一种全回转舵桨的电动回转驱动系统及控制方法与流程

本发明涉及全回转舵桨领域，特别涉及一种全回转舵桨的电动回转驱动系统及控制方法。

背景技术：

全回转舵桨是一种将舵的功能与螺旋桨的功能相结合的一种推进器。全回转舵桨既可以通过调节螺旋桨转速控制推力大小，又可以在360°范围内回转以控制推力方向。在全回转舵桨中，一般通过液压回转系统或者电动回转系统驱动回转齿轮转动，从而实现全回转舵桨的回转。

全回转舵桨的回转系统一般包括三个相同的驱动组件，每个驱动组件均包括马达(电机)、减速器和齿轮。这三个组件互为备用，其中一个组件损坏不会引起回转能力的完全丧失。为了避免出现某一个驱动组件力矩过大，而另外的驱动组件力矩过小的情况，三个驱动组件之间需要平均分配驱动力矩。目前，在电动回转系统中，每个驱动组件分别配置有一台变频器，通过三个变频器的主从控制，实现三台电机的同步起停以及力矩分配，以避免三台电机负载不同的问题。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

通过三个变频器采用主从控制的方式驱动三台电机同步起停时，虽然从机的故障只会导致回转能力的部分丧失，但是主机的故障则会导致从机同时停机，从而引起回转能力的全部丧失。而且，采用三台变频器，会增加生产成本。

技术实现要素：

为了解决现有技术中主机故障导致回转能力全部丧失，且采用三台变频器增加生产成本的问题，本发明实施例提供了一种全回转舵桨的电动回转驱动系统及控制方法。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种全回转舵桨的电动回转驱动系统，所述电动回转驱动系统包括三台回转驱动电机和一台变频器，所述三台回转驱动电机包括第一回转驱动电机、第二回转驱动电机和第三回转驱动电机，所述三台回转驱动电机分别与所述变频器电连接，所述三台回转驱动电机在输出相同转矩时，所述第一回转驱动电机的滑差为s1t，所述第二回转驱动电机的滑差为s2t，所述第三回转驱动电机的滑差为s3t，且s1t、s2t、s3t满足|(sa-s1t)/sa|≤0.05，|(sa-s2t)/sa|≤0.05，|(sa-s3t)/sa|≤0.05，其中sa＝(s1t+s2t+s3t)/3。

进一步地，所述电动回转驱动系统还包括三个断路器，所述三个断路器包括第一断路器、第二断路器和第三断路器，所述第一断路器连接在所述第一回转驱动电机与所述变频器之间，所述第二断路器连接在所述第二回转驱动电机与所述变频器之间，所述第三断路器连接在所述第三回转驱动电机与所述变频器之间。

进一步地，所述电动回转驱动系统还包括三个热继电器，所述三个热继电器包括第一热继电器、第二热继电器和第三热继电器，所述第一热继电器连接在所述第一回转驱动电机与所述变频器之间，所述第二热继电器连接在所述第二回转驱动电机与所述变频器之间，所述第三热继电器连接在所述第三回转驱动电机与所述变频器之间。

进一步地，所述电动回转驱动系统还包括第四断路器，所述第四断路器连接在所述变频器与电网之间。

进一步地，所述电动回转驱动系统还包括熔断器，所述熔断器连接在所述变频器与电网之间。

进一步地，所述电动回转驱动系统还包括转速测量装置，所述转速测量装置用于测量所述第一回转驱动电机的转速。

进一步地，所述转速测量装置包括编码器。

第二方面，本发明提供了一种全回转舵桨的电动回转驱动系统的控制方法，所述控制方法适用于第一方面所述的电动回转驱动系统，所述控制方法包括：

控制所述三台回转驱动电机开始进行直流抱闸；

控制所述三台回转驱动电机停止进行机械抱闸；

控制所述三台回转驱动电机停止进行直流抱闸；

控制所述全回转舵桨回转；

控制所述三台回转驱动电机开始进行直流抱闸；

控制所述三台回转驱动电机进行机械抱闸；

控制所述三台回转驱动电机停止进行直流抱闸。

进一步地，控制所述三台回转驱动电机进行直流抱闸时，通入的直流电的电流大小分别与所述三台回转驱动电机的额定电流的大小相同。

进一步地，在控制所述全回转舵桨回转之前，所述三台回转驱动电机开始进行直流抱闸的时刻与所述三台回转驱动电机停止进行机械抱闸的时刻之间的间隔为t，0.2s＜t＜5s。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将三台回转驱动电机的滑差s1t、s2t、s3t设置为|(sa-s1t)/sa|≤0.05，|(sa-s2t)/sa|≤0.05，|(sa-s3t)/sa|≤0.05，其中sa＝(s1t+s2t+s3t)/3。使得三台回转驱动电机具有较好的滑差一致性，从而避免在回转时出现各个电机负载不均衡的情况，当其中一台回转驱动电机损坏时，其它两台回转驱动电机可以继续工作，不会导致全回转舵桨的回转能力全部丧失。且三台回转驱动电机采用一台变频器控制，减少了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种全回转舵桨的电动回转驱动系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种全回转舵桨的电动回转系统的控制方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供了一种全回转舵桨的电动回转驱动系统，图1是本发明实施例提供的一种全回转舵桨的电动回转驱动系统的结构示意图，如图1所示，该电动回转驱动系统包括三台回转驱动电机和一台变频器40，三台回转驱动电机包括第一回转驱动电机11、第二回转驱动电机12和第三回转驱动电机13，三台回转驱动电机分别与变频器40电连接，三台回转驱动电机在输出相同转矩时，第一回转驱动电机的滑差为s1t，第二回转驱动电机的滑差为s2t，第三回转驱动电机的滑差为s3t，且s1t、s2t、s3t满足|(sa-s1t)/sa|≤0.05，|(sa-s2t)/sa|≤0.05，|(sa-s3t)/sa|≤0.05，其中sa＝(s1t+s2t+s3t)/3。

具体地，变频器40可以包括一个逆变单元，三台回转驱动电机均可以与该逆变单元电连接。

本发明通过将三台回转驱动电机的滑差s1t、s2t、s3t设置为|(sa-s1t)/sa|≤0.05，|(sa-s2t)/sa|≤0.05，|(sa-s3t)/sa|≤0.05，其中sa＝(s1t+s2t+s3t)/3。使得三台回转驱动电机具有较好的滑差一致性，从而避免在回转时出现各个电机负载不均衡的情况，当其中一台回转驱动电机损坏时，其它两台回转驱动电机可以继续工作，不会导致全回转舵桨的回转能力全部丧失。且三台回转驱动电机采用一台变频器控制，减少了生产成本。

进一步地，电动回转驱动系统还包括三个断路器，三个断路器包括第一断路器21、第二断路器22和第三断路器23，第一断路器21连接在第一回转驱动电机11与变频器40之间，第二断路器22连接在第二回转驱动电机12与变频器40之间，第三断路器23连接在第三回转驱动电机13与变频器40之间。通过在三台回转驱动电机与变频器之间分别设置断路器，当某一台回转驱动电机发生故障时，可以将该台回转驱动电机隔离，使其它两台回转驱动电机继续工作。

进一步地，电动回转驱动系统还包括三个热继电器，三个热继电器包括第一热继电器31、第二热继电器32和第三热继电器33，第一热继电器31连接在第一回转驱动电机11与变频器40之间，第二热继电器32连接在第二回转驱动电机12与变频器40之间，第三热继电器33连接在第三回转驱动电机13与变频器40之间。

如图1所示，在本实施例中，第一热继电器31连接在第一回转驱动电机11与第一断路器21之间，第二热继电器32连接在第二回转驱动电机12与第二断路器22之间，第三热继电器33连接在第三回转驱动电机13与第三断路器23之间。通过在三台回转驱动电机与变频器之间分别设置热继电器，可以防止回转驱动电机过载损坏。

优选地，三个热继电器均可以为机械式热继电器，由于变频器输出的电流具有一定的谐波，若使用电子式热继电器则可能会由于谐波干扰造成电子式热继电器将电路断开，而机械式热继电器则需要电流持续超过设定值一段时间才会将电路断开。

优选地，电动回转驱动系统还可以包括第四断路器41，第四断路器41连接在变频器40与电网a之间。通过在变频器与电网之间设置断路器，第四断路器可以处于常闭状态，当电动回转系统出现故障需要维修时可以断开第四断路器，以便于进行维修。

进一步地，电动回转驱动系统还可以包括熔断器42，熔断器42连接在变频器40与电网a之间。通过在变频器与电网之间设置熔断器，当回路短路时，可快速熔断，防止故障向电网蔓延。

具体地，在本实施例中，熔断器42连接在变频器40与第四断路器41之间。

如图1所示，电动回转驱动系统还可以包括转速测量装置50，转速测量装置50用于测量第一回转驱动电机11的转速。转速测量装置50与变频器40连接，从而可以将回转驱动电机的转速反馈给变频器，以对回转驱动电机的转速进行调节。

在其他实施例中，转速测量装置50也可以用于测量第二回转驱动电机12的转速或是第三回转驱动电机13的转速。

进一步地，转速测量装置50可以包括编码器。具体地，编码器可以为增量式编码器。

具体地，假设三台驱动回转电机的额定电压均为u，额定电流均为i，则电动回转驱动系统中的各元件的型号可以按如下参数进行选取：

1、变频器的容量s＝1.732*u*(1.5i)*3＝8.4ui

2、三个断路器的额定电流为1.5i，额定电压为u；

3、三个热继电器的整定电流设置为1.5i，额定电压为u；

4、第四断路器的额定电流为4.5i，额定电压为u；

5、熔断器的额定电流为4.5i，额定电压为u。

进一步地，电动回转驱动系统还包括plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)控制器60，plc控制器60与变频器40电连接，用于通过变频器40控制三台回转驱动电机转动。

其中，速度控制指令可以是电信号，该电信号的频率不小于0.1hz，当变频器40接收到的速度控制指令的频率小于0.1hz时，变频器40不执行该速度控制指令。速度控制指令还包括停机指令，当变频器40接收到停机指令时，控制回转驱动电机的转速为0。

本发明通过将三台回转驱动电机的滑差s1t、s2t、s3t设置为|(sa-s1t)/sa|≤0.05，|(sa-s2t)/sa|≤0.05，|(sa-s3t)/sa|≤0.05，其中sa＝(s1t+s2t+s3t)/3。使得三台回转驱动电机具有较好的滑差一致性，从而避免在回转时出现各个电机负载不均衡的情况，当其中一台回转驱动电机损坏时，其它两台回转驱动电机可以继续工作，不会导致全回转舵桨的回转能力全部丧失。且三台回转驱动电机采用一台变频器控制，减少了生产成本。

图2是本发明提供的一种全回转舵桨的电动回转驱动系统的控制方法的方法流程图，该控制方法采用上述实施例中的电动回转驱动系统，如图2所示，该控制方法包括：

步骤201、控制三台回转驱动电机开始进行直流抱闸。

其中，直流抱闸指：在两相定子绕组中通入直流电。

变频器在停止对回转驱动电机提供交流电后，回转驱动电机的转子会因惯性继续旋转，此时进行直流抱闸，立即在两相定子绕组中输入直流电，会形成静止磁场，转子在静止磁场内转动而产生感应电流，从而受到电磁力的作用，使转速逐渐降低。

需要说明的是，控制三台回转驱动电机进行直流抱闸时，通入的直流电的电流大小分别与三台回转驱动电机的额定电流的大小相同。

具体地，在控制全回转舵桨回转之前，变频器40得电，得电后变频器40自检如果正常，则会自动启动，此时变频器40分别向三台回转驱动电机中输入电流为i的直流电，使三台回转驱动电机进行直流抱闸。

步骤202、控制三台回转驱动电机停止进行机械抱闸；

其中，机械抱闸指：当回转驱动电机接通电源时，制动器中的电磁抱闸线圈也得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，使回转驱动电机能够正常运转。当回转驱动电机失电时，电磁抱闸线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，回转驱动电机被制动而停转。

具体地，三台回转驱动电机停止进行机械抱闸的时刻与三台回转驱动电机开始进行直流抱闸的时刻之间的间隔为t，其中，0.2s＜t＜5s。在本实施例中，t＝1s。

步骤203、控制三台回转驱动电机停止进行直流抱闸。

具体地，停止向三台回转驱动电机的两相定子绕组中通入直流电，以控制三台回转驱动电机停止进行直流抱闸。

需要说明的是，当控制全回转舵桨回转之前，步骤201-步骤203按时间顺序执行，且在执行完步骤203后，该控制方法还可以包括：

步骤204、控制全回转舵桨回转。

此时变频器40接收plc控制器60发送的控制指令，并根据该控制指令控制三台回转驱动电机的转速，从而控制全回转舵桨进行回转。

在全回转舵桨完成回转后，可以继续执行以下步骤：

步骤205、控制三台回转驱动电机开始进行直流抱闸。

具体地，当变频器40接收到plc控制器发送的停机指令时，控制三台回转驱动电机的转速降为0，并向三台回转驱动电机的两相定子绕组中通入直流电，以控制三台回转驱动电机开始进行直流抱闸。

步骤206、控制三台回转驱动电机进行机械抱闸。

步骤207、控制三台回转驱动电机停止进行直流抱闸。

具体地，停止向三台回转驱动电机中通入直流电，控制三台回转驱动电机停止进行直流抱闸，变频器40停机。

需要说明的是，当控制全回转舵桨停止回转时，步骤205-步骤207按时间顺序执行。

在控制全回转舵桨进行回转之前，需要先停止进行机械抱闸，但是由于机械抱闸是通过机械结构的动作进行的，机械结构的动作需要一定时间，这使得在停止机械抱闸到控制全回转舵桨开始回转之前，会有一段时间间隔，全回转舵桨有可能会在水流等作用力的情况下发生转动。而通过在停止机械抱闸之前先对回转驱动电机进行直流抱闸，且在停止机械抱闸之后依然进行直流抱闸，直至开始控制全回转舵桨回转，由于只需要停止向回转驱动电机的两相定子绕组中通入直流电，就可以立刻停止直流抱闸，再通入三相交流电就可以控制回转驱动电机转动，从而控制全回转舵桨回转，从停止直流抱闸到控制回转驱动电机转动之间的间隔短，可以避免全回转舵桨在水流等作用力下发生转动。

同时在控制全回转舵桨停止回转时，进行机械抱闸的机械结构需要动作一一段时间才能使制动器的闸瓦抱住闸轮进行制动，在该段时间内，全回转舵桨有可能会由于惯性或水流的影响继续回转一定角度。而通过在回转驱动电机进行机械抱闸之前，先通过变频器40控制三台回转驱动电机的转速降为0，再进行直流抱闸，可以使全回转舵桨稳定在某一角度位置上，再对回转驱动电机进行机械抱闸，最后再停止直流抱闸，这样可以在制动器的闸瓦抱住闸轮之前就通过直流抱闸进行制动，避免全回转舵桨在惯性或水流的影响下回转，使回转驱动电机始终处于可控状态，防止全回转舵桨的舵角失控。

本发明通过将三台回转驱动电机的滑差s1t、s2t、s3t设置为|(sa-s1t)/sa|≤0.05，|(sa-s2t)/sa|≤0.05，|(sa-s3t)/sa|≤0.05，其中sa＝(s1t+s2t+s3t)/3。使得三台回转驱动电机具有较好的滑差一致性，从而避免在回转时出现各个电机负载不均衡的情况，当其中一台回转驱动电机损坏时，其它两台回转驱动电机可以继续工作，不会导致全回转舵桨的回转能力全部丧失。且三台回转驱动电机采用一台变频器控制，减少了生产成本。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。