CN103840718A - 感应电机快速直流制动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应电机快速直流制动的方法，包括以下步骤：1、首先调节电机输出频率，按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率，并且维持当前输出电压；2、输出频率固定，输出电压按照预设的步长Vstep减小；3、判断输出电压是否已降到预设的门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设的门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤4；所述门槛值为一范围在0～100V之间的预设值；4、注入直流电流。本发明具有不需要对施加直流电流时的相位进行预判，避免了复杂的运算，但能非常有效的缩短从通常控制状态向直流制动状态的过渡时间，从而能快速在电机定子端施加直流的优点。

Description

感应电机快速直流制动的方法
技术领域
本发明涉及电机驱动领域，具体来说涉及一种感应电机的快速直流制动的方法。
背景技术
感应电机的变频驱动是目前工业领域广泛使用的调速方式，变频驱动器通过输出直流电流使电机快速停止也是一种常用的制动方法。
直流制动是当电机还在旋转时，向感应电机的定子绕组中注入直流，形成直流静止磁场，旋转的转子切割此静止磁场而形成制动转矩，从而使电机快速停止。当驱动器带动电机旋转时，电机定子侧的交流反电势幅值和驱动器输出电压大致相同。如果是低速运行时，反电势较小，此时可直接通入直流而冲击较小。但如果高速运行时，电机反电势很大，驱动器此时如直接输出直流，在输出电压和电机反电势之间存在很大的电压差，此电压差施加于电机定子电阻和漏抗，会产生瞬间电流冲击，导致驱动器出现过电流或过电压故障，甚至造成驱动器的损坏。
目前通常使用的一种方法是驱动器在通入直流之前，先封锁输出一段时间，使电机反电势自然衰减，当反电势幅值衰减至足够小时，再施加直流。这种方法的缺点是等待时间长，尤其对于时间常数较大的大功率电机，需要等待5秒甚至更长时间反电势才能自然衰减到较小水平。
如果能主动控制电机反电势的快速衰减，或者能使驱动器输出直流电压和电机反电势间的相位和幅值比较接近，就可以大大缩小驱动器从正常交流输出过渡到直流输出的时间，使直流制动过程变得更加快速。公开号为CN1922783A的专利文件中公开了一种感应电机的停止方法及控制装置，此方法是在从通常控制状态向直流制动状态转移时，基于通常控制状态的输出电压相位来预测运算直流制动时的输出电压相位。即根据所设定的直流制动开始频率或根据减速比率，而预先求出到直流制动开始为止行进的相位和向直流制动状态转移的瞬间的通常控制状态的输出电压相位，来预测运算直流制动时的输出电压相位，从而抑制输出电流相位急变，从而减小电机及转矩的冲击。此方法可以有效减小电流冲击，但需要根据直流制动前的频率进行相位预判，运算复杂，同时如果预判相位存在偏差的话，同样会有冲击存在。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种不需要对施加直流电流时的相位进行预判，避免了复杂的运算，但能非常有效的缩短从通常控制状态向直流制动状态的过渡时间，从而能快速在电机定子端施加直流的感应电机快速直流制动的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种感应电机快速直流制动的方法 ，包括以下步骤：
a、首先调节电机输出频率，按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率；并且维持当前输出电压；
b、输出频率固定，输出电压按照预设的步长V step 减小；
c、判断输出电压是否已降到预设的门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设的门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤4；
d、注入直流电流；
步骤b中通过主动减小驱动器输出电压，来强制衰减电机的反电势；所述步骤a包括：1.1 判断是V/f控制还是矢量控制，如是V/f控制，执行1.2；如果是矢量控制则执行1.3；
1.2 记录并维持当前的输出频率和输出电压，并以当前频率计算输出电压的相位，断开V/f曲线计算模块；
1.3 记录并维持当前的输出频率和输出电压，断开速度环调节器、电流环调节器、转差速度和同步速度生成等矢量计算模块；
所述步骤c的门槛值为一范围在0～100V之间的预设值，最佳门槛预设值为0V。
按照预设的步长将驱动器输出电压逐步减小，即可强制衰减电机反电势，以利于下一步直流的注入。如果此步长设置太大，使得驱动器输出电压下降过快，则可能导致电机定子电流剧烈增大导致驱动器过电流故障，或者使电机反电势能量迅速回馈至驱动器导致过电压故障，因此，进一步的，结合对电流和电压的限定来提高电机反电势衰减的速度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
不需要对施加直流电流时的相位进行预判，避免了复杂的运算，但能非常有效的缩短从通常控制状态向直流制动状态的过渡时间，从而能快速在电机定子端施加直流。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图
图1为本发明感应电机快速直流制动的方法的流程图；
图2为步骤1的变形1的实施流程图
图3为本发明感应电机快速直流制动的优化实施方法1的流程图；
图4为本发明感应电机快速直流制动的优化实施方法2的流程图；
图5为本发明感应电机快速直流制动的优化实施方法3的流程图
具体实施方式：
    下面将结合本发明实施例中的附图与公式，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5示出了本发明一种感应电机快速直流制动的方法的三种具体实施方式：
a、首先调节电机输出频率，按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率；并且维持当前输出电压；
b、输出频率固定，输出电压按照预设的步长V step 减小；
c、判断输出电压是否已降到预设的门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设的门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤4；
d、注入直流电流；
步骤b中通过主动减小驱动器输出电压，来强制衰减电机的反电势，以利于下一步直流的注入；所述步骤a包括：1.1 判断是V/f控制还是矢量控制，如是V/f控制，执行1.2；如果是矢量控制则执行1.3；
1.2 记录并维持当前的输出频率和输出电压，并以当前频率计算输出电压的相位，断开V/f曲线计算模块；
1.3 记录并维持当前的输出频率和输出电压，断开速度环调节器、电流环调节器、转差速度和同步速度生成等矢量计算模块；
所述步骤c的门槛值为一范围在0～100V之间的预设值，最佳门槛预设值为0V。
如图3所示作为本发明一种感应电机快速直流制动的方法的优化实施方案1，本发明所采用的技术方案包括如下步骤：
1、使输出频率按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率；并且维持当前输出电压；
2、利用两个电流传感器采集两相电机定子电流信号Isa、Isb，并通过这两相电流计算获得三相瞬时有效电流Irms，利用电压采样电路采集驱动器直流电压Udc；
3、输出频率仍然固定，设定一电压变化步长Vstep；
4、设定一电流参考值Iref ，将此参考值和采集的三相瞬时有效电流Irms送入比较器，如Irms小于Iref，执行步骤5；如Irms超过Iref，则执行步骤7； 
5、设定电压参考值Udcref ，并将此参考值和采集到的直流电压Udc送入比较器，如Udc小于Udcref，则执行步骤6；如Udc超过Udcref，则执行步骤7； 
6、输出频率仍然固定，输出电压按照步长Vstep减小，然后执行步骤8；
7、暂时停止输出电压的变化；
8、判断输出电压是否降到预设的门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设的门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤9；
9、开始注入直流电流。
在本发明所述的感应电机快速直流制动方法中，在步骤4中，电流参考值Iref 为电机额定电流，当电机额定电流大于驱动器额定电流时，取驱动器额定电流；
在本发明所述的感应电机快速直流制动方法中，在步骤5中，电压参考值Udcref为一600V～800V范围内的设定值（400V等级驱动器）或一350V～400V范围内的设定值（220V等级驱动器）；
在本发明所述的感应电机快速直流制动方法中，在步骤8中，所述门槛值为一范围在0～100V之间的预设值，最佳门槛预设值为0V。
在本发明所述的感应电机快速直流制动方法中，所述步骤1如图2所示包括：
 判断是V/f控制还是矢量控制，如是V/f控制，执行1.2；如果是矢量控制则执行1.3；
 记录并维持当前的输出频率和输出电压，并以当前频率计算输出电压的相位，断开V/f曲线计算模块；
 记录并维持当前的输出频率和输出电压，断开速度环调节器、电流环调节器、转差速度和同步速度生成等矢量计算模块；
作为上述优化实施方案的一种变形，如图4所示，本发明解决以上问题所采用的技术方案包括如下步骤：
1、使输出频率按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率；并且维持当前输出电压；
2、利用两个电流传感器采集两相电机定子电流信号Isa、Isb，并通过这两相电流计算获得三相瞬时有效电流Irms，利用电压采样电路采集驱动器直流电压Udc；
3、设定一电流参考值Iref 作为给定，三相瞬时有效电流Irms作为反馈，通过PI调节器生成电压变化步长Vstep；
4、设定电压参考值Udcref ，并将此参考值和采集到的直流电压Udc送入比较器，如Udc小于Udcref，则执行步骤5；如Udc超过Udcref，则执行步骤6； 
5、输出频率仍然固定，输出电压按照步长Vstep减小，然后执行步骤7；
6、暂时停止输出电压的变化；
7、判断输出电压是否降到预设门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤8；所述门槛值为一范围在0～100V之间的预设值，最佳门槛预设值为0V。
8、开始注入直流电流。
作为如上所述优化实施方案的又一变形，如图5所示，本发明所采用的技术方案包括如下步骤：
1、使输出频率按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率；并且维持当前输出电压；
2、利用两个电流传感器采集两相电机定子电流信号Isa、Isb，并通过这两相电流计算获得三相瞬时有效电流Irms，利用电压采样电路采集驱动器直流电压Udc；
3、设定一电压参考值Udcref 作为给定，将采集到的直流电压Udc作为反馈，通过PI调节器生成电压变化步长Vstep；
4、设定一电流参考值Iref ，将此参考值和采集的三相瞬时有效电流Irms送入比较器，如Irms小于Iref，则执行步骤5；如Irms超过Iref，则执行步骤6；
5、输出频率仍然固定，输出电压按照步长Vstep减小；
6、暂时停止输出电压的变化；
7、判断输出电压是否降到预设门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤8；所述门槛值为一范围在0～100V之间的预设值，最佳门槛预设值为0V。
8、开始注入直流电流。
实施本发明的感应电机快速直流制动的方法，不是通过电机反电势的自然衰减，而是通过逐步降低驱动器输出电压的方法，使电机反电势主动衰减，这是本发明的主要特征。这个衰减过程越迅速越好，但是驱动器输出电压减小太快，可能导致电机定子电流剧烈增大导致驱动器过电流故障，也可能使电机反电势能量迅速回馈至驱动器导致过电压故障，因此，直接以输出电流和直流电压为控制或限定目标，既能保证输出电压的快速下降从而使电机反电势强制快速衰减，又能使输出电流和直流电压控制在合理的范围内。

Claims (4)

1.一种感应电机快速直流制动的方法 ，其特征在于：包括以下步骤：
a、首先调节电机输出频率，按照设置减速时间减速至直流制动开始频率，如果是从当前运行频率直接制动则保持当前输出频率；并且维持当前输出电压；
b、输出频率固定，输出电压按照预设的步长V step 减小；
c、判断输出电压是否已降到预设的门槛值以下，如没有，执行步骤2；如输出电压降至预设的门槛值以下，结束输出电压下降过程，执行步骤4；
d、注入直流电流。
2.根据权利要求1所述一种感应电机快速直流制动的方法 ，其特征在于：步骤b中通过主动减小驱动器输出电压，来强制衰减电机的反电势，以利于下一步直流的注入。
3.根据权利要求1所述一种感应电机快速直流制动的方法 ，其特征在于：所述步骤a包括：
1.1 判断是V/f控制还是矢量控制，如是V/f控制，执行1.2；如果是矢量控制则执行1.3；
1.2 记录并维持当前的输出频率和输出电压，并以当前频率计算输出电压的相位，断开V/f曲线计算模块；
1.3 记录并维持当前的输出频率和输出电压，断开速度环调节器、电流环调节器、转差速度和同步速度生成等矢量计算模块。
4.根据权利要求1所述一种感应电机快速直流制动的方法 ，其特征在于：所述步骤c的门槛值为一范围在0～100V之间的预设值。
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