专利名称:一种新型轨道机车制动能量回收控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型轨道机车制动能量回收控制器，所述控制器包括电流互感器及电压互感器、单片机模块，该单片机模块接收上述互感器信号，转换后对信号进行处理和判断并输出控制信号，控制DC/DC变换器控制模块实现对轨道机车供电电网能量吸收或释放，并监视与判断超级电容器组状态。本实用新型所述控制器能够完成对电压、电流等检测信号的采集与预处理，检测得到的电压电流信号送入单片机，由单片机对信号进行滤波、防脉冲干扰等预处理，得到控制系统所需的用于控制策略的输入信号；再由单片机对预处理后的输入信号进行分析判断，决定能量回收系统的工作模式，输出控制信号实现能量回收与释放。
【专利说明】一种新型轨道机车制动能量回收控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及轨道机车制动能量回收控制领域，具体是指一种用于信号预处理的新型轨道机车制动能量回收控制器。
【背景技术】
[0002]城市轨道交通具有安全、快捷、准时、方便的特点。地铁、轻轨已成为大都市居民出行的首选方式，但是地铁、轻轨的站距相对于城市之间运营的火车来说显得较短，一般只有IKm左右，且地铁、轻轨的行车速度快、乘客上下数量波动大、发车频率高，因此，对车辆启动、加速和制动都有很高的要求。特别是对制动，出于安全的考虑，必须做到万无一失。
[0003]在现代轨道机车制动能量回收控制领域当中，主要体现在可靠性、抗电磁干扰能力与电气隔离方面，控制系统主要控制对象为大功率DC/DC变换器，在DC/DC变换器中开关元件开通与关断的大电流变化会产生很大的电磁干扰，必须采取相应措施屏蔽干扰，保障系统正常工作。另一方面，供电触网检测对象为1500V直流量，而超级电容器组作为能量存储系统，也具有较高的工作电压，二者之间需采取一定措施进行电气隔离，才能更好地完善其控制功能。
【发明内容】
[0004]本实用新型需解决的问题是提供一种能够对轨道机车制动能量回收控制系统信号进行有效滤波、防脉冲干扰等预处理，得到用于控制策略的输入信号，且能够隔离接触电网与能量存储系统的新型轨道机车制动能量回收控制器。
[0005]为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是:一种新型轨道机车制动能量回收控制器，包括:电流互感器及电压互感器，通过供电触网与轨道机车供电电网连接，用于感应轨道机车供电电网电流、电压信号并将其传输给单片机模块；单片机模块，接收电流互感器及电压互感器信号，进行A/D转换并对转换后的信号进行处理和判断以输出控制信号；DC/DC变换器控制模块，与轨道机车供电电网连接，根据单片机输出信号实现对轨道机车供电电网能量的吸收或释放；系统通信模块，采用CAN总线方式实现单片机与总控制系统之间的通信。
[0006]具体的，所述控制器还包括信号处理电路，其与单片机模块连接，将电流互感器及电压互感器感应到的电压、电流信号转换成单片机可接受的信号传输给单片机。
[0007]具体的，所述单片机模块中采用MSP430F449单片机。
[0008]具体的，所述系统通信模块采用CAN控制器接口电路，该电路由CAN通信控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250组成，同时为了系统的可靠性和抗干扰能力，在它们之间增加了光耦合电路。
[0009]具体的，所述DC/DC变换器模块采用多通道交错并联的Buck/Boost变换器。
[0010]与现有技术相比，本实用新型所述控制器能够完成对电压、电流等检测信号的采集与预处理，检测得到的电压电流信号送入单片机，由单片机对信号进行滤波、防脉冲干扰等预处理，得到控制系统所需的用于控制策略的输入信号；再由单片机对预处理后的输入信号进行分析判断，决定能量回收系统的工作模式，输出控制信号实现能量回收与释放。同时，该控制器还能有效隔离作为储能器件的超级电容器组与检测供电触网，保证能量回收控制系统的稳定工作。
【附图说明】
[0011]图1本实用新型所述控制器组成原理示意框图；
[0012]图2所述DC/DC变换器控制模块组成结构示意框图；
[0013]图3所述系统通信模块组成结构框图。
[0014]【具体实施方式】:
[0015]下面结合附图及具体实施例对本实用新型的结构和工作原理作详细的描述。
[0016]如图1，本实用新型所采用的新型轨道机车制动能量回收控制器包括用于感应轨道机车供电电网电流、电压信号的电流互感器及电压互感器，接收电流互感器及电压互感器信号，进行A/D转换并对转换后的信号进行处理和判断输出控制信号的单片机模块，根据单片机输出信号实现对轨道机车供电电网能量吸收或释放并监视与判断超级电容器组状态的DC/DC变换器控制模块，实现单片机与总控制系统之间的通信的系统通信模块。
[0017]整个轨道机车制动能量回收系统包括了电流、电压互感器、DC/DC变换控制模块、(超级电容器组)储能电路、系统通信模块、单片机模块以及用电设备等组成。
[0018]当轨道机车在制动时，将所有的牵引电机由电动机工况转变为发电机工况，此时斩波器GTO导通，制动电流流过各个电机电枢、励磁线圈、平波电抗器和制动电阻，使电机建立起电枢电势，从而使平波电抗器也建立起感应电感势，该电动势通过转换电路和受电器将电能反馈给供电触网，提供给本车辅助电源或同一电网中相邻运行的列车使用，如果触网电压太高，不能反馈电能，表明在同一电网中暂时无相邻列车运行。则由本实用新型所述回收控制器控制，实现电能的转换与存储。具体是由所述的单片机模块控制DC/DC变换器控制模块，DC/DC电路工作，将不能反馈的电能转换后为超级电容器组充电，将能量储存起来。当列车速度降到很低时，动力制动作用迅速减弱，不能为超级电容器组充电时，则在斩波器GTO的控制下，控制其导通角，将能量释放在制动电阻器箱中。
[0019]如图2，所述DC/DC变换器控制模块采用多通道交错并联的Buck/Boost变换器，其既具有升压功能，也具有降压功能。DC/DC变换器控制模块还负责监视与判断超级电容器组状态。
[0020]所述单片机模块可实现的功能包括数字信号预处理、信号判断、总线通信。输入输出信号处理由单片机通过软件来实现，信号判断的基本内容为:通过电压、电流互感器检测到变电站电网电压上升，无电流流出，且超级电容器组在没有充满电时，通过一系列控制利用DC/DC变换器控制模块的升压功能吸收电能；检测到变电站电网电压降低，有电流流出，且超级电容器组存有电能时，通过一系列控制利用DC/DC变换器控制模块的降压功能释放能量。另外超级电容器组存有电能也可以直接供给外界用电设备使用。
[0021]见图3，单片机模块中可采用低电压、超低功耗、处理能力强大的MSP430F449单片机，电流互感器采用零序电流互感器，电流和电压互感器检测电网信号经信号处理电路送入单片机内的A/D 口，完成模数转换后由单片机进行数据处理并完成相应的判断，从而输出控制信号。为了使输入单片机的模拟信号与A/D采样所需求的信号相匹配，通常在A/D采样电路前加入前端调理电路，以缩放和平移要采样的信号，从而使调理后的信号适合A/D转换器的模拟输入要求。
[0022]如图3，系统通信模块采用CAN总线进行通信，CAN总线具有突出的可靠性、实时性与灵活性，采用差分信号传输方式，具有一定的抗干扰能力。采用CAN专用模块(82C250)与MSP430F449相互连接，实现本实用新型与总控制系统之间的通信。
[0023]具体实施时，可采用SJA1000型CAN总线控制器为核心，经过简单总线连接的SJA1000可完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。SJA1000由CAN核心模块、发送缓冲区、接口 FIFO、验收滤波器和接口管理逻辑组成。CAN核心模块主要负责CAN信息帧的收发和CAN协议的实现，接口管理逻辑负责SJA1000与主控制器的接口。在进行数据传输时，主控制器把标识符和数据送入发送缓冲区后请求发送，从而启动CAN核心模块读取发送缓存区中的数据，再按CAN协议封装成完整的CAN信息帧，通过收发器发往总线，发送缓存区的容量为13字节。验收滤波器单元对接收到的信息进行处理后送到接收FIFO中，接收FIFO为64字节。PCA82C250型CAN总线收发器是CAN控制器与物理总线之间的接口，它提供了 CAN控制器向总线的差动发送、接收能力。
[0024]上述实施例仅为本实用新型较佳的实现方式，需要说明的是，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，本领域的技术人员可据此作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种新型轨道机车制动能量回收控制器，其特征在于包括: 电流互感器及电压互感器，通过供电触网与轨道机车供电电网连接，用于感应轨道机车供电电网电流、电压信号并将其传输给单片机模块； 单片机模块，接收电流互感器及电压互感器信号，进行A/D转换并对转换后的信号进行处理和判断以输出控制信号； DC/DC变换器控制模块，与轨道机车供电电网连接，根据单片机输出信号实现对轨道机车供电电网能量的吸收或释放； 系统通信模块，采用CAN总线方式实现单片机与总控制系统之间的通信。2.根据权利要求1所述的新型轨道机车制动能量回收控制器，其特征在于:还包括信号处理电路，其与单片机模块连接，将电流互感器及电压互感器感应到的电压、电流信号转换成单片机可接受的信号传输给单片机。3.根据权利要求2所述的新型轨道机车制动能量回收控制器，其特征在于:所述单片机模块中采用超低功耗的MSP430F449单片机。4.根据权利要求3所述的新型轨道机车制动能量回收控制器，其特征在于:所述系统通信模块采用CAN控制器接口电路，该电路包括依次连接的CAN通信控制器和CAN总线收发器。5.根据权利要求4所述的新型轨道机车制动能量回收控制器，其特征在于:所述DC/DC变换器模块采用多通道交错并联的Buck/Boost变换器。
【文档编号】H02J3-38GK204304460SQ201120283542
【发明者】黄建华, 戴瑜兴, 黄德科, 陈建荣, 张胜红 [申请人]惠州市标顶空压技术有限公司, 湖南大学