用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供一種用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備。用于控制轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備包括：繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)；及升壓單元，升壓單元使用在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上纏繞的線圈作為電感器，以將轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電壓進(jìn)行升壓。因此，將沿著在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上纏繞的線圈流過的電流再生為系統(tǒng)電源，從而改善能量減少。
【專利說明】用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的控制，更具體地，涉及用于在反接或反相制動(dòng)過程中控制在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中流過的過電流、同時(shí)將在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中流過的電流再生為電源的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)可以是這樣的電機(jī):該電機(jī)具有通過將三相線圈圍繞轉(zhuǎn)子鐵芯形成的次級繞組，并且在線圈的各個(gè)相的前邊緣上提供集電環(huán)以通過電刷將次級電流引導(dǎo)到外部。
[0003]該種繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高角度的轉(zhuǎn)矩，以通過將外部電阻器連接到轉(zhuǎn)子繞組來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并控制其電阻。因此，繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)可以廣泛使用以驅(qū)動(dòng)具有高慣性負(fù)載的設(shè)備，例如起重機(jī)、軋鋼機(jī)、壓縮機(jī)等。
[0004]在如上所述的現(xiàn)有繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中，可以通過將外部電阻器連接到轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相并以步進(jìn)的方式執(zhí)行短路(控制電阻)來控制轉(zhuǎn)矩和速度。從而，有利地選擇最佳的最大或最小轉(zhuǎn)矩，同時(shí)在連接到轉(zhuǎn)子繞組的外部電阻器中不利地產(chǎn)生大量損耗。
[0005]除了上述方法，還設(shè)想了通過根據(jù)脈寬調(diào)制(PWM)信號來控制流過轉(zhuǎn)子繞組的電流的量來控制轉(zhuǎn)矩和速度的方法。
[0006]根據(jù)該種方法，如上所述的外部電阻器可以被隨之取代，從而可以消除由于外部電阻造成的損耗。
[0007]以該方式，可以研究用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度的各種方法，但是關(guān)于用于通過將由轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電流再生為電源來降低耗能的方法，其研發(fā)以及其中的研究都無意義。
[0008]另外，在通過將系統(tǒng)電源的相序轉(zhuǎn)換為負(fù)相序以對繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的定子繞組提供電力來對繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的情況下(被稱為“反接或反相制動(dòng)”)，在轉(zhuǎn)子繞組中可能流過過電流從而造成對后級的二極管或開關(guān)元件的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于在反接或反相制動(dòng)過程中控制在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中流過的過電流、同時(shí)將在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中流過的電流再生為電源的設(shè)備。
[0011]技術(shù)方案
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備，該設(shè)備包括:繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)；及升壓單元，該升壓單元使用繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)自身的轉(zhuǎn)子繞組作為電感器，對在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電壓進(jìn)行升壓。
[0013]該設(shè)備還可以包括相位轉(zhuǎn)換單元，在制動(dòng)過程中相位轉(zhuǎn)換單元將系統(tǒng)電源的相序轉(zhuǎn)換為負(fù)相序。
[0014]該設(shè)備還可以包括電感單元，電感單元連接到繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相，以控制在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的過電流。
[0015]相位轉(zhuǎn)換單元包括:第一半導(dǎo)體開關(guān)單元，第一半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到定子繞組的第一相的兩端；第二半導(dǎo)體開關(guān)單元，第二半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到定子繞組的第二相的兩端；第三半導(dǎo)體開關(guān)單元，第三半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到定子繞組的第三相的兩端；第四半導(dǎo)體開關(guān)單元，第四半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到第二相的一端和連接到第三相的另一端；及第五半導(dǎo)體開關(guān)單元，第五半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到第三相的一端和連接到第二相的另一端。
[0016]第一半導(dǎo)體開關(guān)單元到第五半導(dǎo)體開關(guān)單元中的每一個(gè)包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)。
[0017]半導(dǎo)體開關(guān)可以包括晶閘管裝置。
[0018]當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體開關(guān)單元和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元接通時(shí)，第四半導(dǎo)體開關(guān)單元和第五半導(dǎo)體開關(guān)單元關(guān)斷，而當(dāng)?shù)谒陌雽?dǎo)體開關(guān)單元和第五半導(dǎo)體開關(guān)單元接通時(shí)，第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元關(guān)斷。
[0019]該設(shè)備還可以包括電力再生單元，電力再生單元將由升壓單元升壓后的電壓傳輸?shù)较到y(tǒng)電源。
[0020]升壓單元可以包括:轉(zhuǎn)子電流控制器，轉(zhuǎn)子電流控制器包括開關(guān)元件以控制在轉(zhuǎn)子繞組中流過的電流，開關(guān)元件具有連接到轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相的一端；及升壓二極管單元，升壓二極管單元包括二極管并且將來自轉(zhuǎn)子繞組的電流傳輸?shù)诫娏υ偕鷨卧?，二極管具有連接到轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相的陽極。
[0021]電力再生單元可以包括:連接電網(wǎng)的再生逆變器，連接電網(wǎng)的再生逆變器將由升壓單元升壓后的電壓轉(zhuǎn)換成交流(AC)電壓并將AC電壓提供給系統(tǒng)電源。
[0022]連接電網(wǎng)的再生逆變器是從脈寬調(diào)制(PWM)逆變器和120度導(dǎo)通逆變器中選擇的一個(gè)。
[0023]該設(shè)備還可以包括:防逆流二極管，防逆流二極管防止電流從電力再生單元逆向流動(dòng)到升壓單元，防逆流二極管布置在升壓單元和電力再生單元之間。
[0024]開關(guān)元件可以是從包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、場效應(yīng)晶體管(FET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)及雙極結(jié)型晶體管(BJT)的半導(dǎo)體開關(guān)中選擇的至少一個(gè)。
[0025]該設(shè)備還可以包括:電涌過濾器，電涌過濾器連接到開關(guān)元件的另一端以及二極管的陰極，并且吸收在開關(guān)元件的開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的電涌電壓以防止開關(guān)元件燒壞。
[0026]有益效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以呈現(xiàn)通過將在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中流過的電流再生到系統(tǒng)電源能夠改善能量使用中的減少的技術(shù)效果。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電壓可以被升壓，從而可以呈現(xiàn)在沒有另外的升壓設(shè)備(例如變壓器)的情況下能夠?qū)㈦妷涸偕较到y(tǒng)電源的技術(shù)效果。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，可能獲得通過將具有電感部件的電感器(其大小根據(jù)頻率而改變)連接到轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相能夠在反接或反相制動(dòng)過程中控制在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中流過的過電流以對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定的技術(shù)效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的總體配置圖。
[0031]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的總體配置圖。
[0032]圖3是說明根據(jù)施加到繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的定子繞組的電壓的大小，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系的示意圖。
[0033]圖4是說明與圖2所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例對應(yīng)的等效電路的示意圖。
[0034]圖5是用于描述圖2所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制模式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面，將參考附圖具體描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被設(shè)想為限制于本文描述的實(shí)施例。在附圖中，可以為了清楚而放大部件的形狀和尺寸，并且相同的附圖標(biāo)記將被貫穿使用以指示相同或同似的部件。
[0036]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的總體配置圖。用于控制轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備可以包括繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂和升壓單元110，繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂包括定子繞組Illa和轉(zhuǎn)子繞組111b，使用繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)霓D(zhuǎn)子繞組Illb作為電感器，升壓單元110將在轉(zhuǎn)子繞組Illb感應(yīng)的電壓進(jìn)行升壓，并且該設(shè)備還可以包括將由升壓單元HO升壓的電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)電源100的電力再生單元120。
[0037]同時(shí)，升壓單元110可以包括轉(zhuǎn)子電流控制器112和升壓二極管單元113，轉(zhuǎn)子電流控制器112包括具有連接到轉(zhuǎn)子繞組Illb的各相A、B和C的一端的開關(guān)元件Ql到Q3以控制轉(zhuǎn)子繞組Illb中的電流，升壓二極管單元113包括具有連接到轉(zhuǎn)子繞組Illb的各相A、B和C的陽極的二極管Dl到D3以將來自轉(zhuǎn)子繞組Illb的電流傳輸?shù)诫娏υ偕鷨卧?20。
[0038]另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于控制轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備還可以包括電涌過濾器140和防逆流二極管130，電涌過濾器140被連接到開關(guān)元件Ql到Q3的另一端以及二極管Dl到D3的陰極并且吸收在開關(guān)元件Ql到Q3的開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的電涌電壓以防止開關(guān)元件Ql到Q3燒壞，防逆流二極管130防止電流從電力再生單元120逆向流動(dòng)到升壓單元110。
[0039]下面將具體描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的具體配置。
[0040]首先，使用繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)霓D(zhuǎn)子繞組Illb作為電感器，升壓單元110可以將在轉(zhuǎn)子繞組Illb中感應(yīng)的電壓升壓。可以對于各相A、B和C來執(zhí)行電壓的升壓，并且升壓后的電壓可以通過防逆流二極管130被傳輸?shù)诫娏υ偕鷨卧?20。
[0041 ] 具體地，升壓單元110可以包括轉(zhuǎn)子電流控制器112和升壓二極管單元113。升壓二極管單元113可以包括三個(gè)二極管Dl到D3，三個(gè)二極管Dl到D3具有連接到轉(zhuǎn)子繞組Illb的各相A、B和C的陽極和通過防逆流二極管130連接到電力再生單元120的陰極。
[0042]另外，轉(zhuǎn)子電流控制器112可以包括三個(gè)開關(guān)元件Ql到Q3以控制轉(zhuǎn)子繞組Illb中流過的電流的一端，三個(gè)開關(guān)元件Ql到Q3具有連接到轉(zhuǎn)子繞組Illb的各相A、B和C的陽極。即，根據(jù)上述配置，轉(zhuǎn)子繞組Illb的各相A、B和C可以用作電感器，并且因此可以配置由轉(zhuǎn)子繞組Illb的A相-開關(guān)元件Ql- 二極管Dl、轉(zhuǎn)子繞組Illb的B相-開關(guān)元件Q2- 二極管D2和轉(zhuǎn)子繞組Illb的C相-開關(guān)元件Q3- 二極管D3分別形成的總共三個(gè)升壓變換器。
[0043]轉(zhuǎn)子電流控制器112可以是從包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、場效應(yīng)晶體管(FET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)及雙極結(jié)型晶體管(BJT)的半導(dǎo)體開關(guān)中選擇的至少一個(gè)。
[0044]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，升壓單元110可以使用繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)霓D(zhuǎn)子繞組Illb的各個(gè)相A、B和C作為電感器，并通過轉(zhuǎn)子電流控制器112和升壓二極管單元113控制在轉(zhuǎn)子繞組Illb中流過的電流，從而用作升壓變換器。由升壓單元110升壓后的電壓可以通過防逆流二極管130傳輸?shù)诫娏υ偕鷨卧?20。同時(shí)，由升壓單元110升壓后的電壓可以具有比系統(tǒng)電源100的電壓更高的電平，從而可以獲得在沒有另外的升壓設(shè)備(例如變壓器)的情況下能夠?qū)ο到y(tǒng)電源100再生電壓的技術(shù)效果。
[0045]此外，電力再生單元120可以將由升壓單元110升壓后的電壓變換為交流(AC)電壓并且將該AC電壓提供給系統(tǒng)電源100。電力再生單元120可以包括充電電容器C和連接電網(wǎng)的再生逆變器。具體地，連接電網(wǎng)的再生逆變器可以是從脈寬調(diào)制(PWM)逆變器和120度導(dǎo)通逆變器中選擇的一個(gè)。
[0046]同時(shí)，防逆流二極管130可以具有這樣的配置:其中，其二極管的陽極公共地連接到升壓二極管單元113的二極管Dl到D3的陰極，并且其二極管的陰極連接到電力再生單元120。通過防逆流二極管130可以防止從電力再生單元120到升壓單元110逆向流動(dòng)的電流。
[0047]另外，電涌過濾器140可以被配置成公共地連接到配置轉(zhuǎn)子電流控制器112的開關(guān)元件Ql到Q3的另一端以及升壓二極管單元113的二極管Dl到D3的陽極。電涌過濾器140可以吸收在開關(guān)元件Ql到Q3的開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的電涌電壓，以防止開關(guān)元件Ql到Q3燒壞。
[0048]電涌過濾器140可以由電容器來配置，并且該電容器的電容可以根據(jù)所產(chǎn)生的電涌電壓的大小以及從防逆流二極管130到系統(tǒng)電源100存在的寄生電感的大小來決定。另夕卜，雖然說明了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電涌過濾器140包括電容器，但是其不必限于此，并且其還可以被配置為包括電容器和二極管或電容器、二極管和電阻器的組合的緩沖電路(snubber circuit)。
[0049]同時(shí)，控制單元160可以檢測轉(zhuǎn)子速度161、轉(zhuǎn)子電流162以及轉(zhuǎn)子的電壓、相位及頻率163，并且基于檢測到的信息產(chǎn)生控制信號SWm和SWr以控制轉(zhuǎn)子電流控制器112的開關(guān)元件Ql到Q3以及電力再生單元120的開關(guān)元件Q4到Q9。通過產(chǎn)生的控制信號SWm和Sffr可以接通或斷開轉(zhuǎn)子電流控制器112的各個(gè)開關(guān)元件Ql到Q3和電力再生單元120的開關(guān)元件Q4到Q9?；谵D(zhuǎn)子速度161、轉(zhuǎn)子電流162以及轉(zhuǎn)子的電壓、相位及頻率163生成控制信號SWm和SWr可以通過各種算法來實(shí)現(xiàn)，并且不作為本發(fā)明的實(shí)施例來詳細(xì)說明。[0050]下面，將描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的操作原理。
[0051]參考圖1，可以通過被施加到系統(tǒng)電源100的電壓來控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)乃俣群娃D(zhuǎn)矩，并且因此可以在磁耦接到繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)IM的定子繞組的各個(gè)相A、B和C的轉(zhuǎn)子繞組Illb中感應(yīng)電壓。
[0052]控制單元160可以檢測轉(zhuǎn)子速度161、在轉(zhuǎn)子繞組Illb中流過的電流162及轉(zhuǎn)子的電壓、相位及頻率163，并且基于檢測到的信息161、162和163，產(chǎn)生用于控制轉(zhuǎn)子電流控制器112的開關(guān)元件Ql到Q3以及電力再生單元120的開關(guān)元件Q4到Q9的控制信號SWm和 SWr。
[0053]根據(jù)本實(shí)施例，轉(zhuǎn)子電流控制器112的開關(guān)元件Ql到Q3可以通過由控制單元160產(chǎn)生的控制信號SWm來被重復(fù)地接通或關(guān)斷，并且轉(zhuǎn)子繞組Illb可以用作電感器，從而在轉(zhuǎn)子繞組Illb中感應(yīng)的電壓可以通過升壓單元110升壓。
[0054]具體地，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，轉(zhuǎn)子繞組Illb的各個(gè)相A、B和C可以用作電感器，并且因此，由A相的轉(zhuǎn)子繞組Illb-開關(guān)元件Ql-二極管D1、B相的轉(zhuǎn)子繞組Illb-開關(guān)元件Q2- 二極管D2以及C相的轉(zhuǎn)子繞組Illb-開關(guān)元件Q3- 二極管D3分別構(gòu)成的總共三個(gè)升壓變換器可以獨(dú)立或相互關(guān)聯(lián)地進(jìn)行工作。
[0055]例如，在升壓變換器模塊包括轉(zhuǎn)子繞組Illb的A相-開關(guān)元件Ql- 二極管Dl的情況下，當(dāng)開關(guān)元件Ql接通時(shí)，在用作電感器的轉(zhuǎn)子繞組Illb中的電流可以增加，而當(dāng)開關(guān)元件Ql關(guān)斷時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組Illb的電流可以被升壓并被傳輸?shù)诫娏υ偕鷨卧?20。
[0056]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在開關(guān)元件Ql到Q3的開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的電涌電壓可以由被連接到開關(guān)元件Ql到Q3的另一端以及二極管Dl到D3的陰極的電涌過濾器140吸收，從而防止開關(guān)元件Ql到Q3被燒壞。
[0057]由升壓單元110升壓后的電壓可以被傳輸?shù)诫娏υ偕鷨卧?20，并且被傳輸?shù)碾妷嚎梢詮碾娏υ偕鷨卧?20傳輸?shù)较到y(tǒng)電源100。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電力再生單元120可以是連接電網(wǎng)的再生逆變器，并且具體地，可以是從脈寬調(diào)制(PWM)逆變器和120度導(dǎo)通逆變器中選擇的一個(gè)。
[0059]以此方式，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以呈現(xiàn)通過將在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電能再生到系統(tǒng)電源能夠改善能量使用中的減少的技術(shù)效果。另外，在繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電壓可以被升壓，從而可以呈現(xiàn)在沒有另外的升壓設(shè)備的情況下能夠?qū)㈦妷涸偕较到y(tǒng)電源的技術(shù)效果。
[0060]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的總體配置圖。與圖1比較，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備可以進(jìn)一步包括相位轉(zhuǎn)換單元150和電感單元114。在根據(jù)第一實(shí)施例的用于控制轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的情況下，在反接或反相制動(dòng)過程中，即當(dāng)系統(tǒng)電源的相序被轉(zhuǎn)換為負(fù)相序以將電力施加到繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)亩ㄗ永@組Illa時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組Illb中可能產(chǎn)生過電流從而對后級的二極管110、130和140或開關(guān)元件112和120造成損害。因此，將描述根據(jù)圖2的第二實(shí)施例的用于限制過電流的方法。
[0061]下面，將具體描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備的具體配置和操作原理。然而，為了使本發(fā)明簡化和清楚，主要具體描述與圖I相比在圖2中進(jìn)一步包括的部件，即相位轉(zhuǎn)換單元150和電感單元114。
[0062]首先，參考圖2，為了執(zhí)行制動(dòng)，相位轉(zhuǎn)換單元150可以將系統(tǒng)電源100的相序轉(zhuǎn)換為負(fù)相序以將電力提供給繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)亩ㄗ永@組111a。
[0063]為此，相位轉(zhuǎn)換單元150可以包括具有連接到定子繞組Illa的第一相A的兩端的第一半導(dǎo)體開關(guān)單元Tl、具有連接到定子繞組Illa的第二相B的兩端的第二半導(dǎo)體開關(guān)單元T2、具有連接到定子繞組Illa的第三相C的兩端的第三半導(dǎo)體開關(guān)單元T3、具有連接到第二相B的一端和連接到第三相C的另一端的第四半導(dǎo)體開關(guān)單元T4、以及具有連接到第三相C的一端和連接到第二相B的另一端的第五半導(dǎo)體開關(guān)單元T5。
[0064]另外，為了執(zhí)行相位轉(zhuǎn)換，當(dāng)?shù)诙偷谌雽?dǎo)體開關(guān)單元T2和T3被接通時(shí)，第四和第五半導(dǎo)體開關(guān)單元T4和T5可以被關(guān)斷，而當(dāng)?shù)谒暮偷谖灏雽?dǎo)體開關(guān)單元T4和T5被接通時(shí)，第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)單元T2和T3可以被關(guān)斷。
[0065]同時(shí)，可以通過數(shù)學(xué)等式I來確定在轉(zhuǎn)子繞組Illb中感應(yīng)的電壓的大小。
[0066][數(shù)學(xué)等式I]
[0067]Vr=Vs X (ffr/ffs)X S=Vs X (ffr/ffs)X ((ws~wr)/ws)
[0068]其中，Vr是轉(zhuǎn)子電壓，Vs是定子電壓，Wr是轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)，Ws是定子繞組的匝數(shù)，S是轉(zhuǎn)差率，ws是同步速度，wr是轉(zhuǎn)子速度。
[0069]這里，在轉(zhuǎn)子繞組Illb中感應(yīng)的電壓的大小大于在充電電容器C中存儲(chǔ)的電壓的大小的情況下，即使當(dāng)轉(zhuǎn)子電流控制器112的開關(guān)元件Ql到Q3被關(guān)斷時(shí)，過量的充電電流也可能通過三相橋整流電路流過充電電容器C，三相橋整流電路由升壓二極管單元113的體二極管和開關(guān)元件Ql到Q3構(gòu)成。
[0070]此外，當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)亩ㄗ永@組11 Ia和轉(zhuǎn)子繞組Illb之間的繞組比大于預(yù)定值時(shí)，可能損壞構(gòu)成三相橋整流電路的二極管。具體地，在反接或反相制動(dòng)的情況下(“反接或反相制動(dòng)”指使用通過將負(fù)相序的電力施加到定子繞組Illa而在與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)的方案)，在轉(zhuǎn)子繞組Illb中可能感應(yīng)額外的過量電壓。
[0071]因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，相位轉(zhuǎn)換單元150可以控制對定子繞組Illa施加的電壓的大小，以限制在轉(zhuǎn)子繞組Illb中流過的電流的大小。
[0072]為此，第一半導(dǎo)體開關(guān)單元Tl到第五半導(dǎo)體開關(guān)單元T5中的每一個(gè)可以包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，例如三端雙向可控硅開關(guān)元件或晶閘管設(shè)備。作為示例，在圖2中示出具有一對反并聯(lián)連接的可控硅整流器(SCR)的雙向晶閘管。
[0073]換句話說，為了防止當(dāng)負(fù)相序的系統(tǒng)電源100被施加到定子繞組Illa時(shí)產(chǎn)生的過量的轉(zhuǎn)子電流以有力地使繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂制動(dòng)或減速，控制單元160可以對相位轉(zhuǎn)換單元150施加觸發(fā)角信號SWt。此后，可以通過所施加的觸發(fā)角信號SWt來控制第一到第五半導(dǎo)體開關(guān)單元Tl到T5，可以限制對定子繞組Illa施加的電壓的大小。
[0074]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一對可控硅整流器可以執(zhí)行雙向控制，以使得其中的一個(gè)控制正電壓，并且其中的另一個(gè)控制負(fù)電壓。從而，可以呈現(xiàn)能夠防止在連接到轉(zhuǎn)子繞組Illb的元件(電容器、二極管等)中流過的過量電流并且同時(shí)防止對這些元件(電容器、二極管等)造成損壞的技術(shù)效果。
[0075]同時(shí)，圖3是說明根據(jù)施加到繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)亩ㄗ永@組Illa的電壓的大小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系的示意圖。
[0076]通常，施加到定子繞組111a的電壓Vp的大小可以決定磁力（產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力 (轉(zhuǎn)矩）的要素）的大小。然而，當(dāng)根據(jù)繞組比轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度等于或大于預(yù)定速度時(shí)，100% 的額定電壓不可以被施加到定子，從而導(dǎo)致不能產(chǎn)生足夠量的轉(zhuǎn)矩。因此，如圖3所示，當(dāng) 60%的額定電壓被施加到定子時(shí)，可以產(chǎn)生比在施加100%的額定電壓的情況下的轉(zhuǎn)矩的一 半更少量的轉(zhuǎn)矩。
[0077]因此，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，通過在相位轉(zhuǎn)換單元150中的觸發(fā)角控制的情 況下或即使在沒有相位轉(zhuǎn)換單元150中的觸發(fā)角控制的情況下對轉(zhuǎn)子繞組111b的各相增 加電感器(請參考電感單元114)，可以產(chǎn)生期望數(shù)量的轉(zhuǎn)矩并且可以限制轉(zhuǎn)子繞組111b的 過電流。
[0078]具體地，可以通過包括連接到繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)頂?shù)霓D(zhuǎn)子繞組111b的各個(gè)相 的電感器的電感單元114來控制在反接或反相制動(dòng)的過程中產(chǎn)生的過電流。下面將參考圖 4提供對其的描述。
[0079]對應(yīng)于本發(fā)明第二實(shí)施例的等效電路可以如圖4所示，并且在該情況下，流過轉(zhuǎn) 子繞組111b的電流Ir可以根據(jù)數(shù)學(xué)等式2來確定。
[0080][數(shù)學(xué)等式2]
— s￥r-Vp _ sVr-Vp — (sVv-Vp)z(-B)
[0081]F Rr+js(Kr+XL) Rr+]sw(Lr+LLJ i(R2-i-{sw(Lr^LL)]2)
0 = tan?1 m = tan?1
RrRr
[0082]其中，Vr是轉(zhuǎn)子繞組的額定電壓，Rr是轉(zhuǎn)子繞組的繞組電阻，Xr是轉(zhuǎn)子繞組的漏 感，Vr是轉(zhuǎn)子繞組的輸出端子處的電壓，Ir是轉(zhuǎn)子繞組的電流，Vp是相電壓，sVr是系統(tǒng)電 源，VFD是二極管正向電壓，XL是連接到各個(gè)相的電感器的電感，S是轉(zhuǎn)差率，w是轉(zhuǎn)子速度， Lr是轉(zhuǎn)子繞組的電感器，以及U是連接到各個(gè)相的電感器。
[0083]如在數(shù)學(xué)等式2中所看到的，可以根據(jù)連接到各個(gè)相的電感的大小來調(diào)節(jié)流過轉(zhuǎn) 子繞組111b的電流Ir。這里，連接到各個(gè)相的電感器的尺寸可以被設(shè)計(jì)為在預(yù)定的最大值 內(nèi)。
[0084]圖5是用于描述圖2所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制模式的示意圖。在圖5中 示出轉(zhuǎn)子速度501和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩502。
[0085]在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行控制的情況下，兩種類型的電流可能對在轉(zhuǎn)子繞 組111b中流過的電流做出貢獻(xiàn)，其一是由于在與升壓單元110分開的轉(zhuǎn)子繞組111b中感 應(yīng)的電壓的增加流動(dòng)的電流，另一個(gè)是由升壓單元110升高的電流。因此，控制單元160可 以在下面將描述的各個(gè)時(shí)期控制相位轉(zhuǎn)換單元150和升壓單元110。
[0086]首先，如圖5所示，時(shí)期I指示加速時(shí)期。具體地，在加速的初始階段僅通過相位 轉(zhuǎn)換單元150的相位控制可以逐漸增加定子繞組111a的電壓。然后，當(dāng)滿足期望數(shù)量的轉(zhuǎn) 矩時(shí)，在不通過轉(zhuǎn)子電流控制器112控制轉(zhuǎn)子繞組111b的電流的情況下，僅通過相位轉(zhuǎn)換 單元150的相位控制就可以持續(xù)執(zhí)行對速度的控制。然而，當(dāng)不滿足期望數(shù)量的轉(zhuǎn)矩時(shí)，在 沒有相位轉(zhuǎn)換單元150的相位控制的情況下（即，T1、T2和T3或T1、T4和T5全部接通)，通 過轉(zhuǎn)子電流控制器112的電流控制可以執(zhí)行對速度的控制。[0087]時(shí)期II指示恒定速度時(shí)期。具體地，根據(jù)定子繞組Illa和轉(zhuǎn)子繞組Illb之間的繞組比可以改變控制方法。即，當(dāng)繞組比低(例如，定子繞組Illa和轉(zhuǎn)子繞組Illb之間的繞組比是1:1)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組Illb的電壓高，并且期望數(shù)量的轉(zhuǎn)矩滿足，可以僅通過相位轉(zhuǎn)換單元150的相位控制來控制轉(zhuǎn)子繞組Illb的電流。然而，當(dāng)繞組比高時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組Illb的電壓低，并且期望數(shù)量的轉(zhuǎn)矩不滿足，可以在沒有相位轉(zhuǎn)換單元150的相位控制的情況下(S卩，T1、T2和Τ3或Τ1、Τ4和Τ5全部接通)，僅通過控制轉(zhuǎn)子電流控制器112來控制流過轉(zhuǎn)子繞組Illb的電流。
[0088]時(shí)期III指示由于反接或反相制動(dòng)造成的減速時(shí)期。具體地,在沒有相位轉(zhuǎn)換單元150的相位控制的情況下(S卩，Τ1、Τ2和Τ3或Τ1、Τ4和Τ5全部接通)施加負(fù)相序的電壓之后，僅轉(zhuǎn)子電流控制器112可以被控制以控制在轉(zhuǎn)子繞組Illb中流過的電流。
[0089]如上所述，當(dāng)將繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)IM從其靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)以及在對旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)IM進(jìn)行反接或反相制動(dòng)時(shí)，從轉(zhuǎn)子輸出的電壓的頻率可以等于或大于60Hz。在該情況下，由于電感單元114的電感在其上起到極大的作用，因此可以使電壓降落和電流限制效果最大化。電感單元114的電感可以在旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到預(yù)定范圍或處于額定速度附近的低頻區(qū)域中極大地降低。以該方式，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以呈現(xiàn)能夠通過對轉(zhuǎn)子繞組Illb的各個(gè)相增加電感器(請參考附圖標(biāo)記114)根據(jù)從轉(zhuǎn)子繞組Illb輸出的電壓的頻率的改變來改變電感從而穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)效果。
[0090]雖然已經(jīng)示出并結(jié)合實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離通過后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行修改改變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子電流的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī) '及 升壓單元，所述升壓單元使用所述繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)自身的轉(zhuǎn)子繞組作為電感器，對在所述轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電壓進(jìn)行升壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括: 相位轉(zhuǎn)換單元，在制動(dòng)過程中所述相位轉(zhuǎn)換單元將系統(tǒng)電源的相序轉(zhuǎn)換為負(fù)相序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括: 電感單元，所述電感單元連接到所述繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相，以控制在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的過電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述相位轉(zhuǎn)換單元包括: 第一半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到定子繞組的第一相的兩端; 第二半導(dǎo)體開關(guān)單 元，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到所述定子繞組的第二相的兩端； 第三半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到所述定子繞組的第三相的兩端； 第四半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述第四半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到所述第二相的一端和連接到所述第三相的另一端；及 第五半導(dǎo)體開關(guān)單元，所述第五半導(dǎo)體開關(guān)單元具有連接到所述第三相的一端和連接到所述第二相的另一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)單元到所述第五半導(dǎo)體開關(guān)單元中的每一個(gè)包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元接通時(shí)，所述第四半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第五半導(dǎo)體開關(guān)單元關(guān)斷，而當(dāng)所述第四半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第五半導(dǎo)體開關(guān)單元接通時(shí)，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)單元和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)單元關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括: 電力再生單元，所述電力再生單元將由所述升壓單元升壓后的電壓傳輸?shù)较到y(tǒng)電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述升壓單元包括: 轉(zhuǎn)子電流控制器，所述轉(zhuǎn)子電流控制器包括開關(guān)元件以控制在所述轉(zhuǎn)子繞組中流過的電流，所述開關(guān)元件具有連接到所述轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相的一端；及 升壓二極管單元，所述升壓二極管單元包括二極管并且將來自所述轉(zhuǎn)子繞組的電流傳輸?shù)剿鲭娏υ偕鷨卧?，所述二極管具有連接到所述轉(zhuǎn)子繞組的各個(gè)相的陽極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述電力再生單元包括: 連接電網(wǎng)的再生逆變器，所述連接電網(wǎng)的再生逆變器將由所述升壓單元升壓后的電壓轉(zhuǎn)換成交流(AC)電壓并將所述AC電壓提供給所述系統(tǒng)電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述連接電網(wǎng)的再生逆變器是從脈寬調(diào)制(PWM)逆變器和120度導(dǎo)通逆變器中選擇的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括:防逆流二極管，所述防逆流二極管防止電流從所述電力再生單元逆向流動(dòng)到所述升壓單元，所述防逆流二極管布置在所述升壓單元和所述電力再生單元之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)元件是從包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、場效應(yīng)晶體管(FET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)及雙極結(jié)型晶體管(BJT)的半導(dǎo)體開關(guān)中選擇的至少一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括: 電涌過濾器，所述電涌過濾器連接到所述開關(guān)元件的另一端以及所述二極管的陰極，并且吸收在所述開關(guān)元件的·開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的電涌電壓以防止所述開關(guān)元件燒壞。
【文檔編號】H02P27/06GK103582999SQ201280022263
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】樸時(shí)佑, 金富光, 金星完 申請人:株式會(huì)社Xyvec