抑制多相异步电机在线切通道运行电流突变的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及抑制多相异步电机在线切通道运行电流突变的装置及方法，可用于大功率工业电气传动、轨道交通以及船舶电力推进等领域。本发明为充分发挥多相变频驱动系统可靠性高的优势，要求驱动系统在某一通道故障后能在线切换通道运行，电机输出功率较大时，切换瞬间运行通道常因电机相电流过流故障而导致系统故障停机。降低了多相变频驱动系统的可靠性。由于处理速度及可靠性的要求，基于光纤通讯的硬件处理方法可很好解决这一问题，通过保证切换瞬间变频器输出相电压与突变反电势基本一致，从而抑制电机相电流突变量，达到抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的目的。
【专利说明】抑制多相异步电机在线切通道运行电流突变的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及抑制多相异步电机在线切通道运行电流突变的装置及方法，可用于大功率工业电气传动、轨道交通以及船舶电力推进等领域。
【背景技术】
[0002]随着舰船电力推进技术的快速发展，对舰船电力推进装置的功率等级要求越来越大，可靠性要求越来越高，由于功率器件的限制，传统的三相变频驱动系统已无法满足大功率、高可靠性的要求，多相变频驱动系统成为必然选择.另一方面，多相电机以其EM1、电机转矩脉动小低等优点使得其更加适合在舰船电力推进系统中应用。
[0003]多相变频器驱动多相异步电机工作时，为充分发挥多相变频驱动系统可靠性高的优势，要求驱动系统在某一通道故障时能在线切通道运行，切换瞬间由于电机反电势突变，在功率较大时导致切换瞬间运行通道因过流故障而停机，大大降低了其可靠性。严重制约了多相变频驱动系统在军事、民用领域的广泛应用。为此，急需分析、探讨有效的多相异步电机在线切通道运行时电流突变的抑制方法，解决其在舰船、民船电力推进装置的广泛应用的技术问题。
[0004]多相异步电机在线切通道运行时电流突变的抑制方法主要针对基于三电平多相变频驱动系统应用中的技术问题进行研究，通过该研究内容的开展，掌握多相异步电机在线切通道运行时电流突变的抑制方法，为多相变频驱动系统的广泛应用提供了理论支撑。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种抑制多相异步电机在线切通道运行电流突变的装置及方法，可有效降低多相异步电机在线切通道运行时电流突变量，并显著提高多相异步电机运行时可靠性。
[0006]本发明的技术方案是:
一种抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的装置，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个CPU模块(含FPGA)、同时与CPU模块以底板总线形式与I/O模块、光纤模块以及调理模块连接。第一控制器控制多相异步电机第一个五相通道，第二控制器控制多相异步电机另一个五相通道。
[0007]一种抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的方法，在切换瞬间将电机输入相电压进行处理，通过保证切换瞬间变频器输出相电压与突变反电势基本一致，从而抑制电机相电流突变量。
[0008]在上述的一种抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的方法，包括以下子步骤:
步骤1，当第一控制器控制的五相通道故障时，通过光纤传送故障信号到第二控制器中FPGA芯片，第二控制器中FPGA根据该信号将电压给定减半处理，确保切换瞬间电机输入电压与反电势基本一致。[0009]步骤2.第二控制器中FPGA在接收到第一控制器故障信号时，开始启动定时器，当定时时间到时恢复电机电压给定(定时时间由硬件采样滤波时间、软件运算周期、载波更新时间等决定)，确保切换后电机输入电压与反电势一致。
[0010]本发明以十相异步电机变频驱动系统(双通道)为例研究多相异步电机在线切通道运行时电流突变的抑制方法，十相异步电机在线切通道运行时，由于电机反电势突变，在功率较大时会导致切换瞬间运行通道因电流突变太大而过流故障停机；基于光纤通讯的硬件处理方法，通过高速处理芯片FPGA在切换瞬间及切换后对电机电压处理，保证切换瞬间变频器输出相电压与突变反电势基本一致，从而抑制电机相电流突变量，达到抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的目的。
[0011]因此，本发明具有如下优点:1.可有效降低多相异步电机在线切通道运行时电流突变量；2.可显著提高多相异步电机运行时可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1十相异步电机物理模型。
[0013]图2十相异步电机相绕组函数。
[0014]图3十相异步电机反电势续流回路图。
[0015]图4通道协调及调制波处理控制硬件原理结构图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0017]实施例:
交流电机定子绕组中流过电流将产生电枢磁动势，该气隙磁动势变化产生气隙反电势。在异步电机中，定子电流产生的磁场一部分是电机主磁场，因此，研究和分析气隙反电势必须研究电枢气隙磁动势。
[0018]十相异步电机在线切通道运行时，通道切换瞬间可认为控制输出量不变(电机输入相电压不变)，由于相数、相位发生变化，电机气隙磁动势发生变化，导致定子相电流突变，严重时造成控制系统过流保护，影响了控制系统可靠性，因此，本发明通过建立十相异步电机气隙磁动势，缺通道后十相异步电机气隙磁动势、五相异步电机气隙磁动势数学模型，分析通道切换前后气隙磁动势的变化，推导出切换前后气隙反电势数学模型，结合变频器、电机的续流回路，分析通道切换前后电机定子相电流的变化，为寻求有效的控制策略打下理论基础。
[0019]针对十相异步电机在线切通道运行时电流突变的原因，本发明提出了通道数协调和调制波处理的硬件控制策略，最后在我所科研项目上进行了实验验证。
[0020]I)十相异步电机气隙磁动势分析:
十相异步电机气隙磁动势分析与三相异步电机气隙磁动势分析类似。十相异步电机分为两个通道，通道间相差18电角度,通道内各相绕组在空间上依次错开72电角度。十相异
步电机定子各相绕组实际匝数力《I。十相异步电机物理模型如图1所示。
[0021]以A2相绕组的轴线为参考轴，可以得到A2相的绕组分布相对于空间电角度的绕组函数示意图，如附图2所示。B2、C2、D2、E2相的绕组函数在A2相绕组函数的基础上依次沛后
【权利要求】
1.一种抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的装置，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个CPU模块、同时与CPU模块以底板总线形式与I/o模块、光纤模块以及调理模块连接，第一控制器控制多相异步电机第一个五相通道，第二控制器控制多相异步电机另一个五相通道。
2.一种抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的方法，其特征在于，在切换瞬间将电机输入相电压进行处理，通过保证切换瞬间变频器输出相电压与突变反电势基本一致，从而抑制电机相电流突变量。
3.根据权利要求2所述的一种抑制多相异步电机在线切通道运行时电流突变的方法，其特征在于，包括以下子步骤: 步骤1，当第一控制器控制的五相通道故障时，通过光纤传送故障信号到第二控制器中FPGA芯片，第二控制器中FPGA根据该信号将电压给定作减半处理，确保切换瞬间电机输入电压与反电势基本一致； 步骤2.第二控制器中FPGA在接收到第一控制器故障信号时，开始启动定时器，当定时时间到时恢复电机电压给定，确保切换后电机输入电压与反电势一致。
【文档编号】H02P27/04GK103532473SQ201310477106
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月13日 优先权日:2013年10月13日
【发明者】胡传西, 李洁, 夏云非, 刘念洲, 阮会 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所