CN103151977B - 简化的电制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子控制的同步电机（M）的电制动装置，所述同步电机通过变换器（U）被供应电压。本发明的特征是，所述同步电机（M）具有一线圈中点（S），并且所述线圈中点（S）通过一电阻（R）和一开关（S₇）与所述变换器（U）的接地点连接，并且所述变换器（U）的与所述接地点连接的相分别具有一个空载二极管（D₄，D₅，D₆）。

Description

简化的电制动装置

技术领域

本发明涉及一种用于电子控制的同步电机的电制动装置，所述同步电机通过变换器被供应电压。

背景技术

这种被控制的同步电机特别是作为电驱动的交通工具例如有轨电车中的节拍驱动器使用，但是也可以作为大型机械例如印刷机中的驱动器使用。在此，电子控制式同步电机大多通过双向变换器被供应电压，从而使得该同步电机不仅可接收电能，而且例如在制动时也可以输出电能。通过这种方式和方法，同步电机在发电机式运行中用作制动器并且此外将电能回馈到电网中，这可以节省能量并且降低成本。例如由德国公开资料DE 101 60612 A1公开了永久励磁同步电机的采用，在该公开资料中，所述电机作为节拍驱动器在轨道车辆中使用。这里，同步电机也通过变流器在节拍运行中被供应电压。存在一种电制动装置，其由对于每个相单独的并且星形连接的制动电阻构成，其中，用于三个相中的每个相的制动电阻分别通过一个开关连接到所述同步电机上。通过这种方式和方法实现了一种用于轨道车辆的电制动器。

在印刷机的情况下，出于安全原因需要一个第二制动装置，所述第二制动装置可以与第一制动器无关地对驱动电机进行制动。由专利US 8,026,681B2公开了这种用于印刷机的冗余电制动器。在这种冗余电制动器的情况下，在印刷机的驱动电机与用于控制该电机的逆变器之间设置一个可转换的电制动器，其在电网失效时通过计算机控制地允许可靠的发电机式制动。该电制动装置具有制动电阻和整流器，所述整流器对用于制动电阻的电机电压进行整流。通过附加的电制动器的整流器可以控制制动过程。此外，在所述电驱动器制动之后，电机可借助于机械制动器锁止。

由现有技术公开的解决方案具有的缺点是，对于制动电路需要一个附加的整流器或多个开关以及相应的冷却体、壳体等，以便在初级制动装置失效时确保所要求的阻抗。此外，通常需要一个附加的监控电路，所述监控电路例如可以由附加的电桥臂的电流监控电路构成。这些附加的构件要求结构空间并且导致驱动器的较高的成本。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种用于电子控制的同步电机的电制动装置，其一方面确保所要求的阻抗并且另一方面用尽可能少的附加电子构件就可以实现。

本发明的电制动器适合于在通过同步电机驱动的机械和交通工具中在变换器失效时冗余地进行电制动。在此，同步电机具有变换器，所述变换器将直流电压中间回路的直流电压变换为电机电压。直流电压中间回路的直流电压来自于连接在电网侧的整流器。在此，在常规运行中，同步电机通过所述变换器制动，其方式是，这样地控制所述变换器，使得同步电机以发电机式运行模式工作并且在制动时产生电流并且所述电流要么被回馈到电网中要么在制动电阻中消灭。根据本发明现在提出，同步电机的星形布设的线圈在一个线圈中点中汇合并且所述线圈中点通过一电阻和一开关与所述变换器的接地点连接。此外，所述变换器的与所述接地点连接的相分别具有一个空载二极管，在制动时，所述空载二极管引导电流。通过这种方式和方法即使在变换器失效时也可以通过空载二极管、同步电机、电阻和然后闭合的开关使电流回路闭合。在常规运行中，所述开关保持打开，从而不会有电流流经所述电阻。所述开关可以是继电器，但是优选构造为半导体结构元件、例如IGBT或闸流晶体管，其也能够导通大电流。

在本发明的第一构型中提出，所述电阻由电流导线构成。这是成本特别低廉的解决方案，因为在此除了反正已经存在的电流导线之外无需安装另外的电阻。因为所述导线具有一定的长度，因此制动时的热量可以良好地通过所述导线输出。但是由于电流导线的电阻非常小，因此通过这种方式和方法不能实现快速的制动过程，因此在大多数情况下，电流导线的设置是不足够的。

在本发明的另一构型中提出，所述电阻集成在电机中。在该情况下可将电阻直接安装在电机壳体中，从而在外部在壳体上仅须存在一个用于将电阻连接到具有变换器的接地点的开关上的接头。所述电阻也可以被分为多个电阻，以便由此能够更好地导出热量。

有利地提出，所述变换器由桥电路构成，所述桥电路具有第一和第二桥半部。在本发明的意义上，第一桥半部应理解为三个第一开关，也被称为上部的桥半部；并且第二桥半部应被理解为三个第二开关，也被称为下部的桥半部。在此，所述桥电路的这两个半部被用来控制所述制动过程。在电制动器运行时，电流流经与所述变换器的接地点连接的第二桥半部，因此所述第二桥半部在制动运行中必须接通。不与所述变换器的接地点连接的第一桥半部用来关断变换器与直流电压中间回路之间的连接，从而通过关断该第一桥半部使驱动电机与给所述变换器供电的直流电压中间回路分开。

此外有利地提出，在用于给所述电机供应电压的相中设置用于检验功能能力的变流器。通过所述变流器可以检验所述变换器是否正确地工作，并且同时所述变流器可被用来监控所述制动过程。

此外有利地提出，所述变换器是双向逆变器。在该实施方式中可以将由同步电机输出的电能在常规的发电机式制动时通过所述双向逆变器回馈给所述直流电压中间回路并且通过第二双向逆变器回馈给电网。这用于节省电能，其方式是，在制动时产生的电能不是被简单地转换为热，而是回馈到电网中。

此外提出，附加地存在一机械地起作用的驻车制动器，用于使所述电机固定。所述驻车制动器的尺寸可以非常小并且非常紧凑，因为它不必制动所述电机，而是仅仅用于在制动之后对所述电机进行机械式固定，从而使得该电机不能不期望地继续旋转。这种机械式驻车制动器比动态机械式制动器成本低得多，所述动态机械式制动器也必须被设计用于对高转速的电驱动器进行制动。

附图说明

下面借助两个附图对本发明进行详细说明和阐述。附图示出：

图1是一个具有附加的制动电阻的变型方案；

图2是第二变型方案，其中，所述制动电阻由电流导线构成。

具体实施方式

图1示出同步驱动器的电子控制装置，如其也在印刷机中采用的那样。同步驱动器M在此通过三相接头由变换器U供应所需的电机电压。变换器U包括两个电桥臂，即，上部的具有三个晶体管S₁、S₂、S₃的第一电桥臂和下部的同样具有三个晶体管S₄、S₅、S₆的第二电桥臂。空载二极管D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆分别与这两个电桥臂中的晶体管S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆并联连接，所述空载二极管D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆是所述变换器U的组成部分并且在采用IGBT时作为开关S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆集成到所述IGBT中。在桥电路中反正已经存在的空载二极管D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆在所述变换器U的常规运行中是必要的，从而对于所述电制动装置不必设置附加的二极管。所述空载二极管D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆现在附加地也被用于在采用所述电制动装置时并且在所述变换器U失效时引导所述驱动电机M的发电电流。

变换器U连接到直流电压中间回路G上，所述直流电压中间回路又以这里未示出的形式通过整流器与电网连接。此外，三个变流器W集成在所述三个用于给电机M供电的相上，所述变流器检测电流并且用于监控所述变换器U的功能能力。

如果变换器U失效并且上部的开关S₁、S₂、S₃不再转换，则通过打开的开关S₁、S₂、S₃的使变换器U的下半部与直流电压中间回路G分离并且附加的开关S₇闭合，以便由此使制动电流回路闭合，所述附加的开关可以如其余的开关S₁-S₆那样构造为IGBT。为此，所述开关S₇连接到电机M的线圈中点S上并且在另一侧连接到制动电阻R上。然后通过第二桥半部的二极管D₄、D₅、D₆使电流回路闭合并且存在于电机M中的旋转能量通过发电机式制动来制动，在发电机式制动的情况下，能量在制动电阻R中转换为热。在电机M已被制动到静止状态中之后，使机械的驻车制动器H闭合，以便防止电机M旋转。

在图2的变型方案中不存在附加的电阻R，而是利用线圈中点S与开关S₇之间的电流导线的电阻作为制动电阻R。如果开关S₇与线圈中点S之间的电流导线足够长，则可均匀地输出热并且短的制动过程不会导致该电流导线的过载。在此，在电机M制动之后也使机械的驻车制动器H闭合，以便防止电机旋转。

图1和2中的两个变型方案由此可在变换器U失效时通过开关S₇的闭合开始一个发电机式制动过程，而无需像现有技术那样需要很多附加的电结构元件。

附图标记

M 电机

G 直流电压中间回路

R 电阻

S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆ 开关

D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆ 空载二极管

S 线圈中点

W 变流器

U 整流器

H 机械式驻车制动器

Claims (10)

1.一种用于电子控制的同步电机(M)的电制动装置，所述同步电机通过变换器(U)被供应电压，其特征在于，所述同步电机(M)具有一线圈中点(S)，并且所述线圈中点(S)通过一电阻(R)和一开关(S₇)与所述变换器(U)的接地点连接，并且所述变换器(U)的与所述接地点连接的相分别具有一个空载二极管(D₄，D₅，D₆)，在制动时，所述开关闭合。

2.如权利要求1所述的电制动装置，其特征在于，所述电阻(R)由电流导线构成。

3.如权利要求1所述的电制动装置，其特征在于，所述电阻(R)集成在电机(M)中。

4.如上述权利要求之一所述的电制动装置，其特征在于，所述变换器(U)由桥电路构成，所述桥电路具有连接在所述变换器(U)的接地点上的第一和第二桥半部。

5.如权利要求4所述的电制动装置，其特征在于，在所述电制动装置运行时，所述变换器(U)的第二桥半部接通。

6.如权利要求4所述的电制动装置，其特征在于，通过所述第一桥半部的关断使所述电制动装置和所述电机(M)与一给所述变换器(U)供电的直流电压中间回路(G)分开。

7.如权利要求1-3、5-6之一所述的电制动装置，其特征在于，在用于给所述电机(M)供应电压的相中设置用于检验所述变换器(U)的功能能力的变流器(W)。

8.如权利要求1-3、5-6之一所述的电制动装置，其特征在于，所述变换器(U)是双向逆变器。

9.如权利要求1-3、5-6之一所述的电制动装置，其特征在于，附加地存在一机械地起作用的驻车制动器(H)，用于使所述电机(M)固定。

10.如权利要求1-3、5-6之一所述的电制动装置，其特征在于，所述变换器(U)的开关(S₁，S₂，S₃，S₄，S₅，S₆)是IGBT开关。