本发明专利技术公开了一种用于控制可调速度驱动(ASD)以便在发电操作模式期间减速AC负载的系统以及方法。ASD包括电容器以及被耦接到DC连接的逆变器。电流传感器系统被耦接到逆变器的输出。ASD进一步包括控制系统，该控制系统被编程为计算电容器的能量，利用计算的电容器能量而生成参考电力，以及从由电流传感器系统接收的实时电流信号来计算反馈电力。控制系统将反馈电力与参考电力进行比较，基于该比较而限定频率偏移，利用频率偏移而生成速度命令，以及向逆变器输出速度命令以便在减速期间维持平滑的DC连接电压。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及可调速驱动，并且更特别地涉及在利用双环路控制结构的减速期 间用于在操作的发电模式时控制可调速驱动的系统以及方法。
技术介绍
电机驱动在工业应用中频繁用于适应电力以及此外控制电驱动电机，例如与栗、 风扇、压缩机、起重机、造纸厂、钢厂、乳钢厂、电梯、机床等一起供应的电驱动电机。电机典 型地提供伏特/赫兹的控制，并大幅改进了电驱动电机和应用的效率和生产率。逐渐地，电 机驱动采取擅于为电驱动电机或者感应式电机提供可变速度和/或可变转矩控制的可调节 或者可变速度驱动(ASD或者VSD)或者可调频率驱动(AFD)的形式。 如果感应式电机的定子端部连接至三相AFD系统，感应式电机的定子在电机驱动 操作模式期间将以定子旋转磁场的方向旋转。当负载转矩被施加至电机轴时，稳态速度保 持小于同步速度。然而，当感应式电机以与定子旋转场相同的方向旋转时，例如在无负载操 作状态期间，如果感应式电机的速度高于同步速度，则感应式电机处于发电操作模式。在发 电模式期间，产生在定子旋转磁场相反作用的发电转矩，使得电力从感应式电机回流至 AFD〇 为了停止ΑΠ )系统，AFD施加更低的频率至感应式电机，以尝试以比如果电机允许 逐渐至停止更快的速率对电机减速。在减速过程中，ΑΠ )持续向电机绕组施加能量，以便保 持磁场有效。由于施加的频率低于电机的实际频率，在感应式电机的发电行为将会导致电 力流反转ΑΠ )系统的动能并将电力反馈回供电电源期间，电机进入发电操作模式。由于能量 从电机转移到AFD的DC连接，DC连接电压增加并可能变得不稳定。 在减速过程中，一种用于保护ΑΠ )的已知技术监测DC连接电压。如果在减速期间DC 连接电压上升超过DC连接电压阈值，ΑΠ )将会跳闸并打断正常的停止操作。图1中显示了该 技术的说明。图表10显示了用于由40hp驱动在无负载时（即最小转矩）以0.1秒减速速率从 100Hz至0Hz驱动的20hp电机的实验波形，包括驱动输出频率12、DC连接电压14以及电机电 流16。图表10的顶部18以1秒分割说明，并且图表10的底部20以50毫秒分割说明波形的子部 分。由于电机开始斜降其速度并且驱动输出频率12降低，当DC连接电压超出阈值时，电机进 入发电状态并且上升的DC连接电压14导致过电压跳闸。在AFD跳闸之后，电机以不可控的方 式关闭。不稳定的DC连接电压以及不受控的关闭增加 DC连接电容器上的压力，引入EMC问 题，产生非期望的谐波和共振，增大机械应力，并且降低整体系统性能。 取代跳闸，ΑΠ )的切换控制可导致DC连接电压在减速过程中开始振荡。作为示例， 图1中所示的图表22说明了用于在无负载时对20hp电机从100Hz减速至0Hz的示例性60hp驱 动的DC连接电压24、电机电流26以及驱动输出频率28的所捕捉的波形。当选择减速功能并 且将减速速率设定为0.1秒时，电机开始斜降其速度进入发电状态。如图表22所示，DC连接 电压24形成具有超过150V过冲的振荡。也就是说，特定的频率，电压将会在高值和低值之间 跳动并且打断正常的减速过程，导致EMI和EMC干扰周围设备。 用于控制减速过程的另一已知方案采用制动电阻器，其提供了驱散可再生能量的 通路。制动电阻器控制电路感测高DC电压状态并穿过DC连接与制动电阻电连接。尽管制动 电阻器可有效驱散过度的能量，制动电阻器的成本显著。此外，制动电阻器的大的物理尺寸 显著增加了 AFD的整体尺寸。 因此，可期望提供一种在发电操作模式期间用于控制AFD的系统以及方法，该发电 操作模式在减速期间维持平滑DC连接电压，而无需跳闸ΑΠ )或者在DC连接电压中产生振荡。 进一步地，可期望提供一种无需制动电阻器而控制AFD的系统以及方法，以最小化ΑΠ)的尺 寸以及成本。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种在利用双环路控制结构的再生操作环境期间用于负 载的受控减速的系统以及方法。 根据本专利技术的一个方面，可调频率驱动系统包括可耦接到AC负载的可调频率驱 动。可调频率驱动包括被耦接到DC连接的电容器、具有被耦接到DC连接的输入的逆变器、以 及被耦接到逆变器的输出的电流传感器系统。可调频率驱动进一步包括控制系统，该控制 系统被编程为计算电容器的能量，利用计算的电容器能量而产生参考电力，以及计算来自 由电流传感器系统接收的实时电流信号的反馈电力。控制系统进一步被编程为将反馈电力 与参考电力进行比较，基于比较而限定频率偏移，利用频率偏移而生成速度命令，以及输出 速度命令至逆变器。 根据本专利技术的另一方面，减速感应式电机的方法包括控制可调速驱动从而根据V/ Hz分布的第一操作点而为感应式电机初始地提供电力，计算可调速驱动的DC电容器能量， 以及计算从感应式电机发送至可调速驱动的反馈电力。方法还包括基于计算的DC电容器能 量和计算的反馈电力而生成补偿频率，在来自补偿频率的V/Hz分布上限定第二操作点，以 及控制可调速驱动从而根据第二操作点而为感应式电机提供电力。 根据本专利技术的又一方面，用于被耦接到负载的可调速驱动的控制系统包括第一控 制环路，该第一控制环路具有电容器能量微分电路以及被耦接到电容器能量微分电路的输 出的第一控制器。第一控制器被编程为调整电容器能量变化。控制系统还包括被耦接到第 一控制环路的输出的第二控制环路，第二控制环路具有电力微分电路以及被耦接到电力微 分电路的输出的第二控制器，第二控制器被编程为调整负载的有效电力功耗。 本专利技术的各种其它特征和优点将从以下详细的描述和附图中变得显而易见。【附图说明】【附图说明】 了目前预期用于实施本专利技术的优选实施例。 在附图中：图1为根据已知技术的用于由40hp驱动在无负载时以0.1秒减速速率从100Hz至 0Hz驱动的20hp电机的波形图。图2为根据另一已知技术的用于由60hp驱动在无负载时以0.1秒减速速率从100Hz 至0Hz驱动的20hp电机的波形图。图3为根据本专利技术的实施例的用于以受控方式控制负载减速的3相AC控制系统的 示意图，该3相AC控制系统整合了诸如可调速驱动(ASD)的电力转换设备。 图4为根据本专利技术的实施例的用于在减速期间控制图1中所示的可调速驱动的双 环路控制系统的框图。 图5为阐述根据本专利技术实施例的电机驱动减速控制技术的步骤的流程图。图6为说明利用图5的减速控制技术的示例性ASD操作的波形图。【具体实施方式】此处阐述的本专利技术实施例涉及电子电力转换器和逆变器，以及涉及在再生操作状 态期间提供负载的受控减速的系统以及方法。系统包括双环路控制系统，该双环路控制系 统包括调整电容器能量的外部的控制环路以及调整由负载消耗的电力的内部的控制环路。 参照图3，图示了三相可调频率驱动(AFD)系统50 JFD系统50包括可调频率驱动 (AFD) 52，该可调频率驱动(AFD) 52被设计为接收三相交流(AC)电力输入、整流AC输入，以及 执行所整流的段到被供应至负载54的可变频率和幅度的三相交流电压的DC/AC转换。在一 个实施例中，ΑΠ ) 52根据以下更详细描述的示例性V/Hz特性而运行。例如，根据不同实施 例，负载54可以是诸如感应式电机的交流电机。AFD 52还包括转换器56(例如将非受控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可调频率驱动系统，包括：可耦接到AC负载的可调频率驱动，所述可调频率驱动包括：被耦接到DC连接的电容器；具有被耦接到所述DC连接的输入的逆变器；被耦接到所述逆变器的输出的电流传感器系统；以及控制系统，其被编程为：计算所述电容器的能量；利用所计算的电容器能量而生成参考电力；根据由所述电流传感器系统接收的实时电流信号来计算反馈电力；将所述反馈电力与所述参考电力进行比较；基于所述比较而限定频率偏移；利用所述频率偏移而生成速度命令；以及向所述逆变器输出所述速度命令。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫耀金，李华强，于安博，黎大为，谢景凤，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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