，該第一預設閾值以此時供電電網的輸出電壓為參考，可以等于或者略小于此時的輸出電壓。第一控制單元在接收到電壓檢測單元傳送的輸出電壓后，將該輸出電壓與第一預設閾值進行比較，當判斷出該輸出電壓大于第一預設閾值時，生成對各功率開關管的降壓控制信號。多個升降壓變換器12，所述各升降壓變換器12并聯(lián)，所述各升降壓變換器12并聯(lián)后的輸入端用于與供電電網的輸出線路相連，所述各升降壓變換器12的并聯(lián)后的輸出端與一超級電容13相連，所述各升降壓變換器12中各功率開關管分別在接收到所述各降壓控制信號時，依次交錯導通第一設定角度，以將供電電網的電壓轉換為對所述超級電容13的充電電壓。升降壓變換器是一種調壓裝置，可將一種幅值的直流電壓變化成另一種幅值的直流電壓，通常為由功率開光管、電感、電容和電阻等元件組成的電路，其中，功率開關管可以為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱IGBT)、門極可關斷晶閘管(Gate Turn-Off Thyristor,簡稱GT0)或者其他類型的功率開關管。通過控制升降壓變換器中功率開光管的導通角度，可實現升壓或降壓功能，其輸出電壓可以大于輸入電壓也可以小于輸入電壓。第一控制單元生成的降壓控制信號即為用于驅動各升降壓變換器中功率開關管導通或關斷的信號，該控制信號通常為一定頻率、寬度和幅值的脈沖信號。所謂導通角度是指在一個周期內功率開關管導通時間的電角度，例如，假設降壓控制信號為一脈沖信號，該脈沖信號的一個周期為180度，脈沖信號的高電平為50度，低電平為130度，在脈沖信號為高電平時，功率開關管導通，在脈沖信號為低電平時，功率開關管關斷，則功率開關管的導通角度為50度。當功率開關管的導通角度在某一范圍內時，升降壓變換器的輸出電壓可小于輸入電壓，也就是實現降壓功能，本實施例中的第一設定角度為該范圍內的一導通角度。并且，當功率開關管的導通角度在另一范圍內時，升降壓變換器的輸出電壓也可大于輸入電壓，也就是實現升壓功能。對于實現升壓或降壓功率開關管導通角度的范圍根據具體的電路結構確定。本實施例中各控制信號的頻率相同，但相互錯開第一設定相角，也就是各降壓控制信號中的高電平的上升沿的到來時刻彼此相隔第一設定相角，而高電平的上升沿到來時刻不同，各功率開關管的導通時刻也就不同，因此，各功率開關管在各控制信號的驅動下，相互錯開而交替導通第一設定角度，將供電電網的電壓轉換為對超級電容的充電電壓，通過超級電容吸收存儲車輛制動產生的電能。[0041]由上述技術方案可知，該再生制動電能吸收裝置，設置有多個升降壓變換器，在車輛處于制動狀態(tài)時，通過第一控制單元控制各升降壓變換器中功率開關管相互錯開交替導通，各升降壓變換器分別將供電電網電壓轉換為對超級電容的充電電壓，為一種交錯并聯(lián)運行的控制方式，各升降壓變換器輸出電壓的峰值相互交錯，各輸出電壓相互疊加后的電壓的波動幅度小，可為超級電容提供穩(wěn)定的充電電壓，因此，可提高超級電容的使用壽命，并且，由于各升降壓變換器中的功率開關管交替導通，可相應減小各功率開關管電流應力和熱效應，提高整個裝置運行的可靠性。圖2為本實用新型另一實施例所提供的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置的結構示意圖，在上述實施例的基礎上，進一步的，如圖2所示，該再生制動電能吸收裝置中，還可以包括第二控制單元14。第二控制單元14，與所述電壓檢測單元10相連，且分別與所述各升降壓變換器12中功率開關管相連，用于在判斷獲知所述輸出電壓小于第二預設閾值時，生成對各功率開關管的升壓控制信號，所述各升壓控制信號頻率相同，且相互錯開第二設定相角；所述各升降壓變換器12中各功率開關管分別在接收到所述各升壓控制信號時，依次交錯導通第二設定角度，以將超級電容13兩端的電壓轉換供電電網的輸出電壓。當車輛在剛剛啟動時，或者是由于車輛載重的增加，車輛上坡運行等狀態(tài)時，所需的牽引功率較大，此時，車輛需要從電網短時間內吸收比正常運行更大的電能，供電電網的輸出電壓將在短時間內迅速降低，該第二預設閾值以此時供電電網的輸出電壓為參考，可以等于或者略大于此時的輸出電壓。本實施例中，進一步的設置第二控制單元，第二控制單元在接收到電壓檢測單元傳送的輸出電壓后，將該輸出電壓與第二預設閾值進行比較，當判斷出該輸出電壓小于第二預設閾值時，生成對各功率開關管的升壓控制信號。該升壓控制信號為用于驅動升降壓變換器中功率開關管導通或關斷的信號，且各升壓控制信號頻率相同，相互錯開第二設定相角，各功率開關管在各升壓控制信號的驅動下，相互錯開而交替導通第二設定角度，此時，各升降壓變換器可實現升壓功能，其輸出電壓大于輸入電壓，也就是將超級電容兩端的電壓轉換為供電電網的輸出電壓，通過超級電容向供電電網輸出電能，提高供電電網的輸出電壓，以保證車輛正常啟動或大功率運行。由于各升降壓變換器交錯輸出電壓的峰值，各輸出電壓相互疊加后，可減小反饋給供電電網的電壓的波動幅度，提高供電電網輸出電壓的質量，減小對供電電網的污染。并且，如圖2所示，該再生制動電能吸收裝置中，所述各升降壓變換器12所在的支路中分別串聯(lián)一電抗器15。通過在升降壓變換器所在的支路中串聯(lián)電抗器，可增大電路的短路阻抗，限制電路中的短路電流，并且，在發(fā)生短路時，由于電抗器上的電壓降落較大，所以可起到維持供電電壓輸出線路的輸出電壓的作用，進一步減小供電電網輸出電壓的波動幅度。并且，本實施例中，由于各升降壓變換器采用交錯并聯(lián)的控制方法，各電抗器所承受的電流應力相應減小，因此，可減小各電抗器的電感值，從而減小所需電抗器的尺寸和體積，可有效降低整個裝置的體積和重量。在另一實施例中，該制動裝置還包括斷路器。所述斷路器聯(lián)設置于所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間，用于當所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端的電流大于設定閾值時，斷開所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間的連接線路。當該裝置的線路中發(fā)生短路故障或者因其他故障時，可能造成流過各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端的電流大于正常工作時的電流值，如果此時繼續(xù)運行該裝置，會損壞其中的各升降壓變換器和超級電容，因此，本實施例中，進一步的設置斷路器，當流過各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端的電流大于設定閾值(該設定閾值以正常工作時流過輸入端的電流值為參考，該設定閾值確定后，選擇合適型號斷路器即可)時，斷路器會自動斷開各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間的連接線路，使該裝置停止運行，以對該裝置進行保護。本實用新型實施例還提供了一種軌道車輛，包括受電弓，所述受電弓用于與供電電網的輸出線路接觸，所述車輛上設置有本實用新型實施例提供的再生制動電能吸收裝置，所述再生制動電能吸收裝置中各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端通過所述受電弓與供電電網的輸出線路相連。在軌道車輛的車頂上安裝有受電弓，通過受電弓與供電電網的輸出線路接觸，以將供電電網的電能引入該電能吸收裝置。該軌道車輛中，設置有本實用新型實施例提供的吸收裝置，在車輛處于制動狀態(tài)時，將供電電網的電壓轉換為對超級電容的充電電壓，通過超級電容吸收存儲車輛制動反饋給供電電網的電能，該吸收裝置可為超級電容提供穩(wěn)定的充電電壓，因此，可提高超級電容的使用壽命，并且，由于各升降壓變換器中的功率開關管交替導通，可相應減小各功率開關管電流應力和熱效應，提高整個裝置運行的可靠性。最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
權利要求1.一種軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，其特征在于，包括: 用于采集供電電網的輸出電壓的電壓檢測單元； 用于在判斷獲知所述輸出電壓大于第一預設閾值時，生成對各功率開關管的降壓控制信號的第一控制單元；和多個升降壓變換器； 其中， 所述第一控制單元與所述電壓檢測單元相連，且分別與各升降壓變換器中的功率開關管相連，所述各降壓控制信號頻率相同且相互錯開第一設定相角； 所述各升降壓變換器并聯(lián)，所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端用于與供電電網的輸出線路相連，且所述各升降壓變換器的并聯(lián)后的輸出端與一超級電容相連，所述各升降壓變換器中各功率開關管分別在接收到所述各降壓控制信號時，依次交錯導通第一設定角度，以將供電電網的電壓轉換為對所述超級電容的充電電壓。
2.根據權利要求1所述的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，其特征在于，還包括: 用于在判斷獲知所述輸出電壓小于第二預設閾值時，生成對各功率開關管的升壓控制信號的第二控制單元； 其中，所述第二控制單元與所述電壓檢測單元相連，且分別與所述各升降壓變換器中功率開關管相連，所述各升壓控制信號頻率相同，且相互錯開第二設定相角； 所述各升降壓變換器中各功率開關管分別在接收到所述各升壓控制信號時，依次交錯導通第二設定角度，以將超級電容兩端的電壓轉換供電電網的輸出電壓。
3.根據權利要求1或2所述的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，其特征在于: 所述各升降壓變換器所在的支路中分別串聯(lián)一電抗器。
4.根據權利要求1或2所述的軌道車輛的再生制動電能吸收裝置，其特征在于，還包括: 用于當流過所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端的電流大于設定閾值時，斷開所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間的連接線路的斷路器； 其中，所述斷路器設置于所述各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端與供電電網的輸出線路之間。
5.一種軌道車輛，包括受電弓，所述受電弓用于與供電電網的輸出線路接觸，其特征在于:所述車輛上設置有權利要求1-4任一所述的再生制動電能吸收裝置，所述再生制動電能吸收裝置中各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端通過所述受電弓與供電電網的輸出線路相連。
專利摘要本實用新型提供一種軌道車輛的再生制動電能吸收裝置和軌道車輛，該吸收裝置包括電壓檢測單元、第一控制單元、多個升降壓變換器和超級電容，其中，第一控制單元與電壓檢測單元相連；各升降壓變換器并聯(lián)，各升降壓變換器并聯(lián)后的輸入端用于與供電電網的輸出線路相連，且各升降壓變換器的并聯(lián)后的輸出端與超級電容相連。該吸收裝置，各升降壓變換器輸出電壓的峰值相互交錯，各輸出電壓相互疊加后的電壓的波動幅度小，可為超級電容提供穩(wěn)定的充電電壓，因此，可提高超級電容的使用壽命，并且，由于各升降壓變換器中的功率開關管交替導通，可相應減小各功率開關管電流應力和熱效應，提高整個裝置運行的可靠性。
文檔編號B60L5/00GK202965986SQ20122039495
公開日2013年6月5日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權日2012年8月9日
發(fā)明者姜磊, 牛翰彬, 韓旭, 于治超, 騰奔 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心