具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其是一種具有完全冗余備份功 能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，屬于電力電子控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，大功率電子器件和高性能、低成本微處理器的發(fā)展以及現(xiàn)代交流電機(jī)控 制技術(shù)的發(fā)展，大大推動(dòng)了交流調(diào)速的飛速發(fā)展。電力電子器件額定電壓和額定電流的限 制使得多繞組交流電機(jī)應(yīng)用而生，因?yàn)檫@樣可實(shí)現(xiàn)小功率器件驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)。多繞組電 機(jī)也叫做多相電機(jī)（相數(shù)是繞組數(shù)的3倍，如2繞組電機(jī)也稱(chēng)作6相電機(jī)，4繞組電機(jī)也稱(chēng) 作12相電機(jī)）。多繞組交流電機(jī)主要應(yīng)用于軍事、航天、艦船推進(jìn)等大功率傳動(dòng)上，與三相 電機(jī)即單繞組電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相比，多繞組交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：可用低 電壓小電流器件實(shí)現(xiàn)大功率；電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較??；系統(tǒng)的機(jī)械共振較?。浑姍C(jī)的運(yùn)行 噪聲較??；系統(tǒng)整體可靠性提高；多相電機(jī)轉(zhuǎn)子諧波損耗較小等。
[0003] 目前對(duì)于多繞組高壓交流電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹較少，已知文獻(xiàn)和現(xiàn)有技術(shù)多 是針對(duì)特定繞組數(shù)的電機(jī)進(jìn)行研宄，從特定繞組數(shù)的多相電機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，對(duì)其矢量 控制算法進(jìn)行理論研宄，控制方法復(fù)雜，與成熟的基于單繞組電機(jī)的矢量控制不能完全兼 容，電機(jī)繞組數(shù)不同時(shí)，不能完全適用，不具有擴(kuò)展性，對(duì)于可通用于不同繞組數(shù)的多繞組 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)介紹和產(chǎn)品報(bào)道。關(guān)于變頻器并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)的冗余備份技 術(shù)的研宄，目前技術(shù)都是基于主從控制理念，并聯(lián)的變頻器中有一臺(tái)變頻器作為主機(jī)，從機(jī) 故障時(shí)不影響主機(jī)，但是主機(jī)故障時(shí)仍然需要全部停機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)完全的冗余備份，具有完 全冗余備份功能的多繞組高壓交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有完全冗余備份功能的多繞組高壓 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，本發(fā)明基于成熟的高壓變頻器技術(shù)，用較小的成本實(shí)現(xiàn)了多繞組高壓 交流電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)，可適用于不同繞組數(shù)的多繞組電機(jī)，且該系統(tǒng)具有完全的冗余備份 功能，擴(kuò)大了高壓變頻器的應(yīng)用范圍，提高了系統(tǒng)的可靠性及可擴(kuò)展性。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有完全冗余備份功能的多 繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的控制系統(tǒng)包括高壓變頻器機(jī)組、以太網(wǎng)交 換機(jī)單元和集控器單元，所述的集控器單元與以太網(wǎng)交換機(jī)單元連接，所述的以太網(wǎng)交換 機(jī)單元與高壓變頻器機(jī)組的主控單元連接，所述集控器單元還與電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器連接。
[0006] 特別地，所述的高壓變頻器機(jī)組中每臺(tái)變頻器的硬件及軟件都相同，沒(méi)有主從之 分。其中一臺(tái)變頻器或電機(jī)的某個(gè)繞組發(fā)生故障時(shí)，僅發(fā)生故障的變頻器或者發(fā)生故障的 繞組所對(duì)應(yīng)的變頻器停機(jī)，其他變頻器仍可以正常運(yùn)行。
[0007] 特別地，所述的集控器單元通過(guò)光纖或電纜與以太網(wǎng)交換機(jī)單元連接，采用的通 訊協(xié)議為Modbus-TCP協(xié)議，所述的集控器單元還與上級(jí)控制系統(tǒng)連接，接收來(lái)自上級(jí)控制 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速指令。
[0008] 特別地，所述的高壓變頻器機(jī)組的主控單元通過(guò)光纖或電纜與以太網(wǎng)交換機(jī)單元 連接，采用的通訊協(xié)議為Modbus-TCP協(xié)議。
[0009] 特別地，所述的高壓變頻器機(jī)組由規(guī)格型號(hào)完全相同的高壓變頻器組成，高壓變 頻器臺(tái)數(shù)與所驅(qū)動(dòng)的多繞組高壓電機(jī)的繞組數(shù)相同。
[0010] 特別地，電機(jī)控制采用成熟的矢量控制技術(shù)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器由集控器 實(shí)施控制，電流調(diào)節(jié)器由每臺(tái)變頻器的主控單元分別實(shí)施控制。
[0011] 本發(fā)明的有益效果：
[0012] 1、本發(fā)明不僅適用于2繞組高壓電機(jī)，也適用于繞組數(shù)大于2的多繞組高壓電機(jī)， 應(yīng)用范圍廣，可擴(kuò)展性強(qiáng)，基于現(xiàn)有技術(shù)中成熟的高壓變頻器技術(shù)，使用較低的成本實(shí)現(xiàn)了 多繞組高壓電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。
[0013] 2、本發(fā)明的高壓變頻器機(jī)組中的高壓變頻器，軟硬件完全一樣，沒(méi)有主機(jī)和從機(jī) 之分，互為冗余備份，任何一臺(tái)發(fā)生故障均不會(huì)影響其他高壓變頻器的正常運(yùn)行，提高了系 統(tǒng)的可靠性。
[0014] 3、本發(fā)明采用以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)集控器和高壓變頻器主控單元之間的數(shù)據(jù)通訊，通 訊速率高，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好，通訊距離較遠(yuǎn)時(shí)可以采用光纖傳輸，抗干擾性好。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一具體實(shí)施例示意框圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例中由集控器實(shí)施控制磁通調(diào)節(jié)器示意框圖。
[0017]圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中由集控器實(shí)施控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器示意框圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例中由各高壓變頻器主控單元實(shí)施控制電流調(diào)節(jié)器示意 框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 根據(jù)附圖1，本發(fā)明以一個(gè)4繞組高壓交流電機(jī)為例。本發(fā)明一種具有完全冗余備 份功能的高壓多繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括高壓變頻器機(jī)組、以太網(wǎng)交換機(jī)單元和集控器 單元。集控器單元與以太網(wǎng)交換機(jī)單元連接，以太網(wǎng)交換機(jī)單元與高壓變頻器機(jī)組的主控 單元連接，集控器單元還與電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器連接。集控器單元通過(guò)光纖或電纜與以太網(wǎng)交 換機(jī)單元連接，高壓變頻器機(jī)組中的各高壓變頻器主控單元也通過(guò)光纖或電纜與以太網(wǎng)交 換機(jī)單元連接，這樣，集控器單元與各高壓變頻器的主控單元之間即通過(guò)以太網(wǎng)總線建立 了連接，數(shù)據(jù)通訊協(xié)議采用Modbus-TCP協(xié)議，其中集控器單元作為客戶(hù)端，各高壓變頻器 主控單元均作為服務(wù)器端。各高壓變頻器的主控單元在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中擁有相同的權(quán)限，沒(méi)有 主從之分，它們互相獨(dú)立，任意一臺(tái)出現(xiàn)故障或斷線停機(jī)后均不會(huì)影響其他變頻器的正常 運(yùn)行。
[0021] 集控器單元接收來(lái)自上級(jí)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速指令同時(shí)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器連 接，接收電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)《，各高壓變頻器主控單元計(jì)算的電機(jī)磁通觀測(cè)值的幅值也 發(fā)送給集控器單元，集控器單元綜合后得到電機(jī)的磁通觀測(cè)值步。如圖2和圖3所示，電機(jī) 矢量控制算法中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器由集控器實(shí)施，其中磁通給定值IT為設(shè)定值， 一般為額定磁通。轉(zhuǎn)速指令與實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)《的差值作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)矩電流給定值&，磁通給定值與磁通觀測(cè)值步的差值作為磁通調(diào)節(jié)器 的輸入，磁通調(diào)節(jié)器的輸出為勵(lì)磁電流給定值 <。集控器單元將<與€通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)發(fā) 送給每個(gè)變頻器主控單元，作為矢量控制系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器的給定值。
[0022] 矢量控制系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器由各高壓變頻器主控單元分別實(shí)施，如圖4所示。 轉(zhuǎn)矩電流給定值 < 和勵(lì)磁電流給定值C均由自集控器單元發(fā)送至主控單元，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 ?也由集控器單元發(fā)送至主控單元。每臺(tái)變頻器主控單元均有電壓電流檢測(cè)裝置，檢測(cè)電 機(jī)各繞組的三相電壓va，Vb，V。和三相電流ia，ib，i。。三相電壓Va，Vb，V。和三相電流ia，ib， i。以及電機(jī)轉(zhuǎn)速《作為電機(jī)模型的輸入，電機(jī)模型按照已知的電機(jī)矢量控制理論建立，電 機(jī)模型的輸出為電機(jī)的實(shí)際勵(lì)磁電流id，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流iq，電機(jī)磁通觀測(cè)值的幅值 1^及其角度0。轉(zhuǎn)矩電流給定值<與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流％的差值作為轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器的 輸入，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器的輸出為q軸電壓給定值勵(lì)磁電流給定值<與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流 id的差值作為勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器的輸入，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器的輸出為d軸電壓給定值V〕。 以及0經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)及2/3變換后得到三相電壓參考值經(jīng)過(guò)正弦波調(diào)制模塊SPwm后得到變頻器功率單元各半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0023] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，用以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)解釋?zhuān)⒎?對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案及以上具體實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單 修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍 以本案的權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的 控制系統(tǒng)包括高壓變頻器機(jī)組、以太網(wǎng)交換機(jī)單元和集控器單元，所述的集控器單元與以 太網(wǎng)交換機(jī)單元連接，所述的以太網(wǎng)交換機(jī)單元與高壓變頻器機(jī)組的主控單元連接，所述 集控器單元還與電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器連接；所述高壓變頻器機(jī)組中每臺(tái)變頻器的硬件及軟件都 相同，沒(méi)有主從之分，其中一臺(tái)變頻器或電機(jī)的繞組發(fā)生故障時(shí)，僅發(fā)生故障的變頻器或者 發(fā)生故障的繞組所對(duì)應(yīng)的變頻器停機(jī)，其他變頻器仍正常運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其 特征在于：所述的集控器單元通過(guò)光纖或電纜與以太網(wǎng)交換機(jī)單元連接，采用的通訊協(xié)議 為Modbus-TCP協(xié)議，所述的集控器單元還與上級(jí)控制系統(tǒng)連接，接收來(lái)自上級(jí)控制系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)速指令。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)， 其特征在于：所述的高壓變頻器機(jī)組的各主控單元通過(guò)光纖或電纜與以太網(wǎng)交換機(jī)單元連 接，采用的通訊協(xié)議為Modbus-TCP協(xié)議。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述的高壓變頻器機(jī)組由規(guī)格型號(hào)完全相同的高壓變頻器組成，高壓變頻器數(shù) 量與所驅(qū)動(dòng)的多繞組高壓電機(jī)的繞組數(shù)相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其 特征在于：電機(jī)控制采用矢量控制技術(shù)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器由集控器實(shí)施控制，電流 調(diào)節(jié)器由每臺(tái)變頻器的主控單元分別實(shí)施控制。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有完全冗余備份功能的多繞組高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的控制系統(tǒng)包括集控器單元、以太網(wǎng)交換機(jī)單元和高壓變頻器機(jī)組，集控器單元與以太網(wǎng)交換機(jī)單元連接，高壓變頻器機(jī)組中的每臺(tái)高壓變頻器的主控單元也連接至以太網(wǎng)交換機(jī)單元，每臺(tái)高壓變頻器的功率單元輸出分別連接至多繞組高壓交流電機(jī)的其中一個(gè)繞組，電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器連接至集控器單元。電機(jī)控制采用成熟的矢量控制技術(shù)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器由集控器實(shí)施，電流調(diào)節(jié)器由每臺(tái)變頻器的主控單元分別實(shí)施。發(fā)明成較低，可適用于不同繞組數(shù)的多繞組電機(jī)，且具有完全的冗余備份功能，擴(kuò)大了高壓變頻器的應(yīng)用范圍，提高了系統(tǒng)的可靠性及可擴(kuò)展性。
【IPC分類(lèi)】H02P21-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104579078
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510035649
【發(fā)明人】張琦
【申請(qǐng)人】張琦
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日