感应电机控制

阅读:760发布:2020-05-08

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1.一种控制具有转子定子的感应电机的方法,所述方法包括:
响应于所述转子的旋转频率将从初始操作频率降低到降低的操作频率的指示,向所述定子施加交流制动电压,所述交流制动电压具有被选择以提供小于大约-1的滑差的频率。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述交流制动电压具有被选择以提供小于大约-
3、且优选地在大约-3和-30之间的滑差的频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述交流制动电压具有小于所述降低的操作频率的一半的频率。
4.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括与所述转子的所述当前操作频率成比例地改变所述交流制动电压的频率。
5.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括与所述转子的所述当前操作频率成比例地改变所述交流制动电压的所述频率,以在所述感应电机内部获得期望的功率耗散。
6.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括与所述转子的所述当前操作频率成比例地改变所述交流制动电压的所述频率,以获得期望的滑差来在所述感应电机内部达到所述期望的功率耗散。
7.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括改变所述交流制动电压的所述频率以获得由所述感应电机产生的期望电流
8.根据权利要求7所述的方法,其包括当由所述感应电机产生的电流大于所述期望电流时,增加所述交流制动电压的所述频率。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其包括当由所述感应电机产生的电流小于所述期望电流时,减小所述交流制动电压的所述频率。
10.根据任一前述权利要求所述的方法,其中,响应于所述转子的所述旋转频率将从所述初始操作频率降低到所述降低的操作频率的所述指示,所述方法包括通过降低交流驱动电压的大小,结合施加所述交流制动电压以减小的通量继续驱动所述感应电机。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述交流驱动电压的所述大小被降低大约一半以上。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法,其中,所述交流制动电压的大小高于所述交流驱动电压的所述大小。
13.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括基于所述转子的当前操作频率改变所述交流制动电压的所述大小。
14.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括改变所述交流制动电压的所述大小以获得由所述感应电机产生的期望电流。
15.根据权利要求14所述的方法,其包括当由所述感应电机产生的电流大于所述期望电流时,降低所述交流制动电压的所述大小。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其包括当由所述感应电机产生的电流小于所述期望电流时,增加所述交流制动电压的所述大小。
17.根据任一前述权利要求所述的方法,其包括当所述转子的所述旋转频率达到所述降低的操作频率时,停止施加所述交变制动电压。
18.根据权利要求17所述的方法,其包括增加所述交流驱动电压的所述大小。
19.一种设备,其包括:
控制逻辑,其能够响应于感应电机的转子的旋转频率将从初始操作频率降低到降低的操作频率的指示操作,以向所述定子施加交流制动电压,所述交流制动电压具有被选择以提供小于大约-1的滑差的频率。
20.一种计算机程序产品,当在计算机上执行时,所述计算机程序产品能够操作以执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法。

说明书全文

感应电机控制

技术领域

[0001] 本发明涉及一种控制感应电机的方法、一种设备和一种计算机程序产品。

背景技术

[0002] 感应电机是已知的,并且是一种电动机,在该电动机中,转子中产生扭矩所需的电流通过来自定子绕组的磁场电磁感应获得。尽管使用感应电机能够提供很多益处,但是它们的使用也会导致意外的后果。因此,期望提供一种用于控制感应电机的改进的技术。

发明内容

[0003] 根据第一方面,提供了一种控制具有转子和定子的感应电机的方法,该方法包括:响应于转子的旋转频率将从初始操作频率降低到降低的操作频率的指示,将交流制动电压施加到定子,该交流制动电压具有被选择为提供小于大约-1的滑差的频率。
[0004] 第一方面认识到,感应电机的问题在于它们可能难以减慢,特别是当以高惯性驱动负载时。尽管存在各种技术来使感应电机减慢,但是它们各自具有其自身的缺点,包括高复杂度、需要附加的部件以便功率耗散、引起对电机的高度冲击、面临沿反方向重启电机的危险等。因此,提供了一种方法。该方法可控制感应电机。感应电机可具有转子和定子。该方法可包括响应于转子的旋转频率或速度将从初始或当前操作频率或速度降低或改变到降低或更低的操作频率或速度的指示或信号,或在接收到该指示或信号时,将交流制动电压施加到定子。交流制动电压可具有被选择或设定以引起再生功率在感应电机内被耗散的频率。交流制动电压可具有被选择或设定以提供小于大约-1或比大约-1更负的滑差的频率。以这种方式,施加的交流制动电压产生负扭矩以使转子减慢,同时确保由转子惯性再生的功率的一大部分在电机自身内被耗散。这有助于减少需要由任何驱动电路耗散的功率的量。
[0005] 在一个实施例中,交流制动电压具有被选择以提供小于大约-3、且优选地在大约-3和-30之间的滑差的频率。通过设定制动电压的频率以提供高负值的滑差,增加由电机耗散的再生功率的比例。
[0006] 在一个实施例中,交流制动电压具有小于降低的操作频率的一半的频率。
[0007] 在一个实施例中,交流制动电压具有大于0赫兹的频率。因此,交流制动电压不同于直流制动电压。
[0008] 在一个实施例中,交流制动电压具有大于降低的操作频率的大约1%的频率。
[0009] 在一个实施例中,交流制动电压具有为降低的操作频率的大约3%的频率。这有助于确保大量的负滑差的产生。
[0010] 在一个实施例中,该方法包括与转子的当前操作频率成比例地改变交流制动电压的频率。因此,可根据转子的瞬时速度调整交流制动电压的频率,以便继续施加所需的滑差。
[0011] 在一个实施例中,该方法包括与转子的当前操作频率成比例地改变交流制动电压的频率,以在感应电机内部获得期望的功率耗散和避免功率反馈到驱动直流链路。因此,可随着电机的速度改变调整交流制动电压的频率,以便调整由感应电机耗散的功率。
[0012] 在一个实施例中,该方法包括与转子的当前操作频率成比例地改变交流制动电压的频率,以获得期望的滑差从而达到感应电机内部的期望的功率耗散,并且优选地通过转子和定子中的至少一个来避免驱动直流链路中的功率耗散。因此,可调整交流制动电压的频率以调整滑差,从而在感应电机内提供所需的功率耗散。
[0013] 在一个实施例中,该方法包括改变交流制动电压的频率以获得由感应电机产生的期望电流。
[0014] 在一个实施例中,该方法包括当由感应电机产生的电流大于期望电流时增加交流制动电压的频率。因此,可增加交流制动电压的频率以便减少在感应电机内产生的电流的量。
[0015] 在一个实施例中,该方法包括当由感应电机产生的电流小于期望电流时减小交流制动电压的频率。因此,可降低交流制动电压的频率以便增加由感应电机产生的电流。
[0016] 在一个实施例中,响应于转子的旋转频率将从初始操作频率降低到降低的操作频率的指示,该方法包括通过降低交流驱动电压的大小,结合施加交流制动电压以减小的通量继续驱动感应电机。通过与施加交流制动电压同时地继续驱动感应电机,感应电机驱动电路能够保持与感应电机的降低速度同步。降低交流驱动电压的大小减小了电机的通量,且因此减小了当施加交流制动电压时响应于交流驱动电压而由转子经历的扭矩。这有助于防止交流驱动电压对交流制动电压不利。
[0017] 在一个实施例中,交流驱动电压的大小被降低大约一半以上。
[0018] 在一个实施例中,交流制动电压的大小高于交流驱动电压的大小。
[0019] 在一个实施例中,该方法包括基于转子的当前操作频率改变交流制动电压的大小。因此,可基于电机的瞬时速度调整交流制动电压的幅值。
[0020] 在一个实施例中,该方法包括改变交流制动电压的大小以获得由感应电机产生的期望电流。
[0021] 在一个实施例中,该方法包括当由感应电机产生的电流大于期望电流时,降低交流制动电压的大小。
[0022] 在一个实施例中,该方法包括当由感应电机产生的电流小于期望电流时,增加交流制动电压的大小。
[0023] 在一个实施例中,该方法包括当转子的旋转频率达到降低的操作频率时,停止施加交变制动电压。因此,当已达到降低的速度时,则可去除交流制动电压。
[0024] 在一个实施例中,该方法包括增加交流驱动电压的大小。因此,感应电机然后能够以降低的操作频率继续被驱动。
[0025] 根据第二方面,提供了一种设备,其包括:控制逻辑,所述控制逻辑能够响应于感应电机的转子的旋转频率将从初始操作频率降低到降低的操作频率的指示来操作,以向定子施加交流制动电压,该交流制动电压具有被选择以提供小于大约-1的滑差的频率。
[0026] 在一个实施例中,交流制动电压具有被选择以提供小于大约-3、且优选地在大约-3和-30之间的滑差的频率。
[0027] 在一个实施例中,交流制动电压具有小于降低的操作频率的一半的频率。
[0028] 在一个实施例中,交流制动电压具有大于0赫兹的频率。
[0029] 在一个实施例中,交流制动电压具有大于降低的操作频率的大约1%的频率。
[0030] 在一个实施例中,交流制动电压具有为降低的操作频率的大约3%的频率。
[0031] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以与转子的当前操作频率成比例地改变交流制动电压的频率。
[0032] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以与转子的当前操作频率成比例地改变交流制动电压的频率,以在感应电机内部获得期望的功率耗散,并且优选地通过转子和定子中的至少一个来避免驱动直流链路中的功率耗散。
[0033] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以与转子的当前操作频率成比例地改变交流制动电压的频率,以获得期望的滑差来达到感应电机内部的期望的功率耗散,并且优选地通过转子和定子中的至少一个来避免驱动直流链路中的功率耗散。
[0034] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以改变交流制动电压的频率,从而获得由感应电机产生的期望电流。
[0035] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以当由感应电机产生的电流大于期望电流时,增加交流制动电压的频率。
[0036] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以当由感应电机产生的电流小于期望电流时,减小交流制动电压的频率。
[0037] 在一个实施例中,控制逻辑能够响应于转子的旋转频率将从初始操作频率降低到降低的操作频率的指示操作,以通过降低交流驱动电压的大小结合施加交流制动电压来以减小的通量继续驱动感应电机。
[0038] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以将交流驱动电压的大小减小大约一半以上。
[0039] 在一个实施例中,交流制动电压的大小高于交流驱动电压的大小。
[0040] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以基于转子的当前操作频率改变交流制动电压的大小。
[0041] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以改变交流制动电压的大小,从而获得由感应电机产生的期望电流。
[0042] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以当由感应电机产生的电流大于期望电流时,降低交流制动电压的大小。
[0043] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以当由感应电机产生的电流小于期望电流时,增加交流制动电压的大小。
[0044] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以当转子的旋转频率达到降低的操作频率时,停止施加交变制动电压。
[0045] 在一个实施例中,控制逻辑可操作以增加交流驱动电压的大小。
[0046] 在一个实施例中,设备包括感应电机。
[0047] 根据第三方面,提供了一种计算机程序产品,当在计算机上执行时,该计算机程序产品可操作以执行第一方面的方法。
[0048] 在所附独立权利要求从属权利要求中陈述了另外的具体和优选方面。从属权利要求的特征可适当地与独立权利要求的特征结合,并且与权利要求中明确陈述的那些结合不同地结合。
[0049] 在将设备特征描述为可操作以提供功能的情况下,将了解的是,这包括提供该功能或适于或被构造成提供该功能的设备特征。附图说明
[0050] 现在将参考附图进一步描述本发明的实施例,其中:图1图示了根据一个实施例的控制器
图2是示出感应电机中的滑差和扭矩之间的关系的曲线图;
图3图示了根据一个实施例的当使感应电机减慢时控制变量改变的示例操作;
图4示出了根据一个实施例的A相电机驱动(motoring)电压和制动电压以及这两个电压的实际和;
图5示出了根据一个实施例的在制动操作期间的三相电压
图6示出了在不应用实施例的技术的情况下现有控制电路中的减速电流和直流链路电压波形;以及
图7示出了根据一个实施例的减速和直流链路电压波形。

具体实施方式

[0051] 在以任何更多细节讨论实施例之前,首先将提供概述。实施例提供了一种用于控制感应电机的技术。具体地,实施例涉及执行感应电机的制动(即,降低转速)。提供了一种控制器,该控制器通常维持在需要降低速度之前被提供给电机的交流驱动(电机驱动)电压,同时施加交流制动电压以使电机减慢。通常,降低交流驱动电压的大小,以便减小电机的通量且因此减小驱动扭矩。继续施加交流驱动电压有助于确保能够跟踪电机的速度,使得交流驱动电压的频率继续匹配电机的频率(即,产生交流驱动电压的电路保持与电机同步),且因此一旦已达到降低的操作速度,如果需要,就能够重新施加交流驱动电压。这有助于确保当重新施加交流驱动电压时不出现功率尖峰或旋转应
[0052] 如上文所提到的,为了使电机减慢或向电机施加制动扭矩,将交流制动电压施加到电机。交流制动电压通常与交流驱动电压同时地、并行地或叠加地施加。交流制动电压的频率被选择以产生负滑差。将了解的是,感应电机滑差的概念在感应电机的领域中被充分理解。具体地,滑差可被限定为磁场的速度和转子的转速之间的差异,并且具体地,滑差=(F定子–F转子)/F定子。调整定子频率以产生负滑差在感应电机内引起功率产生。尽管针对在0和-1之间的滑差出现峰值制动扭矩,但是在该滑差下由电机产生的功率的大部分被传递到电力电子驱动器(power electronic drive)中,该功率将需要被耗散以便防止损坏电力电子驱动器。然而,当滑差比-1更负时,相比于由电力电子驱动器耗散的功率,更多的功率在电机自身内被耗散,并且随着滑差变得更负,电机内耗散的功率的比率增大。通过改变交流制动电压的频率(且通常是大小),能够降低电机的速度以相比于没有交流制动电压的情况更快地使电机减慢,同时控制被传递到电机驱动电路的功率的量。
[0053] 控制器图1图示了根据一个实施例的控制器(大体为100)。控制器100包括逆变器功率和控制系统。在正常的电机驱动操作下,通过二极管整流器10将三相交流(AC)电源电压Vst、Vss、Vsr转换成直流(DC)电压Vdc。电容器组11存储直流电压Vdc并使其平滑,然后逆变器12将直流电压Vdc转换成到感应电机21的三相电压供应以驱动电机负载。
[0054] 电机速度由速度操作控制17控制,该速度操作控制向电机驱动电压控制和变换18提供正常的电机驱动电压和频率,其中电机驱动电压控制和变换块18变换为在静止参考系中的两相电机驱动电压Vma和Vmb。在正常的电机驱动操作期间,制动电压Vbra和Vbrb为零。因此,求和逻辑15输出两个总和电压Vsa和Vsb,这两个总和电压等于电机驱动电压Vma和Vmb。由2相至3相转换器14将总和电压Vsa和Vsb转换成三相总和电压Vu、Vv和Vw,然后该三相总和电压由脉宽调制器13进行脉宽调制(PWM)以产生PWM信号Su、Sv、Sw和提供以控逆变器12,且逆变器12向电机21输出期望的电压和频率。
[0055] 滑差特性图2是示出感应电机中的滑差和扭矩之间的关系的曲线图。如能够看到的,在0滑差下,没有经历扭矩。正滑差引起电机驱动,同时负滑差引起电机发电(generate)。当滑差变为负值时,由电机产生功率,并且功率最初被传递到控制器100。当滑差达到-1(意指施加的电压的频率是转子的当前转速的频率的一半)时,则由电机产生的功率的大约一半在电机内被耗散。当滑差变得更负时,由电机耗散的功率的比例增加,并且被传递到控制器100的功率的量减少。
[0056] 制动操作图3A和图3B图示了根据一个实施例的当使感应电机21减慢时控制电路100的示例操作。将了解的是,可在计算机程序的控制下操作控制电路。
[0057] 实施例的交流动态制动过程是可变频率和电压制动过程,其存在(occur)四个主要阶段:去通量阶段、制动阶段、去制动阶段和电机驱动恢复阶段。在一些实施例中,操作条件也具有可能的过电压抑制阶段。
[0058] 在图3A和图3B中,Vm是电机驱动电压;Vm1是减速之前在更高频率Fref_high下的标称电机驱动电压;Vm2是减速之后在更低频率Fref-low下的标称电机驱动电压;Vm_deflux_min是减速期间的最小电机驱动电压;Vm_pre_reflux是去制动阶段之前的回流前(pre-reflux)电机驱动电压。Vb是制动电压;Vbr1是初始减速期间在更高旋转频率下的制动电压;Vbr2是接近减速的终点时在更低旋转频率下的制动电压;Vdclink是直流链路电压。
[0059] 在时间t1之前,感应电机21正以选定的操作速度被驱动。
[0060] 去通量阶段阶段1:从t1到t2-电机去通量阶段。该阶段时间与阶段2重叠,电机驱动电压的幅值从Vm1减小以使感应电机21去通量。
[0061] 制动阶段阶段2:从t1到t3-制动电压的幅值增加到Vbr1,控制逻辑将电流极限增加到更高平。
[0062] 阶段3:从t3到t4-电机驱动减速稳定,制动电压平稳且恒定,具有为Vbr1的幅值,电机驱动电压随频率减小到预设的为Vm_deflux_min的去通量幅值。
[0063] 阶段4:从t4到t5-制动电压减小到为Vbr2的幅值,但电机驱动电压的幅值保持在预设的为Vm_deflux_min的最小幅值下,以便维持最小通量水平以在制动之后促进电机驱动恢复。
[0064] 阶段5:从t5到t6-电机驱动电压的幅值增加到Vm_pre_reflux,以促进从制动模式到电机驱动模式的转变。
[0065] 阶段6:从t6到t7-等待转子速度下降并且由感应电机21汲取正能量
[0066] 去制动阶段阶段7:从t7到t8-如果在预设范围内接近目标速度并且电机汲取正能量,则在电机驱动恢复之前制动电压的幅值减小到零。如图所示,取决于参数值,在t3和t6之间可能存在从Vbr1到Vbr2的去制动。
[0067] 电机驱动恢复阶段阶段8:从t8到t9-减速之后,电机驱动电压的幅值从其Vdeflux_min电压朝向其在目标速度下的标称电压Vm2增加。
[0068] 阶段9:从t9到t10-如果直流链路电压意外上升到高于Vdecelstop,链路空载电压的115%,则可能重新制动以抑制过电压或过电流跳闸。如果发生这种情况,则增加制动电压的幅值。
[0069] 阶段10:从t10到t11-维持制动电压的幅值,直到直流链路电压下降到Vdecelstop以下。
[0070] 阶段11:从t11到t12-过电压抑制中的去制动,重新制动的终点。制动电压的幅值减小到零。
[0071] 阶段12:从t12到t13-继续电机驱动恢复到全通量;制动时段(session)的终点。电机驱动电压的幅值增加到Vm2。
[0072] 图3B示出了当电机参考频率从Fref_high变为Fref_low时,在动态制动期间电压-频率的轨迹(loci);感应电机21逐步降低其频率,并且以预先限定的速率降低其电压/频率之比,直到它们达到Fm_deflux和Vm_deflux。
[0073] 在感应电机21继续降低其频率的同时维持恒定的电压/频率之比,直到其达到Fm_deflux_min,同时电机驱动电压的幅值保持在Vm_deflux_min下。当电机频率进一步降低到Fm_low时,则电机电压的幅值升高到Vm_pre_reflux并停留在那里,直到当电机频率为大约Fref_low时当电机电压的幅值恢复到标称电压Vm2时制动电压被去除。
[0074] 制动电压频率能够是恒定的或以与电机驱动频率成为Nbr的固定频率之比(Nbr为8或4)而变化,使得其频率开始于Fref_high/Nbr,且然后在其电压增加时下移(即,Nbr = fm/fbr = 8或4)。其电压保持恒定在Vbr下,并且其最低频率保持在Fbr_min下。在电机驱动电压恢复到标称之前,通过在Fbr_min抑或在Fref_low/Nbr(如果它大于Fbr_min)下降低到零来去除Vbr。
[0075] 图3B图示了其中链路电压未充到高于Vdecelstop的示例,并且呈现了相比于图3A中所示的情况简化的情况。如果链路电压在如图3A中所示的电机驱动恢复阶段中被过充,则图3B中的轨迹将更加复杂。
[0076] 如果在电机减速到其初始目标速度Fref_low之前当电机频率处于Fmot_change时参考速度突然变回Fref_high,则驱动器通过增加电机通量(通过将电机电压/频率之比增加到标称值)立即加速,同时频率以预先限定的步长朝向Fref_high增加。
[0077] 换言之,在减速或停止过程期间,速度操作控制17降低正常电机驱动电压以减弱电机21中的通量水平,并且使得制动功能16能够产生更低频率的制动电压Vbra和Vbrb,使得到电机21的实际输出电压为Vsa = Vma + Vbra和Vsb = Vmb + Vbrb(如图4中所示,图4示出了A相电机驱动、制动和两个电压之和-在图4中所示的制动的平稳状态中,电机驱动电压小于制动电压)。在2相至3相转换14之后,馈送到脉宽调制器13的实际三相基本电压在图5中示出。
[0078] 图3C是在减速测试期间电机驱动、制动电压和频率的数据记录,以图示其中链路电压未充到高于Vdecelstop的示例。如能够看到的那样,在对冷(其无负载功率为约3 kW)进行的测试期间。减速是平滑的,链路电压中不存在过电压。Irms是定子电流,Vdc是直流链路电压,Fm是电机频率,Vm_II是电机线间电压,Vbr_II是制动线间电压,且Pm是由驱动器估计的电机功率。
[0079] 因此,能够看到的是,实施例通过耗散电机内部的动能来降低速度,而不需要外部能量倾卸装置并且避免了驱动器过电压。实施例提供了周期性地从电机驱动到制动且然后恢复为继续以更低的速度电机驱动的远为更快的状态改变。
[0080] 即使定子频率没有改变,实施例也抑制直流链路过电压,但是转子比定子频率旋转得更快。这当在例如真空泵中通过气压差“车效应”迫使转子转动得更快时发生;这也在当定子频率达到其目标值并且稳定时在更快加速的终点时发生,但是由于大的负载惯性,转子速度仍增加。
[0081] 因此,在实施例中,调整制动电压以抑制直流链路过电压。在实施例中,调整去通量驱动电压分量的频率改变率以跟踪转子速度。在实施例中,调整去通量驱动电压分量的频率改变率以控制减速时间段,从而避免驱动直流链路过电压。
[0082] 图6示出了在不应用实施例的技术的情况下现有控制电路中的减速电流和直流链路电压波形。如能够看到的那样,从100 Hz减速到50 Hz花费约13秒,将直流链路电压充到820 V,比正常操作电压高220 V,并且面临过电压跳闸的危险。如果最大直流链路电压设定为更低的值,则将花费甚至更长的时间。基于生产推荐的参数集,一个泵是每秒3.5 Hz,且其他泵是每秒1.2 Hz。使用那些参数,一个泵将花费14.3秒且其他泵将花费42秒来将速度从100 Hz降低到50 Hz。
[0083] 图7示出了针对相同的泵但使用实施例的AC制动的减速。在一个泵中,从100 Hz减速到50 Hz花费7秒,时间减少了46%,其直流链路电压除了一些小纹波之外没有充到高于正常操作电压,并且不存在过电压跳闸的危险。
[0084] 实施例的一些益处在于,其在不去除电机驱动电压的情况下实现动态制动,其也不需要外部装置以在制动期间切断正常的电机驱动电压;其不需要节省空间和成本的外部能量倾卸装置;其在制动操作期间控制和跟踪转子速度,使得从电机驱动到制动并且返回电机驱动的改变是平滑的;其可应用于v/f或FOC控制中的任一者。
[0085] 将了解的是,通常需要选择制动频率和电压,使得电机定子和转子不因循环减速-加速操作而过热,并且逆变器电力电子装置不因其低频电流而过热,因为绝缘栅双极晶体管热阻抗在更低的基频下远为更高,其热容量相比于在更高频率下劣化。
[0086] 因此,实施例提供了感应电机的交流动态制动,其结合了再生与减少的减速时间的优点,同时防止可由驱动大惯性负载(诸如,大的罗茨真空泵)造成的或在其中长且慢的减速操作在极限压力下面临过电压跳闸的危险的其他应用中的过电压故障的危险。
[0087] 一些感应电机(诸如,大罗茨式增压泵或其他应用中所使用的那些感应电机)具有大惯性,并且改变操作速度缓慢。例如,在现有的6000 m3/小时机械增压泵中,从100 Hz的当前速度变为50 Hz的目标速度花费45秒,更快的减速将面临引起驱动直流链路经历过电压故障跳闸的危险,从而导致达到目标速度花费甚至更长的时间。这种性能使得难以满足更快地减速的要求,诸如在更短周期的负载定泵循环中或在其他情况中。
[0088] 现有的直流链路动态制动需要一些大型能量倾卸装置,其在一些情况中可能难以配合并且增加了成本。实施例代替地将动能在内部倾卸到电机内,这使得电机能够更快地制动。不同于在正常的电机驱动电压已被去除并且转子在惰行(coasting)时仅施加单相或直流电压的制动,实施例施加低频制动电压,该低频制动电压形成大的负滑差和扭矩以使转子减慢下来,同时在通量减弱的水平下仍施加电机驱动电压;这有助于跟踪转子速度,并且使得能够在已达到目标速度时迅速恢复到正常的电机驱动模式。实施例提供了简单的控制,而任何附加的外部装置均无需电路拓扑改变以便能量倾卸。通过改变制动电压的频率和大小来调整制动电流、扭矩和功率,以减少硬制动期间的不受欢迎的振动和噪声。
[0089] 不同于现有方法,实施例通常不去除正常的电机驱动电压,而是代替地将其降低(通常降低到低于其制动前水平的一半)到降低的电机驱动电压以减弱制动期间的磁通量。由于正常的电机驱动电压分量和转子之间的滑差是小的负的量(通常为约-3%),因此这种降低通常仍然不会防止电机运行到再生模式中并使直流链路过充。为了有助于防止再生能量使直流链路电容器组过充,以与降低的电机驱动电压分量叠加的方式施加更低频率的制动电压分量,该更低频率的制动电压分量具有约-300%至约-3000%的负滑差并且通常具有相对于降低的电机驱动电压分量更大的大小。这种大的负滑差制动将重新定向再生能量,在电机内部耗散并更快地制动转子,从而迫使电机进入动态制动模式中。
[0090] 当电机驱动频率接近更低的目标速度设定时,制动电压分量被降低并去除,并且电机平滑地重回电机驱动模式。如果电机驱动电压的大小已被降低,则其被恢复到其正常大小。而且,电机驱动电压和转子之间的滑差被恢复到小的正的量,通常为约3%。
[0091] 因此,能够看到的是,实施例提供了交流动态制动,其结合了再生和交流动态制动的优点,其减少减速时间,并且防止在驱动大惯性负载(诸如,大罗茨真空泵,其中长且慢的减速操作在极限压力下面临过电压跳闸的危险)时的过电压故障。
[0092] 不同于在电机驱动电压被去除并且转子在惰行时施加单相电压或直流电压的其他动态制动,实施例施加低频三相电压,该低频三相电压形成大的负滑差和扭矩以使转子减慢下来,同时在降低的通量水平下(即,在通量减弱的情况下)仍施加电机驱动电压。这有助于控制跟踪转子速度,并且提供在已达到目标速度时迅速恢复到正常的电机驱动模式。这种方法提供了简单的控制,而没有任何外部装置和/或电路拓扑改变和/或能量倾卸。能够通过制动频率和电压的变化来调整制动电流、扭矩和功率,以使与硬制动相关联的不受欢迎的加热、振动和噪声最小化。
[0093] 实施例提供了一种用于电力电子逆变器驱动感应电机的制动方法,该制动方法施加正常的电机驱动分量和制动分量的混合以产生组合的再生和动态制动,从而减少减速时间和避免将动能反馈回到直流链路以及使电容器组的电压过充。在实施例中,应减小正常的电机驱动电压分量以减弱电机中的通量并将一些容量让给制动电压分量;其平均滑差为负值,但不小于-10%;在去除制动分量之后,它重回正常电机驱动全通量操作。在实施例中,制动分量频率远低于正常电机驱动频率和最终目标速度,其平均负滑差小于-1,其电压大小不大于正常电机驱动分量;其与电机驱动分量处于同一相序中。它斜升和斜降,以使制动扭矩平滑并避免对负载的不受欢迎的机械冲击。在实施例中,通过在静止参考系中用代数方法求和来混合正常电机驱动电压分量和制动电压分量。在实施例中,可产生正常电机驱动电压分量和制动分量,并且在2相参考系或三相参考系中的任一者中将它们混合。
[0094] 尽管实施例描述了减速且然后再采取电机驱动控制,但是实施例也能够制动到停止,其中正常电机驱动电压应设定为远小于制动电压,并且减速率应更大以便更快停止。
[0095] 在实施例中,执行三相交流动态制动,但是它也能够通过改变其频率和度来提供直流注入制动。
[0096] 如上文所暗指的,存在各种现有制动技术。在许多情况下,要求制动电机转子偶尔停止,并且在技术方案中,转子速度跟踪丧失,因此,在没有漫长的重新启动过程的情况下,不可能再次平滑地返回电机驱动模式。一些方法可跟踪速度,但是这些方法仅用于磁场定向控制中,用于先进的高性能驱动器中,并且与更流行的V/F比控制不兼容。该实施例实现了快速减速和过电压防止。实施例提供速度跟踪以及从电机驱动到制动以及返回电机驱动模式的平滑改变。
[0097] 一些现有制动技术包括:1. 直流链路能量倾卸,通过调节外部能量倾卸热流进行的斩波器控制制动扭矩;2. 直流注入制动,在电机与驱动器断开连接之后,在电机定子的两个相中施加直流电压;3. 单相交流制动方法1,在电机与驱动器断开连接之后,将单相电源施加到两个相,第三相开路;4. 单相交流制动方法2,将单相电源施加到两个相,如果三相呈星形连接,则第三相与这两相中的一者并联;5. 单相交流制动方法3,将单相电源施加到以三角形接法连接的开路的三相(这实际上是串联连接并由单相供电的三相)的两个端子;6. 电容器制动,去除定子电源并且在电机端子上连接一个或多个电容器,所述电容器将如同感应发电机那样自激励,并对转子速度进行制动;7. 高负滑差制动,施加频率至55%的更低滑差或约-80%的负滑差以将电机制动到停止;8. 双频制动,在固定频率差下施加更高的反向序列;9. FOC控制中的零扭矩、磁通量脉动制动。然而,主要问题是它们全部丧失对转子速度的跟踪,在1至7中目标仅是将转子制动到停止,不适合快速减速的目的。8跟踪速度,但仅适用于FOC控制,其中扭矩电流和磁电流被准确地分开。9类似反向制动,面临沿反方向重新启动转子的危险,这在大多数类型的泵机构中是不被准许的。
[0098] 尽管本文中已参考附图详细公开了本发明的说明性实施例,但是应理解的是,本发明不限于精确的实施例,并且在不脱离如由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围的情况下,能够由本领域技术人员在其中实现各种改变和修改
[0099] 附图标记二极管整流器 10
电容器组 11
逆变器 12
脉宽调制器 13
2相至3相转换器 14
求和逻辑 15
速度操作控制 17
电机驱动电压控制和变换块 18
感应电机 21
控制器 100
电源电压 Vst、Vss、Vsr
直流电压 Vdc
两相电机驱动电压 Vm、Vma、Vmb
电机驱动电压幅值 Vm1、Vm_deflux_min、Vm_pre_reflux、Vm2
电机驱动电压频率 Fref_high、Fm_deflux、Fm_change、Fm_deflux_min、Fm_low、Fref_low制动电压 Vbr、Vbra、Vbrb
制动电压幅值 Vbr1、Vbr2
制动电压频率 Fbr、Fbr_min
总和电压 Vs、Vsa、Vsb
三相总和电压 Vu、Vv、Vw
PWM信号 Su、Sv、Sw
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