CN101512891A - 用于制动电机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用以制动与频率转换器(2)一起使用的同步电机(4)的方法和配置。通过仅连接频率转换器(2)的逆变器(16)的负变换触点，或者可选地，通过仅连接频率转换器(2)的逆变器(16)的正变换触点，而控制电机(4)的制动电流。所述配置包括控制器(3)，其被配置以在制动情形中仅控制频率转换器(2)的负变换触点(10)，或者可选地，仅控制频率转换器(2)的正变换触点(17)。

Description

用于制动电机的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所定义的用于制动电机的方法、以及如权利要求13的前序部分所定义的用于制动电机的配置。

背景技术

在例如电力切断的故障事件中，电梯系统的安全操作以机械制动而得以确保，这经常也由电机的电制动(即，所谓的动态制动)而确保。在动态制动中，电梯的机械能量通过电机传递到外部负载。在这种情况下，即使机械制动没有工作，也至少防止了电梯的加速。

当使用异步机器时，动态制动需要为主线圈提供直流电。这一般需要特殊的配置以及额外的设备，如用于这个目的的分离的整流器装置。借助于直流机器，通过连接电阻器到电枢(armature)电路来安排制动是可能的。在这种情况下，需要机器的激励工作。

当使用同步电机时，动态制动可以以与直流电机相似的方式安排。如果定子线圈在全速下使电机短路，则制动功率及流过制动电阻器的电流变大。相反，在低速处，存在充足的扭矩以获取小的下降速度。

如果通过以短路的方式连接定子线圈而安排动态制动，则在定子电流中形成这样的电流成分，其与转子的磁场同相，并且其尽力削弱转子的磁场。在这个所谓的场削弱情形下，电机的扭矩减小。通过连接电阻器到定子电流电路，从扭矩产生的观点来看，在这种最佳状态下操作是可能的，其中，仅仅产生扭矩的电流流过定子。在这种情况下，在动态制动期间，定子电流减小。

例如，可以使用触点作为动态制动中的开关。也可以通过以短路方式连接频率转换器的中间电路而实现动态制动。例如，这可以通过将逆变器的开关控制为闭合而完成。在这样的场削弱状态中的问题在于：过度的激励电流引起开关中的热损耗。

如果使用半导体作为动态制动中的开关，则一个问题在于：例如，在电梯系统的供电断开、以及例如手动地打开电机的机械制动的情况下，在何处获得半导体开关的电子控制。

发明内容

本发明的目的

本发明的目标在于，开发一种用于移动电梯系统的电梯轿厢(elevator car)的同步电机的新的且不昂贵的动态制动。

本发明的特征

根据本发明的用于制动电梯系统中的同步电机的方法的特征在于权利要求1的特征部分所披露的内容。根据本发明的用于制动电梯系统中的同步电机的配置的特征在于权利要求13的特征部分所披露的内容。本发明的其它特征在于其它权利要求中披露的内容。在本申请的具体实施方式部分中，也讨论了一些富有创造性的实施例。本申请的发明内容也可以区别于以下给出的权利要求而进行不同的定义。本发明的内容也可以包括几个不同的发明，特别是如果从表达的亮度或者暗示的子任务或者从优点的角度或者从实现的优点的分类来考虑的话。在这种情况下，从分离的发明概念的角度来看，包含在下面的权利要求中的一些属性可能是多余的。

虽然下面描述的本发明的特性具体的引用了旋转电机，但根据本发明的动态制动的原理也可以在线性电机上工作。在这种情况下，在电机和定子之间的线性移动取代旋转移动而同样有意义。

在根据本发明的用以制动与频率转换器一起使用的同步电机的方法中，通过以短脉冲仅仅断开和闭合频率转换器的逆变器的负变换触点，或者，可选择地，仅仅断开和闭合频率转换器的逆变器的正变换触点，来控制电机的制动电流。在这种情况下，同时防止从频率转换器的中间电路向同步电机供电。当在电机的相仅通过逆变器的负变换触点简单地连接到短路(short-circuit)的方法中时，制动电流在电机的源电压的控制下开始增加。当负变换触点被断开时，制动电流尝试经过与正变换触点并联的反并联连接的二极管而流到中间电路。在这种情况下，中间电路中的电容器开始充电，并且中间电路电压开始增加。当以短脉冲断开和闭合负变换触点时，制动功率以类似脉冲的方式通过电机被传送到频率转换器的中间电路。另一方面，如果在电机的相仅通过逆变器的正变换触点而简单地连接到短路的方法中，则制动电流也在电机的源电压的控制下开始增加。当断开正变换触点时，制动电流尝试经过所述与正变换触点并联的二极管流到中间电路，并且，从中间电路经由与负变换触点并联的二极管而向电机流动。当随后通过短脉冲断开或者闭合正变换触点时，制动功率以类似脉冲的方式通过电机被传送到频率转换器的中间电路。在根据本发明的方法中，仅控制电机电流的方向离开电机的逆变器的那些相的负变换触点、或者可选地仅控制电机电流的方向朝向电机的逆变器的那些相的正变换触点就足够了。这是因为，当变换开关中的电流的流动方向是与正或负变换触点并联的反并联连接的二极管的正向时，所述变换触点的控制影响电流的流动。根据本发明，还存在一种方法，其中，仅同时控制逆变器的所有相的负变换触点，或者可选地，仅同时控制逆变器的所有相的正变换触点。这简化了控制，这是因为，控制逻辑不需要关于电机电流的流动方向的单独的推定。根据本发明的方法的一个优点在于：实现动态制动不需要单独的开关，而可以纯粹的通过逆变器而实现动态制动。这节省了成本和空间。此外，如果组件的数目减少，则系统的总的可靠性也提高。

借助于根据本发明的一种方法，制动力通过电机传送到频率转换器的中间电路，并且向前到达控制频率转换器的一些器件的控制系统，使得前述控制系统从电机的制动力接收它的操作电力。在本发明的一个优选实施方式中，操作电力通过电机的制动功率被提供给电梯系统的控制器。

在根据本发明的一种方法中，测量电机的电流，并且，通过改变逆变器的变换触点的相对闭合时间，来最小化电机的电流值。当测量定子电流，并且根据本发明的方法来控制所测量的电流时，可以通过电流稳定器使定子电流的值保持恒定。当增加变换触点的相对导通时间(on-time)时，定子电流尝试增加。缩短相对导通时间对应地减小定子电流。可以选择电流值，使得从在电机的全速旋转下的扭矩产生的观点来看，电机在某种最佳点上操作，其中，在定子中仅仅流动产生扭矩的电流，并且，电流的激励成分的值为0。在这种情况下，制动中的定子电流尽可能地最小，这减小了逆变器以及电机的定子线圈中的热损耗。

在本发明的一个实施例中，提供电机的制动功率给报告电机移动的显示设备，并且，通过电机的制动功率控制该显示装置。当电梯电机制动时，传送制动功率到频率转换器的中间电路，并且，将制动功率从中间电路向前提供给显示装置，其中，显示设备检测电梯电机的移动。可以通过测量电机源电压的幅度而估计电梯电机的转速。这以下述方式发生：在变换触点的连接期间，从电机电流的改变的速度估计要被制动的电机的速度。改变的速度能够直接与电机的源电压的幅度相比较。在根据本发明的一种方法中，显示装置从电机的制动功率接收它的操作电压，使得当永磁电机被用作要被制动的电机时，显示装置也在电梯系统的电力断开的情形中工作。该方法的优点在于：当电梯系统没有电力时，也可以监视电梯电机的移动。显示装置的电源不需要带有畜电池后备的分离的电力储备供给系统。在该优选实施例中，显示装置位于楼层上，但是，它也可以位于电梯系统的任何其它地方，例如，在机室(machine room)中。相反的，根据本发明的电梯系统也可以没有机室、或者没有配重。

在根据本发明的一种方法中，对于电机的制动电流的控制，仅仅需要逆变器的负变换触点，并且，在这种情况下，可以防止正变换触点的控制。根据本发明，通过断开正变换触点与安全继电器的控制信号的信号路径，来防止正变换触点的接通。断开正变换触点的控制防止从频率转换器的中间电路向电梯电机供电，在该情况下，电梯电机不能产生除了与制动联合之外的扭矩。在根据本发明的另一种方法中，对于电机的制动电流的控制，仅仅需要逆变器的正变换触点，并且，在这种情况下，可以通过断开负变换触点与安全继电器的控制信号的信号路径而防止负变换触点的接通。

由于在根据本发明的方法中，要被制动的同步电机是永磁电机，并且，通过整流而从所述电机的源电压产生制动控制的操作电压，所以，可以在完全没有用于激励线圈的分离的电力供给的情况下实现动态制动。当转子开始旋转时，永磁同步电机立即开始产生源电压。源电压被整流为直流电压，以经由与逆变器的变换触点并联的反并联连接的二极管而到达频率转换器的中间电路。在本发明的一个优选的实施例中，动态制动的控制装置直接从中间电路电压获得它的控制电力，并且，当达到中间电路电压的预定义的值时，自动开始制动控制。当中间电路电压随着转子开始旋转而开始增加时，连接控制设备，并且开始制动电机。这个实施例的优点在于：不需要用于动态制动的控制装置的分离的能量存储，相反，在例如电梯系统的控制电力被断开、并且电梯电机的制动被手动打开的情形中，动态制动也工作。也可以配置电梯系统的整个控制，以从频率转换器的中间电路获取它的供电，在该情况下，当开始电梯系统的控制时，电梯系统的控制启动动态制动。

在本发明的一个实施例中，通过连接功率电阻器到中间电路，将要被制动的电机的制动功率控制到功率电阻器。提供给电梯电机的中间电路的制动功率被转换为为了这个目的而保留的功率电阻器中的热量。

在根据本发明的所述方法中，通过对该控制给出防止信号，来防止制动控制的操作。在电梯系统的正常使用期间，通过从电梯系统的控制给出防止命令到动态制动的控制装置，例如，通过控制将动态制动的控制装置与源电压的中间电路电压绝缘的开关，可以防止动态制动。

在用于制动与频率转换器一起使用的同步电机的根据本发明的配置中，配置仅在制动情形中控制负变换触点的控制，以便利用短脉冲来断开和闭合频率转换器的这些负变换触点，或者可选地，在根据本发明的配置中，为了制动与频率转换器一起使用的同步电机，配置在制动情形中仅控制这些正向变换接触的控制，以便利用短脉冲来断开和闭合频率转换器的正变换触点。在根据本发明的配置中，从频率转换器的中间电路向同步电机的供电同时被防止。

在根据本发明的一个配置中，对频率转换器的中间电路装配这样的部件，用于将电机的制动功率提供给控制频率转换器的一些器件的控制系统。

在根据本发明的一个配置中，与制动的控制相关联地装配这样的测量部件，用于测量电机电流以及控制装置，以便最小化电机制动电流。

根据本发明的一个配置包括：用以报告电机的移动的显示装置。在这种情况下，前述显示装置的电压源从电机的制动功率接收其供电。

根据本发明的一个配置包括安全继电器(safety relay)，其与正变换触点相关联而布置，用于断开它们的控制信号的信号路径。在这种情况下，配置在制动情形中仅控制这些负变换触点的控制，以利用短脉冲断开和闭合频率转换器的这些负变换触点。根据本发明的另一个配置包括安全继电器，其与负变换触点相关联而布置，用于断开它们的控制信号的信号路径。在这种情况下，配置在制动情形中仅控制这些正变换触点的控制，以利用短脉冲断开和闭合频率转换器的这些正变换触点。

根据本发明的一个配置包括：功率电阻器、以及用于连接功率电阻器到频率转换器的中间电路的开关。

根据本发明的一个配置包括用于防止制动控制的操作的部件。

根据本发明的制动控制可以被集成到频率转换器的控制系统中而实现，但是它也可以是分离的制动控制设备，其与负或正变换触点相关联而被装配。

在根据本发明的一个配置中，要被制动的电机是电梯电机，但是，根据本发明的用于制动同步电机的配置也可以应用于除了电梯系统之外的其它系统。这种系统的类型可以是起重机系统，其中，同步电机被装配到提升机。利用根据本发明的这种配置，例如，当网络供电断开时，有可能限制提升机的移动。

附图说明

图1展示了根据本发明的电梯系统；

图2展示了根据本发明的用于制动电梯电机的配置；

图3展示了在动态制动期间的电机电流和中间电路电压的图示。

具体实施方式

在以下的实施例展示的制动配置中，通过仅控制频率转换器的逆变器的负变换触点而实现制动。

图1展示了电梯系统，其中，电梯电机4用以移动电梯轿厢5，并且，利用频率转换器2来控制配重6。已经将动态制动的控制装置3添加到电梯系统。在电梯系统的正常使用中，从电力网供电1获得移动电梯轿厢和配重所需要的能量。电梯系统也可以是无配重的电梯。

图2展示了根据本发明的用于制动电梯电机的配置。在该优选配置中，电梯电机4是永磁同步电机。当电梯电机4开始旋转时，对电机的源电压进行整流，经由反并联连接的二极管11、12到达频率转换器2的中间电路。在这种情况下，中间电路电压开始增加。制动的控制装置3从中间电路电压接收它的操作电压。当中间电路电压到达预定义的电平(例如，可以是5伏特)时，制动的控制装置3接通，并且，开始利用类似短脉冲的控制，来控制逆变器16的负变换触点10。当负变换触点闭合时，通过负变换触点的电机的制动电流在电机的源电压的控制下开始增加。当负变换触点断开时，制动电流尝试经由与正变换触点17并联的反并联连接二极管11而传递到中间电路的电容器7。在这种情况下，中间电路电压开始增加。

制动的控制装置3利用短脉冲控制负变换触点10的断开和闭合，并且，同时，电梯电机4的制动功率以类似脉冲的方式被传送到频率转换器2的中间电路。由于制动的控制装置3从电机的源电压接收它的供电，所以，当电梯电机开始旋转时，自动开始动态制动，并且，不需要用于供电的后备系统，如蓄电池或者超级电容器(supercapacitor)。

通过闭合开关19，将电机的过剩的制动功率从中间电路导向功率电阻器18，并且，制动功率在功率电阻器中作为热量而被消耗。

通过将电梯开关9控制为断开，可以防止动态制动。当开关9断开时，从中间电路的正极(plus pole)到制动的控制装置3的供电断开，在这种情况下，防止了动态制动。在电梯系统的正常运行期间，该触点9被控制。在异常情形中，例如，当电梯系统的电力网供电1断开时，触点9的控制断开，该触点闭合，并且，允许电梯电机的动态制动。

图3示出了在变换触点10的开关周期期间的电机电流和中间电路电压的图示。在类似脉冲的控制脉冲21的控制下，闭合变换接触10。在这种情况下，电机电流23在电机源电压的控制下开始增加。当利用控制22断开变换触点10时，电机电流23尝试传递到中间电路电容器7。在这种情况下，电机电流23开始减小，中间电路电容器7开始充电，并且中间电路电压24开始上升。中间电路电容器7以由负变换开关10的控制脉冲21、22设置的速度充电，并且同时，电机的制动能量被传送给中间电路。当控制脉冲21的相对导通时间增加时，定子电流尝试增加。

在本发明的一个实施例中，测量电机电流的方向，并且，仅在其中电机电流的方向离开电机4的逆变器16的那些相中，才控制负变换触点10。

在本发明的一个实施例中，同时、且利用相同的类似脉冲的控制，来控制逆变器16的所有相的负触点10，在这种情况中，制动的控制装置3的结构可得以简化。

借助于本发明的实施例的一些例子，进一步描述了本发明。对于本领域的技术人员而言，显而易见的是：本发明并不局限于以上的实施例，而在不脱离所附的权利要求定义的发明概念的范围下，各种其它的应用都是可能的。

Claims (20)

1、一种用于制动与频率转换器(2)一起使用的同步电机(4)、同时防止从该频率转换器的中间电路向该同步电机供电的方法，其特征在于：在该方法中，通过利用短脉冲仅断开和闭合该频率转换器的逆变器(16)的负变换触点(10)，或者，仅断开和闭合该频率转换器的逆变器(16)的正变换触点(17)，来控制该电机(4)的制动电流。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该方法中，仅控制电机电流的方向离开该电机(4)的逆变器(16)的相的负变换触点(10)，或者，仅控制电机电流的方向朝向该电机的相的正变换触点(17)。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该方法中，仅同时控制逆变器(16)的所有相的负(10)变换触点或正(17)变换触点。

4、根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，通过该电机(4)传送制动功率到该频率转换器(2)的中间电路，并且，向前到达控制该频率转换器的某个装置的控制系统，并且，其中，所述控制系统(2)从该电机(4)的制动功率接收它的操作电力(20)。

5、根据权利要求1-4中的任一项的方法，其特征在于，测量该电机(4)的电流，并且，通过改变该逆变器(16)的变换触点(10、17)的相对闭合时间，最小化该电机的电流值。

6、根据权利要求1-5中的任一项的方法，其特征在于，提供该电机(4)的制动功率给报告该电机的移动的显示装置，并且，通过该电机的制动功率来控制该显示装置。

7、根据权利要求1-6中的任一项的方法，其特征在于，根据在变换触点(10、17)的连接期间的电机电流的改变速度，来估计要被制动的电机(4)的速度。

8、根据权利要求1-7中的任一项的方法，其特征在于，通过利用安全继电器(8)断开正变换触点(17)的控制信号的信号路径(14)，来防止正变换触点(17)的接通，并且其中，在这种情况下，通过利用短脉冲仅断开和闭合该频率转换器的逆变器(16)的负变换触点(10)，而控制该电机(4)的制动电流。

9、根据权利要求1-8中的任一项的方法，其特征在于，要被制动的同步电机(4)是永磁电机，并且，通过整流，从所述电机(4)的源电压产生制动该控制器(3)的操作电压。

10、根据权利要求9的方法，其特征在于，当达到中间电路电压的预定义的值时，自动开始制动控制器(3)。

11、根据权利要求1-10中的任一项的方法，其特征在于，通过连接功率电阻器到中间电路，来将要被制动的电机(4)的制动功率控制到功率电阻器(18)。

12、根据权利要求1-11中的任一项的方法，其特征在于，通过向该控制器(3)给出防止信号，来防止制动控制器(3)的操作。

13、一种用于制动与频率转换器(2)一起使用的同步电机(4)、同时防止从该频率转换器的中间电路向该同步电机供电的配置，其特征在于，为了利用短脉冲断开和闭合频率转换器(2)的负变换触点(10)，配置在制动情形中仅控制负变换触点的控制器(3)，或者，为了利用短脉冲断开和闭合频率转换器(2)的正变换触点(10)，配置在制动情形中仅控制正变换触点的控制器(3)。

14、根据权利要求13所述的配置，其特征在于，向该频率转换器(2)的中间电路装配部件(20)，用于将该电机的制动功率提供给控制该频率转换器(2)的某个装置的控制系统。

15、根据权利要求13或14所述的配置，其特征在于，与制动控制器(3)相关联地装配测量部件(15)，用于测量电机电流、以及控制装置，以便最小化该电机的制动电流。

16、根据权利要求13-15中的任一项所述的配置，其特征在于，所述配置包括用于报告该电机(4)移动的显示装置，并且其中，该显示装置的电压源从电机(4)的制动功率接收它的供电。

17、根据权利要求13-16中的任一项所述的配置，其特征在于，所述配置包括与正变换触点(17)相关联地布置的安全继电器(8)，用于断开正变换触点(17)的控制信号的信号路径(14)，并且其中，在这种情况下，为了利用短脉冲断开和闭合该频率转换器(2)的负变换触点(10)，配置在制动情形中仅控制负变换触点的控制器(3)。

18、根据权利要求13-17中的任一项所述的配置，其特征在于，所述配置包括：功率电阻器(18)；以及开关(19)，用于将该功率电阻器连接到该频率转换器(2)的中间电路。

19、根据权利要求13-18中的任一项所述的配置，其特征在于，所述配置包括用于防止制动控制器(3)操作的部件。

20、根据前述权利要求中的任一项所述的配置，其特征在于，要被制动的同步电机(4)是电梯电机。

Images