專利名稱：交流電動機的自整流制動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用交流電源的電動機的一種電磁制動方法。
現(xiàn)有的使用交流電源的電動機的電磁制動方法有多種，但是一般都需要外加直流電源，因此比較復雜。而且電磁制動的強度無法控制和調(diào)整。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種不需要外加直流電源而且電磁制動的強度可以調(diào)整的交流電動機的自整流制動方法。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣實現(xiàn)的當運行中的(三相或單相)交流電動機需要制動時，可利用主電路中設(shè)置的半控器件、全控器件或者二極管，把交流電整流成為脈動直流后輸入電動機，就可產(chǎn)生電磁制動力矩，使電動機實現(xiàn)電磁制動。例如

圖1所示的如某些(例如智能單相電動機)電動機那樣使用雙向可控硅或者IGBT之類的全控器件作為開關(guān)的時候，可以在需要電磁制動時，將開關(guān)K1K2置成電流流入中心點的方向，開關(guān)K6K5K3K4置成電流流出中心點的方向，這樣在360°的整個周期中定子繞組中流過的電流方向始終不變，實現(xiàn)了全波單相整流，構(gòu)成了單相全波整流的制動電路。又例如圖2中的某些(例如智能單相電動機)電動機那樣，當需要制動時，將開關(guān)K1K2置成電流流入電動機的方向，開關(guān)K6K5保持關(guān)斷，K3K4置成電流流出電動機的方向，這樣在360°的整個周期中定子繞組中流過的電流方向始終不變，實現(xiàn)了單相全波整流，也構(gòu)成了單相全波整流的電磁制動電路。對于其他各種交流電動機，都可以參照以上方法構(gòu)成交流電動機的制動電路進行電磁制動。
采用這種方法進行制動時，制動力矩的大小與制動開始時電動機的即時轉(zhuǎn)速成正比，制動開始時電動機的即時轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的制動力矩也就越大。
在同樣的即時轉(zhuǎn)速之下，如果利用全控器件或者半控器件的可控性來調(diào)節(jié)整流波形的導通角或者調(diào)節(jié)整流波形中導通波形的密度，則可以通過調(diào)節(jié)、改變平均整流電壓而達到改變制動強度、也就是改變制動特性曲線的斜率的目的。
對于使用接觸器之類的有接點電器控制的交流電動機，可以在主回路的常開主觸頭上并聯(lián)一個二極管，當此主觸頭斷開時，二極管將自動接入主電路，構(gòu)成半波整流的電路，將整流后的半波電流流入電動機產(chǎn)生制動力矩，使電動機制動。為了隔離電源，在此主觸頭之前，還應(yīng)該設(shè)置一個刀開關(guān)、熔斷器或接觸器之類的電源隔離裝置。當然，如果使用可控硅來取代二極管以實現(xiàn)導通角或者導通半波密度的控制，以通過控制整流電壓的平均值，則可以調(diào)節(jié)改變電動機制動過程的制動強度，更好地實現(xiàn)對制動過程的控制。
為了更詳細具體地說明交流電動機自整流制動的實現(xiàn)方法，下面在圖1～圖7中舉出了一些應(yīng)用的實例。
圖1是定子繞組為Y形接線的智能單相電動機等實現(xiàn)自整流制動的電氣線路，其中調(diào)速開關(guān)為由雙向可控硅構(gòu)成；在進行制動時，可將調(diào)速開關(guān)K1K2置成電流流入中心點的方向，調(diào)速開關(guān)K6K5K3K4置成電流流出中心點的方向。這種接線可以使經(jīng)過重新串并聯(lián)組合的電動機的三相定子繞組中能同時流過與電網(wǎng)電壓相應(yīng)的全波整流電流；圖2是定子繞組為Δ形接線的智能單相電動機等實現(xiàn)自整流制動的電氣線路，其中開關(guān)為由雙向可控硅或者全控器件構(gòu)成；在進行制動時，可將開關(guān)K1K2置成電流流入電動機的方向，開關(guān)K6K5保持關(guān)斷，K3K4置成電流流出電動機的方向。這樣，這種接線可以使經(jīng)過重新串并聯(lián)組合的電動機的三相定子繞組中能同時流過與電網(wǎng)電壓相應(yīng)的全波整流電流；
圖3是定子繞組為雙Y形接線(或者雙Δ形接線)的智能三相電動機等實現(xiàn)自整流制動的電氣線路。其中調(diào)速開關(guān)K1～K12為由雙向可控硅構(gòu)成；在進行制動時，可將K1～K8置成電流流入電動機的方向，K9～K12置成電流流出電動機的方向。這樣，這種接線可以使經(jīng)過重新串并聯(lián)組合的電動機的三相定子繞組中能同時流過與線電壓相應(yīng)的全波整流電流；圖4是定子繞組為Y形接線(或者Δ形接線)的由雙向可控硅或者全控器件作為交流開關(guān)的普通可逆三相電動機實現(xiàn)自整流制動的電氣線路；在進行制動時，可將開關(guān)K1K2置成電流流入電動機的方向，開關(guān)K3K4K5置成電流流出電動機的方向(如圖4中箭頭方向所示)，使電動機的各相定子繞組中都能流過整流的直流電流。
圖5是定子繞組為Y形接線(或者Δ形接線)的由雙向可控硅或者全控器件作為交流開關(guān)的普通不可逆三相電動機實現(xiàn)自整流制動的電氣線路；在進行制動時，可將開關(guān)K1K2置成電流流入電動機的方向，開關(guān)K3置成電流流出電動機的方向。這種接線可以使電動機的三相繞組中規(guī)定了電流方向為流入的二相定子繞組中能輪流流過與電網(wǎng)線電壓相應(yīng)的半波整流電流，這個電流當然都從第三相繞組流出；圖6是定子繞組為Y形接線(或者Δ形接線)的由接觸器等有接點電器控制的普通不可逆三相電動機實現(xiàn)自整流制動的電氣線路；如將可控硅或者二極管按照圖示的方向接線。在進行制動時，這種接線可以使經(jīng)過重新串并聯(lián)組合的電動機的三相繞組中規(guī)定電流方向為流出的二相定子繞組中能輪流流過與電網(wǎng)線電壓相應(yīng)的半波整流電流，這個電流當然都是從第三相繞組流入的；圖7是由接觸器等有接點電器控制的普通單相電動機實現(xiàn)自整流制動的電氣線路；如將可控硅或者二極管和開關(guān)K(K1K2是開關(guān)K的常開和常閉觸頭)按照圖示的方向接線。在進行制動時，這種接線可以使制動時經(jīng)過并聯(lián)組合的電動機的二相定子繞組中能同時流過與電網(wǎng)電壓相應(yīng)的半波整流電流；圖8為利用改變脈沖uZ相位來控制導通半波的導通角來調(diào)節(jié)平均整流電壓uP的原理。
圖9為利用改變脈沖uZ的頻率來控制導通半波的密度來調(diào)節(jié)平均整流電壓uP的原理。
圖10為在三相變頻器中進行自整流制動的設(shè)計。只要將逆變開關(guān)P設(shè)置成其工作程序中的任意一種而持續(xù)或者斷續(xù)工作，整流電流就會從電動機的一相或者兩相流入，再從電動機其他的一相或者兩相流出，就能使電動機的定子繞組中流過持續(xù)或者斷續(xù)的直流電流而產(chǎn)生電磁制動?？刂坪透淖兡孀冮_關(guān)P通斷時間的占空比δ(此處定義占空比δ＝α/[α+β]×100％，其中α為逆變開關(guān)接通的時間，β為逆變開關(guān)斷開的時間)，即可調(diào)控加在電動機定子繞組的平均整流電壓而調(diào)控其電磁制動強度。由于可以利用調(diào)節(jié)平均整流電壓來對制動強度進行調(diào)節(jié)，而無須利用外加電阻進行限流來對制動強度進行限制，因此，這樣還可以節(jié)能。單相變頻器也可以類似地進行自整流制動。
所有的電路中如果使用了半控器件或者全控器件，由于可以調(diào)控其平均整流電壓，則具備了實現(xiàn)對電磁制動強度進行調(diào)控的條件；而僅僅使用二極管等無法用控制作用來影響其工作狀態(tài)的器件，則不能調(diào)控其電磁制動強度。
本發(fā)明交流電動機的自整流制動方法的優(yōu)點是無須另外專門準備直流電源及一整套相應(yīng)的裝置，僅僅利用雙向可控硅或者全控器件可以有控制地單向?qū)?、或者利用附加二極管來實現(xiàn)單相全波或半波整流的性能，就可以使交流電動機完成電磁制動；而且如果構(gòu)成的整流電路中有可控器件的介入，則可以方便地實現(xiàn)對其電磁制動強度的控制。
實現(xiàn)本發(fā)明的最好的方法是直接利用原來主電路中已經(jīng)有的雙向可控硅之類的交流開關(guān)有控制地使它單向?qū)▉順?gòu)成單相全波整流制動電路，因為它不需要增加直流電源等任何專門的硬件設(shè)備，只要利用控制信號使雙向可控硅按照規(guī)定方向單向?qū)ㄒ詷?gòu)成相應(yīng)的整流電路，即可實現(xiàn)強度可控的電磁制動。
同時，在整個制動的過程中，要根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速的變化情況，相應(yīng)地控制占空比δ來控制電磁制動的強度，注意不使主回路各器件特別是電子開關(guān)過熱。尤其是在制動之初，由于電流沖擊很大，對此問題特別要充分重視。最好是根據(jù)制動過程中的轉(zhuǎn)速或者制動電流的反饋信息調(diào)控制動強度，轉(zhuǎn)速或者制動電流高時采用較小的導通角或較低的導通半波密度，隨著轉(zhuǎn)速或者制動電流的降低逐漸增大導通角或增加導通半波密度。或者在制動之初先采用發(fā)電制動，當轉(zhuǎn)速充分降低后再轉(zhuǎn)換為自整流制動(能耗制動)，調(diào)控的原則是不使主回路各元、器件因為制動而過熱。例如對于圖10所示的三相變頻器中進行自整流制動時，就要根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速的信息采取相應(yīng)的調(diào)控措施，制動之初電動機轉(zhuǎn)速越高時，使逆變開關(guān)(1GBT)的占空比δ越小，電動機轉(zhuǎn)速逐漸降低時占空比δ隨著逐漸升高，控制的原則是確保整個制動過程中的制動電流不致使主回路元器件過熱。而對于如圖1所示的情況，也要根據(jù)整個制動過程中的制動電流的變化情況對調(diào)速開關(guān)的占空比δ進行控制，其原則仍然是確保整個制動過程中的制動電流不致使主回路元器件過熱。
有時候，也可以按照最困難的條件例如慣性負載最嚴重的情況預(yù)先選定好相應(yīng)的制動程序并固化在控制裝置中，那么對于其他所有的不是最困難的條件如慣性負載較小情況下使用這個固化程序時都能夠有相對滿意的效果。
對于無法調(diào)控制動過程的那些情況，為了制動過程的安全，就要采取必要的限流措施限制制動電流或者加大電子器件的容量。
權(quán)利要求
1.交流電動機的自整流制動方法是一種利用交流電源的電動機的電磁制動方法，其特征是在需要進行電磁制動時，利用把交流電動機主電路中的原來就已經(jīng)設(shè)置著的半控器件如雙向可控硅或者全控器件分別設(shè)置成相應(yīng)方向的單向?qū)ㄒ詷?gòu)成整流電路及其通路，或者在接觸器之類的有觸點電器的主電路中為了電磁制動專門設(shè)置的二極管或者可控硅來構(gòu)成整流電路以對交流電源進行整流，這樣可以不需要另外提供專門的直流電源作為制動電源，而可以將電動機所運行的交流電網(wǎng)的電能經(jīng)過整流成為平均整流電壓可以調(diào)控的直流電源后直接用作電動機的制動電源，而且使電磁制動的強度可以調(diào)控。
2.權(quán)利要求1所述的自整流制動方法中使用半控器件或者全控器件作為整流元件時其特征是由于采用了半控器件或者全控器件來進行整流制動，而這些器件都具有一定的可控性，因此，借助于這種可控性我們能夠控制和調(diào)節(jié)其導通角或者導通半波的密度，從而調(diào)控平均整流電壓的高低，故可以實現(xiàn)對制動強度的控制。
3.權(quán)利要求1所述的自整流制動方法中使用二極管作為整流元件時其特征是由于對二極管的導通不能控制，故它雖然可以提供整流電流但是不能調(diào)節(jié)平均整流電壓，故只能實現(xiàn)強度無法調(diào)節(jié)的電磁制動。
全文摘要
交流電動機的自整流制動方法是這樣實現(xiàn)的當運行中的(三相或單相)交流電動機需要制動時，可利用主電路中設(shè)置的半控器件、全控器件或者二極管，把交流電整流成為脈動直流后輸入電動機，就可產(chǎn)生電磁制動力矩，使電動機制動。如某些電動機那樣使用雙向可控硅或者IGBT之類的全控器件作為開關(guān)的時候，可以在需要電磁制動時，將開關(guān)K
文檔編號H02P3/18GK1489275SQ02131110
公開日2004年4月14日 申請日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者黃群, 黃 群 申請人:黃群, 黃 群