抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行電流突變的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行電流突變的裝置及方法，可用于大功率工業(yè)電氣傳動、軌道交通以及船舶電力推進(jìn)等領(lǐng)域。本發(fā)明為充分發(fā)揮多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高的優(yōu)勢，要求驅(qū)動系統(tǒng)在某一通道故障后能在線切換通道運(yùn)行，電機(jī)輸出功率較大時，切換瞬間運(yùn)行通道常因電機(jī)相電流過流故障而導(dǎo)致系統(tǒng)故障停機(jī)。降低了多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。由于處理速度及可靠性的要求，基于光纖通訊的硬件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(jī)相電流突變量，達(dá)到抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的目的。
【專利說明】抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行電流突變的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行電流突變的裝置及方法，可用于大功率工業(yè)電氣傳動、軌道交通以及船舶電力推進(jìn)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著艦船電力推進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，對艦船電力推進(jìn)裝置的功率等級要求越來越大，可靠性要求越來越高，由于功率器件的限制，傳統(tǒng)的三相變頻驅(qū)動系統(tǒng)已無法滿足大功率、高可靠性的要求，多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)成為必然選擇.另一方面，多相電機(jī)以其EM1、電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小低等優(yōu)點(diǎn)使得其更加適合在艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用。
[0003]多相變頻器驅(qū)動多相異步電機(jī)工作時，為充分發(fā)揮多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高的優(yōu)勢，要求驅(qū)動系統(tǒng)在某一通道故障時能在線切通道運(yùn)行，切換瞬間由于電機(jī)反電勢突變，在功率較大時導(dǎo)致切換瞬間運(yùn)行通道因過流故障而停機(jī)，大大降低了其可靠性。嚴(yán)重制約了多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)在軍事、民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。為此，急需分析、探討有效的多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的抑制方法，解決其在艦船、民船電力推進(jìn)裝置的廣泛應(yīng)用的技術(shù)問題。
[0004]多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的抑制方法主要針對基于三電平多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用中的技術(shù)問題進(jìn)行研究，通過該研究內(nèi)容的開展，掌握多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的抑制方法，為多相變頻驅(qū)動系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了理論支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行電流突變的裝置及方法，可有效降低多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變量，并顯著提高多相異步電機(jī)運(yùn)行時可靠性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)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F(xiàn)PGA)、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(diào)理模塊連接。第一控制器控制多相異步電機(jī)第一個五相通道，第二控制器控制多相異步電機(jī)另一個五相通道。
[0007]一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的方法，在切換瞬間將電機(jī)輸入相電壓進(jìn)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(jī)相電流突變量。
[0008]在上述的一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的方法，包括以下子步驟:
步驟1，當(dāng)?shù)谝豢刂破骺刂频奈逑嗤ǖ拦收蠒r，通過光纖傳送故障信號到第二控制器中FPGA芯片，第二控制器中FPGA根據(jù)該信號將電壓給定減半處理，確保切換瞬間電機(jī)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(dāng)定時時間到時恢復(fù)電機(jī)電壓給定(定時時間由硬件采樣濾波時間、軟件運(yùn)算周期、載波更新時間等決定)，確保切換后電機(jī)輸入電壓與反電勢一致。
[0010]本發(fā)明以十相異步電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)(雙通道)為例研究多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的抑制方法，十相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時，由于電機(jī)反電勢突變，在功率較大時會導(dǎo)致切換瞬間運(yùn)行通道因電流突變太大而過流故障停機(jī)；基于光纖通訊的硬件處理方法，通過高速處理芯片F(xiàn)PGA在切換瞬間及切換后對電機(jī)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(jī)相電流突變量，達(dá)到抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的目的。
[0011]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1.可有效降低多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變量；2.可顯著提高多相異步電機(jī)運(yùn)行時可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1十相異步電機(jī)物理模型。
[0013]圖2十相異步電機(jī)相繞組函數(shù)。
[0014]圖3十相異步電機(jī)反電勢續(xù)流回路圖。
[0015]圖4通道協(xié)調(diào)及調(diào)制波處理控制硬件原理結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0017]實(shí)施例:
交流電機(jī)定子繞組中流過電流將產(chǎn)生電樞磁動勢，該氣隙磁動勢變化產(chǎn)生氣隙反電勢。在異步電機(jī)中，定子電流產(chǎn)生的磁場一部分是電機(jī)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(jī)在線切通道運(yùn)行時，通道切換瞬間可認(rèn)為控制輸出量不變(電機(jī)輸入相電壓不變)，由于相數(shù)、相位發(fā)生變化，電機(jī)氣隙磁動勢發(fā)生變化，導(dǎo)致定子相電流突變，嚴(yán)重時造成控制系統(tǒng)過流保護(hù)，影響了控制系統(tǒng)可靠性，因此，本發(fā)明通過建立十相異步電機(jī)氣隙磁動勢，缺通道后十相異步電機(jī)氣隙磁動勢、五相異步電機(jī)氣隙磁動勢數(shù)學(xué)模型，分析通道切換前后氣隙磁動勢的變化，推導(dǎo)出切換前后氣隙反電勢數(shù)學(xué)模型，結(jié)合變頻器、電機(jī)的續(xù)流回路，分析通道切換前后電機(jī)定子相電流的變化，為尋求有效的控制策略打下理論基礎(chǔ)。
[0019]針對十相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的原因，本發(fā)明提出了通道數(shù)協(xié)調(diào)和調(diào)制波處理的硬件控制策略，最后在我所科研項(xiàng)目上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
[0020]I)十相異步電機(jī)氣隙磁動勢分析:
十相異步電機(jī)氣隙磁動勢分析與三相異步電機(jī)氣隙磁動勢分析類似。十相異步電機(jī)分為兩個通道，通道間相差18電角度,通道內(nèi)各相繞組在空間上依次錯開72電角度。十相異
步電機(jī)定子各相繞組實(shí)際匝數(shù)力《I。十相異步電機(jī)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相的繞組分布相對于空間電角度的繞組函數(shù)示意圖，如附圖2所示。B2、C2、D2、E2相的繞組函數(shù)在A2相繞組函數(shù)的基礎(chǔ)上依次沛后
【權(quán)利要求】
1.一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的裝置，其特征在于，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(diào)理模塊連接，第一控制器控制多相異步電機(jī)第一個五相通道，第二控制器控制多相異步電機(jī)另一個五相通道。
2.一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的方法，其特征在于，在切換瞬間將電機(jī)輸入相電壓進(jìn)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(jī)相電流突變量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抑制多相異步電機(jī)在線切通道運(yùn)行時電流突變的方法，其特征在于，包括以下子步驟: 步驟1，當(dāng)?shù)谝豢刂破骺刂频奈逑嗤ǖ拦收蠒r，通過光纖傳送故障信號到第二控制器中FPGA芯片，第二控制器中FPGA根據(jù)該信號將電壓給定作減半處理，確保切換瞬間電機(jī)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(dāng)定時時間到時恢復(fù)電機(jī)電壓給定，確保切換后電機(jī)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(yōu)先權(quán)日:2013年10月13日
【發(fā)明者】胡傳西, 李潔, 夏云非, 劉念洲, 阮會 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所