专利名称：交流电动机的自整流制动方法
技术领域：
本发明涉及使用交流电源的电动机的一种电磁制动方法。
现有的使用交流电源的电动机的电磁制动方法有多种，但是一般都需要外加直流电源，因此比较复杂。而且电磁制动的强度无法控制和调整。
本发明的任务是要提供一种不需要外加直流电源而且电磁制动的强度可以调整的交流电动机的自整流制动方法。
本发明的任务是这样实现的当运行中的(三相或单相)交流电动机需要制动时，可利用主电路中设置的半控器件、全控器件或者二极管，把交流电整流成为脉动直流后输入电动机，就可产生电磁制动力矩，使电动机实现电磁制动。例如
图1所示的如某些(例如智能单相电动机)电动机那样使用双向可控硅或者IGBT之类的全控器件作为开关的时候，可以在需要电磁制动时，将开关K1K2置成电流流入中心点的方向，开关K6K5K3K4置成电流流出中心点的方向，这样在360°的整个周期中定子绕组中流过的电流方向始终不变，实现了全波单相整流，构成了单相全波整流的制动电路。又例如图2中的某些(例如智能单相电动机)电动机那样，当需要制动时，将开关K1K2置成电流流入电动机的方向，开关K6K5保持关断，K3K4置成电流流出电动机的方向，这样在360°的整个周期中定子绕组中流过的电流方向始终不变，实现了单相全波整流，也构成了单相全波整流的电磁制动电路。对于其他各种交流电动机，都可以参照以上方法构成交流电动机的制动电路进行电磁制动。
采用这种方法进行制动时，制动力矩的大小与制动开始时电动机的即时转速成正比，制动开始时电动机的即时转速越高，产生的制动力矩也就越大。
在同样的即时转速之下，如果利用全控器件或者半控器件的可控性来调节整流波形的导通角或者调节整流波形中导通波形的密度，则可以通过调节、改变平均整流电压而达到改变制动强度、也就是改变制动特性曲线的斜率的目的。
对于使用接触器之类的有接点电器控制的交流电动机，可以在主回路的常开主触头上并联一个二极管，当此主触头断开时，二极管将自动接入主电路，构成半波整流的电路，将整流后的半波电流流入电动机产生制动力矩，使电动机制动。为了隔离电源，在此主触头之前，还应该设置一个刀开关、熔断器或接触器之类的电源隔离装置。当然，如果使用可控硅来取代二极管以实现导通角或者导通半波密度的控制，以通过控制整流电压的平均值，则可以调节改变电动机制动过程的制动强度，更好地实现对制动过程的控制。
为了更详细具体地说明交流电动机自整流制动的实现方法，下面在图1～图7中举出了一些应用的实例。
图1是定子绕组为Y形接线的智能单相电动机等实现自整流制动的电气线路，其中调速开关为由双向可控硅构成；在进行制动时，可将调速开关K1K2置成电流流入中心点的方向，调速开关K6K5K3K4置成电流流出中心点的方向。这种接线可以使经过重新串并联组合的电动机的三相定子绕组中能同时流过与电网电压相应的全波整流电流；图2是定子绕组为Δ形接线的智能单相电动机等实现自整流制动的电气线路，其中开关为由双向可控硅或者全控器件构成；在进行制动时，可将开关K1K2置成电流流入电动机的方向，开关K6K5保持关断，K3K4置成电流流出电动机的方向。这样，这种接线可以使经过重新串并联组合的电动机的三相定子绕组中能同时流过与电网电压相应的全波整流电流；
图3是定子绕组为双Y形接线(或者双Δ形接线)的智能三相电动机等实现自整流制动的电气线路。其中调速开关K1～K12为由双向可控硅构成；在进行制动时，可将K1～K8置成电流流入电动机的方向，K9～K12置成电流流出电动机的方向。这样，这种接线可以使经过重新串并联组合的电动机的三相定子绕组中能同时流过与线电压相应的全波整流电流；图4是定子绕组为Y形接线(或者Δ形接线)的由双向可控硅或者全控器件作为交流开关的普通可逆三相电动机实现自整流制动的电气线路；在进行制动时，可将开关K1K2置成电流流入电动机的方向，开关K3K4K5置成电流流出电动机的方向(如图4中箭头方向所示)，使电动机的各相定子绕组中都能流过整流的直流电流。
图5是定子绕组为Y形接线(或者Δ形接线)的由双向可控硅或者全控器件作为交流开关的普通不可逆三相电动机实现自整流制动的电气线路；在进行制动时，可将开关K1K2置成电流流入电动机的方向，开关K3置成电流流出电动机的方向。这种接线可以使电动机的三相绕组中规定了电流方向为流入的二相定子绕组中能轮流流过与电网线电压相应的半波整流电流，这个电流当然都从第三相绕组流出；图6是定子绕组为Y形接线(或者Δ形接线)的由接触器等有接点电器控制的普通不可逆三相电动机实现自整流制动的电气线路；如将可控硅或者二极管按照图示的方向接线。在进行制动时，这种接线可以使经过重新串并联组合的电动机的三相绕组中规定电流方向为流出的二相定子绕组中能轮流流过与电网线电压相应的半波整流电流，这个电流当然都是从第三相绕组流入的；图7是由接触器等有接点电器控制的普通单相电动机实现自整流制动的电气线路；如将可控硅或者二极管和开关K(K1K2是开关K的常开和常闭触头)按照图示的方向接线。在进行制动时，这种接线可以使制动时经过并联组合的电动机的二相定子绕组中能同时流过与电网电压相应的半波整流电流；图8为利用改变脉冲uZ相位来控制导通半波的导通角来调节平均整流电压uP的原理。
图9为利用改变脉冲uZ的频率来控制导通半波的密度来调节平均整流电压uP的原理。
图10为在三相变频器中进行自整流制动的设计。只要将逆变开关P设置成其工作程序中的任意一种而持续或者断续工作，整流电流就会从电动机的一相或者两相流入，再从电动机其他的一相或者两相流出，就能使电动机的定子绕组中流过持续或者断续的直流电流而产生电磁制动。控制和改变逆变开关P通断时间的占空比δ(此处定义占空比δ＝α/[α+β]×100％，其中α为逆变开关接通的时间，β为逆变开关断开的时间)，即可调控加在电动机定子绕组的平均整流电压而调控其电磁制动强度。由于可以利用调节平均整流电压来对制动强度进行调节，而无须利用外加电阻进行限流来对制动强度进行限制，因此，这样还可以节能。单相变频器也可以类似地进行自整流制动。
所有的电路中如果使用了半控器件或者全控器件，由于可以调控其平均整流电压，则具备了实现对电磁制动强度进行调控的条件；而仅仅使用二极管等无法用控制作用来影响其工作状态的器件，则不能调控其电磁制动强度。
本发明交流电动机的自整流制动方法的优点是无须另外专门准备直流电源及一整套相应的装置，仅仅利用双向可控硅或者全控器件可以有控制地单向导通、或者利用附加二极管来实现单相全波或半波整流的性能，就可以使交流电动机完成电磁制动；而且如果构成的整流电路中有可控器件的介入，则可以方便地实现对其电磁制动强度的控制。
实现本发明的最好的方法是直接利用原来主电路中已经有的双向可控硅之类的交流开关有控制地使它单向导通来构成单相全波整流制动电路，因为它不需要增加直流电源等任何专门的硬件设备，只要利用控制信号使双向可控硅按照规定方向单向导通以构成相应的整流电路，即可实现强度可控的电磁制动。
同时，在整个制动的过程中，要根据电动机转速的变化情况，相应地控制占空比δ来控制电磁制动的强度，注意不使主回路各器件特别是电子开关过热。尤其是在制动之初，由于电流冲击很大，对此问题特别要充分重视。最好是根据制动过程中的转速或者制动电流的反馈信息调控制动强度，转速或者制动电流高时采用较小的导通角或较低的导通半波密度，随着转速或者制动电流的降低逐渐增大导通角或增加导通半波密度。或者在制动之初先采用发电制动，当转速充分降低后再转换为自整流制动(能耗制动)，调控的原则是不使主回路各元、器件因为制动而过热。例如对于图10所示的三相变频器中进行自整流制动时，就要根据电动机转速的信息采取相应的调控措施，制动之初电动机转速越高时，使逆变开关(1GBT)的占空比δ越小，电动机转速逐渐降低时占空比δ随着逐渐升高，控制的原则是确保整个制动过程中的制动电流不致使主回路元器件过热。而对于如图1所示的情况，也要根据整个制动过程中的制动电流的变化情况对调速开关的占空比δ进行控制，其原则仍然是确保整个制动过程中的制动电流不致使主回路元器件过热。
有时候，也可以按照最困难的条件例如惯性负载最严重的情况预先选定好相应的制动程序并固化在控制装置中，那么对于其他所有的不是最困难的条件如惯性负载较小情况下使用这个固化程序时都能够有相对满意的效果。
对于无法调控制动过程的那些情况，为了制动过程的安全，就要采取必要的限流措施限制制动电流或者加大电子器件的容量。
权利要求
1.交流电动机的自整流制动方法是一种利用交流电源的电动机的电磁制动方法，其特征是在需要进行电磁制动时，利用把交流电动机主电路中的原来就已经设置着的半控器件如双向可控硅或者全控器件分别设置成相应方向的单向导通以构成整流电路及其通路，或者在接触器之类的有触点电器的主电路中为了电磁制动专门设置的二极管或者可控硅来构成整流电路以对交流电源进行整流，这样可以不需要另外提供专门的直流电源作为制动电源，而可以将电动机所运行的交流电网的电能经过整流成为平均整流电压可以调控的直流电源后直接用作电动机的制动电源，而且使电磁制动的强度可以调控。
2.权利要求1所述的自整流制动方法中使用半控器件或者全控器件作为整流元件时其特征是由于采用了半控器件或者全控器件来进行整流制动，而这些器件都具有一定的可控性，因此，借助于这种可控性我们能够控制和调节其导通角或者导通半波的密度，从而调控平均整流电压的高低，故可以实现对制动强度的控制。
3.权利要求1所述的自整流制动方法中使用二极管作为整流元件时其特征是由于对二极管的导通不能控制，故它虽然可以提供整流电流但是不能调节平均整流电压，故只能实现强度无法调节的电磁制动。
全文摘要
交流电动机的自整流制动方法是这样实现的当运行中的(三相或单相)交流电动机需要制动时，可利用主电路中设置的半控器件、全控器件或者二极管，把交流电整流成为脉动直流后输入电动机，就可产生电磁制动力矩，使电动机制动。如某些电动机那样使用双向可控硅或者IGBT之类的全控器件作为开关的时候，可以在需要电磁制动时，将开关K
文档编号H02P3/18GK1489275SQ02131110
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月9日 优先权日2002年10月9日
发明者黄群, 黄 群 申请人:黄群, 黄 群