[发明专利]具有磁损耗的电力制动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有磁损耗的电力制动系统，在供电网络或其接口非双向的情况下，用于耗散电动机械在制动阶段期间产生的能量。

背景技术

在电动机械(例如，换向器电动机)由直流电直接供电的情况下并且在电动机械通过逆变器由交流电供电的情况下，电动机械在制动阶段期间产生的能量通常由连接到直流母线的系统耗散。在多数情况下，这种耗散由电阻器完成。当这些电阻器必须存储大量的能量并且/或者当这些电阻器必须承受大量的工作循环时，它们变得笨重、庞大而且昂贵。而且，在这些情况下，难以控制电阻器朝向电阻器被固定到的外壳壁的耗散流。这使得难以应用热量管理。

图1是示出了传统的电力制动系统的电路图，其中，在电阻器中耗散由于制动而返回的能量。该电力制动系统布置于电动机械M的供电电路中。该供电电路包括经由保护二极管向端子连接到电动机械M的逆变器3供电的直流电压源1。在保护二极管Dp的负极和直流电压源1的“-”端子之间反向连接有快速恢复式整流二极管D1和差模滤波器。该差模滤波器包括绕磁路2缠绕的电感器L、和电容器C。该逆变器3连接到电容器C的端子。该电力制动系统包括第一支路，该第一支路包括两个串联连接并反向连接到电容器C的两个端子的二极管D2和D3。第二支路连接到电容器C的两个端子，第二支路包括与标号为T的晶体管(IGBT等)串联的制动电阻器Rf。制动电阻器Rf和晶体管T之间的中点与二极管D2和D3之间的中点连接。在对电动机械M进行制动期间，在电阻器Rf中耗散制动能量。

图1的电路的操作如下所述。当电动机械M提供机械能时，晶体管T被控制在跟踪模式，并且电阻器Rf中没有电流。二极管D2和D3在该阶段不工作。当该电动机械接收到机械能时，逆变器3将电能返回到电容器C。通常通过PWM(脉宽调制)使晶体管T导通，然后使得电流通过电阻器Rf，并且使得由电动机械返回到逆变器的输入端的电能以热量形式耗散。二极管D2和D3用作由电阻器Rf和晶体管T构成的支路的全部寄生电感器的快速恢复式整流二极管。

文献US-A-6072291披露了一种电动机械的电力制动系统，该电动机械连接到逆变器的输出端子，而逆变器的输入端由直流电压源供电。该系统包括连接在逆变器的输入端之间的电路，该电路包括串联连接的：

用于耗散电能的装置，在电动机械的制动阶段期间所述电能由电动机械返回到逆变器的输入端，

开关装置，用于在电动机械的制动阶段期间闭合所述电路，并且用于在电动机械的非制动阶段时断开该电路。

根据专利US-A-6072291，在制动阶段期间返回到逆变器的输入端的电能主要由制动电阻器耗散。

发明内容

本发明为电动机械的电力制动提出了一种不同于在电阻器中进行耗散的方案。所提出的方案将在电感器磁芯中对在制动阶段期间由电动机械产生的能量进行耗散，例如，该电感器与用于直流电压源的滤波电感器共享同一磁芯。

该磁芯的磁损耗取决于电感变化的频率和幅度。因此，可在任一时刻通过施加到晶体管T的固定频率或可变频率PWM来分析在该磁芯中耗散的能量的量。

因此，本发明涉及一种用于电动机械的电力制动系统，所述电动机械连接到逆变器的输出端，而逆变器的输入端由直流电压源供电，该系统包括连接在逆变器的输入端之间的电路，该电路包括串联连接的：

用于耗散电能的装置，在电动机械的制动阶段期间所述电能由电动机械返回到逆变器的输入端，

开关装置，用于在电动机械的制动阶段期间闭合所述电路，并且用于在电动机械的非制动阶段时断开该电路，

其特征在于，用于耗散电能的装置包括绕磁路缠绕的电感器，在制动阶段期间，该电感器通过磁路中的磁滞和涡流的损耗来耗散恢复的能量。

可以采用差模滤波器。该滤波器可以包括绕磁路缠绕且被布置得串联在直流电压源和逆变器之间的滤波电感器、以及布置在逆变器的输入端之间的滤波电容器。根据实施例，滤波电感器和耗散电感器可以具有或者可以不具有共享的磁路。

根据一个实施例，滤波电感器和耗散电感器使用同一磁路，但彼此间没有磁耦合。在此情况下，磁路可以是EI形或EE形磁路，滤波电感器包括两个串联连接的相同的线圈，每一线圈均缠绕在E字的外柱上，耗散电感器缠绕在E字的中柱上。相反的布局也是可行的，耗散电感器包括两个串联连接的相同的线圈，每一线圈均缠绕在E字的外柱上，滤波电感器绕在E字的中柱上。