[发明专利]用于制动由感应电动机驱动的有轨车辆的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及由感应电动机驱动并由架空线路或输电轨（third rail）供电的有轨车辆。本发明特别但不唯一地涉及包括多节车辆且由分布于该车辆长度上的感应电动机驱动的多单元轨道车辆。本发明更具体地涉及适于这种车辆的致动系统，尤其是紧急制动系统，并且还涉及相应的制动方法。

背景技术

传统地，轨道车辆设有若干不同的制动装置，例如机械或电动制动器。机械制动器通常为气动的并将轨道车辆的动能通过摩擦转换为热。电动制动器将车辆的动能转换为电能，该电能可作为热消散于变阻器（电阻制动）或反馈回功率线，例如高架悬链线或输电轨（再生制动）。通常，电动制动器具有电力驱动的轨道车辆的电动机，该电动机用于交流电动机模式。根据所使用的牵引电动机的类型，诸如直流电动机、永磁体交流电动机或感应电动机，电机必须受到控制，以便在制动期间将能量从转子转移至定子。

机械和电动制动器适于共同地或单独地用于不同的制动功能，主要用于服务制动和用于紧急制动。

对于服务制动而言，机械制动器和电动制动器通常被组合。更具体地，电动制动器供给所需的制动扭矩直至全容量，并且由机械制动器进行补充（如果有必要的话），以便最小化磨损和优化能量再生。

另一方面，电动制动器被认为在紧急制动情况下不够可靠。因此，紧急制动情况下的全部制动扭矩仍由机械制动器提供。为了提供用于紧急制动的充足性能，安装机械制动系统需要若干致动器，但这些致动器不能长久地用于服务制动。这导致所安装的机械制动装置过大却不经常使用的情况。结果是，安装了大量的气动设备导致重量增加、空间增多并且成本增加。

在US 20090224706中公开了一种用于电力牵引的车辆的安全制动系统。该安全制动系统包括第一电的、非安全制动器，该第一非安全制动器被并入牵引链中，并且包括能够操作为电压发生器的三相永磁式电动机、能够配置为二极管桥式整流器的牵引逆变器、用于将永磁式电动机连接到逆变器的机电换向器、以及包括斩波器制动电阻、线路滤波器和线路断路器的直流链路。该系统还包括第二安全制动器。根据一个实施方式，安全制动器包括牵引逆变器的二极管桥式整流器、终端负载电阻器、与终端负载电阻器串联连接且在输入处受控的辅助机电继电器，该继电器和电阻器并联插入于斩波器与逆变器之间。在逆变器的直流侧串联安装有电流监控设备，用于监控第一制动器的制动性能。在检测到预定情况后，电流监控设备触发机电继电器以在包括负载电阻器的电路的分支上进行切换。为了避免电动机驱动，还触发线路断路器以开启电源线路。

该系统因为包含电的非安全制动器和电的安全制动器而变得复杂。此外，该设计不能容易地适用于感应电动机。

因此，需要一种电动制动系统和方法，其具有用于由一个或多个感应电动机驱动的有轨车辆的再生制动的全部优点，即，对电源线路的制动能力。

发明内容

鉴于上面提及的问题，本发明的目的是提出一种电动制动系统，该电动制动系统在紧急制动操作期间不会不加选择地关断再生制动器。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于有轨车辆的电动制动系统，其包括：

-集电器，用于将所述电动制动系统连接到所述电源线路；

-直流链路，设置有制动斩波器单元，所述直流链路由所述电源线路通过所述集电器供电；

-静态转换器，具有AC端子和与所述直流链路连接的DC端子，所述静态转换器能够以整流器模式操作以便将来自所述DC端子的电力传送至所述AC端子，并且能够以逆变器模式操作以便将来自所述AC端子的电力传送至所述DC端子，其中当所述静态转换器以所述逆变器模式操作时，电流从所述直流链路沿着逆变器方向流向所述DC端子；

-至少一个感应电机，其能够以电动机模式和生成模式操作，所述感应电机可机械链接到轮轴和电连接到所述静态转换器的所述AC端子；

-静态转换器控制单元，用于控制所述静态转换器，以便响应于紧急制动信号，所述静态转换器以所述整流器模式操作并且所述感应电机以所述生成模式操作从而将电力供给回所述直流链路，以及

电动制动监管单元，用于关断所述静态转换器，以便在紧急制动过程中检测到电动状态后减少所述静态转换器的所述AC端子之间流动的电流并且使所述感应电机退磁。

在极少出现电动状态的情况之外，在紧急制动过程中实施电动制动，所述电动制动可包括对电源线路的再生制动和经由制动斩波器电阻的电阻制动。在紧急制动过程中因静态转换器的故障可能会经受电动驱动。每当在紧急制动操作中检测到电动驱动时，就将感应电机与直流链路隔离。