Система и способ рекуперации энергии торможения для электрического двигателя - RU2018107422A
Код документа: RU2018107422A
Формула
1. Система (50) рекуперации энергии торможения электрического двигателя (62), содержащая
первый регулятор (52), имеющий вход для приема входного напряжения и выход для выдачи напряжения звена постоянного тока;
устройство (54) хранения энергии, соединенное с выходом первого регулятора (52);
второй регулятор (56), имеющий вход, соединенный с устройством (54) хранения энергии, и выход для выдачи сигнала привода двигателя на электрический двигатель (62); и
средства (60) обнаружения характеристики электрического двигателя (62), функционирующего в ответ на сигнал привода двигателя;
отличающаяся тем, что дополнительно содержит
контроллер (58) для приема обнаруженной характеристики и выдачи сигнала (74) управления энергией на первый регулятор (52) в ответ на обнаруженную характеристику,
причем сигнал управления энергией содержит переменный во времени сигнал в функции по меньшей мере от одного из параметров, включающих (i) скорость двигателя и (ii) обратную ЭДС, определенную посредством обнаруженной характеристики, а
первый регулятор (52) выполнен с возможностью реагирования на сигнал управления энергией для динамической регулировки напряжения звена постоянного тока, с тем чтобы поддерживать по существу постоянным баланс энергии, который содержит сумму (a) по меньшей мере одной из вращательной и линейной кинетической энергии электрического двигателя и (b) энергии, хранящейся в устройстве хранения энергии.
2. Система (50) по п. 1, в которой по существу постоянное значение содержит изменение, которое меньше, чем обусловленная изменяющейся скоростью величина изменения общей энергии, включающей по меньшей мере одну из вращательной и линейной кинетической энергии электрического двигателя.
3. Система (50) по п. 1, в которой скорость двигателя содержит по меньшей мере первую скорость и вторую скорость, которая меньше, чем первая скорость,
причем также (i) при реагировании на сигнал (74) управления энергией, определяемый для первой скорости, напряжение звена постоянного тока имеет первый уровень напряжения, и (ii) при реагировании на сигнал управления энергией, определяемый для второй скорости, напряжение звена постоянного тока имеет второй уровень, который выше, чем первый уровень напряжения.
4. Система (50) по п. 1, в которой сигнал (74) управления энергией содержит одно, выбранное из группы, состоящей из
(i) заданного значения регулятора напряжения, определяемого в соответствии с таблицей соответствия значений скорости электрического двигателя и напряжения звена постоянного тока,
(ii) заданного значения регулятора напряжения, определяемого динамическим образом в соответствии с передаточной функцией управления энергией для преобразования скорости электрического двигателя в значение напряжения звена постоянного тока, и
(iii) алгоритма, реализация которого обеспечивает минимизацию общей емкости, необходимой для устройства хранения энергии для заданного определенного диапазона скоростей двигателя.
5. Система (50) по п. 1, в которой первый регулятор (52) содержит по меньшей мере один из повышающего преобразователя и понижающего преобразователя (88), а сигнал (74) управления энергией содержит сигнал заданного значения регулировки в функции от скорости двигателя или обратной ЭДС.
6. Система (50) по п. 5, в которой первый регулятор (52) дополнительно содержит регулятор напряжения, который содержит повышающий преобразователь (88) и понижающий переключатель (90), соединенный с повышающим преобразователем (88),
причем контроллер (58) дополнительно выполнен с возможностью выдачи на регулятор напряжения сигнала (92) вольтодобавки, в ответ на который понижающий переключатель (90) обеспечивает подачу входного напряжения на повышающий преобразователь (88).
7. Система (50) по п. 1, в которой второй регулятор (52) содержит регулятор двигателя, который содержит регулятор (94) тока и коммутационные переключатели (96),
причем в ответ на управляющие сигналы регулятора двигателя, принятые регулятором (52) двигателя, (i) регулятор (94) тока подает ток на коммутационные переключатели (96) и (ii) коммутационные переключатели (96) выдают фазозависимые сигналы привода двигателя на электрический двигатель (62).
8. Система (50) по п. 7, в которой фазозависимые сигналы привода двигателя содержат одно из трапецеидальных сигналов привода двигателя и синусоидальных сигналов привода двигателя.
9. Система (50) по п. 1, в которой наклон зависящего от времени профиля напряжения звена постоянного тока и наклон зависящего от времени профиля скорости двигателя или обратной ЭДС, синхронизированного с зависящим от времени профиля напряжения звена постоянного тока, по существу соответствуют друг другу с противоположным знаком, плюс или минус, во время периодов ускорения двигателя и периодов замедления двигателя.
10. Система (50) по п. 1, которая дополнительно содержит электрический двигатель (62), который содержит двигатель, выбранный из группы, состоящей из бесщеточного электрического двигателя и электрического двигателя со щетками.
11. Система (50) по п. 1, в которой электрический двигатель (62) образует часть узла нагнетания воздуха для медицинского устройства для искусственной вентиляции легких, которое содержит лопастное колесо, выполненное с возможностью создания потока воздуха,
причем по меньшей мере одна из вращательной и линейной кинетической энергии электрического двигателя (62) включает по меньшей мере одну из вращательной и линейной кинетической энергии одного или более из группы компонентов, содержащей электрический двигатель, лопастное колесо и любую другую подключенную часть с вращательным или линейным движением.
12. Система (50) по п. 1, в которой электрический двигатель (62) образует часть ходовой части автотранспортного средства, которое содержит силовую передачу и колеса,
причем по меньшей мере одна из вращательной и линейной кинетической энергии электрического двигателя (62) включает по меньшей мере одну из вращательной и линейной кинетической энергии одного или более компонентов из группы, состоящей из электрического двигателя, силовой передачи, колес и любой другой подключенной части с вращательным или линейным движением.
13. Медицинское устройство для искусственной вентиляции легких, содержащее систему (50) для рекуперации энергии торможения электрического двигателя, содержащее
нагнетательный узел, который содержит электрический двигатель (62) и лопастное колесо, выполненное с возможностью создания потока воздуха; и
систему (50) рекуперации энергии торможения по одному из пп. 1, 5 или 6.
14. Способ рекуперации энергии с циклической нагрузкой, включающий
обеспечение преобразователя, имеющего вход для приема мощности от источника питания и выход для выдачи отрегулированной выходной мощности;
обеспечение емкости для хранения энергии, соединенной с выходом преобразователя;
обеспечение регулятора нагрузки, имеющего вход, соединенный с емкостью для хранения энергии, и выход для (i) выдачи приводной энергии на циклическую нагрузку в ответ по меньшей мере на положительную команду цикла на регулятор нагрузки, и (ii) приема возвращенной энергии от циклической нагрузки в ответ по меньшей мере на отрицательную команду цикла на регулятор нагрузки; и
обнаружение посредством датчика энергии нагрузки, характеристики циклической нагрузки, функционирующей в ответ на приводную энергию;
отличающийся тем, что дополнительно включает:
прием, посредством контроллера, обнаруженной характеристики и выдачу, посредством контроллера, сигнала управления энергией преобразователем в ответ на обнаруженную характеристику,
причем сигнал управления энергией содержит переменный во времени сигнал в функции по меньшей мере от одного переменного во времени параметра циклической нагрузки, определенной посредством обнаруженной характеристики; а
преобразователь выполнен с возможностью реагирования на сигнал управления энергией для динамической регулировки выходной мощности, с тем чтобы поддерживать по существу постоянным баланс энергии, который содержит сумму (a) по меньшей мере кинетической энергии циклической нагрузки и (b) энергии, хранящейся в емкости для хранения энергии.
15. Способ по п. 14, в котором рекуперация энергии с циклической нагрузкой включает рекуперацию энергии торможения электрическим двигателем, причем
обеспечение преобразователя дополнительно включает обеспечение первого регулятора, имеющего вход для приема входного напряжения и выход для выдачи напряжения звена постоянного тока;
обеспечение емкости для хранения энергии дополнительно включает обеспечение устройства хранения энергии, соединенного с выходом первого регулятора;
обеспечение регулятора нагрузки дополнительно включает обеспечение второго регулятора, имеющего вход, соединенный с устройством хранения энергии, и выход для выдачи сигнала привода двигателя на электрический двигатель;
обнаружение дополнительно включает обнаружение характеристики электрического двигателя, работающего исходя из сигнала привода двигателя;
прием дополнительно включает прием, посредством контроллера, обнаруженной характеристики и выдачу, посредством контроллера, сигнала управления энергией на первый регулятор в ответ на обнаруженную характеристику,
причем сигнал управления энергией содержит переменный во времени сигнал в функции по меньшей мере от одного из параметров, включающих (i) скорость двигателя и (ii) обратную ЭДС, определенную посредством обнаруженной характеристики, и
первый регулятор выполнен с возможностью реагирования на сигнал управления энергией для динамической регулировки напряжения звена постоянного тока, с тем чтобы поддерживать по существу постоянным баланс энергии, который содержит сумму (a) по меньшей мере одной из вращательной и линейной кинетической энергии электрического двигателя и (b) энергии, хранящейся в устройстве хранящейся энергии.
