专利名称：用于回转电机紧急制动的控制装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及电动机、发电机或机电变换器的停止或减速装置领域，具体为一种用于回转电机紧急制动的控制装置及其使用方法。
背景技术：
基于对节能要求的不断提升，高效的永磁同步电机开始得到了广泛的应用，除作为混合动力汽车或纯电动汽车的驱动装置，目前还逐步应用于工程机械，如混合动力挖掘机等。和作为汽车驱动装置不同的是，混合动力挖掘机的回转机构没有制动离合器，正常工作状态下，电机控制器可控制电机工作在电动状态或发电状态，完成单次回转动作。但当电机系统故障(此时电机控制器将检测到异常信号)时，为保护电机系统，通常的做法是:整车控制器切断逆变器的高压电源供应，同时电机控制器关断逆变器输出，电机则在惯性力的作用下自由转动至停车，这种制动方式实质上是一种能耗制动，单纯依靠电机旋转来消耗掉制动能量，制动能量不会反馈到电网上，尽管对于保护逆变器和高压电源有效，但由于挖掘机质量大，属于大惯性负载，在撤除对回转电机的控制后，回转平台在惯性作用下仍会滑摆一定的角度，这对地面上的车辆及人身造成威胁。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种的结构简单、反应灵敏、制动迅速的回转电机制动装置，本发明公开了一种用于回转电机紧急制动的控制装置及其使用方法。本发明通过如下技术方案达到发明目的:
一种用于回转电机紧急制动的控制装置，包括直流电源、逆变器和同步电机，直流电源的正极和负极分别和逆变器的正极输入端和负极输入端连接，逆变器的三相交流电输出端分别和同步电机的三相交流电接入端连接，其特征是:还包括制动控制器和电机控制器，电机控制器通过信号线分别连接制动控制器和逆变器。所述的用于回转电机紧急制动的控制装置，其特征是:直流电源选用超级电容或蓄电池，同步电机选用永磁同步电机，制动控制器和电机控制器都选用数字信号处理器或单片机。所述的用于回转电机紧急制动的控制装置的使用方法，电机控制器控制同步电机处于正常工作模式或制动模式，正常工作模式时，电机控制器控制逆变器对从直流电源输入的直流电进行脉冲宽度调制以逆变成三相交流电，并将逆变成的三相交流电输入同步电机，使同步电机处于电动机状态，其特征是:制动模式按如下步骤依次进行:
a.手动触发:手动触发制动控制器，制动控制器向电机控制器发出制动彳目号，电机控制器切换到制动模式，
b.系统复位:电机控制器在接收到制动信号后，首先发送一个系统复位信号清除因同步电机故障而锁存的使能信号，并在间隔一过渡时间段后重新开管切换到转速闭环并给定零转速命令，过渡时间段的持续时间为10ms， C.产生电磁阻力:电机控制器根据当前同步电机的转速控制逆变器向同步电机的定子输入和原先方向相反的电流，以建立和转子旋转方向相反的磁场，迫使转子反向切割磁力线以产生电磁阻力直至停机，此时同步电机处于发电机状态，同步电机输出的电流经逆变器整流成直流电后给直流电源充电，若同步电机的转速始终大于20rpm，则返回b步骤，
d.解除使能:在同步电机停机后，手动解除制动控制器的使能，
e.恢复正常:电机控制器检测到制动控制器的使能解除后，再恢复同步电机至正常工作模式。本发明针对混合动力挖掘机回转电机的制动控制，不增加额外的硬件成本，采用高效的控制器，能够准确快速地对同步电机进行电动机/发电机状态控制，利用直流电源尤其是超级电容瞬间充放大电流的能力特性，可以实现迅速停车，并回收紧急制动时挖掘机回转平台的动能，可广泛应用于工程机械产品中用于车身回转的同步电机。本发明的有益效果是:结构简单，反应灵敏，制动迅速，电能利用率高，适用范围广。
图1是本发明的结构示意 图2是本发明使用时的流程图。
具体实施例方式以下通过具体实施例进一步说明本发明。实施例1
一种用于回转电机紧急制动的控制装置，包括直流电源1、逆变器2、同步电机3、制动控制器41和电机控制器42，如图1所示，具体结构是:直流电源I的正极和负极分别和逆变器2的正极输入端和负极输入端连接，逆变器2的三相交流电输出端分别和同步电机3的三相交流电接入端连接，电机控制器42通过信号线分别连接制动控制器41和逆变器2。直流电源I可选用超级电容或蓄电池，本实施例选用超级电容；同步电机3选用永磁同步电机；制动控制器41和电机控制器42可选用数字信号处理器或单片机，本实施例选用数字信号处理器。本实施例使用时，电机控制器42控制同步电机3处于正常工作模式或制动模式，正常工作模式时，电机控制器42控制逆变器2对从直流电源I输入的直流电进行脉冲宽度调制以逆变成三相交流电，并将逆变成的三相交流电输入同步电机3，使同步电机3处于电动机状态。制动模式如图2所示，按如下步骤依次进行:
a.手动触发:手动触发制动控制器41，制动控制器41向电机控制器42发出制动f目号，电机控制器42切换到制动模式，
b.系统复位:电机控制器42在接收到制动信号后，首先发送一个系统复位信号清除因同步电机3故障而锁存的使能信号，并在间隔一过渡时间段后重新开管切换到转速闭环并给定零转速命令，过渡时间段的持续时间为10ms，
c.产生电磁阻力:电机控制器42根据当前同步电机3的转速控制逆变器2向同步电机3的定子输入和原先方向相反的电流，以建立和转子旋转方向相反的磁场，迫使转子反向切割磁力线以产生电磁阻力直至停机，此时同步电机3处于发电机状态，同步电机3输出的电流经逆变器2整流成直流电后给直流电源I充电，若同步电机3的转速始终大于20rpm,则返回b步骤，若循环次数超过3次，则表明逆变器2或电机控制器42存在硬件永久损坏，此时仍需使用传统的机械式刹车片制动，
d.解除使能:在同步电机3停机后，手动解除制动控制器41的使能，
e.恢复正常:电机控制器42检测到制动控制器41的使能解除后，再恢复同步电机3至正常工作模式。
权利要求
1.一种用于回转电机紧急制动的控制装置，包括直流电源(I)、逆变器(2)和同步电机(3)，直流电源(I)的正极和负极分别和逆变器(2)的正极输入端和负极输入端连接，逆变器(2)的三相交流电输出端分别和同步电机(3)的三相交流电接入端连接，其特征是:还包括制动控制器(41)和电机控制器(42)，电机控制器(42)通过信号线分别连接制动控制器(41)和逆变器(2)。
2.如权利要求1所述的用于回转电机紧急制动的控制装置，其特征是:直流电源(I)选用超级电容或蓄电池，同步电机(3)选用永磁同步电机，制动控制器(41)和电机控制器(42)都选用数字信号处理器或单片机。
3.如权利要求1或2所述的用于回转电机紧急制动的控制装置的使用方法，电机控制器(42)控制同步电机(3)处于正常工作模式或制动模式，正常工作模式时，电机控制器(42)控制逆变器(2)对从直流电源⑴输入的直流电进行脉冲宽度调制以逆变成三相交流电，并将逆变成的三相交流电输入同步电机(3)，使同步电机(3)处于电动机状态，其特征是:制动模式按如下步骤依次进行: a.手动触发:手动触发制动控制器(41)，制动控制器(41)向电机控制器(42)发出制动信号，电机控制器(42)切换到制动模式， b.系统复位:电机控制器(42)在接收到制动信号后，首先发送一个系统复位信号清除因同步电机(3)故障而锁存的使能信号，并在间隔一过渡时间段后重新开管切换到转速闭环并给定零转速命令，过渡时间段的持续时间为10ms， c.产生电磁阻力:电机控制器(42)根据当前同步电机(3)的转速控制逆变器⑵向同步电机(3)的定子输入和原先方向相反的电流，以建立和转子旋转方向相反的磁场，迫使转子反向切割磁力线以产生电磁阻力直至停机，此时同步电机(3)处于发电机状态，同步电机⑶输出的电流经逆变器⑵整流成直流电后给直流电源⑴充电，若同步电机(3)的转速始终大于20rpm，则返回b步骤， d.解除使能:在同步电机(3)停机后，手动解除制动控制器(41)的使能， e.恢复正常:电机控制器(42)检测到制动控制器(41)的使能解除后，再恢复同步电机(3)至正常工作模式。
全文摘要
本发明涉及电动机、发电机或机电变换器的停止或减速装置领域，具体为一种用于回转电机紧急制动的控制装置及其使用方法。一种用于回转电机紧急制动的控制装置，包括直流电源(1)、逆变器(2)和同步电机(3)，其特征是还包括制动控制器(41)和电机控制器(42)，电机控制器(42)通过信号线分别连接制动控制器(41)和逆变器(2)。一种用于回转电机紧急制动的控制装置的使用方法，电机控制器(42)控制同步电机(3)处于正常工作模式或制动模式。本发明结构简单，反应灵敏，制动迅速，电能利用率高，适用范围广。
文档编号H02P6/24GK103178761SQ20111044163
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者王文峰, 雷小军, 徐性怡 申请人:上海大郡动力控制技术有限公司