[发明专利]一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护装置，包括电机变频器和磁悬浮轴承电控系统，所述电机变频器包括整流器和逆变器，所述整流器和逆变器之间连接有变频器直流母线，所述磁悬浮轴承电控系统包括磁悬浮功率放大器和磁悬浮控制器，所述磁悬浮功率放大器包括磁悬浮直流母线，其特征在于：所述变频器直流母线与所述磁悬浮直流母线相并联。本发明还涉及一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护方法。本发明的效果是在磁悬浮电机遇到断电情况时，能够抽取转子动能转换为电能维持磁悬浮轴承及其控制系统正常工作，从而避免因磁悬浮轴承失电导致的转子跌落导事故。

技术领域

本发明涉及磁悬浮电机系统技术领域，尤其涉及一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护装置及方法。

背景技术

磁悬浮电机是指利用磁悬浮轴承将电机转子悬浮，从而无摩擦无接触旋转的新型电机。由于转子和定子之间完全没有接触，它具有以下优点：（1）无磨损，使用寿命长；（2）转子圆周线速度高；（3）不需要润滑和密封；（4）发热量很小，功耗低；（5）环境适应性强，能在真空和腐蚀介质中工作。鉴于这些优点，磁悬浮电机，特别是磁悬浮高速电机在高速鼓风机/压缩机、储能飞轮、真空分子泵以及高速燃机分布式发电领域有了越来越广泛的应用。

然而磁悬浮轴承（主动磁悬浮轴承）依靠电能工作，一旦设备在工作中遇到断电的情况，磁悬浮轴承将失去控制，导致高速旋转的转子跌落，造成破坏性的损失。对于这一问题，一个方案给磁悬浮系统配置辅助机械轴承，在控制系统断电或失效时对转子进行临时性的支撑，但是转子高速跌落时具有巨大的动能，冲击和振动极有可能造成辅助轴承损坏。另一个解决方案是给磁悬浮系统配备一台UPS（不间断电源系统），能够在断电后使磁悬浮轴承继续工作一段时间直到转子转速下降为零，但是UPS本身价格较高，增加了电控系统的成本。因此有必要开发一种既经济又有效的技术手段来应对可能的断电情况对磁悬浮电机的潜在威胁。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护装置及方法，能够在断电时迅速将转子的动能转换为电能，一方面给磁悬浮轴承供电使其维持工作，另一方面可以给转子施加制动转矩使其快速停下。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护装置，包括电机变频器和磁悬浮轴承电控系统，所述电机变频器包括整流器和逆变器，所述整流器和逆变器之间连接有变频器直流母线，所述磁悬浮轴承电控系统包括磁悬浮功率放大器和磁悬浮控制器，所述磁悬浮功率放大器包括磁悬浮直流母线，所述变频器直流母线与所述磁悬浮直流母线直接并联，或者所述变频器直流母线通过DC/DC变换器变换电压后与所述磁悬浮直流母线相并联。

一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护方法，使用所述装置，包括以下步骤：

（1）为所述变频器直流母线的电压设定一个阈值，监测所述变频器直流母线的电压，若该电压值低于此阈值时，则判断磁悬浮电机掉电，执行步骤（2）；

（2）调整所述电机变频器给磁悬浮电机的转子施加制动转矩，同时将转子动能转换为电能回馈至所述电机变频器的变频器直流母线处。

本发明一个较佳实施例中，一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护方法进一步包括所述步骤（2）包括通过调整所述电机变频器的输出频率使磁悬浮电机工作在第四象限。

本发明一个较佳实施例中，一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护方法进一步包括通过调整所述电机变频器的输出频率维持所述变频器直流母线的电压恒定。

本发明一个较佳实施例中，一种基于电能回馈的磁悬浮电机断电保护方法进一步包括维持所述变频器直流母线的电压恒定的步骤为：以变频器直流母线的电压恒定作为目标控制电机变频器的输出频率，若变频器直流母线的电压低于设定值则降低输出频率加快制动，若变频器直流母线的电压高于设定值则增加输出频率减缓制动。