用於迴轉電機緊急制動的控制裝置及其使用方法
2023-06-08 13:55:56 1
專利名稱：用於迴轉電機緊急制動的控制裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及電動機、發電機或機電變換器的停止或減速裝置領域，具體為一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置及其使用方法。
背景技術：
基於對節能要求的不斷提升，高效的永磁同步電機開始得到了廣泛的應用，除作為混合動力汽車或純電動汽車的驅動裝置，目前還逐步應用於工程機械，如混合動力挖掘機等。和作為汽車驅動裝置不同的是，混合動力挖掘機的迴轉機構沒有制動離合器，正常工作狀態下，電機控制器可控制電機工作在電動狀態或發電狀態，完成單次迴轉動作。但當電機系統故障(此時電機控制器將檢測到異常信號)時，為保護電機系統，通常的做法是:整車控制器切斷逆變器的高壓電源供應，同時電機控制器關斷逆變器輸出，電機則在慣性力的作用下自由轉動至停車，這種制動方式實質上是一種能耗制動，單純依靠電機旋轉來消耗掉制動能量，制動能量不會反饋到電網上，儘管對於保護逆變器和高壓電源有效，但由於挖掘機質量大，屬於大慣性負載，在撤除對迴轉電機的控制後，迴轉平臺在慣性作用下仍會滑擺一定的角度，這對地面上的車輛及人身造成威脅。
發明內容
為了克服現有技術的缺陷，提供一種的結構簡單、反應靈敏、制動迅速的迴轉電機制動裝置，本發明公開了一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置及其使用方法。本發明通過如下技術方案達到發明目的:
一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置，包括直流電源、逆變器和同步電機，直流電源的正極和負極分別和逆變器的正極輸入端和負極輸入端連接，逆變器的三相交流電輸出端分別和同步電機的三相交流電接入端連接，其特徵是:還包括制動控制器和電機控制器，電機控制器通過信號線分別連接制動控制器和逆變器。所述的用於迴轉電機緊急制動的控制裝置，其特徵是:直流電源選用超級電容或蓄電池，同步電機選用永磁同步電機，制動控制器和電機控制器都選用數位訊號處理器或單片機。所述的用於迴轉電機緊急制動的控制裝置的使用方法，電機控制器控制同步電機處於正常工作模式或制動模式，正常工作模式時，電機控制器控制逆變器對從直流電源輸入的直流電進行脈衝寬度調製以逆變成三相交流電，並將逆變成的三相交流電輸入同步電機，使同步電機處於電動機狀態，其特徵是:制動模式按如下步驟依次進行:
a.手動觸發:手動觸發制動控制器，制動控制器向電機控制器發出制動彳目號，電機控制器切換到制動模式，
b.系統復位:電機控制器在接收到制動信號後，首先發送一個系統復位信號清除因同步電機故障而鎖存的使能信號，並在間隔一過渡時間段後重新開管切換到轉速閉環並給定零轉速命令，過渡時間段的持續時間為10ms， C.產生電磁阻力:電機控制器根據當前同步電機的轉速控制逆變器向同步電機的定子輸入和原先方向相反的電流，以建立和轉子旋轉方向相反的磁場，迫使轉子反向切割磁力線以產生電磁阻力直至停機，此時同步電機處於發電機狀態，同步電機輸出的電流經逆變器整流成直流電後給直流電源充電，若同步電機的轉速始終大於20rpm，則返回b步驟，
d.解除使能:在同步電機停機後，手動解除制動控制器的使能，
e.恢復正常:電機控制器檢測到制動控制器的使能解除後，再恢復同步電機至正常工作模式。本發明針對混合動力挖掘機迴轉電機的制動控制，不增加額外的硬體成本，採用高效的控制器，能夠準確快速地對同步電機進行電動機/發電機狀態控制，利用直流電源尤其是超級電容瞬間充放大電流的能力特性，可以實現迅速停車，並回收緊急制動時挖掘機迴轉平臺的動能，可廣泛應用於工程機械產品中用於車身迴轉的同步電機。本發明的有益效果是:結構簡單，反應靈敏，制動迅速，電能利用率高，適用範圍廣。
圖1是本發明的結構示意 圖2是本發明使用時的流程圖。
具體實施例方式以下通過具體實施例進一步說明本發明。實施例1
一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置，包括直流電源1、逆變器2、同步電機3、制動控制器41和電機控制器42，如圖1所示，具體結構是:直流電源I的正極和負極分別和逆變器2的正極輸入端和負極輸入端連接，逆變器2的三相交流電輸出端分別和同步電機3的三相交流電接入端連接，電機控制器42通過信號線分別連接制動控制器41和逆變器2。直流電源I可選用超級電容或蓄電池，本實施例選用超級電容；同步電機3選用永磁同步電機；制動控制器41和電機控制器42可選用數位訊號處理器或單片機，本實施例選用數位訊號處理器。本實施例使用時，電機控制器42控制同步電機3處於正常工作模式或制動模式，正常工作模式時，電機控制器42控制逆變器2對從直流電源I輸入的直流電進行脈衝寬度調製以逆變成三相交流電，並將逆變成的三相交流電輸入同步電機3，使同步電機3處於電動機狀態。制動模式如圖2所示，按如下步驟依次進行:
a.手動觸發:手動觸發制動控制器41，制動控制器41向電機控制器42發出制動f目號，電機控制器42切換到制動模式，
b.系統復位:電機控制器42在接收到制動信號後，首先發送一個系統復位信號清除因同步電機3故障而鎖存的使能信號，並在間隔一過渡時間段後重新開管切換到轉速閉環並給定零轉速命令，過渡時間段的持續時間為10ms，
c.產生電磁阻力:電機控制器42根據當前同步電機3的轉速控制逆變器2向同步電機3的定子輸入和原先方向相反的電流，以建立和轉子旋轉方向相反的磁場，迫使轉子反向切割磁力線以產生電磁阻力直至停機，此時同步電機3處於發電機狀態，同步電機3輸出的電流經逆變器2整流成直流電後給直流電源I充電，若同步電機3的轉速始終大於20rpm,則返回b步驟，若循環次數超過3次，則表明逆變器2或電機控制器42存在硬體永久損壞，此時仍需使用傳統的機械式剎車片制動，
d.解除使能:在同步電機3停機後，手動解除制動控制器41的使能，
e.恢復正常:電機控制器42檢測到制動控制器41的使能解除後，再恢復同步電機3至正常工作模式。
權利要求
1.一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置，包括直流電源(I)、逆變器(2)和同步電機(3)，直流電源(I)的正極和負極分別和逆變器(2)的正極輸入端和負極輸入端連接，逆變器(2)的三相交流電輸出端分別和同步電機(3)的三相交流電接入端連接，其特徵是:還包括制動控制器(41)和電機控制器(42)，電機控制器(42)通過信號線分別連接制動控制器(41)和逆變器(2)。
2.如權利要求1所述的用於迴轉電機緊急制動的控制裝置，其特徵是:直流電源(I)選用超級電容或蓄電池，同步電機(3)選用永磁同步電機，制動控制器(41)和電機控制器(42)都選用數位訊號處理器或單片機。
3.如權利要求1或2所述的用於迴轉電機緊急制動的控制裝置的使用方法，電機控制器(42)控制同步電機(3)處於正常工作模式或制動模式，正常工作模式時，電機控制器(42)控制逆變器(2)對從直流電源⑴輸入的直流電進行脈衝寬度調製以逆變成三相交流電，並將逆變成的三相交流電輸入同步電機(3)，使同步電機(3)處於電動機狀態，其特徵是:制動模式按如下步驟依次進行: a.手動觸發:手動觸發制動控制器(41)，制動控制器(41)向電機控制器(42)發出制動信號，電機控制器(42)切換到制動模式， b.系統復位:電機控制器(42)在接收到制動信號後，首先發送一個系統復位信號清除因同步電機(3)故障而鎖存的使能信號，並在間隔一過渡時間段後重新開管切換到轉速閉環並給定零轉速命令，過渡時間段的持續時間為10ms， c.產生電磁阻力:電機控制器(42)根據當前同步電機(3)的轉速控制逆變器⑵向同步電機(3)的定子輸入和原先方向相反的電流，以建立和轉子旋轉方向相反的磁場，迫使轉子反向切割磁力線以產生電磁阻力直至停機，此時同步電機(3)處於發電機狀態，同步電機⑶輸出的電流經逆變器⑵整流成直流電後給直流電源⑴充電，若同步電機(3)的轉速始終大於20rpm，則返回b步驟， d.解除使能:在同步電機(3)停機後，手動解除制動控制器(41)的使能， e.恢復正常:電機控制器(42)檢測到制動控制器(41)的使能解除後，再恢復同步電機(3)至正常工作模式。
全文摘要
本發明涉及電動機、發電機或機電變換器的停止或減速裝置領域，具體為一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置及其使用方法。一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置，包括直流電源(1)、逆變器(2)和同步電機(3)，其特徵是還包括制動控制器(41)和電機控制器(42)，電機控制器(42)通過信號線分別連接制動控制器(41)和逆變器(2)。一種用於迴轉電機緊急制動的控制裝置的使用方法，電機控制器(42)控制同步電機(3)處於正常工作模式或制動模式。本發明結構簡單，反應靈敏，制動迅速，電能利用率高，適用範圍廣。
文檔編號H02P6/24GK103178761SQ20111044163
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者王文峰, 雷小軍, 徐性怡 申請人:上海大郡動力控制技術有限公司