[发明专利]再生制动安全系统和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

这个申请是以美国国营公司贝克曼考尔特公司的名义在2012年2月13日作为PCT国际专利申请提交的，贝克曼考尔特公司是除了美国之外的指定所有国家的申请人，而且，美国公民罗纳德·科恩和美国公民詹森·海斯勒仅仅是指定美国的申请人，并且这个申请要求2011年2月14日提交的美国专利申请序列第61/442,703号的优先权，通过引用将其全部内容结合在本公开中。

背景技术

交流感应马达（ACIM）通过控制“转差”而工作的，该转差是旋转磁场频率和实际的马达旋转频率之间的差。这个转差转换成为施加到负载的转矩量。当使ACIM减速时，这个转差变成负的，并且随着转动能或者动能被转换成为电能，ACIM变成能量生成器。在以前的离心机设计中，这个能量典型地在发热的“制动电阻”中被消耗。归因于当前的经济的和有能量意识的环境，市场的偏好是将这个额外能量返回给电力网，而不是以热量的形式来消耗它。依据包含ACIM的仪器的类型，在马达减速期间产生的能量可能足够大，它不仅可以维持仪器本身在一段时间的电力，而且还将大量的电功率返回给电力网。这个典型地被称为再生制动。

在再生制动期间应当从电力网去除仪器（例如，通过仪器主电源开关或者通过从电源插座去除电源插头），该仪器将仍然产生电力，直到ACIM不再由旋转磁场驱动为止。这个情形可能是潜在危险的。

在一个情况下，用户可以在再生制动正在出现的同时，诸如通过关闭有效地使仪器从电力网断开的主电源开关或者一些其他开关，来故意地断开到仪器的电力。用户将如此断开电力的理由典型地是在紧急情况下使得仪器中断操作。然而，当仪器正在再生地制动时，它没有中断操作，直到再生电力的水平少于全部仪器操作所需的电力量为止。在这种情况下，用户希望仪器中断操作，但是仪器继续操作一段时间。

在另一个情况下，用户可以从壁装电源插座拉动仪器电源插头，再次使得仪器中断操作。然而，在再生制动期间，仪器将继续操作。此外，在再生电力的同时，仪器同样可能正在将危险电压呈现给用户，因为它被设计成将电力返回到电力网，并且插头已经变成活的电力终端。

另外，在检测电气故障或者其他安全关键条件的某些电路中，如果满足某些条件，那么系统中的软件可能试图经由继电器来使断路器跳闸。这种条件例如可以包括从露出高压电气部件的装置去除面板。系统软件可能试图关闭断路器，但是再生制动将使该仪器保持运行，因此即使在潜在危险的条件下也使仪器继续操作。

这些情形及其他情形使得安全控制系统对于更生制动系统是所希望的。用于适合于使用再生制动的ACIM的控制系统需要判定外部交流电源什么时候是因为操作员的动作（例如，拔出，打开面板）而被去除，或者什么时候是因为其他事件（例如，断路器的跳闸）而被去除，并且在制动周期期间防止不需要的危险电压。然后，控制这个条件的关键是适当地检测外部交流电源或者到电力网的连接什么时候从仪器被去除，并且将电路切换到制动电阻构造或者一些其他的安全构造中。

一些商业电源提供称为“交流电源故障”的信号，称为“交流电源故障”的信号用于指示交流电源的去除。这些“电源故障”检测器通常将寻找交流电压波形的损失，但是，在再生制动正在发生时的诸如离心机的仪器中，各种部件（诸如粗真空泵）可能具有阻抗特性，当操作断开再生电力时，该阻抗特性继续将交流电压波形维持在电力线中，以致商业的电源仍然认为这个是有效的电源。在这种情况下，“交流电源故障”指示器从不显示已经去除电力。

当外部电源已经被断开时检测再生制动的另一个方式是基于检测不希望的电压增加。例如，在再生制动的开始时，有足够的能量产生，如果去除外部电源，那么逆变器总线电压将快速地上升。ACIM控制系统通常被设计为具有电压监测器，该电压监测器将检测高的总线电压，并且关闭马达的再生制动。

已经确定如上所述的两个安全机构可能在仪器的整个再生制动循环期间没有充分地提供保护。依据该仪器以及如何实现过压保护，可能有明显的一部分再生制动循环，在明显的一部分再生制动循环期间，从外部电源断开将不触发过压保护，而且将不使得仪器中断操作。也就是说，有一部分再生制动循环，在该部分再生制动期间，将有足够的再生电力维持仪器的操作，但是总线过压状态将出现的没有这么多。如果在这部分再生制动循环期间从交流电源断开，那么可能出现不安全的情形。

发明内容