CN103228516B - 用于降低电气减速额定值的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种降低机器(100)的减速栅格组件(112)的额定值的方法。该方法可以确定与所述减速栅格组件(112)相关联的电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度，如果所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度中的任何一个温度超过相应的温度阈值，则生成触发，以及响应于该触发，确定待将要应用于与机器(100)相关联的动力传动系统(106)的额定值降低的幅度。额定值降低的幅度可以至少部分地基于电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度的反馈和前馈分析。额定值降低的幅度可以对应于电力传动系统(106)的减速容量的降低。

Description

用于降低电气减速额定值的方法及系统
技术领域
本公开内容总体涉及电气传动组件和机器，并且更具体地涉及用于限制至电气传动组件和机器的减速栅格(retarding grid)的功率的额定值降低策略。
背景技术
机器的电气传动组件通常提供诸如内燃机等的主功率源、发电机、功率电路以及耦合到一个或多个驱动轮或牵引设备的一个或多个牵引电机。当推进机器时，由主功率源或引擎产生的机械功率在发电机处被转换为电功率。该电功率在被供应至牵引电机之前通常被功率电路处理或调整。此外，功率电路以期望的转矩选择性地激活牵引电机以便引起驱动轮的运动。牵引电机将电功率变换回至机械功率以便驱动轮子并且推进电气传动机器或车辆。
机器在操作员期望降低电气传动机器的速度期间的操作模式中被减速。为了在这种模式下减速机器，减小来自主功率源或引擎的功率。典型的机器还包括刹车闸或其它类型的减速机构以降低机器的速度和/或使停止停止。当机器降低速度时，将机器的动量经由驱动轮的旋转被传递至牵引电机。牵引电机作用为发电机以将机器的动能转换成供应给电气传动组件的电功率。这个电功率可以通过存储、损耗、或由电气传动组件的任意其它形式的消耗来被耗散以便吸收机器的动能。目前存在的电气传动机器或车辆通常采用至少一个减速栅格组件，通过该减速栅格组件大量的动能以热的形式耗散。
典型的电气减速栅格组件包括一系列的电阻性元件和绝缘体，当电流通过该电阻性元件和绝缘体时通过其耗散热能。由于机器部件的尺寸和动量的幅度受到阻滞，大量的热能可以通过电阻性元件和绝缘体耗散。如此量级的热能的可以使相关联减速栅格的电阻性元件和绝缘体的温度显著地升高，并且如果其不被适当地管理，则可能对于相关联电气传动机器的整体操作是有害的。
过去的各种解决方案已采用诸如通过使用风扇或鼓风机的强制对流的主动冷却系统以在减速栅格的电阻性元件和绝缘体之上产生空气流动并且降低其温度。虽然这种主动冷却系统可以补偿在减速栅格的电阻性元件中的温度变化，但是诸如系统不能完全地解决在减速栅格的绝缘体中的温度变化。更具体地，减速栅格的绝缘体易受热点或温度的不均匀分布、以及过冲状态或当鼓风机切断时温度突然增加的影响。由这样的热点和过冲状态产生的绝缘体的温度可能极大地超过允许的阈值并且仍然不被目前存在的冷却解决方案检测到。
因此，需要提供更健壮和可靠地方式以最小化与电气传动机器相关联的减速栅格的过热状态而不仅仅依赖于被动和/或主动冷却解决方案。此外，需要优先限制传递至减速栅格的电阻性元件和绝缘体的能量。所公开的系统和方法在于解决以上提出的一个或多个需求。
发明内容
在本公开内容的一个方面中，提供了一种降低机器的减速栅格的额定值的方法。该方法确定与减速栅格相关联的电阻性元件和绝缘体的温度，如果电阻性元件和绝缘体的温度中的任何一个温度超过相应的温度阈值则生成触发，并且响应于该触发确定待应用于与机器相关联的动力传动系统的额定值降低的幅度。额定值降低的幅度至少部分基于电阻性元件和绝缘体的温度的反馈和前馈分析。额定值降低的幅度对应于动力传动系统的减速容量的降低。
在本公开内容的另一方面中，提供了一种降低机器的减速栅格的额定值的方法。该方法确定与减速栅格相关联的电阻性元件和绝缘体的温度，如果电阻性元件和绝缘体的温度中的任何一个温度超过相应的温度阈值则生成触发，响应于该触发确定功率额定值降低项，响应 于该触发确定功率限制项，并且基于功率额定值降低和功率限制项确定额定值降低因数。功率额定值降低项至少部分基于电阻性元件和绝缘体的温度的反馈分析。功率限制项至少部分基于电阻性元件和绝缘体的温度的前馈分析。额定值降低因数对应于与机器相关联的动力传动系统的减速容量的降低。
在本公开内容的又一方面中，提供了一种用于至少具有减速栅格和动力传动系统的机器的电气减速额定值降低系统。额定值降低系统包括逆变器电路，被配置为在动力传动系统和减速栅格之间传送功率；以及电气耦合至逆变器电路的控制器。控制器被配置为基于减速栅格的电阻性元件和绝缘体的温度调整传送至减速栅格的功率的幅度。如果电阻性元件和绝缘体的温度中的任何一个温度超过相应的温度阈值则控制器生成触发，并且响应于该触发确定待应用于动力传动系统的额定值降低的幅度。额定值降低的幅度至少部分基于电阻性元件和绝缘体的温度的反馈和前馈分析。额定值降低的幅度对应于在动力传动系统的减速容量的降低。
附图说明
图1是根据本公开内容的教导构造的示例性电气传动机器的示意示图；
图2是降低电气传动机器的减速栅格的额定值的方法的流程图；以及
图3是应用于典型的电气传动机器的额定值降低控制策略的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考其示例在附图中图示的具体实施例或特征。通常，贯穿附图将使用相应的附图标记来指示相同或相应的部分。
现将参考图1，示意性地图示了可以采用电气传动装置来引起运动的示例性机器100。机器100可以用作用于执行与工业相关联的具 体类型的操作的工作机器，该工业例如采矿、建筑、耕作、运输、或本领域已知的任何其他适合的工业。例如，机器100可以是运土机器、海洋船、飞行器、拖拉机、越野卡车、公路客运车辆、或任何其他移动机器。如所示的，典型的电气传动机器100可以实质上包括主功率源102、电气传动组件104、动力传动系统106等。功率源102可以包括例如柴油机、汽油机、天然气发动机、或通常用于生成功率的任何其他类型的内燃机。机器100还可以采用任何其他适合的功率源，诸如，例如燃料电池等。电气传动组件104可以被配置为实质上管理由引擎102生成的功率并且包括发电机108、整流器电路110、减速栅格组件112、逆变器电路114等。动力传动系统106可以包括耦合至一个或多个牵引设备或驱动轮118用于引起机器100运动的一个或多个牵引电机116。
在推进操作模式中，或当机器100加速时，如由实线箭头指示的，可以从引擎102并且朝向驱动轮118传送功率，以引起运动。特别地，引擎102可以产生用于发电机108的输出转矩，发电机108可以继而将机械转矩转换为电功率。电功率可以以交流(AC)功率的形式生成。然后AC功率可以通过整流器电路110被转换成直流(DC)，并且通过逆变器电路114再次被转换成适当量的AC功率。如本领域众所周知的，最终的AC功率可以被用于驱动牵引电机116和相关联的驱动轮118。
在减速操作模式期间，如由虚线箭头所指示的，可以通过在驱动轮118处的机械旋转生成功率，并且被定向为朝向减速栅格组件112。特别地，移动机器100的动能可以在驱动轮118处被转换成转动功率。驱动轮118的转动可以进一步使电机116转动以便生成例如以AC功率的形式的电功率。逆变器电路114可以用作用于将由电机116供应的功率转换成DC功率的桥接器。由电机116生成的DC功率的耗散可以在驱动轮118处产生反旋转的转矩以使机器100减速。这种耗散可以通过使由逆变器电路114提供的所生成的电流流动经过由减速栅格112提供的实质上的电阻来实现。在减速栅格112处生成的过热可 以例如使用鼓风机等来被动地或主动地排出。
仍然参考图1，减速栅格112可以包括多个电阻性元件120和绝缘体122，该电阻性元件和绝缘体被配置为吸收在减速操作模式期间由机器100提供的电能并且以热能的形式耗散电能。更具体地，减速栅格112可以包括第一减速栅格124和第二减速栅格126，每个减速栅格具有独立受控的电阻性元件120和绝缘体122阵列。例如，第一减速栅格124的电阻性元件120可以被配置为经由一个或多个开关、或者接触器电路128接收来自逆变器电路114的电流。第一减速栅格124的绝缘体122可以用于接收从电阻性元件120辐射的任何热量。当闭合接触器电路128时，对应于由电机116生成的电流的电功率可以至少部分流动通过第一减速栅格124并且以热量耗散。第二减速栅格126的电阻性元件120和绝缘体122可以类似地被配置为经由斩波器电路130接收电功率并且以热的形式耗散多余的电能。
如在图1中进一步图示的，机器100的电气传动104可以设有电减速额定值降低系统132，该电气减速额定值降低系统132具有至少一个与逆变器电路114进行电气传送的控制器134。此外，通过它对逆变器电路114的控制，控制器134可以可调节地控制在减速操作模式期间从动力传动系统106传送到减速网格112的功率的幅度，并且因此降低动力传动系统106的整体减速容量。控制器134可以被嵌入或者集成到机器100的控制中，并且使用处理器、微处理器、控制器、微控制器、电子控制模块(ECM)、电子控制单元(ECU)、或用于电气控制机器100的功能的任何其他适当的装置中的一个或多个来实施。控制器134可以进一步被配置为根据用于经由逆变器电路114控制减速栅格112及其额定值降低的预定义算法或指令集，并且基于机器100的各种操作状态来操作。这种算法或指令集可以被读入或并入控制器134的存储器中。
转到图2，提供了一种这样的控制器134可以管理减速栅格112的额定值降低的示例性方法或算法。通常，图2的方法可以配置控制器134以在机器100的正常操作期间持续地监测减速栅格组件112的 温度，并且如果减速栅格112的温度达到潜在过热状态，则降低动力传动系统106的减速容量。如在图2中所示出的，在步骤S 1中，控制器134可以最初确定第一和第二减速栅格124、126中的每一个的电阻性元件120和绝缘体122的温度。然后可以将电阻性元件120和绝缘体122的温度与对应于电阻性元件120和绝缘体122的预定义温度阈值进行比较。由于电阻性元件120和绝缘体122的热特性可以变化，温度阈值可以包括对应于电阻性元件120的第一预定义阈值以及对应于每个减速栅格124、126的绝缘体122的第二预定义阈值。如果电阻性元件120和绝缘体122的温度在可接受的操作范围内，则在步骤S2中，控制器134可以简单地将待应用于减速栅格112的额定值降低的幅度维持或重置为空值，并且因此，使动力传动系统106能够以全容量减速。然而，如果电阻性元件120和绝缘体122的温度的任何一个超过其相应的阈值，则在步骤S3中，控制器134可以生成一个或多个触发。
一旦生成触发，在步骤S4中，控制器134可以基于电阻性元件120和绝缘体122的温度的反馈分析确定功率额定值降低项。功率额定值降低项可以对应于额定值降低的措施，该额定值降低的措施被需要以进一步防止减速栅格124、126中的温度增加。例如，功率额定值降低项可以使得控制器134能够基于超过温度阈值的程度增加额定值降低量。此外，如在图2的步骤S4-S6中，如果生成触发，则控制器134也可以执行前馈分析以便确定功率限制项。功率限制项可以对应于允许的传输至减速栅格124、126的功率的总量。例如，功率限制项可以通过快速降低减速栅格组件112的减速容量使控制器134能够减慢减速栅格124、126的温度的上升。在步骤S4中，控制器134可以确定响应于电阻性元件120的过热或响应于绝缘体122的过热是否生成触发。在步骤S5中，控制器134可以进一步计算或确定空气密度、大气压力、对地速度、或关于机器100的操作状态的任何其他信息。在步骤S6中，基于触发类型以及机器100的一个或多个操作状态，控制器134可以生成适当的功率限制项。在步骤S7中，控制 器134可以然后基于功率额定值降低和功率限制项这二者来确定待应用于减速组件112的额定值降低的幅度。随后，在步骤S8中，根据步骤S7中所确定的额定值降低的幅度，通过它对逆变器电路114的控制，控制器134可以限制从动力传动系统106传输至减速栅格112的功率的量。
现在参考图3，提供了示例性额定值降低系统132或更具体地额定值降低系统132的控制器134的更详细的示意图。如所示的，额定值降低控制器134通常可以包括监测器模块136、反馈模块138、前馈模块140、输出模块142等。监测器模块136可以被配置为针对任何潜在的过热状态持续地监测第一和第二减速栅格124、126中的每一个的电阻性元件120和绝缘体122的温度。更具体地，可以在控制器134内将电阻性元件120和绝缘体122的温度与预定义的相应的阈值进行比较。该阈值可以包括将要与电阻性元件120的温度进行比较的第一阈值和将要与绝缘体122的温度进行比较的第二阈值。阈值可以被预定义为常数或者基于机器100的即时操作状态动态推导。此外，可以通过预编程的栅格热力模型提供电阻性元件120和绝缘体122的温度，该预编程的栅格热力模型将基于机器100的各种操作状态映射电阻性元件120和绝缘体122的预期温度。如果通过监测器模块136确定的电阻性元件120和绝缘体122的温度均在可接受的限制内并且不超过它们相应的阈值，则控制器134可以确定不需要额定值降低。然而，如果电阻性元件120和绝缘体122的温度中的任何一个温度超过相应的阈值，则控制器134可以确定需要额定值降低以降低动力传动系统106的减速容量，并且因此，生成与其相对应的触发。监测器模块136可以提供多于一个的触发。例如，如在图3中所示的，监测器模块136可以生成对应于电阻性元件120的潜在过热的触发、对应于绝缘体122的潜在过热的触发和/或对应于电阻性元件120和绝缘体122中任何一个或多个的潜在过热的触发。
响应于由监测器模块136生成的一个或多个触发，反馈模块138可以对电阻性元件120和绝缘体122的温度执行反馈分析，以便确定 功率额定值降低项。如在图2的步骤S4中，基于温度阈值被超出的程度，反馈模块138可以确定需要的适当的功率额定值降低项或额定值降低的程度。如在图3中所示的，例如，反馈模块138可以使用比例积分控制144或本领域通常使用的任何其他合适的反馈控制来实现这一点。反馈模块138可以进一步包括抗控制146以便补偿在反馈分析期间可能出现的任何饱和。前馈模块140可以通过执行前馈分析进一步响应于由监测器模块136生成的一个或多个触发。此外，如在图2的步骤S4-S6中，前馈模块140可以基于生成的触发类型、电阻性元件120和绝缘体122的温度、与机器100相关联的空气密度、大气压力和/或对地速度来确定功率限制项。图3的输出模块142可以分别接收由反馈和前馈模块138、140确定的功率额定值降低和功率限制项。如所示的，输出模块142可以进一步对功率额定值降低和功率限制项进行组合或求和以便产生待应用于减速栅格组件112的总的额定值降低项或者额定值降低的幅度。此外，最终的额定值降低的幅度可以被控制器134解释为如下的数量，通过该数量限制允许通过逆变器电路114传送以及至减速栅格124、126的功率。
工业实用性
通常，上述公开内容在各种工业应用(例如建筑和采矿工业)中、在最小化工作车辆和/或机器(例如反铲装载机、压土机、伐木归堆联合机、林业机器、工业装载机、滑移装载机、轮式装载机等)的减速栅格组件的过热状态中找到实用。适合于使用公开的系统和方法的一个示例性机器是大型越野卡车，诸如自动倾卸卡车。示例性越野卡车通常用于矿山、建筑工地和采石场。越野卡车可以具有100吨或更多的有效载荷容量并且当满负荷时以40公里每小时或更多的速度行驶。
这种工作卡车或机器必须能够越过陡坡并且在各种不同的环境中操作。在这样的条件下，这些机器必须频繁地进入减速操作模式延长的时间段，在该时间段期间，相关联的减速栅格的电阻性元件和绝缘体易于过热。虽然被动和或主动冷却措施可以在适当地位置以阻止 这种过热状态，但是这样的措施可能不完全能够准确地确定和/或补偿减速栅格的温度的增加。本文公开的系统和方法提供用于阻止减速栅格过热状态的另外的措施，其可以被用作为独立的解决方案、或与被动和/或主动栅格冷却系统结合使用。
从上文中，可以理解虽然出于说明的目的仅阐述了某些实施例，但通过上文的描述可替换形式和修改对于本领域的技术人员将是清楚的。这些和其他的可替代形式将被认为是等效的并且处于本公开内容和附加权利要求的精神原理和范围之内。

Claims (10)

1.一种降低机器(100)的减速栅格组件(112)的额定值的方法，包括步骤：
确定与所述减速栅格组件(112)相关联的电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度；
如果所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度中的任何一个温度超过相应的温度阈值，则生成触发；以及
响应于所述触发，确定待应用于与所述机器(100)相关联的动力传动系统(106)的额定值降低的幅度，所述额定值降低的幅度至少部分基于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度的反馈和前馈分析，所述额定值降低的幅度对应于所述动力传动系统(106)的减速容量中的降低的幅度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所有的所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度低于所述相应的温度阈值时，所述额定值降低的幅度是空值，从而启用所述动力传动系统(106)的全减速容量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述减速栅格组件(112)包括电阻性元件(120)和绝缘体(122)的第一栅格(124)以及电阻性元件(120)和绝缘体(122)的第二栅格(126)，基于所述第一栅格(124)和所述第二栅格(126)两者的所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度生成所述触发。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述减速栅格组件(112)的预定义热力模型推导所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度，并且针对所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度阈值是预定义常数值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述触发包括反馈触发、第一前馈触发和第二前馈触发中的任意一个或多个，所述反馈触发对应于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度的反馈分析，所述第一前馈触发对应于所述电阻性元件(120)的温度的前馈分析，并且所述第二前馈触发对应于所述绝缘体(122)的温度的前馈分析。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反馈分析基于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度确定功率额定值降低项，并且所述前馈分析基于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度以及空气密度、大气压力和对地速度中的一个或多个来确定功率限制项。
7.一种用于至少具有减速栅格组件(112)和动力传动系统(106)的机器(100)的电气减速额定值降低系统(132)，所述额定值降低系统(132)包括：
逆变器电路(114)，被配置为在所述动力传动系统(106)和所述减速栅格组件(112)之间传送功率；以及
控制器(134)，电气耦合至所述逆变器电路(114)，并且被配置为基于所述减速栅格组件(112)的电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度调整传送至所述减速栅格组件(112)的功率的幅度，所述控制器(134)被配置为如果所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度中的任何一个温度超过相应的温度阈值，则生成触发，并且响应于所述触发，确定待应用于所述动力传动系统(106)的额定值降低的幅度，所述额定值降低的幅度至少部分基于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度的反馈和前馈分析，所述额定值降低的幅度对应于所述动力传动系统(106)的减速容量的降低的幅度。
8.根据权利要求7所述的系统(132)，其中所述减速栅格组件(112)包括由接触器电路(128)启动的第一栅格(124)以及由斩波器电路(130)启动的第二栅格(126)，所述控制器(134)被配置为通过所述逆变器电路(114)选择性地启动所述接触器和斩波器电路(128、130)中的每一个电路，并且基于第一和第二栅格(124、126)两者的所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度生成所述触发。
9.根据权利要求7所述的系统(132)，其中所述控制器(134)被配置为使用被预编程入所述控制器(134)的所述减速栅格组件(112)的热力模型确定所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度。
10.根据权利要求7所述的系统(132)，其中所述控制器(134)被配置为基于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度的反馈分析确定功率额定值降低项，并且基于所述电阻性元件(120)和绝缘体(122)的温度的前馈分析确定功率限制项。
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