CN108631662A - 一种开关磁阻电机制动的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关磁阻电机制动的方法，包括：将控制模式设置为制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断；检测当前时刻直流母线的电压，并根据电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动。本申请所提供的技术方案，先通过制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断来降低开关磁阻电机的转速，再根据母线电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动，利用放电模式消耗在制动模式下生成的感应电能，代替了原有的泄放电阻，在保证直流母线电压安全的情况下消除了安全隐患，同时降低了硬件成本，节省了开关磁阻电机的占用空间。本申请同时还提供了一种开关磁阻电机制动的装置及系统，具有上述有益效果。

Description

一种开关磁阻电机制动的方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及开关磁阻电机领域，特别涉及一种开关磁阻电机制动的方法、装置及系统。

背景技术

开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。由于具有起动电流小，起动转矩大，可频繁起动、正反转，易于实现再生制动等特点使得其在电动车驱动、矿山、油田、纺织机械、家用电器等领域得到广泛应用。

开关磁阻电机在快速制动的情况下(例如正反转切换、停机)，制动回馈的能量会造成直流母线电压的急剧升高，需要采取相应的措施保证电压安全，现有技术中经常通过直流母线并联泄放电阻的方式来将制动回馈的能量泄放，然而，泄放电阻的阻值较大，在泄放能量时产生的热量较大，存在一定的安全隐患；同时，泄放电阻的体积较大，增加了开关磁阻电机的占用空间。

因此，如何在保证直流母线电压安全的情况下消除安全隐患是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种开关磁阻电机制动的方法、装置及系统，用于在保证直流母线电压安全的情况下消除安全隐患。

为解决上述技术问题，本申请提供一种开关磁阻电机制动的方法，该方法包括：

将控制模式设置为制动模式；所述制动模式为根据第一预设规则制定的用于降低所述开关磁阻电机转速的控制模式；

检测当前时刻直流母线的电压，并根据所述电压选择相应的控制模式，直至所述开关磁阻电机停止转动；其中，所述控制模式包括所述制动模式及放电模式，所述放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低所述直流母线电压的控制模式。

可选的，所述根据所述电压选择相应的控制模式具体包括：

当所述电压超过第一阈值时，选择放电模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；

当所述电压低于第二阈值时，选择所述制动模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；

当所述电压在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，保持当前控制模式不变；所述第一阈值大于所述第二阈值。

可选的，所述检测直流母线的电压，包括：

实时检测所述直流母线的电压。

本申请还提供一种开关磁阻电机制动的装置，该装置包括：

控制单元，用于将控制模式设置为制动模式；所述制动模式为根据第一预设规则制定的用于降低所述开关磁阻电机转速的控制模式；

检测及选择单元，用于检测当前时刻直流母线的电压，并根据所述电压选择相应的控制模式，直至所述开关磁阻电机停止转动；其中，所述控制模式包括所述制动模式及放电模式，所述放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低所述直流母线电压的控制模式。

可选的，所述检测及选择单元包括：

检测子单元，用于实时检测所述直流母线的电压。

本申请还提供一种开关磁阻电机制动的系统，包括开关磁阻电机、直流母线、电压检测组件、模式切换组件及模拟开关，其中：

所述模拟开关，用于执行各控制模式控制所述开关磁阻电机的绕组的通断；其中，所述控制模式包括所述制动模式及放电模式，所述制动模式为根据第一预设规则及所述开关磁阻电机绕组的电感制定的用于降低所述开关磁阻电机转速的控制模式；所述放电模式为根据第二预设规则及所述开关磁阻电机绕组的电感制定的用于降低所述直流母线电压的控制模式；

所述电压检测组件，用于检测直流母线的电压，直至所述开关磁阻电机停止转动；

所述模式切换组件，用于根据所述电压选择相应的控制模式；其中，当所述电压超过第一阈值时，选择放电模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；当所述电压低于第二阈值时，选择所述制动模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；当所述电压在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，保持当前控制模式不变；所述第一阈值大于所述第二阈值。

本申请所提供的技术方案，先通过制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断来降低开关磁阻电机的转速，再根据母线电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动；本申请通过利用放电模式消耗在制动模式下生成的感应电能，代替了原有的泄放电阻，在保证直流母线电压安全的情况下消除了安全隐患，同时降低了硬件成本，节省了开关磁阻电机的占用空间。本申请同时还提供了一种开关磁阻电机制动的装置及系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种开关磁阻电机制动的方法的流程图；

图2为一种开关磁阻电机的运行示意图；

图3为结合开关磁阻电机运行电感变化的绕组导通时段控制示意图；

图4为应用图1所提供的一种开关磁阻电机制动的方法后母线电压、电机转速变化曲线；

图5为本申请实施例所提供的一种开关磁阻电机制动的装置的结构图；

图6为本申请实施例所提供的一种开关磁阻电机制动的系统的结构图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种开关磁阻电机制动的方法、装置及系统，在保证直流母线电压安全的情况下消除安全隐患。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种开关磁阻电机制动的方法的流程图。

其具体包括如下步骤：

S101：将当前控制模式设置为制动模式；

这里提到的控制模式包括制动模式及放电模式，其中，制动模式为根据第一预设规则制定的用于降低开关磁阻电机转速的控制模式，具体的该制动模式提供了与开关磁阻电机转子旋转方向相反的制动转矩；放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低直流母线电压的控制模式。

为便于理解，请参考图2，图2为一种开关磁阻电机的运行示意图。

以逆时针方向为正转向，如图2(a)所示的绕组与转子关系，若此时绕组e导通，则转子f获得正转向的驱动力，产生的转矩为驱动转矩，即此时绕组e导通为电动模式，用于驱动转子f的转动；

如图2(b)所示，若此时绕组e导通，则转子f不受力或先受到较小的驱动力后受到较小的制动力，此时绕组e导通为放电模式，用于消耗母线上的电能；

如图2(c)所示，若此时绕组e导通，则转子f获得逆转向的驱动力(即制动力)，产生的转矩为制动转矩，即此时绕组e导通为制动模式，用于减慢转子f的转动；

为了令开关磁阻电机快速停止转动，本步骤首先利用制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断，以产生制动转矩，达到降低开关磁阻电机转速的目的。

S102：检测当前时刻直流母线的电压，并根据电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动。

在制动模式下，绕组会产生较大的感应电能，感应电能会向母线回馈，回馈的能量会造成直流母线电压急剧升高，因此本步骤检测当前时刻直流母线的电压，并根据母线电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动，以达到在降低开关磁阻电机转速的同时消耗生成的感应电能的目的；

这里提到的根据母线电压选择相应的控制模式，具体为：

当母线电压达到第一阈值时，选择放电模式控制开关磁阻电机绕组的通断；

当母线电压低于第二阈值时，选择制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断；

当母线电压在第一阈值与第二阈值之间时，保持当前控制模式不变；

其中，第一阈值大于第二阈值；

可选的，请参考图3，图3为结合开关磁阻电机运行电感变化的绕组导通时段控制示意图。

本申请在刹车运行的制动模式下，一旦发现母线电压达到第一阈值，就立即转入放电模式，即选择导通与转子位置关系满足如图2(b)中转子f与绕组e相对关系的那一相绕组，使得放电电流尽可能大，加快母线电压的下降速度，当母线电压低于设定的下限值时切换回制动模式，依次循环，这里提到的第二阈值具体可以高于正常工作电压；

由于开关磁阻电机各相绕组的电感与开关磁阻电机的转子位置有关，因此可以将各相绕组与转子之间的位置关系转换成各相绕组的电感大小随时间的变化关系，即如图3所示，当某一项绕组的电感随时变化关系处于图3中区间①时，意味这此时导通该项绕组，会给转子一个驱动其转动的驱动转矩；当某一项绕组的电感随时变化关系处于图3中区间②和区间④时，意味这此时导通该项绕组，就会进入放电模式；当某一项绕组的电感随时变化关系处于图3中区间③时，意味这此时导通该项绕组，会给转子一个与其旋转方向相反的制动转矩。

可选的，还可以控制第一阈值与第二阈值的差值尽量小，以达到更好的制动及放电效果，图4为应用图1所提供的一种开关磁阻电机制动的方法后母线电压、电机转速变化曲线，图4中为了说明制动模式与放电模式对母线电压的影响，故选取差值较大，刹车过程的电流可以通过PWM调节保证在限定值之下，以防止烧坏绕组；

可选的，这里提到的检测当前时刻直流母线的电压，具体可以为：

实时检测直流母线的电压；

通过实时检测直流母线的电压，能够准确的判断电压是否超过第一阈值，防止出现电压超过第一阈值较长时间而未切换控制模式的情况，有利于提高开关磁阻电机的安全性。

基于上述技术方案，本申请所提供的一种开关磁阻电机制动的方法，先通过制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断来降低开关磁阻电机的转速，再根据母线电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动：先通过将控制模式设置为制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断，此时母线电压会因开关磁阻电机的反馈而提升，故本申请检测直流母线的电压，并在母线电压超过第一阈值时，选择降低母线电压的放电模式控制开关磁阻电机绕组的通断，当母线电压低于第二阈值时，再选择制动模式进行控制，直至开关磁阻电机停止转动；本申请通过利用放电模式消耗在制动模式下生成的感应电能，代替了原有的泄放电阻，在保证直流母线电压安全的情况下消除了安全隐患，同时降低了硬件成本，节省了开关磁阻电机的占用空间。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的一种开关磁阻电机制动的装置的结构图。

该装置可以包括：

控制单元100，用于将控制模式设置为制动模式；

其中，控制模式包括制动模式及放电模式，制动模式为根据第一预设规制定用于提供与开关磁阻电机转子旋转方向相反的制动转矩的模式；放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低直流母线电压的模式；

检测及选择单元200，用于检测当前时刻直流母线的电压，并根据电压选择相应的控制模式，直至开关磁阻电机停止转动；

其中，当电压超过第一阈值时，选择放电模式控制开关磁阻电机绕组的通断；当电压低于第二阈值时，选择制动模式控制开关磁阻电机绕组的通断；当电压在第一阈值与第二阈值之间时，保持当前控制模式不变；第一阈值大于第二阈值。

请参考图6，图6为本申请实施例所提供的一种开关磁阻电机制动的系统的结构图。

该系统可以包括开关磁阻电机601、直流母线602、电压检测组件603、模式切换组件604及模拟开关605，其中：

模拟开关605，用于执行各控制模式控制开关磁阻电机601的各相绕组的通断；其中，控制模式包括制动模式及放电模式，制动模式为根据第一预设规则制定用于提供与开关磁阻电机601转子旋转方向相反的制动转矩的模式；放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低直流母线602电压的控制模式；

电压检测组件603，用于检测直流母线602的电压，直至开关磁阻电机601停止转动；

模式切换组件604，用于根据电压选择相应的控制模式；其中，当电压超过第一阈值时，选择放电模式控制开关磁阻电机601绕组的通断；当电压低于第二阈值时，选择制动模式控制开关磁阻电机601绕组的通断；当电压在第一阈值与第二阈值之间时，保持当前控制模式不变。

由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上对本申请所提供的一种开关磁阻电机制动的方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种开关磁阻电机制动的方法，其特征在于，包括：

将控制模式设置为制动模式；所述制动模式为根据第一预设规则制定的用于降低所述开关磁阻电机转速的控制模式；

检测当前时刻直流母线的电压，并根据所述电压选择相应的控制模式，直至所述开关磁阻电机停止转动；其中，所述控制模式包括所述制动模式及放电模式，所述放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低所述直流母线电压的控制模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压选择相应的控制模式具体包括：

当所述电压超过第一阈值时，选择放电模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；

当所述电压低于第二阈值时，选择所述制动模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；

当所述电压在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，保持当前控制模式不变；所述第一阈值大于所述第二阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测直流母线的电压，包括：

实时检测所述直流母线的电压。

4.一种开关磁阻电机制动的装置，其特征在于，包括：

控制单元，用于将控制模式设置为制动模式；所述制动模式为根据第一预设规则制定的用于降低所述开关磁阻电机转速的控制模式；

检测及选择单元，用于检测当前时刻直流母线的电压，并根据所述电压选择相应的控制模式，直至所述开关磁阻电机停止转动；其中，所述控制模式包括所述制动模式及放电模式，所述放电模式为根据第二预设规则制定的用于降低所述直流母线电压的控制模式。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述检测及选择单元包括：

检测子单元，用于实时检测所述直流母线的电压。

6.一种开关磁阻电机制动的系统，其特征在于，包括开关磁阻电机、直流母线、电压检测组件、模式切换组件及模拟开关，其中：

所述模拟开关，用于执行各控制模式控制所述开关磁阻电机的绕组的通断；其中，所述控制模式包括所述制动模式及放电模式，所述制动模式为根据第一预设规则及所述开关磁阻电机绕组的电感制定的用于降低所述开关磁阻电机转速的控制模式；所述放电模式为根据第二预设规则及所述开关磁阻电机绕组的电感制定的用于降低所述直流母线电压的控制模式；

所述电压检测组件，用于检测直流母线的电压，直至所述开关磁阻电机停止转动；

所述模式切换组件，用于根据所述电压选择相应的控制模式；其中，当所述电压超过第一阈值时，选择放电模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；当所述电压低于第二阈值时，选择所述制动模式控制所述开关磁阻电机绕组的通断；当所述电压在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，保持当前控制模式不变；所述第一阈值大于所述第二阈值。