一種感應(yīng)電機(jī)剎車控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種電機(jī)剎車控制方法，特別是一種感應(yīng)電機(jī)剎車控制方法，應(yīng)用于交流電源、變頻器、感應(yīng)電機(jī)和負(fù)載組成的系統(tǒng)，其中：所述控制方法包括以下步驟：(1)在感應(yīng)電機(jī)剎車期間，確定電壓幅值和電壓角度；(2)基于確定的電壓幅值和電壓角度，控制變頻器的輸出電壓，在保證變頻器母線電壓恒定或趨于恒定的前提下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤感應(yīng)電機(jī)的最大剎車力矩，保證了感應(yīng)電機(jī)的剎車性能；同時(shí)采用相同算法同時(shí)滿足了電源正常和電源失電情況下的感應(yīng)電機(jī)剎車，大大簡(jiǎn)化了算法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種電機(jī)剎車控制方法，特別是，應(yīng)用于交流電源、變頻器、感應(yīng)電機(jī)和負(fù)載組成的系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
所謂的感應(yīng)電機(jī)，即指是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流電機(jī)。除特殊情況外，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度始終與定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度不等，因此又叫異步電機(jī)。其應(yīng)用系統(tǒng)主要由交流電源、變頻器、感應(yīng)電機(jī)和負(fù)載組成。常規(guī)的感應(yīng)電機(jī)的剎車方法一股采用機(jī)械剎車，即附加機(jī)械裝置抱死感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸或其從動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)剎車，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且由于磨損打滑、 損壞等原因容易導(dǎo)致剎車失效，無法保證感應(yīng)電機(jī)的剎車性能，存在較大的安全隱患。考慮到以上所述機(jī)械剎車的缺點(diǎn)，已有直接采用由變頻器控制的電子剎車方法實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)剎車，即將感應(yīng)電機(jī)機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為熱能。常見的主要有直流制動(dòng)剎車法， 所謂感應(yīng)電機(jī)直流制動(dòng)法是指通過變頻器的功率模塊，如IGBTansulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)或IPM (Intelligent Power Module，智能功率模塊)， 給感應(yīng)電機(jī)定子繞組提供直流電壓(或電流)，該直流電壓(或電流)使感應(yīng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生剎車力矩(又稱制動(dòng)力矩)，阻礙感應(yīng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)剎車。該剎車方法容易導(dǎo)致變頻器母線電壓升高，因而需要在變頻器母線上接入能量損耗電路，方可確保變頻器母線電壓處于安全電壓范圍內(nèi)，控制復(fù)雜，成本高，而且該制動(dòng)方法無法確保其產(chǎn)生的剎車力矩始終為最大剎車力矩，即無法自動(dòng)跟蹤感應(yīng)電機(jī)的最大剎車力矩，剎車性能較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供，既實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能的過程進(jìn)行控制，確保在其剎車過程中，變頻器母線電壓始終處于預(yù)先設(shè)定的安全范圍內(nèi)，變頻器母線電壓恒定或趨于恒定，同時(shí)在變頻器母線電壓恒定或趨于恒定的前提下，又實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤感應(yīng)電機(jī)的最大剎車力矩，保證了感應(yīng)電機(jī)的剎車性能。本專利技術(shù)要解決的另一技術(shù)問題是提供，采用相同算法同時(shí)滿足電源正常和電源失電情況下的感應(yīng)電機(jī)剎車，大大簡(jiǎn)化了算法。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為，應(yīng)用于交流電源、變頻器、感應(yīng)電機(jī)和負(fù)載組成的系統(tǒng)，其中所述方法包括以下步驟(1)在感應(yīng)電機(jī)剎車期間，確定電壓幅值和電壓角度；(2)基于確定的電壓幅值和電壓角度，控制變頻器的輸出電壓，在保證變頻器母線電壓恒定或趨于恒定的前提下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤感應(yīng)電機(jī)的最大剎車力矩，保證感應(yīng)電機(jī)的剎車性能。優(yōu)選地，所述的確定電壓幅值的步驟為預(yù)先設(shè)置變頻器母線電壓設(shè)定值；在感應(yīng)電機(jī)剎車期間，檢測(cè)變頻器母線電壓實(shí)際值；基于變頻器母線電壓設(shè)定值與變頻器母線電壓實(shí)際值的差值，確定電壓幅值。所述的變頻器母線電壓設(shè)定值不局限于具體數(shù)值，是結(jié)合變頻器以及感應(yīng)電機(jī)的實(shí)際情況而確定的、處于安全范圍內(nèi)的數(shù)值范圍。優(yōu)選地，所述的確定電壓角度的步驟為在感應(yīng)電機(jī)剎車期間，檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速；基于感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定轉(zhuǎn)差，結(jié)合感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度；基于定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，確定電壓角度。為了進(jìn)一步提高確定電壓幅值的精確度，避免變頻器母線電壓的劇烈波動(dòng)，優(yōu)選地，所述的確定電壓幅值的步驟還包括在感應(yīng)電機(jī)剎車期間，檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，基于感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點(diǎn)的輸出電壓幅值，以及結(jié)合所述的變頻器母線電壓設(shè)定值與變頻器母線電壓實(shí)際值的差值，最終確定電壓幅值。本專利技術(shù)可通過電壓頻率表基于感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點(diǎn)的輸出電壓幅值。優(yōu)選地，所述的控制變頻器的輸出電壓的步驟包括以變頻器母線電壓恒定或趨于恒定為控制目標(biāo)，當(dāng)變頻器母線電壓實(shí)際值高于變頻器母線電壓設(shè)定值時(shí)，增大變頻器的輸出電壓，感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的剎車力矩增大，從而降低變頻器母線電壓；當(dāng)變頻器母線電壓實(shí)際值低于變頻器母線電壓設(shè)定值時(shí)，減小變頻器的輸出電壓，感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的剎車力矩減小，從而增大變頻器母線電壓，以保證變頻器母線電壓恒定或趨于恒定。優(yōu)選地，所述的控制變頻器的輸出電壓的步驟包括在感應(yīng)電機(jī)剎車電流較小的低速區(qū)，按產(chǎn)生最大剎車力矩控制轉(zhuǎn)差輸出；在感應(yīng)電機(jī)剎車電流較大的高速區(qū)，在不超過感應(yīng)電機(jī)和變頻器允許的最大電流的前提下，以產(chǎn)生最大剎車電流控制轉(zhuǎn)差輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤感應(yīng)電機(jī)的最大剎車力矩。優(yōu)選地，所述的變頻器母線電壓設(shè)定值與變頻器母線電壓實(shí)際值的差值經(jīng)比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出差值調(diào)節(jié)值，基于差值調(diào)節(jié)值確定電壓幅值，即電壓幅值為比例調(diào)節(jié)器對(duì)變頻器母線電壓設(shè)定值與變頻器母線電壓實(shí)際值的差值進(jìn)行微調(diào)輸出的差值調(diào)節(jié)值。當(dāng)變頻器母線電壓實(shí)際值高于變頻器母線電壓設(shè)定值時(shí)，比例調(diào)節(jié)器對(duì)此差值進(jìn)行調(diào)節(jié)以增大電壓幅值，從而增大感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的剎車力矩以降低變頻器母線電壓；當(dāng)變頻器母線電壓實(shí)際值低于變頻器母線電壓設(shè)定值時(shí)，比例調(diào)節(jié)器對(duì)此差值進(jìn)行調(diào)節(jié)以增大電壓幅值，從而減小感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的剎車力矩以增大變頻器母線電壓。優(yōu)選地，所述的變頻器母線電壓設(shè)定值高于交流電源輸入電壓經(jīng)整流濾波后的最高直流電壓值，從而簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了采用相同算法對(duì)于電源失電與電源正常時(shí)的感應(yīng)電機(jī)剎車，避免電源失電與電源正常時(shí)的感應(yīng)電機(jī)剎車采用不同算法，簡(jiǎn)化了算法。優(yōu)選地，通過SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空間矢量脈寬調(diào)制)模塊、功率模塊控制變頻器的輸出電壓，具體步驟為通過SVPWM模塊基于確定的電壓幅值以及電壓角度計(jì)算三相輸出電壓并輸出PWM(Pulse-width modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，再通過功率模塊將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出給感應(yīng)電機(jī)。功率模塊一股選用 IGBTansulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)或 IPMantelligent Power Module,智能功率模塊)，是變頻器硬件的通用器件。優(yōu)選地，采用轉(zhuǎn)差表基于感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定轉(zhuǎn)差。本專利技術(shù)所述的轉(zhuǎn)差是指感應(yīng)電機(jī)定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度之間的差值。當(dāng)然可以通過其他類型的表，如滑差表根據(jù)感應(yīng)4電機(jī)轉(zhuǎn)速確定轉(zhuǎn)差率S = (nl-n)/nl，其中nl為電機(jī)定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，η為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，通過計(jì)算處理后確定轉(zhuǎn)差。本專利技術(shù)所述的變頻器的英文譯名是VFD (Variable-frequency Drive)，通過改變感應(yīng)電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。變頻器主要由整流濾波模塊、驅(qū)動(dòng)控制芯片及其外圍電路模塊、速度檢測(cè)模塊、功率模塊構(gòu)成。本專利技術(shù)所述的電壓幅值是基于變頻器母線電壓設(shè)定值與變頻器母線電壓實(shí)際值的差值直接或經(jīng)過調(diào)節(jié)處理后確定的。為了進(jìn)一步提高確定電壓幅值的精確度，避免變頻器母線電壓的劇烈波動(dòng)，電壓幅值還可以包括感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點(diǎn)的輸出電壓幅值。本專利技術(shù)所述的電壓角度是指感應(yīng)電機(jī)的定子電壓相位角。本專利技術(shù)所述的變頻器母線電壓是指變頻器的內(nèi)部整流濾波電路和功率模塊之間的中間回路的電壓。變頻器的輸出電壓是指變頻器的功率模塊向感應(yīng)電機(jī)的輸出電壓。本專利技術(shù)所述的低速區(qū)和高速區(qū)是對(duì)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)高低的劃分，具體轉(zhuǎn)速數(shù)值劃分可以根據(jù)具體實(shí)際，如根據(jù)感應(yīng)電機(jī)與變頻器的允許的最大電流值以及感應(yīng)電機(jī)的剎車性能需求來界定。本專利技術(shù)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)1、本專利技術(shù)以變頻器母線電壓恒定或趨于恒定為控制目標(biāo)，當(dāng)變頻器母線電壓實(shí)際值高于本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種感應(yīng)電機(jī)剎車控制方法，應(yīng)用于交流電源、變頻器、感應(yīng)電機(jī)和負(fù)載組成的系統(tǒng)，其特征在于：所述方法包括以下步驟：（１）在感應(yīng)電機(jī)剎車期間，確定電壓幅值和電壓角度；（２）基于確定的電壓幅值和電壓角度，控制變頻器的輸出電壓，在保證變頻器母線電壓恒定或趨于恒定的前提下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤感應(yīng)電機(jī)的最大剎車力矩，保證感應(yīng)電機(jī)的剎車性能。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何志明，周文忠，黃雨，王明仁，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：無錫艾柯威科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：32