用于在电机中产生电磁转矩的设备和方法技术

一种用于在N相电机中产生电磁转矩的设备，其中N是正整数，包括N条线，N条线中的每一条都包括输入端子(A，B，C)、输出端子(a，b，c)，和一对晶闸管(Tam，Tbm，Tcm)或者一对的一个晶闸管和一个二极管，所述一对晶闸管(Tam，Tbm，Tcm)或者一对的一个晶闸管和一个二极管连接在输入端子和输出端子之间，使得晶闸管对或二极管-晶闸管对中的其中一个部件的负极连接到晶闸管对或二极管-晶闸管对中的另一个部件的正极并且晶闸管对或二极管-晶闸管对中的另一个部件的负极连接到晶闸管对或二极管-晶闸管对中的一个部件的正极。N条线连接在电源和电机之间。提供用于重复地或连续地确定至少所述N条线中的至少一条中的晶闸管对或二极管-晶闸管对之上的电压(Vthyr_bB)的符号的设备，提供用于重复地或连续地确定至少一个与电机中的电磁场相关的参数的装置，和提供用于响应于至少所确定的电压的符号和所确定的与电机中的电磁场相关的参数而控制所述N条线中的所述至少一条的晶闸管对或二极管-晶闸管对的操作的控制装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及能在与电源交换能量的电机中产生所期望符号的瞬时转矩的控制算法。
技术介绍
使用在矩阵的一条对角线上的多对反并联的晶闸管，优选为硅控整流器(SCR)的 3X3矩阵式转换器通常被称作软启动器，因为它们广泛地用在改进三相鼠笼式感应电机的启动、加速以及减速和停止中，否则如果所述三相鼠笼式感应电机被直接连接到电源，在它们的启动和停止阶段期间，其将遭受有害的瞬变现象。因为由其本构方程所反应的晶闸管的特性，以及这种转换电路的拓扑结构，它的电量的演变能以非常复杂的方式适时演变，也由于SCR以及可能的二极管的使用，极大地限制了控制这种电路的可能性。尽管它们的固有的限制，当不需要精密质量的运动时基于晶闸管的软启动器广泛地用来加速和减速感应电机。直到今天，它们的耐久性以及低成本促进了它们的广泛使用， 即使通过基于电压源、两级、三相AC/DC/AC转换器的最简单的和最重负载的电机驱动件， 其仍然大量地不匹配。此外，低成本，但是重要地运行的数控体系结构目前的可用性现在允许为软启动器使用更复杂的控制技术，因为所需要的模拟/数字电路的复杂性使得它们在那时在工业上大规模生产是不可接受的，所以在过去数十年来其在经济上是不可能的。
技术实现思路
使用基于晶闸管的软启动器加速或减速电机的主要问题由电机产生的瞬时电磁转矩的符号的不期望的逆转以及这种转矩的困难的调节组成。这个现实导致对电机并且主要是附连到它的载荷的有害的机械应力。进一步地，减速是更低效的因此导致更长的制动时间。更进一步地，在加速和减速期间，由于晶闸管的特性，基于晶闸管的软启动器的控制受到限制。通过将部件添加在软启动器的内部和外部，包括使用外部接触器，在原理上能解决这些问题和缺点中的至少一些。然而，这使得包括软启动器的整个机器控制设备更复杂、 更大和更昂贵。因此，本专利技术的目的是为了启动、加速以及减速并且甚至制动电机，而提供分别用于在电机中产生电磁转矩的基于晶闸管的设备和方法，其解决了上面的问题。本专利技术的进一步的目的是提供这种设备和方法，S卩，其是简单的、健壮的、可靠的和低成本的。除了别的之外，根据本专利技术，通过附属的专利的权利要求中所主张的设备和方法能达到这些目的。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于在N相电机中产生电磁转矩的设备,其中N 是正整数。所述设备包括N条线，所述N条线中的每一条线都包括输入端子、输出端子、和至少一对晶闸管或至少一对的一个晶闸管和一个二极管，所述至少一对晶闸管或至少一对的一个晶闸管和一个二极管连接在，优选为并联地，输入端子和输出端子之间，使得晶闸管对或二极管-晶闸管对中的第一个部件的负极连接到晶闸管对或二极管-晶闸管对中的第二个部件的正极并且晶闸管对或二极管-晶闸管对中的第二个部件的负极连接到晶闸管对或二极管-晶闸管对中的第一个部件的正极。这种连接被称作反并联连接。所述N条线连接在电源和电机之间。提供用于重复地或连续地确定所述N条线中的至少一条线中的晶闸管对或二极管-晶闸管对之上的电压的至少一个符号的设备，提供用于重复地或连续地确定至少一个与电机中的电磁场相关的参数的装置，和提供用于响应于至少所述所确定的电压的符号和所述所确定的与电机中的电磁场相关的参数而控制所述N条线中的所述至少一条线的晶闸管对或二极管-晶闸管对的操作的控制装置。优选地，所述至少一个与所述电磁场相关的参数是所述电机中的磁通量和/或电流的函数。能通过由适于测量穿过每个晶闸管对或二极管-晶闸管对的电流和/或电压的设备测量的线电流以及由适于测量电压的设备测量的电机和/或电源的，优选为N条线的输入端子处的线间电压估计这种函数。有利地，所述控制装置被设置成每次都在仅仅满足下面的条件时重复地激发所述 N条线中的所述至少一条线中的晶闸管对或二极管-晶闸管对中的至少一个晶闸管所述晶闸管对或二极管-晶闸管对之上的末级电压给所述晶闸管一特定大小的正向压降，所述晶闸管被导通，使得电流穿过晶闸管，在考虑了至少所述电机中的磁通量和/或电流的函数的符号的情况下，将产生所期望的电磁转矩。仍优选地，提供用于确定电机中的磁通量和/或电流的函数的时间导数，例如总时间导数或部分时间导数的装置，其中所述控制装置被设置成仅仅如果至少所述电机中的磁通量和/或电流的函数的符号与至少所述电机中的磁通量和/或电流的函数的时间导数的符号具有特定相互关系，才重复地或连续地激发所述线中的所述至少一条线中的晶闸管对或二极管-晶闸管对的至少一个晶闸管。现有技术的基于晶闸管的软启动器的额外的问题是在制动电机的某些时候，可能发生这种情况，即，电机开始在相反的方向上旋转。在一些应用中，这种速度反转是不可接受的。因此，本专利技术的特定目的是提供这种设备和方法，其能被设计成防止电机的速度反转，同时不需要在软启动器中有额外的部件或外部接触器。此外，用于减速并且，如果需要的话，甚至停止电机的相同晶闸管应当能也用于启动和加速电机。用于减速电机直到它被带到停止(制动)目的的本专利技术的使用是基于这样的设计，即，当电机的转子处于静止时其产生零电磁转矩，因此显著地减少不期望的速度反转的风险。根据本专利技术的特定方面，提供本专利技术的第一方面的设备，其中N等于3并且三条线的输入端子连接到三相电源的输出端子。当期望通过减速电机直到它停止而制动电机时，控制装置连接电机，使得电流能经由至少所述三条线中的至少一条线中的晶闸管对或二极管-晶闸管对在所述三相电源的不多于两相中流动，并且响应于所测量的电压和所确定的与电机中的电磁场相关的参数而控制所述三条线中的第一条线中的晶闸管对或二极管-晶闸管对的操作。通过具有连接到所述电源的仅仅两相的电机，在电机的定子中形成恒定方向的电磁场。当电机的转子静止时由这种磁场形成的转矩是零；因此这种与电源的连接减小了在处于零速度时转子的不期望的转动的可能性。实际上，每个晶闸管对或二极管-晶闸管对中具有并联连接的旁通开关，在正常操作期间所述旁通开关是闭合的(为了防止电流在操作期间流过晶闸管对或二极管-晶闸管对，因此减少能量损失)。在电机的制动期间，第一条线的开关是打开的，第二条线的开关是闭合的，并且第三条线的开关是打开的。每次都在仅仅满足下面的条件时重复地激发第一条线的晶闸管对或二极管-晶闸管对的各晶闸管所述晶闸管对或二极管-晶闸管对之上的测量电压给所述晶闸管一在特定值之上的正向电压，所述晶闸管被导通，使得电流穿过晶闸管，在考虑了至少所述电机中的磁通量和/或电流的函数的符号的情况下，将产生制动电机的电磁转矩。可替换地，第二条线的开关保留为打开的并且它的晶闸管对或二极管-晶闸管对被系统地激发以模仿连续的连接。当第一条线的晶闸管对或二极管-晶闸管对的各晶闸管被激发时，取决于电机被如何配置以及如何连接到线，电流在电源的两相中， 在线的其中两条线中，和在电机的一相、两相或三相中流动。应当认识到，可以用二极管互换各晶闸管对中的其中一个晶闸管，或者系统地激发各晶闸管对中的其中一个晶闸管以模仿二极管的操作。在这种例子中，当满足上面所描述的条件时，仅仅重复地激发所述晶闸管对的另一个晶闸管或所述二极管-晶闸管对的晶闸管。依靠本专利技术能提供具有连接到电机的机械载荷的改进的启动、加速、减速和制动能力的软启动器。此外，使在已经达到零速度之后的电机制动中的速度反转的风险本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：P·滕卡，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：