[发明专利]功率转换系统与过电压保护和反向电动机速度控制的方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及功率控制技术，具体地涉及针对电动机驱动功率损失事件减轻电动机驱动过电压和限制电动机负载的反向旋转的方法以及功率转换系统。

背景技术

电动机驱动是用于通过转换接收的输入功率以将功率提供到被驱动的电动机的功率转换系统。而电动机负载可以被用于各种不同的应用。在井用潜水泵中，被驱动的泵电机被用于驱动通常从井中提取流体的螺杆泵或离心泵。在正常工作中，泵电机正向转动以将流体从井管中向上抽。如果相关联的电动机驱动损失功率，则泵电机将停止转动，并且先前抽取的流体将开始向下流回到井中，从而导致泵电机的转子反向旋转。如果电动机是用永磁体构造的，则泵电机的反向旋转产生反电势，该反电势可以导致能够损坏电动机和/或使电动机驱动中的组件(包括驱动逆变器的输入处的直流总线电容器)恶化的明显电压。螺杆型泵尤其可以在反向上加速到反电势产生大于电动机额定电压的明显电压这一点。此外，泵电机的反向旋转允许流体向下流回到井中，从而当稍后恢复功率时，对于损失功率之前所做的抽取工作必须重做。类似的情形发生在电动机驱动起重机中，其中，在功率损失事件期间，起重机电动机上的负载往往能够使电动机反向旋转。因此，需要一种用于保护电动机驱动和被驱动的电动机免于由过多反电势引起的损坏的、以及针对功率损失情形防止电动机达到高的反向速度的技术和装置。

发明内容

现在概括本公开的各个方面以便于基本理解本公开，其中，本概括不是本公开的广泛概述，并且不用于确定本公开的某些元素，也不用于界定本公开的范围。更确切地，本概括的主要目的是在下文给出更详细的描述之前以简化形式给出本公开的各种概念。公开了用于功率转换的技术、系统和装置，其中，通过在系统输入功率损失之后启用输出耗散电路来控制或限制反向电动机负载旋转，并且通过在恢复系统输入功率之后激活第二耗散电路来减轻直流总线过电压。本公开的概念可以被有利地用于泵电机的功率转换系统、电动机驱动的起重机系统、以及希望控制无动力的电动机反向旋转和减轻相关反电势的影响以保护功率转换系统和/或被驱动的电动机的其他应用。

根据本公开的一个或更多个方面，提供包括直流总线电路、逆变器和控制器的功率转换系统以及第一和第二功耗电路。该第一功耗电路与系统的交流输出耦合，并且选择性地耦合两个或更多个交流输出端之间的一个或更多个电阻性负载，以耗散从被驱动的负载提供到系统的再生功率。该第二功耗电路可操作以选择性地耗散直流总线电路中的功率。在某些实施方式中，控制器响应系统输入功率的损失，以提供控制信号来激活第一功耗电路，从而耗散从负载提供到交流输出的功率。以这种方式，可以限制电动机反向旋转的速度，从而减少潜水泵和/或起重机应用中先前做的抽取工作或起重工作的量。控制器还可以响应于系统功率的损失选择性地禁止输出逆变器的操作。

在恢复输入功率之后，某些实施方式中的控制器使第一功耗电路不工作，重新开始逆变器的转换操作，并且激活第二功耗电路以选择性地耗散直流总线电路中的功率。通过该操作，可以避免或减轻直流总线过电压的潜在的不利影响，以保护直流总线电容及其他功率转换系统组件。系统的某些实施方式可以包括连接在逆变器和系统交流输出之间的输出滤波器，其中在滤波器之后第一功耗电路连接到两个或更多个交流输出端。在某些实施中，第一功耗电路包括整流器以及开关和电阻器，并且在某些实施方式中可以通过来自转换系统控制器的控制信号来激活开关，以选择性地跨过整流器的输出连接电阻器，从而耗散再生功率。在其他可能的实施中，可以使用接触器或其他类型的开关以跨过两个或更多个输出连接一个或更多个电阻器，从而耗散再生功率。此外，第一功耗电路可以是电动机驱动类型的功率转换器内部集成的，或者可以被分离地连接在功率转换系统中的电动机驱动交流输出和被驱动的负载之间。