具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多绕组高压电机驱动控制系统，尤其是一种具有完全冗余备份功 能的多绕组高压电机驱动控制系统，属于电力电子控制系统领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，大功率电子器件和高性能、低成本微处理器的发展以及现代交流电机控 制技术的发展，大大推动了交流调速的飞速发展。电力电子器件额定电压和额定电流的限 制使得多绕组交流电机应用而生，因为这样可实现小功率器件驱动大功率电机。多绕组电 机也叫做多相电机（相数是绕组数的3倍，如2绕组电机也称作6相电机，4绕组电机也称 作12相电机）。多绕组交流电机主要应用于军事、航天、舰船推进等大功率传动上，与三相 电机即单绕组电机传动系统相比，多绕组交流电机驱动系统具有以下突出的优点：可用低 电压小电流器件实现大功率；电机稳态转矩脉动较小；系统的机械共振较小；电机的运行 噪声较小；系统整体可靠性提高；多相电机转子谐波损耗较小等。
[0003] 目前对于多绕组高压交流电机的变频驱动系统介绍较少，已知文献和现有技术多 是针对特定绕组数的电机进行研宄，从特定绕组数的多相电机的数学模型出发，对其矢量 控制算法进行理论研宄，控制方法复杂，与成熟的基于单绕组电机的矢量控制不能完全兼 容，电机绕组数不同时，不能完全适用，不具有扩展性，对于可通用于不同绕组数的多绕组 电机的驱动控制技术未见相关文献介绍和产品报道。关于变频器并联驱动时的冗余备份技 术的研宄，目前技术都是基于主从控制理念，并联的变频器中有一台变频器作为主机，从机 故障时不影响主机，但是主机故障时仍然需要全部停机，不能实现完全的冗余备份，具有完 全冗余备份功能的多绕组高压交流电机驱动控制技术未见相关报道。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种具有完全冗余备份功能的多绕组高压 电机驱动控制系统，本发明基于成熟的高压变频器技术，用较小的成本实现了多绕组高压 交流电机的变频驱动，可适用于不同绕组数的多绕组电机，且该系统具有完全的冗余备份 功能，扩大了高压变频器的应用范围，提高了系统的可靠性及可扩展性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有完全冗余备份功能的多 绕组高压电机驱动控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括高压变频器机组、以太网交 换机单元和集控器单元，所述的集控器单元与以太网交换机单元连接，所述的以太网交换 机单元与高压变频器机组的主控单元连接，所述集控器单元还与电机转速传感器连接。
[0006] 特别地，所述的高压变频器机组中每台变频器的硬件及软件都相同，没有主从之 分。其中一台变频器或电机的某个绕组发生故障时，仅发生故障的变频器或者发生故障的 绕组所对应的变频器停机，其他变频器仍可以正常运行。
[0007] 特别地，所述的集控器单元通过光纤或电缆与以太网交换机单元连接，采用的通 讯协议为Modbus-TCP协议，所述的集控器单元还与上级控制系统连接，接收来自上级控制 系统的转速指令。
[0008] 特别地，所述的高压变频器机组的主控单元通过光纤或电缆与以太网交换机单元 连接，采用的通讯协议为Modbus-TCP协议。
[0009] 特别地，所述的高压变频器机组由规格型号完全相同的高压变频器组成，高压变 频器台数与所驱动的多绕组高压电机的绕组数相同。
[0010] 特别地，电机控制采用成熟的矢量控制技术，转速调节器和磁通调节器由集控器 实施控制，电流调节器由每台变频器的主控单元分别实施控制。
[0011] 本发明的有益效果：
[0012] 1、本发明不仅适用于2绕组高压电机，也适用于绕组数大于2的多绕组高压电机， 应用范围广，可扩展性强，基于现有技术中成熟的高压变频器技术，使用较低的成本实现了 多绕组高压电机的驱动控制。
[0013] 2、本发明的高压变频器机组中的高压变频器，软硬件完全一样，没有主机和从机 之分，互为冗余备份，任何一台发生故障均不会影响其他高压变频器的正常运行，提高了系 统的可靠性。
[0014] 3、本发明采用以太网技术实现集控器和高压变频器主控单元之间的数据通讯，通 讯速率高，网络扩展性好，通讯距离较远时可以采用光纤传输，抗干扰性好。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明一具体实施例示意框图。
[0016] 图2为本发明具体实施例中由集控器实施控制磁通调节器示意框图。
[0017]图3为本发明具体实施例中由集控器实施控制转速调节器示意框图。
[0018] 图4为本发明具体实施例中由各高压变频器主控单元实施控制电流调节器示意 框图。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 根据附图1，本发明以一个4绕组高压交流电机为例。本发明一种具有完全冗余备 份功能的高压多绕组电机驱动控制系统包括高压变频器机组、以太网交换机单元和集控器 单元。集控器单元与以太网交换机单元连接，以太网交换机单元与高压变频器机组的主控 单元连接，集控器单元还与电机转速传感器连接。集控器单元通过光纤或电缆与以太网交 换机单元连接，高压变频器机组中的各高压变频器主控单元也通过光纤或电缆与以太网交 换机单元连接，这样，集控器单元与各高压变频器的主控单元之间即通过以太网总线建立 了连接，数据通讯协议采用Modbus-TCP协议，其中集控器单元作为客户端，各高压变频器 主控单元均作为服务器端。各高压变频器的主控单元在系统网络中拥有相同的权限，没有 主从之分，它们互相独立，任意一台出现故障或断线停机后均不会影响其他变频器的正常 运行。
[0021] 集控器单元接收来自上级控制系统的转速指令同时与电机的转速传感器连 接，接收电机的实际转速信号《，各高压变频器主控单元计算的电机磁通观测值的幅值也 发送给集控器单元，集控器单元综合后得到电机的磁通观测值步。如图2和图3所示，电机 矢量控制算法中的转速调节器和磁通调节器由集控器实施，其中磁通给定值IT为设定值， 一般为额定磁通。转速指令与实际转速信号《的差值作为转速调节器的输入，转速调 节器的输出为转矩电流给定值&，磁通给定值与磁通观测值步的差值作为磁通调节器 的输入，磁通调节器的输出为励磁电流给定值 <。集控器单元将<与€通过以太网交换机发 送给每个变频器主控单元，作为矢量控制系统中电流调节器的给定值。
[0022] 矢量控制系统中的电流调节器由各高压变频器主控单元分别实施，如图4所示。 转矩电流给定值 < 和励磁电流给定值C均由自集控器单元发送至主控单元，电机实际转速 ?也由集控器单元发送至主控单元。每台变频器主控单元均有电压电流检测装置，检测电 机各绕组的三相电压va，Vb，V。和三相电流ia，ib，i。。三相电压Va，Vb，V。和三相电流ia，ib， i。以及电机转速《作为电机模型的输入，电机模型按照已知的电机矢量控制理论建立，电 机模型的输出为电机的实际励磁电流id，电机的实际转矩电流iq，电机磁通观测值的幅值 1^及其角度0。转矩电流给定值<与电机实际转矩电流％的差值作为转矩电流调节器的 输入，转矩电流调节器的输出为q轴电压给定值励磁电流给定值<与电机实际转矩电流 id的差值作为励磁电流调节器的输入，励磁电流调节器的输出为d轴电压给定值V〕。 以及0经过旋转及2/3变换后得到三相电压参考值经过正弦波调制模块SPwm后得到变频器功率单元各半导体功率开关器件的开关信号。
[0023] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，用以对本发明技术方案作详细解释，而并非 对本发明作任何限制，凡是根据本发明公开的技术方案及以上具体实施例所作的任何简单 修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内，本发明的保护范围 以本案的权利要求书为准。
【主权项】
1. 一种具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统，其特征在于：所述的 控制系统包括高压变频器机组、以太网交换机单元和集控器单元，所述的集控器单元与以 太网交换机单元连接，所述的以太网交换机单元与高压变频器机组的主控单元连接，所述 集控器单元还与电机转速传感器连接；所述高压变频器机组中每台变频器的硬件及软件都 相同，没有主从之分，其中一台变频器或电机的绕组发生故障时，仅发生故障的变频器或者 发生故障的绕组所对应的变频器停机，其他变频器仍正常运行。
2. 根据权利要求1所述的具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统，其 特征在于：所述的集控器单元通过光纤或电缆与以太网交换机单元连接，采用的通讯协议 为Modbus-TCP协议，所述的集控器单元还与上级控制系统连接，接收来自上级控制系统的 转速指令。
3. 根据权利要求1所述的具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统， 其特征在于：所述的高压变频器机组的各主控单元通过光纤或电缆与以太网交换机单元连 接，采用的通讯协议为Modbus-TCP协议。
4. 根据权利要求1所述的具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统，其 特征在于，所述的高压变频器机组由规格型号完全相同的高压变频器组成，高压变频器数 量与所驱动的多绕组高压电机的绕组数相同。
5. 根据权利要求1所述的具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统，其 特征在于：电机控制采用矢量控制技术，转速调节器和磁通调节器由集控器实施控制，电流 调节器由每台变频器的主控单元分别实施控制。
【专利摘要】本发明公开了一种具有完全冗余备份功能的多绕组高压电机驱动控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括集控器单元、以太网交换机单元和高压变频器机组，集控器单元与以太网交换机单元连接，高压变频器机组中的每台高压变频器的主控单元也连接至以太网交换机单元，每台高压变频器的功率单元输出分别连接至多绕组高压交流电机的其中一个绕组，电机的转速传感器连接至集控器单元。电机控制采用成熟的矢量控制技术，转速调节器和磁通调节器由集控器实施，电流调节器由每台变频器的主控单元分别实施。发明成较低，可适用于不同绕组数的多绕组电机，且具有完全的冗余备份功能，扩大了高压变频器的应用范围，提高了系统的可靠性及可扩展性。
【IPC分类】H02P21-00
【公开号】CN104579078
【申请号】CN201510035649
【发明人】张琦
【申请人】张琦
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日