CN109322691B - 隧道风机的能耗制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种隧道风机的能耗制动装置，通过隔离变压器和整流模块向隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，产生与隧道风机由于惯性继续正向转动而产生的磁场方向相反的磁场，可以有效降低约一半的制动时间，快速实现隧道风机的制动过程，制动效果显著，可有效避免因制动时间过长带来的问题。而且，通过在能耗制动装置中加入隔离变压器和整流模块，可取消传统能耗制动装置的能耗制动电阻，降低隧道风机的功耗和启动频率，有效降低了能耗制动装置本身的能耗。同时优化了设备安装空间，可减小隧道风机控制柜尺寸，减少耗材，降本节能。

Description

隧道风机的能耗制动装置
技术领域
本发明实施例涉及城市轨道交通技术领域，更具体地，涉及隧道风机的能耗制动装置。
背景技术
目前，《地铁设计规范》GB50157-2013要求地铁隧道风机由正常状态转换为事故状态所需的时间(即正反转状态切换时间)不应超过60s。地铁隧道风机的正反转状态切换通常通过隧道风机能耗制动装置实现。
传统的隧道风机能耗制动方案，主要是通过软启动器的软停车功能来实现。软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压装置，串联接入电源和隧道风机定子端。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管。软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零。可见，此种通过定子端调压方式实现制动过程，制动时间较长，对于地铁大容量隧道风机(通常是90kW、132kW等)，其惯性系数较大，较难实现正反转快速状态切换的时间要求。
现有技术中的能耗制动装置，除了采用软启动器外，还辅助设置了能耗制动电阻。此种方式虽然在某种程度上对加快制动时间有一定作用，但由于地铁需要，每天都需执行早晚通风模式，导致能耗制动装置频繁制动，将引起制动电阻发热，降低电机绕组绝缘，加速绕组老化，从而降低隧道风机的正常使用寿命。
而且，传统的能耗制动装置的辅助控制电路复杂，维护工作量大。由于本身发热量较大，不能在过热的状态下运行，对环境要求较为苛刻。散热风扇需经常启动，装置本身能耗较大，成本较高。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种隧道风机的能耗制动装置。
第一方面，本发明实施例提供了一种隧道风机的能耗制动装置，包括：隔离变压器和整流模块；
所述隔离变压器的一次侧与隧道风机的交流电源连接，所述隔离变压器的二次侧与所述整流模块的输入端连接，所述整流模块的输出端与所述隧道风机连接；
其中，所述隔离变压器用于将所述交流电源的电压值变为预设电压值，所述整流模块用于将所述预设电压值的交流电变为直流电，所述直流电用于向所述隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流。
本发明实施例提供的一种隧道风机的能耗制动装置，相比于传统的能耗制动装置，通过隔离变压器和整流模块向隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，产生与隧道风机由于惯性继续正向转动而产生的磁场方向相反的磁场，可以有效降低约一半的制动时间，快速实现隧道风机的制动过程，制动效果显著，可有效避免因制动时间过长带来的问题。而且，通过在能耗制动装置中加入隔离变压器和整流模块，可取消传统能耗制动装置的能耗制动电阻，降低隧道风机的功耗和启动频率，有效降低了能耗制动装置本身的能耗。同时优化了设备安装空间，可减小隧道风机控制柜尺寸，减少耗材，降本节能。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种隧道风机的能耗制动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种隧道风机的能耗制动装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种隧道风机的能耗制动装置中的局部连接结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
由于现有技术中对于隧道风机的能耗制动通常采用软启动器的软停车实现，先控制隧道风机沿一方向的转动停止，再控制隧道风机沿另一相反方向转动，导致制动时间长，响应时间慢，进而可能会引起隧道内大规模串烟问题。因此本发明实施例中提供了一种新型的能快速降低隧道风机制动时间的能耗制动装置。
图1为本发明实施例中提供的一种隧道风机的能耗制动装置，如图1所示，本发明实施例提供了一种隧道风机的能耗制动装置，包括：隔离变压器1和整流模块2。
隔离变压器1的一次侧与隧道风机3的交流电源4连接，隔离变压器1的二次侧与整流模块2的输入端连接，整流模块2的输出端与隧道风机3连接。
其中，隔离变压器1用于将交流电源的电压值变为预设电压值，整流模块2用于将预设电压值的交流电变为直流电，直流电用于向隧道风机3的定子绕组线圈中注入直流电流。
具体地，本发明实施例中隔离变压器1的一次侧是指初级线圈一侧，与隧道风机3的交流电源4连接，即隔离变压器1与隧道风机3共用交流电源4。这里，交流电源4用于为隧道风机3的正常运转供电。隔离变压器1的二次侧是指次级线圈一侧，与整流模块2的输入端连接，隔离变压器1将交流电源的电压值变为预设电压值，预设电压值的交流电通过整流模块2后变为预设电压值的直流电，整流模块2的输出端与隧道风机3连接，由整流模块2输出的直流电为隧道风机3的定子绕组线圈注入直流电流。
在隧道风机3需要制动时，即需要正反转状态切换时，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置开始工作，通过隔离变压器和整流模块，使在隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，周围产生磁场。另一方面，隧道风机的能耗制动装置开始工作时，也即隧道风机接收到反向转动的启动命令时，此时隧道风机便不再受到正向转动的命令的控制，但是隧道风机在正常转动到转速为0的过程中由于惯性会继续正向转动，根据法拉第电磁感应定律，由于惯性产生的继续转动会产生与直流电流产生的磁场方向相反的磁场，二者相抵，可以快速实现隧道风机的制动过程，快速将隧道风机的转速变为0，然后隧道风机的能耗制动装置停止工作，隧道风机根据接收到的反向转动的启动命令进行反向转动。
本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，相比于传统的能耗制动装置，通过隔离变压器和整流模块向隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，产生与隧道风机由于惯性继续正向转动而产生的磁场方向相反的磁场，可以有效降低约一半的制动时间，快速实现隧道风机的制动过程，制动效果显著，可有效避免因制动时间过长带来的问题。而且，通过在能耗制动装置中加入隔离变压器和整流模块，可取消传统能耗制动装置的能耗制动电阻，降低隧道风机的功耗和启动频率，有效降低了能耗制动装置本身的能耗。同时优化了设备安装空间，可减小隧道风机控制柜尺寸，减少耗材，降本节能。
另外，传统的能耗制动装置，需要设计大量的继电器、接触器等二次元器件，用以控制隧道风机正反转控制中的能耗制动过程，使得实现能耗制动控制的电路复杂，接线繁多，维护工作量大，出故障的概率增加。而本发明实施例中提供的能耗制动装置，采用的元器件简单，结构清晰，控制简便，可以实现模块化封装，接线和维护工作量小，出故障概率低，有效保障了隧道风机在关键时刻的状态切换、快速投入排烟模式运行，具有重要意义。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置具体可应用于地铁隧道内，用于地铁隧道风机的能耗制动控制，可以通过隔离变压器和整流模块快速实现隧道风机正反转切换过程的制动过程，降低约一半的制动时间，促使隧道风机快速执行和响应整个地铁区间防排烟模式、车站辅助排烟模式，防止车站大面积串烟，保障地铁车站旅客的生命财产安全、稳定车站紧急状态下的运输秩序。
如图2所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置还包括：第一类接触器5、第二类接触器6和智能控制单元(图2中未示出)。
隔离变压器1的一次侧通过第一类接触器5与隧道风机3的交流电源4连接，整流模块2的输出端通过第二类接触器6与隧道风机3连接。第一类接触器5和第二类接触器6均与智能控制单元电连接，智能控制单元用于控制第一类接触器5的闭合或断开，以及用于控制第二类接触器6的闭合或断开。
具体地，本发明实施例中分别在隔离变压器1的一次侧与交流电源4之间设置第一类接触器5，以及在整流模块2的输出端与隧道风机3之间设置第二类接触器6，可以通过智能控制单元实现隧道风机的能耗制动装置的自动控制。需要说明的是，本发明实施例中的隧道风机的能耗制动装置既可以单独采用一个智能控制单元实现控制，也可以与隧道风机共用同一个智能控制单元，即可以将用于控制隧道风机的运转状态的智能控制单元同时用于控制第一类接触器5和第二类接触器6，以实现对隧道风机的能耗制动装置的自动控制。智能控制单元控制隧道风机的运转状态时，通过控制第三类接触器的闭合或断开实现，当第三类接触器闭合时，隧道风机运转，当第三类接触器断开时，隧道风机停止运转。
在隧道风机3需要制动时，即需要正反转状态切换时，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置开始工作，由智能控制单元控制第一类接触器5和第二类接触器6均闭合，交流电源经隔离变压器1和整流模块2产生预设电压值的直流电，使在隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，周围产生磁场。另一方面，隧道风机的能耗制动装置开始工作时，也即隧道风机接收到反向转动的启动命令时，此时智能控制单元先控制第三类接触器断开，隧道风机便不再受到正向转动的命令的控制。隧道风机在正常的正向转动到转速为0的过程中由于惯性会继续正向转动，根据法拉第电磁感应定律，由于惯性产生的继续转动会产生与直流电流产生的磁场方向相反的磁场，二者相抵，可以快速实现隧道风机的自动制动过程，快速将隧道风机的转速变为0。然后智能控制单元控制第一类接触器5和第二类接触器6均断开，隧道风机的能耗制动装置停止工作。此时智能控制单元控制第三类接触器闭合，隧道风机根据接收到的反向转动的启动命令进行反向转动。
本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，可以通过设置的第一类接触器、第二类接触器以及智能控制单元实现隧道风机的能耗制动装置的自动控制。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，在所述隧道风机的正反转状态切换时，所述智能控制单元控制所述第一类接触器和所述第二类接触器均闭合；
在所述隧道风机的转速为0时，所述智能控制单元控制所述第一类接触器和所述第二类接触器均断开。
具体地，本发明实施例中在隧道风机的正反转状态切换时，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置开始工作，此时需要交流电源经隔离变压器1和整流模块2在隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，因此需要智能控制单元控制第一类接触器和第二类接触器均闭合，以使电路导通，使直流电路顺利注入隧道风机的定子绕组线圈中。而在隧道风机的转速为0时，隧道风机的能耗制动装置停止工作，此时需要停止向隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流，因此需要智能控制单元控制第一类接触器和第二类接触器均断开。
需要说明的是，一般情况下，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置在工作预设时间后，可以使隧道风机的转速降为0，因此智能控制单元控制第一类接触器和第二类接触器均断开的时机也可以是隧道风机的能耗制动装置开始工作达到预设时间后。
本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，通过设置智能控制单元控制第一类接触器和第二类接触器闭合或断开的时机，确定能耗制动装置的工作时间，实现对隧道风机的能耗制动的精确控制。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，所述预设时间具体为20s。
具体地，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，可以实现在工作20s左右的时间后将隧道风机由正常转动变为转速基本为0，可以使整个隧道风机的能耗制动过程缩短为约30s左右，比规范要求的时间降低了约一半。节省的这30s时间，将对整个地铁区间防排烟模式、车站辅助排烟模式的快速执行和响应，防止车站大面积串烟，保障地铁车站旅客的生命财产安全、稳定车站紧急状态下的运输秩序，起着非常关键的作用。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，所述智能控制单元具体包括：可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或软启动器。例如，可采用型号为ATS48的软启动器。
如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，整流模块2具体包括两个输入端和两个输出端；隔离变压器1的二次侧的两端分别与整流模块2的两个输入端连接，整流模块2的两个输出端与隧道风机3的三相接线端子中的任意两相接线端子连接。
具体地，本发明实施例中提供的整流模块共有4个端，其中两个输入端，两个输出端，其中两个输入端分别与隔离变压器1的二次侧的两端连接，用于接收隔离变压器1得到的交流电压值，整流模块的两个输出端与隧道风机3的三相接线端子中的任意两相接线端子连接，用于将预设电压值的直流电注入至隧道风机3的定子绕组线圈中，产生直流电流。由于从整流模块输出的是直流电，因此整流模块的输出端只需要与隧道风机3的三相接线端子中的任意两相接线端子连接即可。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，所述能耗制动装置中具体包括两个第二类接触器，所述整流模块的两个输出端分别通过两个第二类接触器中的一个第二类接触器与所述隧道风机的三相接线端子中的任意两相接线端子连接。
具体地，由于整流模块包括两个输出端，为保证对每个输出端进行实时同步控制，在整流模块的每个输出端构成的回路上均设置一个第二接触器，即整流模块的两个输出端分别通过两个第二类接触器中的一个第二类接触器与隧道风机的三相接线端子中的任意两相接线端子连接。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，所述隔离变压器的铁芯接地。
具体地，为保证隔离变压器的正常运行，需要使隔离变压器的铁芯接地，且保证铁芯上仅有一点接地。这是因为，若隔离变压器的铁芯没有接地，则铁芯对地的悬浮电压，会造成铁芯对地断续性击穿放电，铁芯一点接地后即可消除形成铁芯悬浮电位的可能。当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，并造成铁芯多点接地发热故障。变压器的铁芯接地故障会造成铁芯局部过热，严重时，铁芯局部温升增加，轻瓦斯动作，甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隧道风机的能耗制动装置，本发明实施例中所说的交流电源一般为工业电源，电压值具体为380V，而预设电压值的作用一般是为隧道风机提供直流电，进而产生磁场，因此可将预设电压值设置为35V，但并不限于此。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，包括：隔离变压器和整流模块；
所述隔离变压器的一次侧与隧道风机的交流电源连接，所述隔离变压器的二次侧与所述整流模块的输入端连接，所述整流模块的输出端与所述隧道风机连接；
其中，所述隔离变压器用于将所述交流电源的电压值变为预设电压值，所述整流模块用于将所述预设电压值的交流电变为直流电，所述直流电用于向所述隧道风机的定子绕组线圈中注入直流电流；
还包括：第一类接触器、第二类接触器和智能控制单元；
所述隔离变压器的一次侧通过所述第一类接触器与所述隧道风机的交流电源连接，所述整流模块的输出端通过所述第二类接触器与所述隧道风机连接；
所述第一类接触器和所述第二类接触器均与所述智能控制单元电连接，所述智能控制单元用于控制所述第一类接触器的闭合或断开，以及用于控制所述第二类接触器的闭合或断开；
在所述隧道风机的正反转状态切换时，所述智能控制单元控制所述第一类接触器和所述第二类接触器均闭合；
在达到预设时间后或所述隧道风机的转速为0时，所述智能控制单元控制所述第一类接触器和所述第二类接触器均断开；
所述智能控制单元通过控制第三类接触器的闭合或断开，控制所述隧道风机的运转状态，当所述第三类接触器闭合时，所述隧道风机运转，当所述第三类接触器断开时，所述隧道风机停止运转；
在所述隧道风机需要正反转状态切换时，所述智能控制单元控制所述第一类接触器和所述第二类接触器均闭合，所述交流电源经所述隔离变压器和所述整流模块产生所述预设电压值的直流电；同时，所述智能控制单元先控制所述第三类接触器断开，所述隧道风机的转速为0后，所述智能控制单元控制所述第一类接触器和所述第二类接触器均断开，控制所述第三类接触器闭合，所述隧道风机根据接收到的反向转动的启动命令进行反向转动。
2.根据权利要求1所述的隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，所述预设时间具体为20s。
3.根据权利要求1所述的隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，所述智能控制单元具体包括：可编程逻辑控制器PLC或软启动器。
4.根据权利要求1所述的隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，所述整流模块具体包括两个输入端和两个输出端；
所述隔离变压器的二次侧的两端分别与所述整流模块的两个输入端连接，所述整流模块的两个输出端与所述隧道风机的三相接线端子中的任意两相接线端子连接。
5.根据权利要求4所述的隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，所述能耗制动装置中具体包括两个第二类接触器，所述整流模块的两个输出端分别通过两个第二类接触器中的一个第二类接触器与所述隧道风机的三相接线端子中的任意两相接线端子连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，所述隔离变压器的铁芯接地。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道风机的能耗制动装置，其特征在于，所述交流电源的电压值具体为380V，所述预设电压值具体为35V。
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浅谈软启动器在高速公路隧道风机中的应用;陈捷统;;福建交通科技(01);全文 *

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