專利名稱：稀土永磁無刷直流電梯電機(jī)和牽引電機(jī)四象限運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土永磁無刷直流電梯電機(jī)和牽引電機(jī)四象限運(yùn)行的方法。
眾所周知，垂直升降電梯是一種位勢(shì)負(fù)載，當(dāng)電梯按規(guī)定的速度曲線運(yùn)行時(shí)，隨著電梯載重的變化、電梯轎廂與對(duì)重鐵空間高度的變化、運(yùn)行方向的變化，電梯拖動(dòng)裝置必須具有能在四象限內(nèi)工作的基本能力。例如，電梯提升時(shí)，起動(dòng)加速時(shí)可能是需要補(bǔ)充能量，而在均速運(yùn)行時(shí)可能不需要能量注入，在制動(dòng)減速時(shí)又需要釋放能量。簡(jiǎn)單地說，電梯拖動(dòng)裝置既可能向被拖動(dòng)對(duì)象提供動(dòng)力做功，也有可能向被拖動(dòng)對(duì)象提供阻力做負(fù)功，并且這種能量的轉(zhuǎn)移方向及數(shù)值大小無法預(yù)先確定下來。由于上述原因，電梯拖動(dòng)裝置必須能在四象限內(nèi)工作，同時(shí)還必須能自動(dòng)轉(zhuǎn)換，各象限之間的過渡也要平滑。
傳統(tǒng)的交流異步變頻調(diào)速系統(tǒng)在完成電梯拖動(dòng)任務(wù)時(shí)，是利用交流異步電機(jī)在負(fù)轉(zhuǎn)差率條件下能充當(dāng)發(fā)電機(jī)的原理實(shí)現(xiàn)電梯拖動(dòng)裝置四象限運(yùn)行的，當(dāng)工作狀態(tài)處于2、4兩個(gè)象限內(nèi)時(shí)，拖動(dòng)裝置對(duì)電梯做負(fù)功，向電梯提供阻力，以滿足當(dāng)前電梯嚴(yán)格按預(yù)先規(guī)定的速度曲線運(yùn)行。
傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)是較變頻調(diào)速系統(tǒng)落后的另一類調(diào)速系統(tǒng)，理論上交流異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)不具備四象限運(yùn)行的能力，為了完成電梯拖動(dòng)裝置四象限運(yùn)行任務(wù)，交流異步電機(jī)內(nèi)部加裝一套制動(dòng)繞組或外部增加一個(gè)電渦流制動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)部分僅提供電動(dòng)力，制動(dòng)阻力由制動(dòng)繞組或電渦流制動(dòng)器產(chǎn)生。電梯實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電梯拖動(dòng)裝置在四象限中的任何一個(gè)象限工作機(jī)會(huì)幾乎相等，因此，這種加裝制動(dòng)繞組的交流異步電機(jī)或外設(shè)的電渦制動(dòng)器發(fā)熱十分嚴(yán)重，常常導(dǎo)致設(shè)備的燒毀。
稀土永磁無刷直流電機(jī)雖然是一種性能優(yōu)越的調(diào)速電機(jī)，并且高效節(jié)能、安全性能好，但是，要真正把這種電機(jī)原理搬到電梯拖動(dòng)裝置中使用是很不容易的。因?yàn)橄⊥劣来艧o刷直流電機(jī)的磁場(chǎng)是預(yù)先設(shè)計(jì)好的，不可能出現(xiàn)類似于交流異步電機(jī)負(fù)轉(zhuǎn)差率發(fā)電制動(dòng)條件。另外也不可能采用增設(shè)制動(dòng)繞組或增設(shè)電渦流制動(dòng)器的這種過時(shí)的方案實(shí)現(xiàn)制動(dòng)阻力輸出?，F(xiàn)實(shí)中唯一可以采用的方法是讓稀土永磁無刷直流電機(jī)工作在“反接制動(dòng)”狀態(tài)，這種方法在小功率伺服系統(tǒng)中和大功率非經(jīng)常性制動(dòng)場(chǎng)合中可以采用，但要在電梯拖動(dòng)裝置中使用是不太可能的，因?yàn)椤胺唇又苿?dòng)”的能耗發(fā)生在電機(jī)內(nèi)部，頻繁的“反接制動(dòng)”會(huì)使電機(jī)內(nèi)部劇烈發(fā)熱，威脅設(shè)備安全。
本發(fā)明針對(duì)稀土永磁無刷直流電機(jī)提出一種新的發(fā)電制動(dòng)方法，這種方法是利用稀士永磁無刷直流電機(jī)繞組電感存在的客觀事實(shí)，先讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)電勢(shì)在繞組中產(chǎn)生所需要的發(fā)電電流，將制動(dòng)所需能量暫存于電機(jī)繞組中，然后再將這部分能量利用電機(jī)繞組自感電勢(shì)轉(zhuǎn)移到稀土永磁無刷直流電機(jī)的電子換向電路的直流電網(wǎng)中去，這一次能量轉(zhuǎn)移完成后，再進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)移，一直到所有被轉(zhuǎn)移的能量總和滿足電梯拖動(dòng)裝置要求為止。
本發(fā)明的技術(shù)特征是借用無刷直流電子換向電路中的現(xiàn)有功率器件，僅由邏輯控制，利用電機(jī)繞組電感和電機(jī)旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，將電梯運(yùn)行過程中的制動(dòng)能量先暫存于電機(jī)繞組中，然后再利用繞組自感電勢(shì)將這部分能量轉(zhuǎn)移電子換向電路的直流電網(wǎng)中。
根據(jù)這種原理，本發(fā)明不僅適用于起重、提升這類位勢(shì)負(fù)載拖動(dòng)用稀土永磁無刷直流電機(jī)，也同樣適用于電力牽引這類負(fù)載拖動(dòng)用稀土永磁無刷直流電機(jī)，本發(fā)明在一定范圍內(nèi)具有適用性。
本發(fā)明的目的在于為稀土永磁無刷直流電機(jī)提供一種新的四象限運(yùn)行方法。使用這種方法，可以在不增加經(jīng)濟(jì)成本的條件下實(shí)現(xiàn)稀土永磁無刷直流電機(jī)的可控性制動(dòng)運(yùn)行，并且電機(jī)本身沒有劇烈發(fā)熱現(xiàn)象。本發(fā)明對(duì)于稀土永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)是一種完善，具有社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本發(fā)明的實(shí)施例為一臺(tái)功率為18.5kW的電梯專用稀土永磁無刷直流電機(jī)和一臺(tái)功率為50kW的電動(dòng)轎車專用稀土永磁無刷直流電機(jī)。兩種使用場(chǎng)合均能很好地完成拖動(dòng)系統(tǒng)的四象限運(yùn)行要求，表現(xiàn)出電動(dòng)與制動(dòng)能力完全對(duì)稱的優(yōu)勢(shì)。
結(jié)合附圖
祥述本發(fā)明的工作原理附圖為了說明原理，僅繪出了典型無刷直流電機(jī)電子換向電路的一部分。其中A、B、C為無刷直流電機(jī)A相、B相、C相的三個(gè)繞組，eA、eB是對(duì)應(yīng)A相、B相繞組中的某一時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，繞組中的電感LA、LB及內(nèi)阻rA、rB沒能繪到圖中，T1、T5、T4、T2及D1、D5、D4、D2分別為A、B兩條支路中的主控開關(guān)管和各自的續(xù)流二極管，C1為直流電網(wǎng)Vc+的濾波和能量存儲(chǔ)電解電容器。
當(dāng)A、B相繞組具有圖示旋轉(zhuǎn)電勢(shì)極性時(shí)，導(dǎo)通T4，則在T4、D2、B、A相繞組構(gòu)成的回路中出現(xiàn)電流i1，由于i1方向與eA、eB極性相同，故i1送發(fā)電性質(zhì)，i1在電機(jī)磁場(chǎng)的作用下必然產(chǎn)生阻力作用，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)制動(dòng)工作目的。由于電機(jī)繞組內(nèi)阻rA、rB很小(趨于零)，i1在eA、eB的作用下快速增長(zhǎng)，直到i1產(chǎn)生的阻力作用滿足制動(dòng)需要時(shí)，快速關(guān)斷T4，這時(shí)，在繞組中得到的制動(dòng)能量為
?？焖訇P(guān)斷T4后，由于電感中電流不能突變?cè)?，i1無處可去，只能打通D1向直流網(wǎng)中注入形成i2，在直流網(wǎng)容量有限條件下，直流網(wǎng)壓被迫抬高，即C1兩端電壓升高。i1打通D1并不是因?yàn)閑A、eB的和高于直流網(wǎng)壓Vc+，而是因?yàn)槔@組電感LA、LB在i1被T4強(qiáng)制阻斷時(shí)產(chǎn)生了很高的自感電勢(shì)
，該電勢(shì)與eA、eB一道成為i2注入直流網(wǎng)的“原動(dòng)力”。自從i2注入直流網(wǎng)開始，i2呈逐步減小趨勢(shì)，最終可以減小到i2=0為止，一般地，為了維持電機(jī)制動(dòng)阻力為某一量值，控制上不會(huì)等到i2=0出現(xiàn)之前就已經(jīng)再次導(dǎo)通T4，這時(shí)，i2重新流經(jīng)T4成為i1,i1又出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，新的一個(gè)周期又開始了。由于現(xiàn)代功率電子器件的開關(guān)速度很快(如GTR、IGBT)，這種能量轉(zhuǎn)移周期是非常短暫的，幾十個(gè)微秒即可完成，因此，觀察到的繞組中制動(dòng)電流是連續(xù)的，僅僅有點(diǎn)波動(dòng)而已。
通過上述也不難看出，整個(gè)制動(dòng)過程電機(jī)中的各種損耗并沒有發(fā)生改變，電機(jī)仍然處于高效率工作中，電動(dòng)與制動(dòng)是完全對(duì)稱的，正因?yàn)槿绱?，本發(fā)明提出的稀土永磁無刷直流電機(jī)四象限運(yùn)行方法可以在1～4象限隨意工作，沒有任何附加條件。
權(quán)利要求
1．一種稀土永磁無刷直流電梯電機(jī)和牽引電機(jī)四象限運(yùn)行方法，其特征在于利用電機(jī)繞組的電感性質(zhì)，通過邏輯控制，直接使用原有的稀土永磁無刷直流電機(jī)電子換向電路首先短路導(dǎo)通符合制動(dòng)條件的電機(jī)繞組，使電機(jī)繞組在旋轉(zhuǎn)電勢(shì)的作用下產(chǎn)生發(fā)電電流，然后再?gòu)?qiáng)制斷開這些繞組，使其產(chǎn)生自感電勢(shì)并將已產(chǎn)生的發(fā)電電流強(qiáng)制注入到電子換向電路的直流電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)電機(jī)制動(dòng)能量向直流電網(wǎng)的轉(zhuǎn)移，完成電機(jī)四象限運(yùn)行。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁無刷直流電梯電機(jī)和牽引電機(jī)四象限運(yùn)行方法，其特征在于要短路導(dǎo)通的電機(jī)繞組必須是在其中產(chǎn)生的電流方向與繞組中旋轉(zhuǎn)電勢(shì)方向相一致的繞組，執(zhí)行短路導(dǎo)通的電子開關(guān)器件同時(shí)也是執(zhí)行強(qiáng)制斷開的電子開關(guān)器件。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁無刷直流電梯電機(jī)和牽引電機(jī)四象限運(yùn)行方法，其方法同樣適用于其他有四象限運(yùn)行要求的稀土永磁無刷直流電機(jī)中。
全文摘要
一種稀土永磁無刷直流電梯電機(jī)和牽引電機(jī)四象限運(yùn)行方法。這種方法利用電機(jī)繞組電感存在的客觀事實(shí),通過邏輯控制,直接使用原有的稀土永磁無刷直流電機(jī)電子換向電路首先利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)電勢(shì)將電機(jī)制動(dòng)能量存儲(chǔ)在電機(jī)繞組中,然后再利用繞組的自感電勢(shì)將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)移到直流電網(wǎng)中去,通過周而復(fù)始的這種能量轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)稀土永磁無刷直流電機(jī)四個(gè)象限的對(duì)稱運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02P6/00GK1233882SQ98113038
公開日1999年11月3日 申請(qǐng)日期1998年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月9日
發(fā)明者孫德全, 羊彥, 季小尹, 高金行, 符向榮, 王安麗, 胡鋼成 申請(qǐng)人:寧波東方通用電氣公司西安分公司