CN203267808U - 一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，包括电机运行主回路和辅助电池供电回路，其中：电机运行主回路包括永磁同步电机、主控制器、逆变器、充电电容、供电电网、主继电器和充电继电器，辅助电池供电回路包括汽车电池和第三继电器，它还包括制动充电回路，制动充电回路包括第四继电器，第四继电器一端连接在第三继电器的一端，第四继电器的另一端与主继电器的一侧连接，主控制器控制第四继电器的通断，使从逆变器回流到正输出端的制动电能通过第四继电器流回汽车电池，该结构简单、使用安全可靠，充分利用制动电能，符合绿色节能的社会需求。

Description

一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统

技术领域：

本实用新型涉及一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统。

背景技术：

如图1所示，现有的的永磁同步电机无轨电车控制系统，包括电机运行主回路、辅助电池供电回路和电阻释放回路，其中：

电机运行主回路包括永磁同步电机、主控制器、逆变器、充电电容、供电电网、主继电器（K2）和充电继电器（K1），充电电容两端分别连接供电电网和地（GND），主继电器（K2）连接在供电电网的输出端（A）和充电电容之间，在主继电器（K2）的两端并联连接充电继电器（K1），充电电容的一端形成供电电网正输出端（OUT+）,主控制器控制充电继电器（K1）和主继电器（K2）的通断并检测正输出端（OUT+）的电压高低；

辅助电池供电回路包括汽车电池和第三继电器（K3），汽车电池的正输出端（B）通过第三继电器（K3）连接在供电电网的输出端（A），第三继电器（K3）受主控制器控制;

电阻释放回路包括IGBT开关（Q7）、发热电阻（Rt）和释放继电器（Kt），发热电阻（Rt）和释放继电器（Kt）串联后一端与IGBT开关（Q7）的发射极连接，另一端接地（GND），IGBT开关（Q7）的集电极与正输出端（OUT+）连接，IGBT开关（Q7）的基极连接主控制器，IGBT开关（Q7）和释放继电器（Kt）受主控制器控制；

永磁同步电机制动时，主控制器控制主继电器（K2）和充电继电器（K1）断开，IGBT开关（Q7）打开，释放继电器（Kt）闭合，从逆变器回流到正输出端（OUT+）的制动电能通过IGBT开关（Q7）和发热电阻（Rt）以电热的方式消耗制动电能，永磁同步电机的制动电能没有得到充分利用，在以绿色节能为主题同时新能源技术快速发展的今天，这种通过电阻释放电能的方式显然是对资源的一种严重浪费。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，该结构简单、使用安全可靠，充分利用制动电能，符合绿色节能的社会需求。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，包括电机运行主回路和辅助电池供电回路，其中：

电机运行主回路包括永磁同步电机、主控制器、逆变器、充电电容、供电电网、主继电器和充电继电器，充电电容两端分别连接供电电网和地，主继电器连接在供电电网的输出端和充电电容之间，在主继电器的两端并联连接充电继电器，充电电容的一端形成供电电网正输出端，主控制器控制充电继电器和主继电器的通断并检测正输出端的电压高低;

辅助电池供电回路包括汽车电池和第三继电器，汽车电池的正输出端通过第三继电器连接在供电电网的输出端，第三继电器受主控制器控制;

制动充电回路包括第四继电器，主控制器控制第四继电器的通断，第四继电器一端连接在第三继电器的一端，第四继电器的另一端与主继电器的一侧连接。

上述所述的第四继电器一端连接在第三继电器的一端，第四继电器的另一端与正输出端连接，主控制器控制第四继电器的通断，永磁同步电机制动时，主控制器控制主继电器和充电继电器断开，第四继电器闭合，从逆变器回流到正输出端的制动电能通过第四继电器和第三继电器流回汽车电池。

上述所述的供电电网的输出端通过第五继电器与主继电器连接，第四继电器一端连接在第三继电器的一端，第四继电器的另一端连接在第五继电器和主继电器之间，永磁同步电机制动时，主控制器控制第五继电器断开，第四继电器闭合，从逆变器回流到正输出端的制动电能通过主继电器、第四继电器和第三继电器流回汽车电池。

上述所述的在正输出端和地之间连接电阻释放回路，所述的电阻释放回路包括IGBT开关、发热电阻和释放继电器，发热电阻和释放继电器串联后一端与IGBT开关的发射极连接，另一端接地，IGBT开关的集电极与正输出端连接，IGBT开关的基极连接主控制器，IGBT开关和释放继电器受主控制器控制，永磁同步电机制动时，主控制器检测汽车电池电压，从逆变器回流到正输出端的制动电能充满汽车电池时，主控制器控制第四继电器断开，释放继电器闭合，IGBT开关打开，制动电能通过电阻释放回路往外释放。

上述所述的充电继电器与第一电阻串联后一起并联在主继电器的两端。

上述所述的供电电网的输出端连接第一二极管的正接线端，第一二极管的负接线端通过限流保护闸与主继电器连接，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，在第三继电器与第四继电器之间连接第二二极管的正接线端，第二二极管的负接线端连接在第一二极管与限流保护闸之间。

上述所述的供电电网的输出端连接第一二极管的正接线端，第一二极管的负接线端与第五继电器连接，第五继电器通过限流保护闸与主继电器连接，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，在第三继电器与第四继电器之间连接第二二极管的正接线端，第二二极管的负接线端连接在第五继电器与限流保护闸之间。

上述所述的主控制器包括接口卡、主控单元及IGBT驱动和旋转变压器，旋转变压器检测永磁同步电机的电机转子位置信息并将该信号送到主控单元及IGBT驱动处理，逆变器包括多组IGBT开关。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：1）充电电容两端分别连接供电电网和地，主继电器连接在供电电网的输出端和充电电容之间，在主继电器的两端并联连接充电继电器，汽车电池的正输出端通过第三继电器连接在供电电网的输出端，第四继电器一端连接在第三继电器的一端，第四继电器的另一端与主继电器的一侧连接，永磁同步电机制动时，主控制器控制第四继电器的通断，使从逆变器回流到正输出端的制动电能通过第四继电器流回汽车电池，该结构简单、使用安全可靠，充分利用制动电能，符合绿色节能的社会需求;2）在正输出端和地之间连接电阻释放回路，所述的电阻释放回路包括IGBT开关、发热电阻和释放继电器，永磁同步电机制动时，主控制器检测汽车电池电压，从逆变器回流到正输出端的制动电能充满汽车电池时，主控制器控制第四继电器断开，释放继电器闭合，IGBT开关打开，制动电能通过电阻释放回路往外释放，避免当汽车电池满电时继续向其充电，以免损坏汽车电池；3）供电电网的输出端连接第一二极管的正接线端，第一二极管的负接线端通过限流保护闸与主继电器连接，在第三继电器与第四继电器之间连接第二二极管的正接线端，第二二极管的负接线端连接在第一二极管与限流保护闸之间，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，有效保护永磁同步电机无轨电车控制系统，避免永磁同步电机无轨电车控制系统因电流过大损坏，提高永磁同步电机无轨电车控制系统的可靠和安全性，永磁同步电机制动时，第一二极管可以避免从逆变器回流到正输出端的制动电能对供电电网进行冲击，第二二极管可以避免供电电网对汽车电池进行冲击，有效提高永磁同步电机无轨电车控制系统的可靠性和安全性；4）供电电网的输出端连接第一二极管的正接线端，第一二极管的负接线端与第五继电器连接，第五继电器通过限流保护闸与主继电器连接，在第三继电器与第四继电器之间连接第二二极管的正接线端，第二二极管的负接线端连接在第五继电器与限流保护闸之间，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，有效保护永磁同步电机无轨电车控制系统，避免永磁同步电机无轨电车控制系统因电流过大损坏，提高永磁同步电机无轨电车控制系统的可靠和安全性。

附图说明：

图1 是现有永磁同步电机无轨电车控制系统的电路图。

图2 是本实用新型实施例一的电路图。

图3 是本实用新型实施例二的电路图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：如图2所示，本实用新型是一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，包括电机运行主回路和辅助电池供电回路，电机运行主回路包括永磁同步电机、主控制器、逆变器、充电电容、供电电网、主继电器K2和充电继电器K1，充电电容两端分别连接供电电网和地GND，主继电器K2连接在供电电网的输出端A和充电电容之间，在主继电器K2的两端并联连接充电继电器K1，充电电容的一端形成供电电网正输出端OUT+，主控制器控制充电继电器K1和主继电器K2的通断并检测正输出端OUT+的电压高低，在正输出端OUT+和地GND之间连接逆变器，启动前，主控制器控制充电继电器K1闭合为充电电容充电，当充电电容正输出端OUT+达到额定值后，主控制器控制充电继电器K1断开，主继电器K2闭合，供电电网为逆变器、永磁同步电机供电，主控制器检测永磁同步电机的运行信号并向逆变器输出控制信号，逆变器驱动永磁同步电机运行；

辅助电池供电回路包括汽车电池和第三继电器K3，汽车电池的正输出端B通过第三继电器K3连接在供电电网的输出端A，第三继电器K3受主控制器控制，当供电电网断电时，主控制器检测正输出端OUT+的电压低于预定值，主控制器控制第三继电器K3闭合，使汽车电池为逆变器、永磁同步电机供电；

制动充电回路包括第四继电器K4，主控制器控制第四继电器K4的通断，第四继电器K4一端连接在第三继电器K3的一端C，第四继电器K4的另一端与主继电器K2的一侧连接。

第四继电器K4一端连接在第三继电器K3的一端C，第四继电器K4的另一端与正输出端OUT+连接，主控制器控制第四继电器K4的通断，永磁同步电机制动时，主控制器控制主继电器K2和充电继电器K1断开，第四继电器K4闭合，从逆变器回流到正输出端OUT+的制动电能通过第四继电器K4和第三继电器K3流回汽车电池。

在正输出端OUT+和地GND之间连接电阻释放回路，所述的电阻释放回路包括IGBT开关Q7、发热电阻Rt和释放继电器Kt，发热电阻Rt和释放继电器Kt串联后一端与IGBT开关Q7的发射极连接，另一端接地GND，IGBT开关Q7的集电极与正输出端OUT+连接，IGBT开关Q7的基极连接主控制器，IGBT开关Q7和释放继电器Kt受主控制器控制，永磁同步电机制动时，主控制器检测汽车电池电压，从逆变器回流到正输出端OUT+的制动电能充满汽车电池时，主控制器控制第四继电器K4断开，释放继电器Kt闭合，IGBT开关Q7打开，制动电能通过电阻释放回路往外释放。

充电继电器K1与第一电阻R1串联后一起并联在主继电器K2的两端。

在供电电网的输出端A连接第一二极管D1的正接线端，第一二极管D1的负接线端通过限流保护闸与主继电器K2连接，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，在第三继电器K3与第四继电器K4之间连接第二二极管D2的正接线端，第二二极管D2的负接线端连接在第一二极管D1与限流保护闸之间。

主控制器包括接口卡、主控单元及IGBT驱动和旋转变压器X，旋转变压器X检测永磁同步电机的电机转子位置信息并将该信号送到主控单元及IGBT驱动处理，逆变器包括多组IGBT开关。

充电电容包括第一电容C1和第二电容C2。

踩下制动踏板后释放继电器Kt闭合。

充电继电器K1、主继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K4都受主控制器控制。

本实用新型的原理是：在电机运行主回路和辅助电池供电回路的基础上增加制动充电回路，制动充电回路包括第四继电器K4，第四继电器K4一端连接在第三继电器K3的一端C，第四继电器K4的另一端与正输出端OUT+连接，永磁同步电机制动时，主控制器控制主继电器K2和充电继电器K1断开，第四继电器K4闭合，从逆变器回流到正输出端OUT+的制动电能通过第四继电器K4和第三继电器K3流回汽车电池，该结构简单、使用安全可靠，充分利用制动电能，符合绿色节能的社会需求。

实施例二：如图3所示，本实用新型是一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，包括电机运行主回路和辅助电池供电回路，电机运行主回路包括永磁同步电机、主控制器、逆变器、充电电容、供电电网、主继电器K2和充电继电器K1，充电电容两端分别连接供电电网和地GND，主继电器K2连接在供电电网的输出端A和充电电容之间，在主继电器K2的两端并联连接充电继电器K1，充电电容的一端形成供电电网正输出端OUT+，主控制器控制充电继电器K1和主继电器K2的通断并检测正输出端OUT+的电压高低，在正输出端OUT+和地GND之间连接逆变器，启动前，主控制器控制充电继电器K1闭合为充电电容充电，当充电电容正输出端OUT+达到额定值后，主控制器控制充电继电器K1断开，主继电器K2闭合，供电电网为逆变器、永磁同步电机供电，主控制器检测永磁同步电机的运行信号并向逆变器输出控制信号，逆变器驱动永磁同步电机运行；

辅助电池供电回路包括汽车电池和第三继电器K3，汽车电池的正输出端B通过第三继电器K3连接在供电电网的输出端A，第三继电器K3受主控制器控制，当供电电网断电时，主控制器检测正输出端OUT+的电压低于预定值，主控制器控制第三继电器K3闭合，使汽车电池为逆变器、永磁同步电机供电；

制动充电回路包括第四继电器K4，主控制器控制第四继电器K4的通断，第四继电器K4一端连接在第三继电器K3的一端C，第四继电器K4的另一端与主继电器K2的一侧连接。

供电电网的输出端A通过第五继电器K5与主继电器K2连接，第四继电器K4一端连接在第三继电器K3的一端C，第四继电器K4的另一端连接在第五继电器K5和主继电器K2之间，永磁同步电机制动时，主控制器控制第五继电器K5断开，第四继电器K4闭合，从逆变器回流到正输出端OUT+的制动电能通过主继电器K2、第四继电器K4和第三继电器K3流回汽车电池。

在正输出端OUT+和地GND之间连接电阻释放回路，所述的电阻释放回路包括IGBT开关Q7、发热电阻Rt和释放继电器Kt，发热电阻Rt和释放继电器Kt串联后一端与IGBT开关Q7的发射极连接，另一端接地GND，IGBT开关Q7的集电极与正输出端OUT+连接，IGBT开关Q7的基极连接主控制器，IGBT开关Q7和释放继电器Kt受主控制器控制，永磁同步电机制动时，主控制器检测汽车电池电压，从逆变器回流到正输出端OUT+的制动电能充满汽车电池时，主控制器控制第四继电器K4断开，释放继电器Kt闭合，IGBT开关Q7打开，制动电能通过电阻释放回路往外释放。

充电继电器K1与第一电阻R1串联后一起并联在主继电器K2的两端。

在供电电网的输出端A连接第一二极管D1的正接线端，第一二极管D1的负接线端与第五继电器K5连接，第五继电器K5通过限流保护闸与主继电器K2连接，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，在第三继电器K3与第四继电器K4之间连接第二二极管D2的正接线端，第二二极管D2的负接线端连接在第五继电器K5与限流保护闸之间。

主控制器包括接口卡、主控单元及IGBT驱动和旋转变压器X，旋转变压器X检测永磁同步电机的电机转子位置信息并将该信号送到主控单元及IGBT驱动处理，逆变器包括多组IGBT开关。

充电电容包括第一电容C1和第二电容C2。

踩下制动踏板后释放继电器Kt闭合。

充电继电器K1、主继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K4都受主控制器控制。

本实用新型的原理是：在电机运行主回路和辅助电池供电回路的基础上增加制动充电回路，制动充电回路包括第四继电器K4，供电电网的输出端A通过第五继电器K5与主继电器K2连接，第四继电器K4一端连接在第三继电器K3的一端C，第四继电器K4的另一端连接在第五继电器K5和主继电器K2之间，永磁同步电机制动时，主控制器控制第五继电器K5断开，第四继电器K4闭合，从逆变器回流到正输出端OUT+的制动电能通过主继电器K2、第四继电器K4和第三继电器K3流回汽车电池，该结构简单、使用安全可靠，充分利用制动电能，符合绿色节能的社会需求。

Claims (8)

1.一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，包括电机运行主回路和辅助电池供电回路，其中：

电机运行主回路包括永磁同步电机、主控制器、逆变器、充电电容、供电电网、主继电器（K2）和充电继电器（K1），充电电容两端分别连接供电电网和地（GND），主继电器（K2）连接在供电电网的输出端（A）和充电电容之间，在主继电器（K2）的两端并联连接充电继电器（K1），充电电容的一端形成供电电网正输出端（OUT+），主控制器控制充电继电器（K1）和主继电器（K2）的通断并检测正输出端（OUT+）的电压高低;

辅助电池供电回路包括汽车电池和第三继电器（K3），汽车电池的正输出端（B）通过第三继电器（K3）连接在供电电网的输出端（A），第三继电器（K3）受主控制器控制;

其特征在于：它还包括制动充电回路，制动充电回路包括第四继电器（K4），主控制器控制第四继电器（K4）的通断，第四继电器（K4）一端连接在第三继电器（K3）的一端（C），第四继电器（K4）的另一端与主继电器（K2）的一侧连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：第四继电器（K4）一端连接在第三继电器（K3）的一端（C），第四继电器（K4）的另一端与正输出端（OUT+）连接，主控制器控制第四继电器（K4）的通断，永磁同步电机制动时，主控制器控制主继电器（K2）和充电继电器（K1）断开，第四继电器（K4）闭合，从逆变器回流到正输出端（OUT+）的制动电能通过第四继电器（K4）和第三继电器（K3）流回汽车电池。

3.根据权利要求1所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：供电电网的输出端（A）通过第五继电器（K5）与主继电器（K2）连接，第四继电器（K4）一端连接在第三继电器（K3）的一端（C），第四继电器（K4）的另一端连接在第五继电器（K5）和主继电器（K2）之间，永磁同步电机制动时，主控制器控制第五继电器（K5）断开，第四继电器（K4）闭合，从逆变器回流到正输出端（OUT+）的制动电能通过主继电器（K2）、第四继电器（K4）和第三继电器（K3）流回汽车电池。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：在正输出端（OUT+）和地（GND）之间连接电阻释放回路，所述的电阻释放回路包括IGBT开关（Q7）、发热电阻（Rt）和释放继电器（Kt），发热电阻（Rt）和释放继电器（Kt）串联后一端与IGBT开关（Q7）的发射极连接，另一端接地（GND），IGBT开关（Q7）的集电极与正输出端（OUT+）连接，IGBT开关（Q7）的基极连接主控制器，IGBT开关（Q7）和释放继电器（Kt）受主控制器控制，永磁同步电机制动时，主控制器检测汽车电池电压，从逆变器回流到正输出端（OUT+）的制动电能充满汽车电池时，主控制器控制第四继电器（K4）断开，释放继电器（Kt）闭合，IGBT开关（Q7）打开，制动电能通过电阻释放回路往外释放。

5.根据权利要求4所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：充电继电器（K1）与第一电阻（R1）串联后一起并联在主继电器（K2）的两端。

6.根据权利要求2所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：在供电电网的输出端（A）连接第一二极管（D1）的正接线端，第一二极管（D1）的负接线端通过限流保护闸与主继电器（K2）连接，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，在第三继电器（K3）与第四继电器（K4）之间连接第二二极管（D2）的正接线端，第二二极管（D2）的负接线端连接在第一二极管（D1）与限流保护闸之间。

7.根据权利要求3所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：在供电电网的输出端（A）连接第一二极管（D1）的正接线端，第一二极管（D1）的负接线端与第五继电器（K5）连接，第五继电器（K5）通过限流保护闸与主继电器（K2）连接，当供电电网电流超过额定值，限流保护闸将会延时断开，在第三继电器（K3）与第四继电器（K4）之间连接第二二极管（D2）的正接线端，第二二极管（D2）的负接线端连接在第五继电器（K5）与限流保护闸之间。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种带有能量回馈功能的永磁同步电机无轨电车控制系统，其特征在于：所述的主控制器包括接口卡、主控单元及IGBT驱动和旋转变压器，旋转变压器检测永磁同步电机的电机转子位置信息并将该信号送到主控单元及IGBT驱动处理，逆变器包括多组IGBT开关。

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