CN106451713B - 电机制动能量回收系统 - Google Patents

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    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Abstract

本发明涉及电机制动能量回收系统，包括MCU控制器组、升压降压模块、超级电容模组、电压隔离检测模块、母线互感电流检测模块、显示人机互动模块、电气控制保护模块、功率控制监控模块、数据传输模块和数据存储模块；所述MCU控制器组包括3个，MCU1负责显示人机互动模块的驱动，MCU2负责超级电容模组的能量回收，MCU3负责PWM控制；所述显示人机互动模块和MCU1连接；所述MCU2连接超级电容模组和电气控制保护模块；所述MCU3连接升压降压模块；本发明打破常规电阻制动能量直接损耗，在不影响其制动原理和安全上，采用优先能量回收与能量回馈设计，利用超级电容器功率密度大，充放循环寿命长，低温特性好，安全环保。

Description

电机制动能量回收系统
技术领域
本发明涉及一种电机制动能量回收系统，属于设备控制领域。
背景技术
随着节能环保的呼声日益高涨，环境与能源利用之间的矛盾日益加剧，节能减排，能量回收的逐渐成为大家首要关注问题；工业自动化的普及越来越广，越来越多的电机设备（特别是大型的）应用在工业，交通，民用等市场；现有的电机制动大部分是采用电阻制动，把多余的能量吸收掉制动能量利用率为0；要么是设置回馈吸收回路，能量吸收利用率为20-30%；而采用本案的回收装置，可以把80%-90%的制动能量回收利用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述的不足，提供电机制动能量回收系统。
本发明的电机制动能量回收系统，包括MCU控制器组、升压降压模块、超级电容模组、隔离电压电流检测模块、电压电流控制策略模块、显示人机互动模块、电气控制保护模块，数据传输模块和数据存储模块；
所述MCU控制器组包括3个，分别为MCU1、MCU2和MCU3，MCU1负责显示人机互动模块的驱动，MCU2负责超级电容模组的能量回收，MCU3负责PWM控制；所述MCU控制器组之间通过数据传输模块进行数据传输协同工作；所述显示人机互动模块和MCU1连接；所述MCU2连接超级电容模组和电气控制保护模块；所述MCU3连接升压降压模块。
所述MCU2采用智能控制策略，根据MCU1传输的数据制动电阻启动电压V1，和MCU2检测到母线电压V2，电流互感器检测到的电流方向Di，根据电压变化斜率和电流的方向，及母线电压与V1的值，策略控制确认是需要能量回收或回馈，驱动Q1或Q2动作，控制电气部分，启动能量回收或能量回馈。
所述MCU2检测升降压的电流I，和检测的超级电容电压V；根据公式P=UI，计算出能量吸收或回馈的功率，再根据运行的时长T，计算出能量W=PT；并把数据通过RS232传输给MCU1进行显示。
MCU2通过检测充放点电流和超级电容模组电压，当超过设定值得20%且几秒内没有恢复，或超过设定值50%立马输出报警信号；检测温度模块U7，对内部的温度实时监控，当温度达到85度时，输出报警信号，报警驱动信号控制Q4，Q5导通， B1和LED4会通过声音和指示报警。
本发明的有益效果在于：本发明打破常规电阻制动能量直接损耗，在不影响其制动原理和安全上，采用优先能量回收与能量回馈设计，利用超级电容器功率密度大，充放循环寿命长，低温特性好，安全环保等优点，采用双管并联拓展能量回收功率，利用分布式控制策略，MCU3数字电源设计功率控制策略。
附图说明
图1是本发明的电机制动能量回收系统的结构图；
图2是本发明的MCU2控制策略流程图；
图3是本发明的MCU2峰值控制策略流程图；
图4是本发明的MCU1显示和通讯电路结构图；
图5是本发明的MCU2控制检测电路图；
图6是本发明的超级电容模组电路结构图；
图7是本发明的功率控制监控模块电路结构图；
图8是本发明的升降压模块电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的优选实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明的电机制动能量回收系统，包括MCU控制器组、升压降压模块、超级电容模组、电压隔离检测模块、母线互感电流检测模块、显示人机互动模块、电气控制保护模块、功率控制监控模块、数据传输模块和数据存储模块；
所述MCU控制器组分别和升压降压模块、电压隔离检测模块、母线互感电流检测模块、显示人机互动模块、电气控制保护模块、功率控制监控模块、数据传输模块、数据存储模块连接；所述超级电容模组和升压降压模块连接；
所述MCU控制器组包括3个，分别为MCU1、MCU2和MCU3，MCU1负责显示人机互动模块的驱动，MCU2负责超级电容模组的能量回收，MCU3负责PWM控制；所述MCU控制器组之间通过数据传输模块进行数据传输协同工作；所述显示人机互动模块和MCU1连接；所述超级电容模组和MCU2连接；所述MCU3连接升压降压模块。
如图2所示，MCU2采用智能控制策略，系统在程序初始化后，利用母线互感电流检测模块检测母线电压、母线供电电压以及电流互感器检测，利用升压降压模块进行电压差放大，然后进行峰值电流控制，通过MCU3来实现PWM降压控制或PWM升压控制，最后系统启动降压充电或者启动升压放电。
如图3所示，MCU2采用智能控制策略，程序初始化后，先检测母线电压，然后检测电流方向和二次检测母线电压，通过电压与设定的比较值进行比较，对于二次检测母线电压进行电压变化斜率计算，并通过数据存储模块进行存储，对检测过的母线电压值经电器控制保护模块对系统的启动降压充电和启动升压放电进行控制，并通过功率控制监控模块进行电机的功率监控，从而保护电机。
所述MCU2采用智能控制策略，根据MCU1传输的数据制动电阻启动电压V1，和MCU2检测到母线电压V2，母线的供电电压V3；
能量回收启动：
（1）当V2大于0.8*V1且V2电压大于正常供电电压时，默认电机在制动产生能量，MCU2驱动Q2，使得接触器KA1闭合，降压回路开始运作能量回收至超级电容。
（2）当母线电压小于0.8*V1，但电流互感器检测到的电流方向为反充时；通过多次测试电压，计算出电压变化斜率，当斜率大于0，说明电机产生能量，MCU2驱动Q2，使得接触器KA1闭合，降压回路开始运作能量回收，若计算出斜率小于0或无变化，Q2不动作，电流互感器误检测。
能量回收功率控制：
（1）根据检测到的当前母线电压V2与正常供电电压V3的差ΔV，ΔV经过光耦隔离和放大器放大形成一个数值ΔV1。
（2）电流互感器的电流ΔI通过电阻形成一个电压基准ΔV2。
（3）ΔV1与ΔV2的叠加积分作为一个电流控制器的比较基准Vi，对充放电的峰值Ipk进行控制；当压差大或互感电流大时，证明能量多，峰值电流大能快速的把能量回收或回馈。
（4）采用叠加基准峰值电流控制可以时时对充放电功率控制，也尽量减小因为硬件检测误差照成的超容模组过充或过放。
MCU2检测升降压的电流I，和检测的超级电容电压V；根据公式P=UI。计算出能量吸收或回馈的功率；再根据运行的时长T，计算出能量W=PT；并把数据通过RS232传输给MCU1进行显示；并通过无限传输模块，在WIFI局域网备份数据。
参阅图4，MCU1连接供电电路连接、指示电路、显示和通讯电路，MCU1通过显示人机互动模块，在LCD上显示产品运行数据，MCU之间的数据传输通过RS232进行传输，显示其他模块的运行情况。
参阅图5-图8, 包括电气控制保护模块和功率控制监控模块；
MCU2通过检测充放点电流和超级电容模组电压；当超过设定值得20%且几秒内没有恢复，或超过设定值50%立马输出报警信号；检测温度模块U7，对内部的温度实时监控，当温度达到85度时，输出报警信号；报警驱动信号控制Q4，Q5导通，B1（bell）和LED4会通过声音和指示报警。
参阅图8，包括升压降压模块；
当接收到MCU2的控制信号需要降压时候，启动MCU3的端口输出PWM1信号对U1控制，
MCU3采用RS232数据传输系统，对监测的电压电流传输给MCU2。
电压隔离检测模块，通过MCU3的AD端口对数据检测读取，并分析传输数据。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.电机制动能量回收系统，其特征在于：包括MCU控制器组、升压降压模块、超级电容模组、电压隔离检测模块、母线互感电流检测模块、显示人机互动模块、电气控制保护模块、功率控制监控模块、数据传输模块和数据存储模块；
所述MCU控制器组包括3个，分别为MCU1、MCU2和MCU3，MCU1负责显示人机互动模块的驱动，MCU2负责策略控制超级电容模组与母线能量转换，MCU3负责数字电源PWM控制；所述MCU控制器组之间通过数据传输模块进行数据传输协同工作；所述显示人机互动模块和MCU1连接；所述MCU2连接电压隔离检测模块和母线互感电流电流检测模块，功率控制监控模块，电气控制保护模块和数据存储模块；所述MCU3连接升压降压模块和超级电容模组。
2.根据权利要求1所述的电机制动能量回收系统，其特征在于：所述MCU2采用智能控制策略，根据MCU1传输的数据制动电阻启动电压V1，和MCU2检测到母线电压V2，电流互感器检测到的电流方向Di，根据电压变化斜率和电流的方向，及母线电压与V1的值，策略控制确认是需要能量回收或回馈，驱动Q1或Q2动作，控制电气部分，启动能量回收或能量回馈。
3.根据权利要求1所述的电机制动能量回收系统，其特征在于：所述MCU2检测升降压的电流I，和检测的超级电容电压V；根据公式P=UI，计算出能量吸收或回馈的功率，再根据运行的时长T，计算出能量W=PT；并把数据通过RS232传输给MCU1进行显示。
4.根据权利要求1所述的电机制动能量回收系统，其特征在于：MCU2通过检测充放点电流和超级电容模组电压，当超过设定值得20%且几秒内没有恢复，或超过设定值50%立马输出报警信号；检测温度模块U7，对内部的温度实时监控，当温度达到85度时，输出报警信号，报警驱动信号控制Q4，Q5导通， B1和LED4会通过声音和指示报警。
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