CN102280852A - 一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电力电子领域，公开了一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备。其中，该制动电阻保护方法包括：测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R；测量流过电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；计算上述电压V_R与上述电流I_R的商值，该商值即为电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；将该实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若该实时电阻值R_R大于或等于设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。本发明实施例可以实现对电动列车主电路的制动电阻的精确保护，提高系统整体的可靠性以及降低成本。

Description

一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备。

背景技术

电动列车在电阻电制动模式下，其动能会转化成电能并引导到电动列车主电路的制动电阻上，由制动电阻将该电能转化成热能消耗掉。其中，制动电阻在消耗电能的过程中，其温度将会迅速上升，实际应用中，制动电阻的温度会在很短的时间内迅速上升至600摄氏度左右。为了防止制动电阻因过热被烧坏，通常情况下需要在制动电阻箱中安装温度传感器，用于实现对制动电阻的保护。即温度传感器一旦检测到制动电阻的温度过高，牵引箱就会断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路，实现制动电阻保护；同时，电动列车由电阻电制动模式转为空气制动模式。

实践中发现，采用温度传感器对电动列车主电路的制动电阻进行保护至少存在以下几个缺陷：

1)、制动电阻内部温度分布不均匀，难以保证温度传感器所测量的温度就是制动电阻温度最高点的温度，制动电阻保护不够精确；

2)、使用温度传感器会增加额外的故障点，使得系统整体的可靠性下降；

3)、电动列车的运行环境较为严苛，制动电阻常年工作在高温、高振动的环境中，因此对温度传感器的选用要求较高，从而增加成本。

发明内容

针对上述缺陷，本发明实施例提供一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备，能够精确地对电动列车主电路的制动电阻进行保护，提高系统整体的可靠性以及降低成本。

其中，一种电动列车主电路的制动电阻保护方法，包括：

测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R；

测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；

计算所述电压V_R与所述电流I_R的商值，所述商值即为所述电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；

将所述实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若所述实时电阻值R_R大于或等于所述设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

一种电动列车主电路的制动电阻保护设备，包括：

第一测量单元，用于测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R；

第二测量单元，用于测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；

计算单元，用于计算所述电压V_R与所述电流I_R的商值，所述商值即为所述电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；

比较单元，用于将所述实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较；

控制单元，用于在所述比较单元的比较结果为所述实时电阻值R_R大于或等于所述设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax时，断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

本发明实施例中，在测量到施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R以及流过制动电阻的电流I_R之后，可以计算电压V_R与电流I_R的商值，获得电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；与此同时，制动电阻由于消耗电能其温度会上升，而制动电阻的温度变化又会引起其制动电阻值变化，即制动电阻的温度与其制动电阻值之间存在线性关系，在设定保护温度时，该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax也将被设定，因此可以将计算得到的实时电阻值R_R与该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若获得的实时电阻值R_R大于或等于该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则说明电动列车主电路的制动电阻当前的温度已经大于或等于该设定保护温度，可以断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路，实现对电动列车主电路的制动电阻的保护，避免制动电阻因过热被烧坏。本发明实施例中，通过计算电压V_R与电流I_R的商值可以获得精确的实时电阻值R_R，而该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax是设定不变的，因此二者一比较就可以精确地对电动列车主电路的制动电阻进行保护。另外，本发明实施例在无需使用温度传感器的情况下即可实现对电动列车主电路的制动电阻的精确保护，从而可以提高系统整体的可靠性以及降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的电动列车主电路的示意图；

图2为本发明实施例提供的电动列车主电路的制动电阻保护方法的流程图；

图3为电动列车主电路的制动电阻R4的温度与其制动电阻值R之间的线性关系图；

图4为图1所示的电动列车主电路的功率分布图；

图5为本发明实施例提供的一种电动列车主电路的制动电阻保护设备的结构图；

图6为本发明实施例提供的另一种电动列车主电路的制动电阻保护设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解本发明实施例提供的电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备，下面先对本发明实施例所涉及的应用场景进行描述。请参阅图1，图1为现有的电动列车主电路的示意图。如图1所示，现有的电动列车主电路主要由受电弓、牵引箱1、高压开关单元2、高速断路器单元3、接触器单元4、电抗器滤波单元5、功率单元6以及制动电阻箱7组成。在图1所示的电动列车主电路中，电流传感器SC1用于测量直流桥上正极的电流I_P，电流传感器SC2用于测量直流桥上负极的电流I_M，电压传感器SV2用于测量直流桥电压U_DC。其中，电流传感器SC3位于电动列车主电路的交流侧，用于测量电机电流I_U；电流传感器SC4也位于电动列车主电路的交流侧，用于测量电机电流I_W。

在图1所示的电动列车主电路中，电动列车处于电阻电制动模式时，其动能会转化成电能并通过斩波回路引导到电动列车主电路的制动电阻箱7的制动电阻R4上，由制动电阻R4将该电能转化成热能消耗掉。相应地，制动电阻在消耗电能的过程中，其温度将会迅速上升。现有技术中为了防止制动电阻R4因过热被烧坏，通常在制动电阻箱7中安装温度传感器，用于实现对制动电阻R4的保护。但是，这种使用温度传感器的制动电阻R4的保护方式无法实现对制动电阻R4的精确保护，而且系统整体的可靠性低以及成本高。

为此，本发明实施例提供一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备，用于实现对电动列车主电路的制动电阻的精确保护，提高系统整体的可靠性以及降低成本。以下分别进行详细说明。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种电动列车主电路的制动电阻保护方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

201、测量施加在电动列车主电路的制动电阻R4两端的电压V_R。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例可以利用电动列车主电路上的电压传感器SV2测量电动列车主电路上的直流桥电压值U_DC，进而计算该直流桥电压值U_DC与制动电阻R4所在的斩波回路中开关元件的管压降的电压差，该电压差即为施加在电动列车主电路的制动电阻R4两端的电压V_R。

举例来说，上述的开关元件可以是绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)，也是可以其他具备开关功能的器件，本发明实施例不作具体限定。实际应用中，开关元件(如IGBT)的管压降一般都是固定不变的。

202、测量流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R。

作为一种可选的实施方式，可以采用直接方式来测量流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R。例如，可以利用制动电阻R4所在的斩波回路上设置的电流传感器直接测量流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R。

作为另一种可选的实施方式，也可以采用间接方式来测量流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R。例如，可以利用电动列车主电路的交流侧电流传感器SC3和SC4测量到的电流值推算出流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R。

本发明实施例中，与采用直接方式来测量流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R相比，采用间接方式来测量流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R可以节省一个电流传感器，从而可以进一步提高系统整体的可靠性和经济性。

其中，在电动列车主电路的交流侧电流传感器SC3和SC4测量到的电流值的基础上，可以推算出流过电动列车主电路的制动电阻R4的电流I_R，这是本领域技术人员所公知的常识，本发明实施例不作详细介绍。

203、计算电压V_R与电流I_R的商值，该商值即为电动列车主电路的制动电阻R4的实时电阻值R_R。

本发明实施例中，步骤201所测得的电压V_R以及步骤202所测得的电流I_R均是比较精确，相应的，计算电压V_R与电流I_R的商值也是比较精确的，从而可以获得比较精确的电动列车主电路的制动电阻R4的实时电阻值R_R。

204、将上述实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若上述实时电阻值R_R大于或等于设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则执行步骤205；反之，若上述实时电阻值R_R小于设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则返回步骤201。

其中，如果上述实时电阻值R_R大于或等于该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则说明电动列车主电路的制动电阻R4当前的温度已经大于或等于该设定保护温度，需要断开电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路，实现对电动列车主电路的制动电阻R4的精确保护，避免制动电阻R4因过热被烧坏。

反之，如果上述实时电阻值R_R小于该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则说明电动列车主电路的制动电阻R4当前的温度还在允许的范围，无需要断开电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路。

205、断开电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路。

作为一种可选的实施方式，在上述实时电阻值R_R大于或等于该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax时，可以触发电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路中的开关元件关断，从而断开电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路，实现对制动电阻R4的精确保护，防止制动电阻R4因过热被烧坏。

其中，断开电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路之后，电动列在由电阻电制动模式切换至空气制动模式。

需要说明的是，上述的步骤201与步骤202之间没有先后顺序的限定。

如面前所述，电动列车处于电阻电制动模式时，其动能会转化成电能并通过斩波回路引导到电动列车主电路的制动电阻箱7的制动电阻R4上，由制动电阻R4将该电能转化成热能消耗掉。相应地，制动电阻R4在消耗电能的过程中，其温度T(单位为摄氏度)将会迅速上升。而制动电阻R4的温度T变化又会引起其制动电阻值R(单位一般为欧姆)变化，即制动电阻R4的温度T与其制动电阻值R存在线性关系R＝f(T)，其中，该线性关系可以如图3所示。在设定保护温度Tmax时，根据图3所示的线性关系该设定保护温度Tmax所对应的制动电阻值R_Tmax也将被设定。例如，若设定保护温度Tmax为600摄氏度，则其所对应的制动电阻值R_Tmax＝2.6欧姆。在此基础上，可以将计算出的实时电阻值R_R与该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若实时电阻值R_R大于或等于该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则说明制动电阻当前的温度已经大于或等于该设定保护温度，可以断开电动列车主电路的制动电阻R4所在的斩波回路，实现对制动电阻R4的保护，避免制动电阻因过热被烧坏。

实际应用中，在规格和制造商不同的情况下，制动电阻R4在不消耗电能时的初始制动电阻值可以不同，但是只要制动电阻R4消耗电能，其温度T和制动电阻值R之间均存在类似于图3所示的线性关系，也就是说，本发明实施例的实现不会因为制动电阻R4的初始制动电阻值的不同而受到限制。

请一并参阅图4，图4为图1所示的电动列车主电路的功率分布图。根据能量守恒定律，在忽略设备损耗时，P_LINE＝P_R+P_INV，其中，P_LINE表示主电路的输入/输出功率；P_R表示制动电阻R4上消耗的功率；P_INV表示逆变模块消耗/再生的功率。在反馈电制动或者空气制动模式下，制动电阻R4所在的斩波回路不工作，因此P_R＝0，此时，P_LINE＝P_INV。而在电阻电制动模式下，制动电阻R4所在的斩波回路工作，而线路接触器KM1断开，因此P_LINE＝0，P_R＝P_INV。在这种情况下施加在制动电阻R4两端的电压V_R等于电压传感器SV2所测得的直流桥电压U_DC减去开关元件(如IGBT)的管压降。此时流过制动电阻R4的电流I_R可根据交流侧的电流传感器SC3所测得电流I_U或者电流传感器SC4所测得电流I_W推算出来。从而，可以计算出制动电阻R4当前的实时电阻值R_R＝V_R/I_R；进而只需要将计算出来的实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行对比，若R_R≥R_Tmax即可判断为制动电阻R4的温度已经大于或等于设定保护温度，牵引箱1可以将断开斩波回路保护制动电阻R4，同时电动列车切换到空气制动模式。

本发明实施例提供的上述方法中，在测量到施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R以及流过制动电阻的电流I_R之后，可以计算电压V_R与电流I_R的商值，获得电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；与此同时，制动电阻由于消耗电能其温度会上升，而制动电阻的温度变化又会引起其制动电阻值变化，即制动电阻的温度与其制动电阻值之间存在线性关系，在设定保护温度时，该设定保护温度对应的制动电阻值R_Tmax也将被设定，因此可以将获得的实时电阻值R_R与该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若获得的实时电阻值R_R大于或等于制动电阻值R_Tmax，则说明制动电阻当前的温度已经大于或等于该设定保护温度，可以断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路，实现对制动电阻的保护，避免制动电阻因过热被烧坏。本发明实施例中，通过计算电压V_R与电流I_R的商值可以获得精确的实时电阻值R_R，而该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax是固定的，因此二者一比较就可以精确地对制动电阻进行保护。另外，本发明实施例在无需使用温度传感器的情况下即可实现对制动电阻的精确保护，从而可以提高系统整体的可靠性以及降低成本。

请参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种电动列车主电路的制动电阻保护设备的结构图。如图5所示，该设备可以包括：

第一测量单元501，用于测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R；

第二测量单元502，用于测量流过电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；

计算单元503，用于计算上述电压V_R与上述电流I_R的商值，该商值即为电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；

比较单元504，用于将实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较；

控制单元505，用于在比较单元504的比较结果为实时电阻值R_R大于或等于设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax时，断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，第一测量单元501可以包括：

电压传感器SV2-5011，用于测量电动列车主电路上的直流桥电压值U_DC；

举例来说，电压传感器5011可以是电动列车主电路上的电压传感器SV2。

计算模块5012，用于计算直流桥电压值U_DC与制动电阻所在的斩波回路中开关元件的管压降的电压差，该电压差即为施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，第二测量单元502可以包括：

电流传感器5021，用于直接测量流过电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；其中，电流传感器501设置在制动电阻所在的斩波回路上。

请参阅图6，图6为本发明实施例提供的另一种电动列车主电路的制动电阻保护设备的结构图。图6所示的制动电阻保护设备与图5所示的制动电阻保护设备基本相同，不同之处在于第二测量单元502包括：

推算模块5022，用于利用电动列车主电路的交流侧电流传感器SC3和SC4测量到的电流值推算出流过电动列车主电路的制动电阻的电流I_R。

作为一种可选的实施方式，在图5、图6所示的制动电阻保护设备中，控制单元505具体用于在比较单元504的比较结果为实时电阻值R_R大于或等于设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax时，触发电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路中的开关元件关断，断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

本发明实施例提供的制动电阻保护设备中，在第一测量单元501测量到施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R以及第二测量单元502测量到流过制动电阻的电流I_R之后，计算单元503可以计算电压V_R与电流I_R的商值，获得电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；与此同时，制动电阻由于消耗电能其温度会上升，而制动电阻的温度变化又会引起其制动电阻值变化，即制动电阻的温度与其制动电阻值之间存在线性关系，在设定保护温度时，该设定保护温度对应的制动电阻值R_Tmax也将被确定，因此比较单元504可以将该实时电阻值R_R与该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若获得的实时电阻值R_R大于或等于制动电阻值R_Tmax，则说明制动电阻当前的温度已经大于或等于该设定保护温度，控制单元505可以断开电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路，实现对制动电阻的保护，避免制动电阻因过热被烧坏。本发明实施例中，通过计算电压V_R与电流I_R的商值可以获得精确的实时电阻值R_R，而该设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax是固定的，因此二者一比较就可以精确地对制动电阻进行保护。另外，本发明实施例在无需使用温度传感器的情况下即可实现对制动电阻的精确保护，从而可以提高系统整体的可靠性以及降低成本。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明实施例所提供的一种电动列车主电路的制动电阻保护方法及设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电动列车主电路的制动电阻保护方法，其特征在于，包括：

测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R；

测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；

计算所述电压V_R与所述电流I_R的商值，所述商值即为所述电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；

将所述实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较，若所述实时电阻值R_R大于或等于所述设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax，则断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

2.根据权利要求1所述的制动电阻保护方法，其特征在于，所述测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R，包括：

利用电动列车主电路上的电压传感器SV2测量电动列车主电路上的直流桥电压值U_DC；

计算所述直流桥电压值U_DC与所述制动电阻所在的斩波回路中开关元件的管压降的电压差，所述电压差即为施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R。

3.根据权利要求1或2所述的制动电阻保护方法，其特征在于，所述测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R，包括：

利用所述制动电阻所在的斩波回路上设置的电流传感器直接测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R。

4.根据权利要求1或2所述的制动电阻保护方法，其特征在于，所述测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R，包括：

利用所述电动列车主电路的交流侧电流传感器SC3和SC4测量到的电流值推算出流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R。

5.根据权利要求1或2所述的制动电阻保护方法，其特征在于，所述断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路，包括：

触发所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路中的开关元件关断，断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

6.一种电动列车主电路的制动电阻保护设备，其特征在于，包括：

第一测量单元，用于测量施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R；

第二测量单元，用于测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；

计算单元，用于计算所述电压V_R与所述电流I_R的商值，所述商值即为所述电动列车主电路的制动电阻的实时电阻值R_R；

比较单元，用于将所述实时电阻值R_R与设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax进行比较；

控制单元，用于在所述比较单元的比较结果为所述实时电阻值R_R大于或等于所述设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax时，断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

7.根据权利要求6所述的制动电阻保护设备，其特征在于，所述第一测量单元包括：

电压传感器SV2，用于测量电动列车主电路上的直流桥电压值U_DC；

计算模块，用于计算所述直流桥电压值U_DC与所述制动电阻所在的斩波回路中开关元件的管压降的电压差，所述电压差即为施加在电动列车主电路的制动电阻两端的电压V_R。

8.根据权利要求6或7所述的制动电阻保护设备，其特征在于，所述第二测量单元包括：

电流传感器，用于直接测量流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R；所述电流传感器设置在所述制动电阻所在的斩波回路上。

9.根据权利要求6或7所述的制动电阻保护设备，其特征在于，所述第二测量单元包括：

推算模块，用于利用所述电动列车主电路的交流侧电流传感器SC3和SC4测量到的电流值推算出流过所述电动列车主电路的制动电阻的电流I_R。

10.根据权利要求6或7所述的制动电阻保护设备，其特征在于，所述控制单元具体用于在所述比较单元的比较结果为所述实时电阻值R_R大于或等于所述设定保护温度所对应的制动电阻值R_Tmax时，触发所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路中的开关元件关断，断开所述电动列车主电路的制动电阻所在的斩波回路。

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