抑制多相異步電機在線切通道運行電流突變的裝置及方法
2023-06-08 07:01:06 1
抑制多相異步電機在線切通道運行電流突變的裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及抑制多相異步電機在線切通道運行電流突變的裝置及方法，可用於大功率工業電氣傳動、軌道交通以及船舶電力推進等領域。本發明為充分發揮多相變頻驅動系統可靠性高的優勢，要求驅動系統在某一通道故障後能在線切換通道運行，電機輸出功率較大時，切換瞬間運行通道常因電機相電流過流故障而導致系統故障停機。降低了多相變頻驅動系統的可靠性。由於處理速度及可靠性的要求，基於光纖通訊的硬體處理方法可很好解決這一問題，通過保證切換瞬間變頻器輸出相電壓與突變反電勢基本一致，從而抑制電機相電流突變量，達到抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的目的。
【專利說明】抑制多相異步電機在線切通道運行電流突變的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及抑制多相異步電機在線切通道運行電流突變的裝置及方法，可用於大功率工業電氣傳動、軌道交通以及船舶電力推進等領域。
【背景技術】
[0002]隨著艦船電力推進技術的快速發展，對艦船電力推進裝置的功率等級要求越來越大，可靠性要求越來越高，由於功率器件的限制，傳統的三相變頻驅動系統已無法滿足大功率、高可靠性的要求，多相變頻驅動系統成為必然選擇.另一方面，多相電機以其EM1、電機轉矩脈動小低等優點使得其更加適合在艦船電力推進系統中應用。
[0003]多相變頻器驅動多相異步電機工作時，為充分發揮多相變頻驅動系統可靠性高的優勢，要求驅動系統在某一通道故障時能在線切通道運行，切換瞬間由於電機反電勢突變，在功率較大時導致切換瞬間運行通道因過流故障而停機，大大降低了其可靠性。嚴重製約了多相變頻驅動系統在軍事、民用領域的廣泛應用。為此，急需分析、探討有效的多相異步電機在線切通道運行時電流突變的抑制方法，解決其在艦船、民船電力推進裝置的廣泛應用的技術問題。
[0004]多相異步電機在線切通道運行時電流突變的抑制方法主要針對基於三電平多相變頻驅動系統應用中的技術問題進行研究，通過該研究內容的開展，掌握多相異步電機在線切通道運行時電流突變的抑制方法，為多相變頻驅動系統的廣泛應用提供了理論支撐。
【發明內容】
[0005]本發明的主要目的在於，克服現有技術的缺點，提供一種抑制多相異步電機在線切通道運行電流突變的裝置及方法，可有效降低多相異步電機在線切通道運行時電流突變量，並顯著提高多相異步電機運行時可靠性。
[0006]本發明的技術方案是:
一種抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的裝置，包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和第二控制器均包括一個CPU模塊(含FPGA)、同時與CPU模塊以底板總線形式與I/O模塊、光纖模塊以及調理模塊連接。第一控制器控制多相異步電機第一個五相通道，第二控制器控制多相異步電機另一個五相通道。
[0007]一種抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的方法，在切換瞬間將電機輸入相電壓進行處理，通過保證切換瞬間變頻器輸出相電壓與突變反電勢基本一致，從而抑制電機相電流突變量。
[0008]在上述的一種抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的方法，包括以下子步驟:
步驟1，當第一控制器控制的五相通道故障時，通過光纖傳送故障信號到第二控制器中FPGA晶片，第二控制器中FPGA根據該信號將電壓給定減半處理，確保切換瞬間電機輸入電壓與反電勢基本一致。[0009]步驟2.第二控制器中FPGA在接收到第一控制器故障信號時，開始啟動定時器，當定時時間到時恢復電機電壓給定(定時時間由硬體採樣濾波時間、軟體運算周期、載波更新時間等決定)，確保切換後電機輸入電壓與反電勢一致。
[0010]本發明以十相異步電機變頻驅動系統(雙通道)為例研究多相異步電機在線切通道運行時電流突變的抑制方法，十相異步電機在線切通道運行時，由於電機反電勢突變，在功率較大時會導致切換瞬間運行通道因電流突變太大而過流故障停機；基於光纖通訊的硬體處理方法，通過高速處理晶片FPGA在切換瞬間及切換後對電機電壓處理，保證切換瞬間變頻器輸出相電壓與突變反電勢基本一致，從而抑制電機相電流突變量，達到抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的目的。
[0011]因此，本發明具有如下優點:1.可有效降低多相異步電機在線切通道運行時電流突變量；2.可顯著提高多相異步電機運行時可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1十相異步電機物理模型。
[0013]圖2十相異步電機相繞組函數。
[0014]圖3十相異步電機反電勢續流迴路圖。
[0015]圖4通道協調及調製波處理控制硬體原理結構圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0017]實施例:
交流電機定子繞組中流過電流將產生電樞磁動勢，該氣隙磁動勢變化產生氣隙反電勢。在異步電機中，定子電流產生的磁場一部分是電機主磁場，因此，研究和分析氣隙反電勢必須研究電樞氣隙磁動勢。
[0018]十相異步電機在線切通道運行時，通道切換瞬間可認為控制輸出量不變(電機輸入相電壓不變)，由於相數、相位發生變化，電機氣隙磁動勢發生變化，導致定子相電流突變，嚴重時造成控制系統過流保護，影響了控制系統可靠性，因此，本發明通過建立十相異步電機氣隙磁動勢，缺通道後十相異步電機氣隙磁動勢、五相異步電機氣隙磁動勢數學模型，分析通道切換前後氣隙磁動勢的變化，推導出切換前後氣隙反電勢數學模型，結合變頻器、電機的續流迴路，分析通道切換前後電機定子相電流的變化，為尋求有效的控制策略打下理論基礎。
[0019]針對十相異步電機在線切通道運行時電流突變的原因，本發明提出了通道數協調和調製波處理的硬體控制策略，最後在我所科研項目上進行了實驗驗證。
[0020]I)十相異步電機氣隙磁動勢分析:
十相異步電機氣隙磁動勢分析與三相異步電機氣隙磁動勢分析類似。十相異步電機分為兩個通道，通道間相差18電角度,通道內各相繞組在空間上依次錯開72電角度。十相異
步電機定子各相繞組實際匝數力《I。十相異步電機物理模型如圖1所示。
[0021]以A2相繞組的軸線為參考軸，可以得到A2相的繞組分布相對於空間電角度的繞組函數示意圖，如附圖2所示。B2、C2、D2、E2相的繞組函數在A2相繞組函數的基礎上依次沛後
【權利要求】
1.一種抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的裝置，其特徵在於，包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和第二控制器均包括一個CPU模塊、同時與CPU模塊以底板總線形式與I/o模塊、光纖模塊以及調理模塊連接，第一控制器控制多相異步電機第一個五相通道，第二控制器控制多相異步電機另一個五相通道。
2.一種抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的方法，其特徵在於，在切換瞬間將電機輸入相電壓進行處理，通過保證切換瞬間變頻器輸出相電壓與突變反電勢基本一致，從而抑制電機相電流突變量。
3.根據權利要求2所述的一種抑制多相異步電機在線切通道運行時電流突變的方法，其特徵在於，包括以下子步驟: 步驟1，當第一控制器控制的五相通道故障時，通過光纖傳送故障信號到第二控制器中FPGA晶片，第二控制器中FPGA根據該信號將電壓給定作減半處理，確保切換瞬間電機輸入電壓與反電勢基本一致； 步驟2.第二控制器中FPGA在接收到第一控制器故障信號時，開始啟動定時器，當定時時間到時恢復電機電壓給定，確保切換後電機輸入電壓與反電勢一致。
【文檔編號】H02P27/04GK103532473SQ201310477106
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月13日 優先權日:2013年10月13日
【發明者】胡傳西, 李潔, 夏雲非, 劉念洲, 阮會 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所