[发明专利]大功率永磁同步电机制动能量回收装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无刷永磁同步电机控制技术领域，更具体地说，本发明涉及一种大功率永磁同步电机制动能量回收装置及控制方法。

背景技术

进入21世纪，人类将面临着越来越严重的能源危机，节约能源是我国乃至全世界持续发展的必然手段。为落实《节能中长期专项规划》，国家发改委目前启动了十大重点节能工程。电机系统节能是其中的一种重点工程，节约的目标是实现电机系统运行效率提高2个百分点，形成年节电能力200亿千瓦时。如果能够很好地回收电机制动时的动能就可提高电机系统的运行效率，目前，电机的能量回收技术在我国还处于初期阶段。

永磁同步电机作为一种新型机电一体化产品，因其效率高、功率密度大、调速性能好、控制简单等一系列优点，已广泛应用于工业控制、航空航天、数控机床、微特加工等领域。在实际的许多工业场合都要求永磁同步电机频繁地启动和制动，对于大功率的永磁同步电机来说，由于惯性的存在，制动时将有很大的机械动能，如何成功地利用这些动能很值得我们去研究。交流电机的制动形式通常有三种形式：能耗制动、反接制动、能量回馈制动。目前我国使用较多的方法是采用能耗制动，通过在制动回路中加入制动电阻，让能量白白地消耗掉，造成能量的巨大浪费，并且，对于对于大功率的永磁同步电机来说，由于产生的机械动能过高，可能会导致制动电阻的烧毁。电机制动时产生的能量我们可以采取两种方式来进行处理：一种是通过容量大充放电快的储能元件来储存能量；一种是高速的数字信号处理芯片来实现回馈，使能量回馈到电网，从而达到能量回收的目的。对于能量直接回馈到电网这种方法，适用于位能型负载，因为对于位能型负载要求有很大的储能装置。由于电网对谐波成分要求非常高，这就要求对其控制，且电路比较复杂。

综上所述，提出一种大功率永磁同步电机制动能量回收装置及控制方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种大功率永磁同步电机制动能量回收装置，针对大功率永磁同步电机采用能耗制动造成能量浪费，并且易烧毁制动电阻的问题，本案从电压控制的角度来有效控制大功率永磁同步电机制动能量的传输，并且将电网电压波动考虑在其中，制动时切断母线，回收制动能量，启动后通过该回收能量对母线电压及时调整，既可有效避免大功率永磁同步电机采用能耗制动造成的能量浪费，保护系统元器件；同时可以保证永磁同步电机启动后母线电压的稳定，防止电网波动对驱动系统造成伤害。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种大功率永磁同步电机制动能量回收装置，包括:

逆变模块，其输入端与电源连接，所述逆变模块的输出端连接永磁同步电机的定子，所述逆变模块的直流母线之间设置有一母线电容；

储能模块，其包括电池储能单元、端电容、第一支路以及第二支路，所述电池储能单元输出正极分别连接所述第一支路和第二支路，所述第一支路由依次连接的第一常开继电器、第一常闭继电器以及降压斩波电路组成，所述第二支路由依次连接的第二常开继电器、第二常闭继电器以及升压斩波电路组成，两路并联后输出连接在所述端电容上，所述第一常开继电器和第二常开继电器的输入端分别连接在所述电池储能单元输出正极端上；

整流模块，其输入端通过一功率平滑器连接所述永磁同步电机的定子，所述整流模块的输出端连接所述端电容两端；

母线电压检测模块，其输入端连接所述母线电容和端电容两端；以及

单片机，其输入端连接所述母线电压检测模块的输出端，所述单片机的输出端分别连接所述逆变模块、储能模块和整流模块的控制端；

其中，所述永磁同步电机上设置有编码器，所述编码器输出端与所述单片机输入端连接，所述逆变模块通过一第三常开继电器与所述母线电容连接，所述端电容通过串联的第四常开继电器和限流电阻与所述母线电容两端连接。

优选的，所述逆变模块依次由第一IGBT至第六IGBT组成的三对IGBT桥臂连接而成，所述母线电容两侧通过一桥式整流器连接电网；所述整流模块依次由第七IGBT至第十二IGBT组成的三对IGBT桥臂连接而成；所述单片机输出端连接各个所述IGBT的驱动端。

优选的，所述降压斩波电路包括依次连接的第十三IGBT和第一电感以及阴极端连接在所述第十三IGBT和第一电感之间的第一二极管，所述第一二极管的阳极端连接在所述端电容负极端，所述第十三IGBT连接所述第一常闭继电器，所述第一电感连接所述端电容正极端。