[发明专利]一种容性刹车电路及三相电机控制器

说明书

本发明公开了一种容性刹车电路及三相电机控制器，电路包括：能量回收电路、逆变电路，所述能量回收电路与逆变电路电性连接，所述逆变电路的输出端连接外部电机。本发明通过在能量回收电路设置电解电容自动吸收过冲能量的同时又能满足系统功率因数需求，电路设计简单，成本低，不需要额外软件及算法控制，可反复使用且不存在老化问题，该电路还可以根据实际情况调节电解电容容值满足不同电机在不同工况下的需求，适用性强。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体的，涉及一种容性刹车电路及三相电机控制器。

背景技术

通常，在交流电机的减速、刹车、硬件过流保护或失步等情况下，储存在电机电感内的大部分能量将被电机转化为电能反馈到变频器，这时变频器则需提供一个电路来吸收或消耗剩余能量。

由于功率因数要求，很多三相电输入控制器在体积，成本、稳定性等综合因素考虑下均会采取母线无电解电容控制器方案。三相母线无电解电容控制器由于母线DCLINK电容容值过小，一旦出现异常状况紧急关断逆变器六路PWM时，电机电感内部存在能量只能通过上臂IGBT并联二极管向母线反向充电，控制器母线电容过小，母线电压会急剧升高，如果不加处理则会损坏控制器。

刹车能量计算所需参数如下：

电机电感L(H)；

控制器过流保护电流值I(A)；

反馈能量Pb(W)；

以三相供电风机为例,正常工作母线电压540V(U)，最高保护电压800V(Umax),风机发生硬件过流保护：

电机电感L:0.15H

控制器过流保护电流值I:10A

母线薄膜电容容值C:8.2uF

反馈能量(电感能量全部反馈至母线无损耗)Pb(W):

薄膜电容吸收能量Pc：

剩余反馈能量

P＝Pb-Pc＝6.07W

不可能简单的通过增加母线薄膜电容容值解决此问题，母线薄膜电容加大后会降低控制器功率因数，导致产品无法满足功率因数要求。因此必须采取额外的制动电路来吸收或消耗这部分剩余反馈能量，以避免母线电压超过安全值损坏控制器。

一部分传统设计会采用刹车电阻泄放这部分能量，但反馈能量工况发生时间极短，反馈能量充电时间在500us左右。设流经刹车电阻的电流为Ir，反馈能量持续时间Tr为500us，则：

刹车电阻阻值：

由以上计算可见，首先，刹车电阻电路需要在数微秒内吸收很大能量，电阻阻值需要很小且额定功率需要很大，这样就会造成刹车电阻体积很大而不利于产品结构设计，且这么大功率的刹车电阻成本也会比较高，不利于成本控制；其次，使用刹车电阻电路需要实时检测控制器各项参数，还要对控制器各种工况进行判断，确保刹车电路在极短时间内将反馈能量消耗掉，且母线无电解电容方案，一旦不能及时关断刹车电阻会导致母线电压拉低，整个系统掉电复位，实际设计过程中无论是软件还是硬件都无法保证在这么短时间内实现；最后，传统使用刹车电阻电路一般要求母线电解电容容量足够，能够给予刹车电路一定反应时间，这种情况下一旦控制器要求功率因数则需要搭载三相PFC电路，成本急剧升高。因此母线无电解电容控制器根本无法使用刹车电阻电路；

另一部分设计采用压敏电阻吸收能量，但是压敏电阻吸收能量有限，且存在老化问题，反复使用容易失效，此种设计应用工况有限；