专利名称：稀土永磁无刷直流电梯电机和牵引电机四象限运行方法
技术领域：
本发明涉及一种稀土永磁无刷直流电梯电机和牵引电机四象限运行的方法。
众所周知，垂直升降电梯是一种位势负载，当电梯按规定的速度曲线运行时，随着电梯载重的变化、电梯轿厢与对重铁空间高度的变化、运行方向的变化，电梯拖动装置必须具有能在四象限内工作的基本能力。例如，电梯提升时，起动加速时可能是需要补充能量，而在均速运行时可能不需要能量注入，在制动减速时又需要释放能量。简单地说，电梯拖动装置既可能向被拖动对象提供动力做功，也有可能向被拖动对象提供阻力做负功，并且这种能量的转移方向及数值大小无法预先确定下来。由于上述原因，电梯拖动装置必须能在四象限内工作，同时还必须能自动转换，各象限之间的过渡也要平滑。
传统的交流异步变频调速系统在完成电梯拖动任务时，是利用交流异步电机在负转差率条件下能充当发电机的原理实现电梯拖动装置四象限运行的，当工作状态处于2、4两个象限内时，拖动装置对电梯做负功，向电梯提供阻力，以满足当前电梯严格按预先规定的速度曲线运行。
传统的交流异步电机调压调速系统是较变频调速系统落后的另一类调速系统，理论上交流异步电机调压调速系统不具备四象限运行的能力，为了完成电梯拖动装置四象限运行任务，交流异步电机内部加装一套制动绕组或外部增加一个电涡流制动器，电动机部分仅提供电动力，制动阻力由制动绕组或电涡流制动器产生。电梯实际运行时，电梯拖动装置在四象限中的任何一个象限工作机会几乎相等，因此，这种加装制动绕组的交流异步电机或外设的电涡制动器发热十分严重，常常导致设备的烧毁。
稀土永磁无刷直流电机虽然是一种性能优越的调速电机，并且高效节能、安全性能好，但是，要真正把这种电机原理搬到电梯拖动装置中使用是很不容易的。因为稀土永磁无刷直流电机的磁场是预先设计好的，不可能出现类似于交流异步电机负转差率发电制动条件。另外也不可能采用增设制动绕组或增设电涡流制动器的这种过时的方案实现制动阻力输出。现实中唯一可以采用的方法是让稀土永磁无刷直流电机工作在“反接制动”状态，这种方法在小功率伺服系统中和大功率非经常性制动场合中可以采用，但要在电梯拖动装置中使用是不太可能的，因为“反接制动”的能耗发生在电机内部，频繁的“反接制动”会使电机内部剧烈发热，威胁设备安全。
本发明针对稀土永磁无刷直流电机提出一种新的发电制动方法，这种方法是利用稀士永磁无刷直流电机绕组电感存在的客观事实，先让电机旋转电势在绕组中产生所需要的发电电流，将制动所需能量暂存于电机绕组中，然后再将这部分能量利用电机绕组自感电势转移到稀土永磁无刷直流电机的电子换向电路的直流电网中去，这一次能量转移完成后，再进行下一次转移，一直到所有被转移的能量总和满足电梯拖动装置要求为止。
本发明的技术特征是借用无刷直流电子换向电路中的现有功率器件，仅由逻辑控制，利用电机绕组电感和电机旋转电势，将电梯运行过程中的制动能量先暂存于电机绕组中，然后再利用绕组自感电势将这部分能量转移电子换向电路的直流电网中。
根据这种原理，本发明不仅适用于起重、提升这类位势负载拖动用稀土永磁无刷直流电机，也同样适用于电力牵引这类负载拖动用稀土永磁无刷直流电机，本发明在一定范围内具有适用性。
本发明的目的在于为稀土永磁无刷直流电机提供一种新的四象限运行方法。使用这种方法，可以在不增加经济成本的条件下实现稀土永磁无刷直流电机的可控性制动运行，并且电机本身没有剧烈发热现象。本发明对于稀土永磁无刷直流电机技术是一种完善，具有社会经济价值。
本发明的实施例为一台功率为18.5kW的电梯专用稀土永磁无刷直流电机和一台功率为50kW的电动轿车专用稀土永磁无刷直流电机。两种使用场合均能很好地完成拖动系统的四象限运行要求，表现出电动与制动能力完全对称的优势。
结合附图
祥述本发明的工作原理附图为了说明原理，仅绘出了典型无刷直流电机电子换向电路的一部分。其中A、B、C为无刷直流电机A相、B相、C相的三个绕组，eA、eB是对应A相、B相绕组中的某一时刻的旋转电势，绕组中的电感LA、LB及内阻rA、rB没能绘到图中，T1、T5、T4、T2及D1、D5、D4、D2分别为A、B两条支路中的主控开关管和各自的续流二极管，C1为直流电网Vc+的滤波和能量存储电解电容器。
当A、B相绕组具有图示旋转电势极性时，导通T4，则在T4、D2、B、A相绕组构成的回路中出现电流i1，由于i1方向与eA、eB极性相同，故i1送发电性质，i1在电机磁场的作用下必然产生阻力作用，实现了电机制动工作目的。由于电机绕组内阻rA、rB很小(趋于零)，i1在eA、eB的作用下快速增长，直到i1产生的阻力作用满足制动需要时，快速关断T4，这时，在绕组中得到的制动能量为
。快速关断T4后，由于电感中电流不能突变原理，i1无处可去，只能打通D1向直流网中注入形成i2，在直流网容量有限条件下，直流网压被迫抬高，即C1两端电压升高。i1打通D1并不是因为eA、eB的和高于直流网压Vc+，而是因为绕组电感LA、LB在i1被T4强制阻断时产生了很高的自感电势
，该电势与eA、eB一道成为i2注入直流网的“原动力”。自从i2注入直流网开始，i2呈逐步减小趋势，最终可以减小到i2=0为止，一般地，为了维持电机制动阻力为某一量值，控制上不会等到i2=0出现之前就已经再次导通T4，这时，i2重新流经T4成为i1,i1又出现了快速增长，新的一个周期又开始了。由于现代功率电子器件的开关速度很快(如GTR、IGBT)，这种能量转移周期是非常短暂的，几十个微秒即可完成，因此，观察到的绕组中制动电流是连续的，仅仅有点波动而已。
通过上述也不难看出，整个制动过程电机中的各种损耗并没有发生改变，电机仍然处于高效率工作中，电动与制动是完全对称的，正因为如此，本发明提出的稀土永磁无刷直流电机四象限运行方法可以在1～4象限随意工作，没有任何附加条件。
权利要求
1．一种稀土永磁无刷直流电梯电机和牵引电机四象限运行方法，其特征在于利用电机绕组的电感性质，通过逻辑控制，直接使用原有的稀土永磁无刷直流电机电子换向电路首先短路导通符合制动条件的电机绕组，使电机绕组在旋转电势的作用下产生发电电流，然后再强制断开这些绕组，使其产生自感电势并将已产生的发电电流强制注入到电子换向电路的直流电网中，实现电机制动能量向直流电网的转移，完成电机四象限运行。
2．根据权利要求1所述的稀土永磁无刷直流电梯电机和牵引电机四象限运行方法，其特征在于要短路导通的电机绕组必须是在其中产生的电流方向与绕组中旋转电势方向相一致的绕组，执行短路导通的电子开关器件同时也是执行强制断开的电子开关器件。
3．根据权利要求1所述的稀土永磁无刷直流电梯电机和牵引电机四象限运行方法，其方法同样适用于其他有四象限运行要求的稀土永磁无刷直流电机中。
全文摘要
一种稀土永磁无刷直流电梯电机和牵引电机四象限运行方法。这种方法利用电机绕组电感存在的客观事实,通过逻辑控制,直接使用原有的稀土永磁无刷直流电机电子换向电路首先利用电机旋转电势将电机制动能量存储在电机绕组中,然后再利用绕组的自感电势将制动能量转移到直流电网中去,通过周而复始的这种能量转移,实现稀土永磁无刷直流电机四个象限的对称运行。
文档编号H02P6/00GK1233882SQ98113038
公开日1999年11月3日 申请日期1998年12月9日 优先权日1998年12月9日
发明者孙德全, 羊彦, 季小尹, 高金行, 符向荣, 王安丽, 胡钢成 申请人:宁波东方通用电气公司西安分公司