本实用新型涉及有轨电车领域，更具体地说，涉及一种有轨电车电气制动系统。
背景技术：
随着城市规模越来越大，城市人口也不断增长，城市公共交通系统迅速发展。有轨电车系统作为城市轨道交通小运量系统的典型代表，在人们的日常生活出行中起着非常重要的作用。由于有轨电车具有运力大、运行和建设成本低、对环境无污染、快捷、舒适的特点，非常适用于规模相对较小的城市。
目前有轨电车普遍采用可控硅脉冲调速控制系统(直流斩波调速)，利用可控硅的开关作用，来控制直流牵引电机。但直流电机结构复杂，制造、维护、维修成本高。近年来由于交流传动系统的广泛开发及应用，并以其在牵引、制动、系统可靠性、维修成本、人机友好性等方面的优势成为主流。此外，在有轨电车中，制动系统性能的好坏，关系到车辆综合技术水平和运行品质能否提高，更为重要的是它涉及到有轨电车的行车安全。
由于有轨电车平均站点短，路况复杂，司机根据行驶环境会频繁地刹车制动。当列车刹车制动时，要求牵引系统尽可能通过再生制动获得最大的制动力，从而减小制动距离。在上述制动过程中，逆变器产生的电能加载到直流母线，并将部分能量回馈到网侧，从而使直流母线的电压变化不会迅速增加，但直流母线允许变化的范围较小。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述有轨电车制动距离较长的问题，提供一种有轨电车电气制动系统。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种有轨电车电气制动系统，包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器及用于控制逆变器输出制动力矩的逆变控制单元，所述电气制动系统还包括前端控制单元、过压控制单元及电压检测单元；所述直流母线经由第一开关单元连接供电电源，且所述前端控制单元的输出端连接第一开关单元的控制端；所述直流母线的正直流母线与负直流母线之间串接有第二开关单元和制动电阻，且所述过压控制单元的输出端连接第二开关单元的控制端；所述电压检测单元连接到直流母线，且该电压检测单元的输出端连接到过压控制单元的输入端。
在本实用新型所述的有轨电车电气制动系统中，所述第一开关单元包括第一IGBT元件，且所述第一IGBT元件的两端分别连接正直流母线和供电电源的正极；所述前端控制单元的第一输出引脚连接第一IGBT元件的控制端，且该前端控制单元在接收到制动信号时通过第一输出引脚输出使第一IGBT元件断开的电平。
在本实用新型所述的有轨电车电气制动系统中，所述第一开关单元包括第二IGBT元件，所述第二IGBT元件的两端分别连接供电电源的正极和负直流母线；所述前端控制单元的第二输出引脚连接第二IGBT元件的控制端，且该前端控制单元始终通过第二输出引脚输出使第二IGBT元件断开的电平。
在本实用新型所述的有轨电车电气制动系统中，所述第二开关单元包括第三IGBT元件，且该第三IGBT元件和制动电阻串联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述过压控制单元的第一输出引脚连接第三IGBT元件的控制端；所述电压检测单元的输出端连接到过压控制单元的输入引脚，并在直流母线电压超过设定值时输出特征电平，所述过压控制单元在输入引脚接收到特征电平时通过第一输出引脚输出使第三IGBT元件导通的电平。
在本实用新型所述的有轨电车电气制动系统中，所述第二开关单元包括第四IGBT元件，所述第三IGBT元件和第四IGBT元件串联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述过压控制单元的第二输出引脚连接第四IGBT元件的控制端，且该过压控制单元始终通过第二输出引脚输出使第四IGBT元件断开的电平。
本实用新型还提供一种有轨电车电气制动系统，包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器及用于控制逆变器输出制动力矩的逆变控制单元，所述电气制动系统还包括电压检测单元；所述直流母线经由第一开关单元连接供电电源，所述直流母线的正直流母线与负直流母线之间串接有第二开关单元和制动电阻；所述逆变控制单元的输出端连接第一开关单元和第二开关单元的控制端；所述电压检测单元连接到直流母线，且该电压检测单元的输出端连接到逆变控制单元的输入端。
在本实用新型所述的有轨电车电气制动系统中，所述第一开关单元包括第一IGBT元件和第二IGBT元件，所述第二开关单元包括第三IGBT元件和第四IGBT元件；所述第一IGBT元件的两端分别连接正直流母线和供电电源的正极，所述第二IGBT元件的两端分别连接供电电源的正极和负直流母线，所述第三IGBT元件和第四IGBT元件串联连接在正直流母线和负直流母线之间，所述制动电阻的一端连接到第三IGBT元件和第四IGBT元件的中点且该制动电阻的另一端连接到负直流母线；所述逆变控制单元的第一输出引脚连接第一IGBT元件的控制端、第二输出引脚连接第二IGBT元件的控制端、第三输出引脚连接第三IGBT元件的控制端、第四输出引脚连接第四GBT元件的控制端；所述逆变控制单元分别通过第二输出引脚和第四输出引脚输出使第二IGBT元件和第四IGBT元件断开的电平，且该逆变控制单元在接收到制动信号时通过第一输出引脚输出使第一IGBT元件断开的电平；所述电压检测单元的输出端连接到逆变控制单元的输入引脚并在直流母线电压超过设定值时输出特征电平，所述逆变控制单元在输入引脚接收到特征电平时通过第三输出引脚输出使第三IGBT元件导通的电平。
本实用新型还提供一种有轨电车电气制动系统，包括直流母线、连接到所述直流母线的逆变器及用于控制逆变器输出制动力矩的逆变控制单元，所述电气制动系统还包括过压控制单元和电压检测单元；所述直流母线经由第一开关单元连接供电电源，所述直流母线的正直流母线与负直流母线之间串接有第二开关单元和制动电阻；所述逆变控制单元的输出端连接第一开关单元的控制端，所述过压控制单元的输出端连接第二开关单元的控制端；所述电压检测单元连接到直流母线，且该电压检测单元的输出端连接到过压控制单元的输入端。
在本实用新型所述的有轨电车电气制动系统中，所述第一开关单元包括第一IGBT元件和第二IGBT元件，所述第二开关单元包括第三IGBT元件和第四IGBT元件；所述第一IGBT元件的两端分别连接正直流母线和供电电源的正极，所述第二IGBT元件的两端分别连接供电电源的正极和负直流母线，所述第三IGBT元件和第四IGBT元件串联连接在正直流母线和负直流母线之间，所述制动电阻的一端连接到第三IGBT元件和第四IGBT元件的中点且该制动电阻的另一端连接到负直流母线；所述逆变控制单元的第一输出引脚连接第一IGBT元件的控制端、第二输出引脚连接第二IGBT元件的控制端；所述过压控制单元的第一输出引脚连接第三IGBT元件的控制端、第二输出引脚连接第四GBT元件的控制端；所述逆变控制单元通过第二输出引脚输出使第二IGBT元件断开的电平，且该逆变控制单元在接收到制动信号时通过第一输出引脚输出使第一IGBT元件断开的电平；所述过压控制单元通过第二输出引脚输出使第四IGBT元件断开的电平，所述电压检测单元的输出端连接到过压控制单元的输入引脚并在直流母线电压超过设定值时输出特征电平，所述过压控制单元在输入引脚接收到特征电平时通过第一输出引脚输出使第三IGBT元件导通的电平。
本实用新型的有轨电车电气制动系统具有以下有益效果：通过在直流母线前端增加第一开关单元，从而可在逆变器输出制动力矩时断开与供电电源的连接，使得直流母线电压抬高以增大逆变器的制动力矩。
附图说明
图1是本实用新型有轨电车电气制动系统实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，是本实用新型有轨电车电气制动系统实施例的示意图，其可结合有轨电车的驱动系统，实现电气制动。本实施例中的有轨电车制动系统包括直流母线、逆变器13、逆变控制单元16、前端控制单元14、过压控制单元15及电压检测单元；其中直流母线经由第一开关单元11连接供电电源并由供电电源供电，该供电电源的网侧电压为Ut；逆变器13连接到直流母线，且该逆变器13在逆变控制单元16控制下向电机输出驱动力矩或制动力矩，以驱动电机运行或使电机停转；直流母线的正直流母线与负直流母线之间串接有第二开关单元12和制动电阻R，电压检测单元的输入端连接到直流母线以检测直流母线电压，且该电压检测单元的输出端连接到过压控制单元15的输入端。上述的前端控制单元14、过压控制单元15和逆变控制单元16具体可采用独立芯片或具有相同功能的电路。
上述前端控制单元14的输出端连接第一开关单元11的控制端，从而该前端控制单元14在接收到制动信号时使第一开关元件11断开，同时逆变控制单元16向逆变器13输出控制信号使逆变器13向电机输出制动力矩。由于此时第一开关单元11断开，逆变器13制动产生的电压无法反馈到网侧的供电电源，因此直流母线的电压抬高，并使得逆变器13可输出更大的制动力矩，以便缩小有轨电车的制动距离。过压控制单元15的输出端连接第二开关单元12的控制端，在电压检测单元测得直流母线的电压超过设定阈值时，过压控制单元15控制第二开关单元12导通，从而将制动电阻R接入到正直流母线和负直流母线之间，消耗多余能量，将直流母线电压稳定控制在安全合理的范围内。
特别地，上述第一开关单元11包括第一IGBT元件a1，且第一IGBT元件a1的两端分别连接正直流母线和供电电源的正极；该前端控制单元14的第一输出引脚连接第一IGBT元件a1的控制端，且该前端控制单元在接收到制动信号时通过第一输出引脚输出使第一IGBT元件a1断开的电平。该第一开关单元11还可包括第二IGBT元件a2，该第二IGBT元件a2的两端分别连接供电电源的正极和负直流母线；前端控制单元14的第二输出引脚连接第二IGBT元件a2的控制端，且该前端控制单元14始终通过第二输出引脚输出使第二IGBT元件a2断开的电平。
上述第二开关单元12包括第三IGBT元件a3，且该第三IGBT元件a3和制动电阻R串联连接在正直流母线和负直流母线之间；过压控制单元15的第一输出引脚连接第三IGBT元件a3的控制端；电压检测单元的输出端连接到过压控制单元15的输入引脚，并在直流母线电压超过设定值时输出特征电平，过压控制单元15在输入引脚接收到特征电平时通过第一输出引脚输出使第三IGBT元件a3导通的电平(斩波信号)。第二开关单元12还可包括第四IGBT元件a4，第三IGBT元件a3和第四IGBT元件a4串联连接在正直流母线和负直流母线之间；过压控制单元15的第二输出引脚连接第四IGBT元件a4的控制端，且该过压控制单元15始终通过第二输出引脚输出使第四IGBT元件a4断开的电平。
为节省元件，还可将上述前端控制单元和过压控制单元集成到逆变控制单元，此时有轨电车电气制动系统包括直流母线、逆变器、逆变控制单元以及电压检测单元。直流母线经由第一开关单元连接供电电源，直流母线的正直流母线与负直流母线之间串接有第二开关单元和制动电阻；逆变控制单元的输出端连接第一开关单元和第二开关单元的控制端；电压检测单元连接到直流母线，且该电压检测单元的输出端连接到逆变控制单元的输入端。
特别地，上述第一开关单元包括第一IGBT元件和第二IGBT元件，第二开关单元包括第三IGBT元件和第四IGBT元件；第一IGBT元件的两端分别连接正直流母线和供电电源的正极，第二IGBT元件的两端分别连接供电电源的正极和负直流母线，第三IGBT元件和第四IGBT元件串联连接在正直流母线和负直流母线之间，制动电阻的一端连接到第三IGBT元件和第四IGBT元件的中点且该制动电阻的另一端连接到负直流母线；逆变控制单元的第一输出引脚连接第一IGBT元件的控制端、第二输出引脚连接第二IGBT元件的控制端、第三输出引脚连接第三IGBT元件的控制端、第四输出引脚连接第四GBT元件的控制端；逆变控制单元分别通过第二输出引脚和第四输出引脚输出使第二IGBT元件和第四IGBT元件断开的电平，且该逆变控制单元在接收到制动信号时通过第一输出引脚输出使第一IGBT元件断开的电平；电压检测单元的输出端连接到逆变控制单元的输入引脚并在直流母线电压超过设定值时输出特征电平，逆变控制单元在输入引脚接收到特征电平时通过第三输出引脚输出使第三IGBT元件导通的电平。
此外，还可将上述前端控制单元集成到逆变控制单元，而过压控制单元则保留，此时有轨电车电气制动系统包括直流母线、逆变器、逆变控制单元、过压控制单元和电压检测单元；直流母线经由第一开关单元连接供电电源，直流母线的正直流母线与负直流母线之间串接有第二开关单元和制动电阻；逆变控制单元的输出端连接第一开关单元的控制端，过压控制单元的输出端连接第二开关单元的控制端；电压检测单元连接到直流母线，且该电压检测单元的输出端连接到过压控制单元的输入端。
特别地，上述第一开关单元包括第一IGBT元件和第二IGBT元件，第二开关单元包括第三IGBT元件和第四IGBT元件；第一IGBT元件的两端分别连接正直流母线和供电电源的正极，第二IGBT元件的两端分别连接供电电源的正极和负直流母线，第三IGBT元件和第四IGBT元件串联连接在正直流母线和负直流母线之间，制动电阻的一端连接到第三IGBT元件和第四IGBT元件的中点且该制动电阻的另一端连接到负直流母线；逆变控制单元的第一输出引脚连接第一IGBT元件的控制端、第二输出引脚连接第二IGBT元件的控制端；过压控制单元的第一输出引脚连接第三IGBT元件的控制端、第二输出引脚连接第四GBT元件的控制端；逆变控制单元通过第二输出引脚输出使第二IGBT元件断开的电平，且该逆变控制单元在接收到制动信号时通过第一输出引脚输出使第一IGBT元件断开的电平；过压控制单元通过第二输出引脚输出使第四IGBT元件断开的电平，电压检测单元的输出端连接到过压控制单元的输入引脚并在直流母线电压超过设定值时输出特征电平，过压控制单元在输入引脚接收到特征电平时通过第一输出引脚输出使第三IGBT元件导通的电平。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。