ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СНИЖЕНИЕ НОМИНАЛЬНОГО ПАРАМЕТРА ДЛЯ УЗЛА ЗАМЕДЛЯЮЩИХ БЛОКОВ РЕЗИСТОРОВ МАШИНЫ ПРИ ЗАМЕДЛЕНИИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в целом, к узлам и машинам с электрическим приводом и, более конкретно, к стратегиям снижения номинальных параметров для ограничения мощности на замедляющих блоках резисторов узлов электропривода и машин.

Уровень техники

Узел электропривода машины обычно содержит первичный источник энергии, такой как двигатель внутреннего сгорания и т.п., генератор, силовую схему и один или более тяговых электродвигателей, связанных с одним или более ведущими колесами или тяговыми устройствами. Когда машина движется, механическая энергия, созданная первичным источником энергии или двигателем, в генераторе преобразуется в электроэнергию. Эта электроэнергия обычно обрабатывается и/или приводится к определенным параметрам силовой схемой перед тем, как будет подана на тяговые электродвигатели. Кроме того, силовая схема выборочно активирует тяговые электродвигатели с желаемым крутящим моментом, чтобы вызвать движение ведущих колес. Тяговые электродвигатели преобразуют электроэнергию обратно в механическую энергию для привода колес и приведения в движение машины или транспортного средства с электрическим приводом.

Машина замедляется в режиме работы, в котором оператор желает снизить скорость машины с электрическим приводом. Чтобы замедлить машину в этом режиме, мощность от первичного источника энергии или двигателя снижают. Типичные машины также содержат тормоза и другие типы механизмов замедления скорости, чтобы снизить скорость и/или остановить машину. По мере того как скорость машины уменьшается, количество движения машины передается к тяговым электродвигателям через вращение ведущих колес. Тяговые электродвигатели действуют как генераторы, преобразуя кинетическую энергию машины в электроэнергию, которая подается на узел электропривода. Эта электроэнергия может рассеиваться посредством хранения, потери или любой другой формы потребления узлом электрического привода, чтобы «поглотить» кинетическую энергию машины. В существующих в настоящее время машинах или транспортных средствах с электрическим приводом обычно используют по меньшей мере один замедляющий блок резисторов, посредством которого большое количество кинетической энергии рассеивается в форме тепла.

Типичный блок резисторов для электрического замедления содержит ряд резистивных элементов и изоляторов, посредством которых выделяется тепловая энергия при прохождении через них электрического тока. Благодаря размеру компонент машины и величине момента движения при замедлении, большое количество тепловой энергии может выделяться на резистивных элементах и изоляторах. Эта тепловая энергия может значительно повысить температуру резистивных элементов и изоляторов соответствующих замедляющих блоков резисторов и, если не осуществлять соответствующее управление, может быть нанесен вред всей машине с электрическим приводом.

В прошлом в различных решениях использовали активные системы охлаждения, такие как принудительная конвекция с помощью вентилятора или воздуходувки, чтобы создать воздушный поток на резистивные элементы и изоляторы замедляющих блоков и снизить их температуры. Хотя такие активные системы охлаждения могут компенсировать изменение температуры резистивных элементов замедляющих блоков, эти системы не могут полностью учесть изменение температуры изоляторов замедляющих блоков. Более конкретно, изоляторы замедляющего блока резисторов чувствительны к локальным горячим точкам или неравномерному распределению температуры, а также к условиям перегрева или резким увеличениям температуры при отключении воздуходувки. Температура изоляторов, возникающая в результате появления таких локальных горячих точек и условий перегрева, может значительно превышать допустимые пороги и при этом оставаться необнаруженной существующими на сегодня решениями для охлаждения.

Соответственно, существует необходимость обеспечить более стойкое и надежное средство минимизации условий перегрева замедляющих блоков, связанных с машинами с электроприводом, не полагаясь исключительно на пассивное и/или активное охлаждение. Кроме того, существует необходимость упреждающе ограничивать энергию, попадающую на резистивные элементы и изоляторы замедляющих блоков. Раскрытые системы и способы направлены на решение изложенных выше одной или более проблем.

Раскрытие изобретения

В одном из вариантов настоящего изобретения обеспечивается способ снижения номинальных параметров замедляющего блока резисторов машины. При этом способе определяют температуру резистивных элементов и изоляторов, относящихся к замедляющему блоку резисторов, формируют сигнал запуска, если температура любого из резистивных элементов и изоляторов превышает соответствующий температурный порог, и определяют величину снижения номинальных параметров, которая должна быть применена к трансмиссии, связанной с машиной, в ответ на сигнал запуска. Величина снижения номинальных параметров основывается по меньшей мере частично на анализе обратной связи и упреждающем анализе температуры резистивных элементов и изоляторов. Величина снижения номинальных параметров соответствует снижению параметра замедления для трансмиссии.

Другой объект изобретения относится к способу снижения номинальных параметров замедляющего блока резисторов. При этом способе определяют температуру резистивных элементов и изоляторов, связанных с замедляющим блоком резисторов, формируют сигнал запуска, если какая-либо из температур резистивных элементов и изоляторов превышает соответствующий температурный порог, определяют значение снижения номинальной мощности в ответ на сигнал запуска, определяют значение ограничения мощности в ответ на сигнал запуска и определяют коэффициент снижения номинального параметра на основе значений снижения номинальной мощности и ограничения мощности. Значение снижения номинальной мощности основывается по меньшей мере частично на анализе обратной связи температур резистивных элементов и изоляторов. Значение ограничения мощности основывается по меньшей мере частично на упреждающем анализе температуры резистивных элементов и изоляторов. Коэффициент снижения номинального параметра соответствует снижению параметра замедления трансмиссии, связанной с машиной.

Еще один объект изобретения относится к системе снижения номинального параметра электрического замедления для машины, имеющей по меньшей мере замедляющий блок резисторов и трансмиссию. Система снижения номинального параметра содержит инвертор, выполненный с возможностью передачи мощности между трансмиссией и замедляющим блоком резисторов, и контроллер, электрически связанный с инвертором. Контроллер выполнен с возможностью регулировки величины мощности, передаваемой на замедляющий блок резисторов, основываясь на температурах резистивных элементов и изоляторов замедляющего блока резисторов. Контроллер формирует сигнал запуска, если любая из температур резистивных элементов и изоляторов превышает соответствующий температурный порог, и определяет величину снижения номинального параметра, которая должна применяться для трансмиссии в ответ на сигнал запуска. Величина снижения номинального параметра основывается по меньшей мере частично на анализах обратной связи и упреждения температур резистивных элементов и изоляторов. Величина снижения номинального параметра соответствует снижению параметра замедления для трансмиссии.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - пример машины с электрическим приводом, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.2 - блок-схема последовательности выполнения операций способа снижения номинального параметра для замедляющего блока резисторов машины с электрическим приводом.

Фиг.3 - стратегия управления снижением номинального параметра в применении к типичной машине с электрическим приводом.

Осуществление изобретения

Теперь будет сделана подробная ссылка на конкретные варианты осуществления или признаки, примеры которых поясняются на сопроводительных чертежах. Обычно на всех чертежах будут использоваться соответствующие одинаковые позиции для обращения к одной и той же или соответствующей детали.

На фиг.1 схематично показан пример машины 100, в которой может использоваться электрический привод для создания движения. Машина 100 может использоваться как рабочая машина, чтобы выполнять конкретный тип работы, связанный с такой отраслью, как разработка месторождений, строительство, сельское хозяйство, транспортирование или любой другой соответствующей отраслью, известной в технике. Например, машина 100 может быть землеройной машиной, морским судном, воздушным судном, трактором, внедорожным грузовиком, пассажирским шоссейным транспортным средством или любой другой подвижной машиной. Как показано на фигуре, типичная машина 100 с электрическим приводом может, по существу, содержать первичный источник 102 энергии, узел 104 электрического привода, трансмиссию 106 и т.п. Источник 102 энергии может содержать, например, дизельный двигатель, бензиновый двигатель, двигатель на природном газе или любой другой тип двигателя внутреннего сгорания, обычно используемого для генерации мощности. Машина 100 может также использовать любой другой подходящий источник энергии, такой как, например, топливный элемент и т.п. Узел 104 электрического привода может быть выполнен с возможностью, по существу, управления мощностью, генерируемой двигателем 102, и содержит генератор 108, схему 110 выпрямителя, узел 112 замедляющих блоков резисторов, схему 114 инвертора и т.п. Трансмиссия 106 может содержать один или более тяговых электродвигателей 116, соединенных с одним или более тяговыми устройствами или приводными колесами 118 для создания движения машины 100.

При работе в режиме хода, или когда машина 100 ускоряется, мощность может передаваться от двигателя 102 в направлении приводных колес 118, как указано сплошными стрелками, чтобы вызвать движение. Конкретно, двигатель 102 может создавать выходной крутящий момент для генератора 108, который может, в свою очередь, преобразовывать механический крутящий момент в электроэнергию. Электроэнергия может генерироваться в форме мощности переменного тока (AC). Мощность переменного тока может затем быть преобразована в постоянный ток (DC) схемой 110 выпрямителя и снова преобразована в соответствующую величину мощности переменного тока схемой 114 инвертора. Результирующая мощность переменного тока может использоваться для привода тяговых электродвигателей 116 и связанных с ними приводных колес 118, как это известно в технике.

При работе в режиме замедления мощность может генерироваться за счет механического вращения приводных колес 118 и направляться к узлу 112 замедляющих блоков резисторов, как указано пунктирными стрелками. В частности, кинетическая энергия движущейся машины 100 может быть преобразована во вращательную мощность на приводных колесах 118. Вращение приводных колес 118 может дополнительно вращать электродвигатели 116, чтобы генерировать электроэнергию, например, в форме мощности переменного тока. Схема 114 инвертора может служить в качестве моста для преобразования мощности, поданной электродвигателями 116, в мощность постоянного тока. Рассеяние мощности постоянного тока, генерируемой электродвигателями 116, может создавать противовращательный крутящий момент в приводных колесах 118, чтобы замедлить машину 100. Такое рассеяние может происходить при пропускании генерированного тока, обеспечиваемого схемой 114 инвертора, через значительное электрическое сопротивление, обеспечиваемое замедляющим блоком 112 резисторов. Избыточное тепло, выделяемое в замедляющем блоке 112 резисторов, может отводиться пассивно или активно, используя, например, вентилятор и т.п.

Снова со ссылкой на фиг.1, замедляющий блок 112 может содержать множество резистивных элементов 120 и изоляторов 122, размещенных с возможностью поглощения электроэнергии, обеспечиваемой машиной 100 во время работы в режиме замедления, и рассеивания электроэнергии в форме тепловой энергии. Более конкретно, замедляющий блок 112 может содержать первый замедляющий блок 124 резисторов и второй замедляющий блок 126 резисторов, каждый из которых имеет независимо управляемую решетку из резистивных элементов 120 и изоляторов 122. Например, резистивные элементы 120 первого замедляющего блока 124 могут быть выполнены с возможностью приема тока от схемы 114 инвертора через один или более переключателей или схему 128 контактора. Изоляторы 122 первого замедляющего блока 124 могут служить для приема тепла, выделяемого резистивными элементами 120. Когда схема 128 контактора замыкается, электроэнергия, соответствующая току, генерируемому электродвигателями 116, может по меньшей мере частично проходить через первый замедляющий блок 124 и рассеиваться в виде тепла. Резистивные элементы 120 и изоляторы 122 второго замедляющего блока 126 могут аналогично быть выполнены с возможностью приема электроэнергии через схему 130 прерывателя и рассеивания избыточной электроэнергии в форме тепла.

Как дополнительно показано на фиг.1, электрический привод 104 машины 100 может быть снабжен системой 132 снижения номинальных параметров при электрическом замедлении, имеющей, по меньшей мере, контроллер 134, электрически связанный со схемой 114 инвертора. Кроме того, посредством управления схемой 114 инвертора контроллер 134 может управлять, с возможностью регулирования, величиной мощности, передаваемой от трансмиссии 106 к замедляющему блоку 112 резисторов во время работы в режиме замедления, и, таким образом, снижать общий параметр замедления для трансмиссии 106. Контроллер 134 может быть встроен или интегрирован в средство управления машины 100 и быть реализован, используя один или более процессоров, микропроцессоров, контроллеров, микроконтроллеров, модулей электронного управления (ЕСМ), блоков электронного управления (ECU) или любые другие соответствующие средства для электронного управления функциональными возможностями машины 100. Контроллер 134 может быть дополнительно выполнен с возможностью работы в соответствии с заданным алгоритмом или набором команд для управления замедляющим блоком 112 резисторов и снижением его номинальных параметров через схему 114 инвертора и на основе различных рабочих режимов машины 100. Такой алгоритм или набор команд могут считываться или вводиться в память контроллера 134.

Как показано на фиг.2, обеспечивается примерный способ или алгоритм, посредством которого такой контроллер 134 может управлять снижением номинальных параметров замедляющего блока 112 резисторов. В целом, способ, показанный на фиг.2, может конфигурировать контроллер 134, чтобы непрерывно контролировать температуру узла 112 замедляющего блока резисторов во время обычных операций машины 100 и снижать параметр замедления трансмиссии 106, если температура замедляющего блока 112 резисторов приближается к потенциальному состоянию перегрева. Как показано на фиг.2, контроллер 134 может в первую очередь на этапе S1 определять температуру резистивных элементов 120 и изоляторов 122 как первого, так и второго замедляющих блоков 124, 126 резисторов. Температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122 могут затем сравниваться с заданными значениями температурных порогов, соответствующими резистивным элементам 120 и изоляторам 122. Поскольку тепловые характеристики резистивных элементов 120 и изоляторов 122 могут изменяться, температурные пороги могут содержать первое заданное пороговое значение, соответствующее резистивным элементам 120, и второе заданное пороговое значение, соответствующее изоляторам 122 каждого замедляющего блока 124, 126 резисторов. Если температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122 находятся в пределах допустимого рабочего диапазона, контроллер 134 на этапе S2 может просто поддерживать или устанавливать на исходное нулевое значение величину снижения номинального параметра, которая должна применяться к замедляющему блоку 112, и, таким образом, позволить трансмиссии 106 осуществлять замедление с неограниченным параметром замедления. Однако если любая из температур резистивных элементов 120 и изоляторов 122 превышает свой соответствующий порог, контроллер 134 на этапе S3 может формировать один или более сигналов запуска.

Когда сигнал запуска сформирован, контроллер 134 может на этапе S4 определить значение снижения номинальной мощности, основываясь на анализе обратной связи температур резистивных элементов 120 и изоляторов 122. Значение для снижения номинальной мощности может соответствовать такой степени снижения, которая требуется для предотвращения дальнейшего увеличения температуры замедляющих блоков 124, 126 резисторов. Например, это значение для снижения номинальной мощности может разрешить контроллеру 134 увеличить величину снижения на основе степени, на которую превышены температурные пороги. Дополнительно, если формируется сигнал запуска, контроллер 134 может также выполнить упреждающий анализ, чтобы определить значение ограничения мощности, как показано на этапах S4-S6 на фиг.2. Значение ограничения мощности может соответствовать общей величине мощности, которую разрешено передать на замедляющие блоки 124, 126 резисторов. Например, значение ограничения мощности может позволить контроллеру 134 замедлить повышение температур замедляющих блоков 124, 126, быстро уменьшая параметр замедления узла 112 замедляющих блоков резисторов. На этапе S4 контроллер 134 может определить, был ли сигнал запуска сформирован в ответ на перегрев резистивного элемента 120 или в ответ на перегрев изолятора 122. Контроллер 134 на этапе S5 может дополнительно вычислить или определить плотность воздуха, атмосферное давление, скорость относительно земли или любую другую информацию, касающуюся условий машины работы 100. Основываясь на типе запускающего сигнала и одном или более рабочих условиях машины 100, контроллер 134 может на этапе S6 сформировать соответствующее значение предела мощности. Контроллер может затем на этапе S7 определить величину снижения, которая должна быть применена к узлу 112 замедления, основываясь на обоих значениях, то есть на значении снижения мощности и на значении ограничения мощности. В дальнейшем, на этапе S8, управляя схемой 114 инвертора, контроллер 134 может ограничить величину мощности, которая передается к замедляющим блокам 112 резисторов от трансмиссии 106, в соответствии с величиной снижения, определенной на этапе S7.

Далее на фиг.3 схематично приводится более подробное изображение примерной системы 132 снижения номинального параметра или, более конкретно, контроллера 134 этой системы 132 снижения. Как показано на фигуре, контроллер 134 системы снижения может обычно состоять из модуля 136 монитора, модуля 138 обратной связи, упреждающего модуля 140, выходного модуля 142 и т.п. Модуль 136 контроля может быть выполнен с возможностью непрерывного контроля температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122 каждым из замедляющих блоков 124, 126 резисторов, первым и вторым, для любых потенциальных условий перегрева. Более конкретно, температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122 могут сравниваться с соответствующими порогами, которые задаются внутри контроллера 134. Пороги могут содержать первое пороговое значение, которое должно сравниваться с температурой резистивных элементов 120, и второе пороговое значение, которое должно сравниваться с температурой изоляторов 122. Пороговые значения могут быть заданными константами или быть получены динамически, основываясь на текущих рабочих условиях машины 100 и т.п. Дополнительно, температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122 могут обеспечиваться заранее запрограммированной тепловой моделью блоков резисторов и т.п., которая отображает ожидаемые температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122, основываясь на различных рабочих режимах машины 100. Если температуры резистивных элементов 120 и изоляторов 122, определенные модулем 136 монитора полностью находятся в допустимых пределах и не превышают их соответствующих порогов, контроллер 134 может принять решение, что никакое снижение потенциального параметра не требуется. Однако если какая-либо из температур резистивных элементов 120 или изоляторов 122 превышает соответствующий порог, контроллер 134 может принять решение, что снижение требуется, чтобы понизить параметр замедления трансмиссии 106 и, таким образом, сформировать соответствующий сигнал запуска. Модуль 136 может обеспечивать более одного сигнала запуска. Например, как показано на фиг.3, модуль 136 монитора может формировать сигнал запуска, соответствующий потенциальному перегреву резистивных элементов 120, сигнал запуска, соответствующий потенциальному перегреву изоляторов 122, и/или сигнал запуска, соответствующий потенциальному перегреву одного или более резистивных элементов 120 и изоляторов 122.

В ответ на один или более сигналов запуска, формируемых модулем 136 монитора, модуль 138 обратной связи может выполнить анализ обратной связи температур резистивных элементов 120 и изоляторов 122, чтобы определить значение снижения мощности. Как показано на этапе S4 фиг.2, основываясь на степени, в которой превышаются температурные пороги, модуль 138 обратной связи может принять решение, что требуется соответствующее значение снижения мощности или определить степень снижения. Как показано на фиг.3, например, модуль 138 обратной связи может это выполнить, используя способ пропорционально-интегрирующего управления 144 или любой другой соответствующий способ регулирования с обратной связью, обычно используемый в технике. Модуль 138 обратной связи может дополнительно содержать управление 146 защитой от интегрального насыщения, чтобы компенсировать любое насыщение, которое может возникнуть во время анализа обратной связи. Упреждающий модуль 140 может дополнительно отреагировать на один или более сигналов запуска, формируемых модулем 136 монитора, выполняя упреждающий анализ. Кроме того, как показано на этапах S4-S6 на фиг.2, упреждающий модуль 140 может определить значение ограничения мощности, основываясь на типе сформированного сигнала запуска, температуре резистивных элементов 120 и изоляторов 122, плотности воздуха, атмосферном давлении и/или скорости относительно земли, связанной с машиной 100. Выходной модуль 142, показанный на фиг.3, может принимать значения снижения мощности и ограничения мощности, соответственно, определенные модулями 138, 140 обратной связью и упреждения. Как показано на фигуре, выходной модуль 142 может дополнительно объединять или суммировать значения снижения мощности и ограничения мощности, чтобы получить в результате сумму значения снижения мощности и значения ограничения мощности или величину снижения, которая должна применяться для узла 112 замедляющих блоков резисторов. Кроме того, результирующая величина снижения может быть интерпретирована контроллером 134 как величина, на которую требуется ограничить мощность, которой позволяется проходить через схему 114 инвертора и замедляющим блокам 124, 126 резисторов.

Промышленная применимость

В целом, предшествующее изобретение демонстрирует полезность при различном промышленном применении, таком как строительная и горнодобывающая промышленность, при минимизации режимов перегрева в узлах замедляющих блоков резисторов рабочих транспортных средств и/или машин, таких как экскаваторные погрузочные машины, трамбовочные катки, валочно-пакетирующие машины, лесохозяйственные машины, промышленные погрузчики, погрузочные машины с задней разгрузкой, автопогрузчики и т.п. Одним из примеров машины, пригодной для использования раскрытых систем и способов, является большой внедорожный грузовик, такой как самосвал. Примеры внедорожных грузовиков обычно используются в шахтах, на строительных площадках и в карьерах. Внедорожные грузовики могут иметь полезную грузоподъемность 100 тонн или более и двигаться со скоростью 40 миль в час или более при полной загрузке.

Такие рабочие грузовики или машины должны быть способны преодолевать крутые склоны и работать во множестве различных сред. В таких условиях эти машины часто должны входить в режим замедления на длительные периоды времени, во время которых резистивные элементы и изоляторы соответствующих замедляющих блоков резисторов чувствительны к перегреву. Хотя для предотвращения таких режимов перегрева могут приниматься пассивные и/или активные меры охлаждения, такие меры могут быть неспособны полностью точно определять и/или компенсировать увеличение температуры замедляющих блоков резисторов. Раскрытые здесь системы и способы обеспечивают дополнительные меры по предотвращению режимов перегрева замедляющих блоков резисторов, которые могут использоваться в качестве автономного решения или в сочетании с пассивными и/или активными системами охлаждения блоков резисторов.

Из вышесказанного следует понять, что, хотя для целей иллюстрации были описаны лишь некоторые варианты осуществления, альтернативы и модификации, следующие из этого описания, должны быть понятны специалистам в данной области техники. Эти и другие варианты считаются эквивалентами и находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения и приложенной формулы изобретения.