CN100502222C

CN100502222C - 电机控制装置及其控制方法

Info

Publication number: CN100502222C
Application number: CNB2003101232667A
Authority: CN
Inventors: 廉长玹; 朴钟必
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: US20040160208A1; KR100488523B1; KR20040073740A; JP2004248491A; JP3863529B2; US7368889B2; CN1521938A

Abstract

向具有多个电机绕组的电机提供交流功率的电机控制装置，它能改进动态制动操作的效果并且防止电机崩溃，其中电机绕组具有包括由多个开关单元组成的电桥电路，并且向电机提供交流功率的逆变部分；当电机制动时通过接通来短路电机绕组的制动继电器；分别连接到电机绕组并且消耗当制动继电器短路电机绕组时由电机产生的过电流的制动电阻；以及当制动继电器短路电机绕组时，接通和断开在逆变部分的相对端之一设置的开关单元，以使制动电阻消耗的过电流可与电机的转速成正比地改变的开关控制器。

Description

电机控制装置及其控制方法

本申请要求2003年2月14在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2003-9430的权益，在此引入该公开作为参考。

技术领域

本发明涉及电机控制装置及其控制方法，特别是涉及根据电机的转速改变电机中产生的、由制动电阻消耗的过电流的电机控制装置及其控制方法。

背景技术

三相电机具有一个三角形绕组的线圈。如图1所示，用于提供交流功率以驱动电机100的电机控制装置300包括用来对从交流电源200提供的商用交流功率(110V/220V)进行整流的整流电路部分110，以及用来将经整流电路部分110整流的商用交流功率转化为具有多种频率的并且向电机100提供具有多种频率的交流功率的逆变部分120。

整流电路部分110通常包括用于将从交流电源200提供的商用交流功率(110V/220V)整流为直流功率的二极管整流电路111，以及用来将二极管整流电路111整流后的直流功率平滑为预定电压并且将平滑后的直流功率传送到逆变部分120的电容器113。

逆变部分120包括具有多个第一开关单元121和多个第二开关单元123的电桥电路，每个第一开关单元121具有相互并联的第一晶体管121a和第一二极管121b，每个第二开关单元123具有第二晶体管123a和第二二极管123b。在电桥电路的每个桥路上成对提供一对第一和第二开关单元121和123，并且每个桥路上第一和第二开关单元121和123之间分节点通过电机100的功率输入端100b连接到电机100的每个电机绕组。

通过由开关控制器140开和关第一和第二开关单元121和123，以提供供给电机100的具有多种频率的交流功率。

常规的电机控制装置可以包括用来执行动态制动操作的动态制动电路130。动态制动电路130包括一对在电机100的电机绕组中制造断路或短路的制动继电器131，以及三个连接到每个电机绕组以消耗当电机100制动时在电机100中产生的过电流的制动电阻133。当电机100制动或当电机100停止时接通制动继电器131，并且通过保持接通来短路电机100的电机绕组，以便突然制动电机100，或者防止当电机100停止时由外力引起电机的转动。当电机100突然制动时从电机绕组产生的过电流通过制动电阻133消耗，从而阻止电机100或制动继电器131由于过电流而崩溃。

根据常规的电机控制装置300，用来消耗电机100突然制动时产生的过电流的制动电阻133的电阻值取决于电机100制动时产生的过电流。例如，如果电机100的转速较高，那么当电机100制动时产生的过电流会较高，以致要使用高阻值的电阻作为制动电阻133。如果电机100的转速较低，那么当电机100制动时产生的过电流会较低，以致使用低阻值的电阻作为制动电阻133。

与高阻值的电阻相比，低阻值的电阻对执行动态制动操作的动态制动电路130相对有利。其原因是当动态制动操作短路电机100的电机绕组使得电机绕组的阻值接近“0”时，利用低阻值的电阻使其效果最大。因此，当用高阻值的电阻作为制动电阻133时，降低了动态制动操作的操作效果。但是，当用低阻值的电阻作为制动电阻133时，当电机100制动时，产生的过电流可能会损坏电机100或制动继电器131。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种根据电机的转速改变在电机中产生的，由制动电阻消耗的过电流的电机控制装置及其控制方法。

本发明其它方面和/或优点中的一部分将在后面的描述中叙述，一部分通过描述将是显而易见的，也可以通过本发明的实施来了解。

通过提供向具有多个电机绕组的电机供给交流功率的电机控制装置来实现上述和/或其它方面，该电机控制装置包括：由具有多个开关单元并且向电机提供交流功率的电桥电路组成的逆变部分；当电机制动时通过接通来短路电机绕组的制动继电器；连接到每个电机绕组并且消耗当制动继电器短路电机绕组时由电机产生的过电流的制动电阻；以及当制动继电器短路电机绕组时，接通和断开在逆变部分对端的其中一端上提供的多个开关单元，以使制动电阻消耗的过电流与电机的转速成正比变化的开关控制器。

在一个方面中，与由开关控制器接通和断开的开关单元的占空因数成正比地改变由各个制动电阻消耗的过电流。

在一个方面中，电机控制装置还包括用来检测电机转速的速度检测部分，其中开关控制器接通和断开改多个开关单元，以使开关单元的占空因数与速度检测部分检测出的电机转速成正比。

在一个方面中，逆变部分的各个开关单元包括相互并联的晶体管和二极管。

通过提供电机控制装置的控制方法来实现上面和/或其它方面，该电机控制装置具有包括带有多个开关单元的电桥电路并且向电机的电机绕组提供交流功率的逆变部分，和连接到电机绕组并且消耗电机制动时由电机产生的过电流的制动电阻，该方法包括：通过短路电机绕组来制动电机；接通和断开设置在逆变部分的相对端之一的开关单元，以便可根据电机的转速改变制动电阻消耗的过电流。

在一个方面中，由每个制动电阻消耗的过电流与开关单元被接通和断开的占空因数成正比变化。

在一个方面中，电机控制装置的控制方法进一步包括检测电机的转速，其中接通和断开多个开关单元包括根据与检测出的转速成正比变化的占空因数来接通和断开多个开关单元。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，将使本发明这些和/或其它方面和优点将变得更明显和更容易理解：

图1是常规电机控制装置的电路；

图2是根据本发明实施例的电机控制装置的电路；

图3和4是当根据本发明实施例的电机控制装置执行动态制动操作时配置的电路图；

图5是与图3和图4的电路执行相同的操作的电路实例。

具体实施方式

现在详细参考本发明的实施例，其实例在附图中示出，其中同一元件始终使用相同的参考标号。为了解释本发明，下面参考附图描述实施例。

如图2所示，根据本发明实施例的电机控制装置3包括用于对从交流电源2提供的商用交流功率(110V/220V)进行整流的整流电路部分10，和用于将经整流电路部分10整流后的商用交流功率逆变为具有多种频率并且向电机1提供具有多种频率的交流功率的逆变部分20。此外，电机控制装置3还包括具有制动继电器31和制动电阻33以执行动态制动操作的动态制动电路30。

整流电路部分10包括用来将交流电源2提供的商用交流功率整流为直流功率的二极管整流电路11，以及用来将二极管整流电路11整流后的直流功率平滑成预定电压，然后将直流功率发送到逆变部分20的电容器13。

逆变部分20包括设置有多个第一开关单元21和多个第二开关单元23的电桥电路，每个第一开关单元21具有相互并联的一个第一晶体管21a和一个第一二极管21b，每个第二开关单元23具有相互并联的一个第二晶体管23a和一个第二二极管23b。在电桥电路的每个桥路上成对设置一对第一和第二开关单元21和23，并且每个桥路的第一和第二开关单元21和23之间的抽头节点通过电机1的功率输入端1b连接到电机1的各个电机绕组1a上(参见图3和图4)。由开关传动器(未示出)的控制信号接通和断开相应的第一和第二开关单元21和23。开关传动器根据开关控制器40的控制信号控制相应的第一和第二开关单元21和23。开关控制器40有选择地接通和断开相应的第一和第二开关单元21和23，从而通过电桥的抽头节点向电机1提供具有多种频率的交流功率。

当使电机1制动时，接通制动继电器31并且短路电机1的电机绕组以突然制动电机1。另外，当使电机1停止时，保持制动继电器31接通以防止外力转动电机1。

当接通制动继电器31时，制动电阻33被连接到电机1的各个电机绕组1a上，它使得当电机1突然制动时由电机绕组1a产生的过电流以热的形式消耗掉，从而防止电机1或制动继电器31被损坏。

另外，开关控制器40利用制动继电器31和制动电阻33执行动态制动操作。当制动继电器31短路电机绕组1a时，开关控制器40接通和断开设置在逆变部分20的相对端之一中的第一或第二开关单元21或23，以使制动电阻33所消耗的过电流与电机1的转速成正比地改变。另外，电机控制装置3还可以包括用来检测电机1的转速的速度检测部分50，并且开关控制器40根据速度检测部分50检测到的电机1的转速来接通和断开第一和第二开关单元21和23。

图3示出了在电机1制动时，接通和断开设置在逆变部分20的上端P的第一开关单元21电路。图4示出了在电机1制动时，接通和断开设置在逆变部分20的下端N的第二开关单元23的电路。

参考图3，当电机1制动时，从整流电路部分10向逆变部分20的供电被切断，并且接通每个制动继电器31以短路电机1的电机绕组1a。电机1的惯性使电机1的电机绕组1a中产生与电机1的转速成正比的过电流，并且产生的过电流被传导到制动电阻33。开关控制器40接通和断开设置在逆变部分20的上端P的第一开关单元21，以使由制动电阻33消耗的过电流可与电机1的转速成正比地变化。就是说，将速度检测部分50检测到的电机1的转速信息传送到开关控制器40，然后开关控制器40控制第一开关单元21按与电机的转速成正比变化的占空因数或占空系数接通和断开。占空因数被定义为接通时间与第一开关单元21的开关周期的比值。随着占空因数增加，制动电阻33消耗的过电流减小。

例如，当电机1的转速较高时，电机1产生的过电流较大，并且开关控制器40控制逆变部分20的第一开关单元21具有较小的占空因数。当第一占空因数变小并且由制动电阻33消耗的过电流增加时，第一开关单元21的接通时间降低，以防止电机1和制动继电器31损坏。

另外，当电机1的转速很低时，由于从电机1产生的过电流较小，因此开关控制器40控制逆变部分20的第一开关单元21具有较大的占空因数。随着占空因数变大并且由制动电阻33消耗的过电流减小，而且流经第一开关单元21的过电流增加时，第一开关单元21的接通时间增加，以改善动态制动操作的效果。

就是说，当接通第一开关单元21时，通过第一开关单元21分流来自电机1的过电流，并且减少或消除流经制动继电器31和制动电阻33的过电流，而当第一开关单元断开时，来自电机的过电流流经制动继电器31和制动电阻33，并且消除了流经第一开关单元21的过电流。于是，当产生过电流时，在制动电阻33中与第一开关单元21的断开的时间成正比地消耗来自电机1的功率。

另外，除了第一和第二晶体管21a和23a以及第一和第二二极管21b和23b的配置彼此不同外，当电机1制动时，在逆变部分20的低端N设置的第二开关单元23以与接通和断开逆变部分20的第一开关单元21相同的方式操作，因此后面省略了对它的描述。

如上所述，当电机1制动时，如图5所示，通过接通和断开在逆变部分20上端P和下端N之一中的第一或第二开关单元21或23来改变由制动电阻33消耗的过电流产生了与将可变电阻60连接到电机1的每个电机绕组1a相同的效果，其中，可变电阻60的阻值改变与第一和第二开关单元21和23的占空因数成反比。

在此以三相电机为例描述用于控制电机1的电机控制装置3，但是本发明可以应用到控制单相电机或多相电机的电机控制装置。

另外，在上述配置中，电机控制装置3包括整流电路部分10、逆变部分20和动态制动电路30，还可以包括具有多种功能的电路，例如启动电流保护电路或过电流保护电路。

另外，在上述配置中，第一和第二开关单元21和23具有并联的第一和第二晶体管21a和23a，以及第一和第二二极管21b和23b，但是也可以具有其它的电路配置来接通和断开每个电桥的两端。

利用上述配置，当制动继电器31短路电机绕组1a时，通过接通和断开设置在逆变部分20的上端P和下端N之一中的第一或第二开关单元21或23，无需额外的可变电阻60就可以获得与将可变电阻连接到电机1的电机绕组1a相同的效果，以致与电机1的转速成正比地改变由制动电阻33消耗的过电流。这样，可以改善与电机1的转速对应的电机1的动态制动操作的效果，并且通过适当地消耗在电机1制动时产生的过电流来防止电机1和制动继电器31的损坏。

如上所述，这里提供了一种能够改进动态制动操作的效果并且防止它崩溃的电机控制装置及其方法。因此，当电机制动时产生的并且由制动电阻消耗的过电流可以根据电机的转速而改变。

虽然已经显示并描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明原理和精神的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的范围由所附权利要求和它们同等物定义。

Claims

1.一种向具有多个电机绕组的电机提供交流功率的电机控制装置，包括：

向电机提供交流功率的逆变部分，所述逆变部分包括桥电路，所述桥电路包括多个第一和第二开关单元；

制动继电器，当电机制动时，通过接通一个或多个所述制动继电器来短路一个或多个电机绕组；

分别连接到该多个电机绕组、并且当制动继电器短路该多个电机绕组中的一个或多个时消耗由电机产生的过电流的制动电阻；和

开关控制器，用于接通和断开设置在逆变部分的相应相对端的第一或第二开关单元，以便第一或第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变，并且以便当制动继电器短路该多个电机绕组时，使制动电阻消耗的过电流可与电机的转速成正比地改变。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，由相应的一个或多个制动电阻消耗的过电流与由开关控制器接通和断开的第一和第二开关单元的占空因数成正比地改变。

3.根据权利要求2所述的电机控制装置，还包括：

检测电机转速的速度检测部分，其中，开关控制器接通和断开第一或第二开关单元，以使第一或第二开关单元的占空因数与速度检测部分检测到的电机的转速成正比。

4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，逆变部分的第一和第二开关单元中的每一个包括：

晶体管；和

与该晶体管并联的二极管。

5.根据权利要求2所述的电机控制装置，其中，逆变部分的第一和第二开关单元中的每一个包括：

晶体管；和

与该晶体管并联的二极管。

6.根据权利要求3所述的电机控制装置，其中，逆变部分的第一和第二开关单元中的每一个包括：

晶体管；和

与该晶体管并联的二极管。

7.一种电机控制装置的控制方法，所述电机控制装置具有用于向电机的多个电机绕组提供交流功率的逆变部分，所述逆变部分包括带有多个第一和第二开关单元的电桥电路，所述电机控制装置还具有连接到该多个电机绕组并且当电机制动时消耗由电机产生的过电流的制动电阻，所述方法包括：

通过短路该多个电机绕组中的一个或多个来制动电机；和

接通和断开设置在逆变部分的相应相对端的第一或第二开关单元，以便第一或第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变，并且以使制动电阻消耗的过电流可根据电机的转速而改变。

8.根据权利要求7所述的电机控制装置的控制方法，其中，由相应的一个或多个制动电阻消耗的过电流与被接通和断开的第一或第二开关单元的占空因数成正比地变化。

9.根据权利要求8所述的电机控制装置的控制方法，还包括：

检测电机的转速，其中接通和断开第一或第二开关单元是根据与检测到的电机转速成正比而改变的占空因数来进行的。

10.一种向具有多个电机绕组的电机提供交流功率的电机控制装置，包括：

包括多个第一和第二开关单元以向电机提供交流功率的逆变部分；

当电机制动时，短路一个或多个电机绕组的制动继电器；

分别连接到该多个电机绕组的制动电阻，用于在制动继电器短路多个电机绕组中的一个或多个时，通过有选择地开关该多个第一开关单元和多个第二开关单元来控制由电机产生的过电流；和

控制器，用于在制动继电器短路该多个电机绕组时，控制多个第一和第二开关单元，以使第一和第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变。

11.一种向具有多个电机绕组的电机提供交流功率的电机控制装置，包括：

具有多个第一和第二开关单元以向电机提供交流功率的逆变部分；

当电机制动时，通过接通一个或多个制动继电器来短路一个或多个电机绕组的制动继电器；

分别连接到该多个电机绕组的制动电阻，用于在制动继电器短路该多个电机绕组中的一个或多个时，耗尽来自电机产生的过电流的功率；和

控制器，用于接通和断开多个第一或第二开关单元，以使第一或第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变，并且以便当制动继电器短路该多个电机绕组中的一个或多个时，使由制动电阻耗尽的功率与电机的转速相对应。

12.一种向具有多个电机绕组的电机提供功率的电机控制装置，包括：

多个向电机提供交流功率的第一和第二开关单元；

分别连接到该多个电机绕组以耗尽来自电机产生的过电流功率的制动电阻；和

控制器，控制从所述多个第一和第二开关单元中选出的单元，以使第一和第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变，并且以使制动电阻耗尽的功率与电机的转速相对应；

其中，由相应的一个或多个制动电阻消耗的过电流与由控制器接通和断开的开关单元的占空因数成正比地改变。

13.根据权利要求12所述的电机控制装置，还包括：

检测电机转速的速度检测部分，其中，控制器根据电机的转速来接通和断开开关单元。

14.根据权利要求13所述的电机控制装置，其中，所述多个开关单元包括：

分别并联的，向电机提供交流功率的多个第一开关单元和多个第二开关单元，其中，控制器接通和断开多个第一开关单元或多个第二开关单元，以使多个第一开关单元或多个第二开关单元的占空因数与速度检测部分检测到的电机的转速成正比。

15.根据权利要求14所述的电机控制装置，其中，第一开关单元和第二开关单元的接通和断开包括：

当第一开关单元或第二开关单元被接通，通过第一开关单元或第二开关单元分流来自电机的过电流，减小或消除流过制动电阻的过电流，以及

当第一开关单元或第二开关单元被断开，让来自电机的过电流流过制动电阻，防止过电流流过第一开关单元或第二开关单元。

16.根据权利要求14所述的电机控制装置，其中，第一和第二开关单元中的每一个包括：

晶体管；和

与该晶体管并联的二极管。

17.根据权利要求12所述的电机控制装置，还包括：

制动继电器，用于当电机制动时通过接通一个或多个所述制动继电器来短路一个或多个电机绕组，并且当电机停止时通过保持接通所述制动继电器来阻止电机被外力转动。

18.根据权利要求13所述的电机控制装置，其中，速度检测部分向控制器传送检测到的电机速度的信息，以便控制该多个开关单元中所选择的一个或多个单元按与电机转速成比例变化的占空因数来接通和断开。

19.根据权利要求14所述的电机控制装置，其中，当接通第一和第二开关单元中的一个或多个时，通过第一和第二多个开关单元中的一个或多个来分流来自电机的过电流，并且通过连接在第一和第二开关单元之间的制动电阻中相应的制动电阻来减小或消除流经的过电流，以及，在断开第一和第二开关单元时，来自电机的过电流流经制动电阻并且被阻止流经其间连接了制动电阻的所述第一和第二开关单元。

20.根据权利要求14所述的电机控制装置，其中，当产生过电流后，在制动电阻中与过电流流经相应的一个或多个制动电阻的时间成正比地消耗来自电机的功率。

21.一种控制电机的方法，包括：

由多个第一和第二开关单元向电机供电；

当制动电机时，短路一个或多个电机绕组；

将制动电阻分别连接到多个电机绕组；和

当对多个电机绕组中的一个或多个进行短路时，通过有选择地开关多个第一开关单元和多个第二开关单元中的一个或多个，来控制电机产生的过电流，以使第一和第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变。

22.根据权利要求21所述的控制电机的方法，其中，过电流的控制包括：

改变第一或第二开关单元的占空因数；和

由相应的一个或多个制动电阻消耗过电流。

23.根据权利要求22所述的控制电机的方法，还包括：

检测电机的转速，和

根据与检测到的电机转速成正比地改变的占空因数来接通和断开第一和第二开关单元中的一个或多个。

24.一种控制电机的方法，包括：

由多个第一和第二开关单元向电机供电；

将制动电阻分别连接到多个电机绕组，然后耗尽来自由电机产生的过电流的功率；和

控制从该多个第一开关单元和第二开关单元中选择的一个或多个单元，以使第一和第二开关单元的占空因数正比于电机的转速而改变，并且以使由制动电阻消耗的功率与电机的转速相对应。

25.一种控制电机的方法，包括：

由多个开关单元向电机供电；

通过控制该多个开关单元中的一个或多个来耗尽来自由电机产生的过电流的功率，以使由制动电阻消耗的功率与电机的转速相对应。

26.一种控制电机的方法，包括：

向电机供电；

检测电机的转速；

根据检测到的转速来制动电机；和

根据检测到的制动电机时电机的转速来消耗过电流。