[發(fā)明專利]用于電機(jī)的制動能量回收系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680043899.2
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN107925370B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·M·林德貝格;N·達(dá)貝爾科
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H02P3/00
• 分類號: H02P3/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 李光穎;王英

一種用于電機(jī)的制動能量回收系統(tǒng)，包括第一調(diào)節(jié)器、能量存儲設(shè)備、第二調(diào)節(jié)器、傳感器以及控制器。第一調(diào)節(jié)器將DC鏈路電壓輸出到能量存儲設(shè)備。第二調(diào)節(jié)器耦合到能量存儲設(shè)備并向電機(jī)輸出電機(jī)驅(qū)動信號。傳感器感測電機(jī)的操作特性。控制器向第一調(diào)節(jié)器輸出能量管理信號，所述能量管理信號包括作為(i)電機(jī)速度和/或(ii)經(jīng)由感測的特性確定的反向EMF的函數(shù)的時變信號，由此第一調(diào)節(jié)器動態(tài)地調(diào)節(jié)DC鏈路電壓以將能量平衡保持為基本上恒定，所述能量平衡包括以下項(xiàng)的總和：(a)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動能和/或線性動能，以及(b)存儲在能量存儲設(shè)備中的能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)，并且具體而言涉及一種用于電機(jī)驅(qū)動控制電路的制動能量回收系統(tǒng)和一種制動能量回收的方法。

背景技術(shù)

常規(guī)電機(jī)驅(qū)動器，例如永磁無刷電機(jī)驅(qū)動器，由以相對恒定的電壓電平供電的輸入電力總線驅(qū)動。如圖1所示，常規(guī)電機(jī)驅(qū)動控制電路10包括電壓調(diào)節(jié)器12、DC鏈路電容器14、電機(jī)調(diào)節(jié)器16、傳感器20和永磁電機(jī)22。如本領(lǐng)域中已知的，電機(jī)22包括轉(zhuǎn)子和定子。此外，電機(jī)22包括單相、雙相、3相或其他構(gòu)造中的任一個，其中，相數(shù)對應(yīng)于具有相同繞組數(shù)的電機(jī)定子。

US 4761600描述了一種用于由調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度的可變電壓、可變頻率逆變器供電的交流電機(jī)的動態(tài)制動控制系統(tǒng)。

仍然參考圖1，電壓調(diào)節(jié)器12將輸入電壓V_主要調(diào)節(jié)成經(jīng)調(diào)節(jié)的固定輸出電壓V_鏈路，本文中也稱為固定DC鏈路電壓。固定DC鏈路電壓包括恒定的電壓電平V_鏈路，并被存儲在DC鏈路電容器14上。在啟動序列之后，在電機(jī)驅(qū)動控制電路10的操作期間，電壓調(diào)節(jié)器12操作為保持DC鏈路電容器14上的固定DC鏈路電壓電平。

響應(yīng)于獨(dú)立電機(jī)控制輸入(例如，循環(huán)負(fù)載控制輸入)ACCEL/DECEL，電機(jī)調(diào)節(jié)器16操作為使電機(jī)22加速或減速。為了使電機(jī)22加速，控制輸入ACCEL/DECEL經(jīng)由信號線26將控制信號提供到電機(jī)調(diào)節(jié)器16。電機(jī)調(diào)節(jié)器16耦合在調(diào)節(jié)器的輸入端處的DC鏈路電容器14與調(diào)節(jié)器的輸出端處的電機(jī)22之間。電機(jī)調(diào)節(jié)器16向電機(jī)22輸出經(jīng)調(diào)節(jié)的電機(jī)電流I_電機(jī)。具體而言，經(jīng)調(diào)節(jié)的電機(jī)電流根據(jù)經(jīng)調(diào)節(jié)的電機(jī)電流的極性將電流供應(yīng)到內(nèi)部電機(jī)繞組(未示出)以使電機(jī)22加速或減速。

電機(jī)驅(qū)動控制電路10還包括傳感器20，所述傳感器被配置用于感測電機(jī)操作期間電機(jī)22的特性并且經(jīng)由信號線28提供傳感器信號。例如，電機(jī)22可以包括無刷電機(jī)，并且電機(jī)調(diào)節(jié)器16可以包括電流調(diào)節(jié)器和換向開關(guān)。在該范例中，傳感器20可以包括霍爾傳感器，霍爾傳感器提供關(guān)于反向EMF和相電流的霍爾信號，即供電機(jī)控制器(未示出)使用。霍爾傳感器信號由電機(jī)控制器(未示出)用于控制電機(jī)調(diào)節(jié)器16的換向開關(guān)在激勵電機(jī)繞組中的換向序列，如本領(lǐng)域中已知的。在另一個實(shí)施例中，電機(jī)調(diào)節(jié)器16可以包括以這樣的方式被控制從而組合電機(jī)調(diào)節(jié)器和換向功能的換向開關(guān)。

在電機(jī)22的旋轉(zhuǎn)期間，電機(jī)的定子繞組中的每個生成被稱為反電動勢或反向EMF(也稱為BEMF)的電壓。該反向EMF的極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向，其可能與施加到定子繞組的主電壓的極性不同。施加的定子繞組電壓與反向EMF之間的直接差異作用于繞組阻抗上，以確定繞組電流的幅度及其時間變化率。影響生成的反向EMF的幅度的一個因素是電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度或速度。隨著速度增加，反向EMF的幅度增加。

仍然參考圖1，開關(guān)調(diào)節(jié)器控制在電機(jī)操作期間相對于電壓調(diào)節(jié)器12和電機(jī)調(diào)節(jié)器16是連續(xù)的，即加速或減速。在減速的情況下，電機(jī)22繼續(xù)在相同的方向上旋轉(zhuǎn)，但是慢下來。當(dāng)電機(jī)22減速時，電機(jī)如發(fā)電機(jī)一樣起作用。為了開始減速，電機(jī)調(diào)節(jié)器16將施加的定子繞組電壓調(diào)節(jié)到低于反向EMF的值。跨繞組阻抗的負(fù)差引起從電機(jī)22經(jīng)由電機(jī)調(diào)節(jié)器16流回到鏈路電容器14中的反向電流。換言之，反向EMF由調(diào)節(jié)器16升壓，以經(jīng)由負(fù)電流將電流泵送到上游。應(yīng)注意，當(dāng)命令的電機(jī)扭矩(和對應(yīng)的電流)為正但是不足以克服電機(jī)軸上的機(jī)械扭矩負(fù)載時，減速也能夠發(fā)生。在這種情況下，電源再生不會發(fā)生，因?yàn)殡娏魅匀粸檎催M(jìn)入電機(jī)中。