[發明專利]功率轉換系統與過電壓保護和反向電動機速度控制的方法

有效

• 申請號: 201410260736.2
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104242785B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 羅伯特·J·布雷茨曼;謝苗·羅亞克;約翰·M·卡蘇尼希
• 申請（專利權）人: 洛克威爾自動控制技術股份有限公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;H02H7/09;H02H7/097
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王萍,尹瑩瑩

技術領域

本公開總體上涉及功率控制技術，具體地涉及針對電動機驅動功率損失事件減輕電動機驅動過電壓和限制電動機負載的反向旋轉的方法以及功率轉換系統。

背景技術

電動機驅動是用于通過轉換接收的輸入功率以將功率提供到被驅動的電動機的功率轉換系統。而電動機負載可以被用于各種不同的應用。在井用潛水泵中，被驅動的泵電機被用于驅動通常從井中提取流體的螺桿泵或離心泵。在正常工作中，泵電機正向轉動以將流體從井管中向上抽。如果相關聯的電動機驅動損失功率，則泵電機將停止轉動，并且先前抽取的流體將開始向下流回到井中，從而導致泵電機的轉子反向旋轉。如果電動機是用永磁體構造的，則泵電機的反向旋轉產生反電勢，該反電勢可以導致能夠損壞電動機和/或使電動機驅動中的組件(包括驅動逆變器的輸入處的直流總線電容器)惡化的明顯電壓。螺桿型泵尤其可以在反向上加速到反電勢產生大于電動機額定電壓的明顯電壓這一點。此外，泵電機的反向旋轉允許流體向下流回到井中，從而當稍后恢復功率時，對于損失功率之前所做的抽取工作必須重做。類似的情形發生在電動機驅動起重機中，其中，在功率損失事件期間，起重機電動機上的負載往往能夠使電動機反向旋轉。因此，需要一種用于保護電動機驅動和被驅動的電動機免于由過多反電勢引起的損壞的、以及針對功率損失情形防止電動機達到高的反向速度的技術和裝置。

發明內容

現在概括本公開的各個方面以便于基本理解本公開，其中，本概括不是本公開的廣泛概述，并且不用于確定本公開的某些元素，也不用于界定本公開的范圍。更確切地，本概括的主要目的是在下文給出更詳細的描述之前以簡化形式給出本公開的各種概念。公開了用于功率轉換的技術、系統和裝置，其中，通過在系統輸入功率損失之后啟用輸出耗散電路來控制或限制反向電動機負載旋轉，并且通過在恢復系統輸入功率之后激活第二耗散電路來減輕直流總線過電壓。本公開的概念可以被有利地用于泵電機的功率轉換系統、電動機驅動的起重機系統、以及希望控制無動力的電動機反向旋轉和減輕相關反電勢的影響以保護功率轉換系統和/或被驅動的電動機的其他應用。

根據本公開的一個或更多個方面，提供包括直流總線電路、逆變器和控制器的功率轉換系統以及第一和第二功耗電路。該第一功耗電路與系統的交流輸出耦合，并且選擇性地耦合兩個或更多個交流輸出端之間的一個或更多個電阻性負載，以耗散從被驅動的負載提供到系統的再生功率。該第二功耗電路可操作以選擇性地耗散直流總線電路中的功率。在某些實施方式中，控制器響應系統輸入功率的損失，以提供控制信號來激活第一功耗電路，從而耗散從負載提供到交流輸出的功率。以這種方式，可以限制電動機反向旋轉的速度，從而減少潛水泵和/或起重機應用中先前做的抽取工作或起重工作的量。控制器還可以響應于系統功率的損失選擇性地禁止輸出逆變器的操作。

在恢復輸入功率之后，某些實施方式中的控制器使第一功耗電路不工作，重新開始逆變器的轉換操作，并且激活第二功耗電路以選擇性地耗散直流總線電路中的功率。通過該操作，可以避免或減輕直流總線過電壓的潛在的不利影響，以保護直流總線電容及其他功率轉換系統組件。系統的某些實施方式可以包括連接在逆變器和系統交流輸出之間的輸出濾波器，其中在濾波器之后第一功耗電路連接到兩個或更多個交流輸出端。在某些實施中，第一功耗電路包括整流器以及開關和電阻器，并且在某些實施方式中可以通過來自轉換系統控制器的控制信號來激活開關，以選擇性地跨過整流器的輸出連接電阻器，從而耗散再生功率。在其他可能的實施中，可以使用接觸器或其他類型的開關以跨過兩個或更多個輸出連接一個或更多個電阻器，從而耗散再生功率。此外，第一功耗電路可以是電動機驅動類型的功率轉換器內部集成的，或者可以被分離地連接在功率轉換系統中的電動機驅動交流輸出和被驅動的負載之間。