CN105471332A - 多绕组同步电机的主从控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，包括与多绕组同步电机中的定子绕组对应的多台高压变频器，其中一台为主机，其余为从机，主机与从机分别独立的驱动各绕组，检测转子位置的位置检测传感器同步把位置信息传送到各高压变频器，主机控制采用矢量控制，从机采用电流环控制，从机的电流环给定采用主机的电流环给定，转子绕组通过励磁柜给的励磁电流。能够在现有的高压变频器的基础上，不增加容量和不改变结构，就能实现对大功率多绕组同步电机进行控制。具有转矩脉动小，可靠性高，能够快速的适应负载转矩的变化，并且输出电流转矩平衡稳定。

Description

多绕组同步电机的主从控制系统
技术领域
本发明应用于工业电气传动领域，涉及多绕组同步电机主从控制系统。
背景技术
目前大功率同步电机广泛应用于煤炭冶金轧钢等行业，对于提升机，一般采用同步电机。同步电机的控制方式多种多样，主要分两种，矢量控制和直接转矩控制。同步电机增大功率的一种方法是，采用两套或多套定子绕组实现电机的容量翻倍或更多。具有代表性的双绕组电机每套绕组能够独立供电，具有可靠性高、转矩脉动小等优点。对于双绕组电机的控制，目前现有技术的控制方法是采用一台变频器，一个直流母线，六相桥臂输出，每三个桥臂控制1个绕组。但这种方式需要改变现有高压变频器的结构，并且高压变频器的容量也要相应的成倍增加，不仅成本高，受高压变频器容量的限制，同步电机无法输出超过高压变频器容量的功率。
本发明的目的在于，在不增加高压变频器容量和不改变高压变频器结构的基础上，提供一种大功率的多绕组电机的控制系统。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的第一技术方案为多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，包括与多绕组同步电机中的定子绕组对应的多台高压变频器，其中一台为主机，其余为从机，主机与从机分别独立的驱动各绕组，检测转子位置的位置检测传感器同步把位置信息传送到各高压变频器，主机控制采用矢量控制，从机采用电流环控制，从机的电流环给定采用主机的电流环给定，转子绕组通过励磁柜给的励磁电流。
第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，多绕组同步电机为双绕组同步电机，高压变频器为二台，其中一台为主机，另一台为从机。
第三技术方案基于第一或第二技术方案，其特征在于，主、从机高压变频器均使用H桥级联的结构。
第四技术方案基于第一或第二技术方案，其特征在于，主机与从机之间采用光纤连接，能够进行主从机数据通信。
第五技术方案基于第一或第二技术方案，其特征在于，位置检测传感器通过串行数据线同步把位置信息传送到主机和从机。
第六技术方案基于第一或第二技术方案，其特征在于，励磁柜给的励磁电流恒定。
第七技术方案基于第四至第六中任一技术方案，其特征在于，主机控制采用矢量控制，包括转速控制外环，电流控制内环，从机采用电流控制环对电流进行跟踪控制，电流控制环给定有主机通过光纤通信传输获得。
本发明的效果:能够在现有的高压变频器的基础上，不增加容量和不改变结构，就能实现对大功率多绕组或双绕同步电机进行控制。具有转矩脉动小，可靠性高，能够快速的适应负载转矩的变化，并且输出电流转矩平衡稳定。
附图说明
图1是双绕组同步电机主从控制系统的结构功能示意图；
图2是双绕组同步电机的供电示意图；
图3是主机变频器的控制策略图；
图4是从机变频器的控制策略图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细描述。
本发明的实施方式中，以双绕组同步电机为例，对多绕组同步电机主从控制系统进行说明。
图1是双绕组同步电机主从控制系统的结构功能示意图。如图1所示，双绕组同步电机3具有定子绕组A、定子绕组B、转子绕组31,转子位置由位置检测传感器33检测。定子绕组A、定子绕组B分别由两台同样的高压变频器驱动，驱动定子绕组A的一台为主机，驱动定子绕组B的另一台为从机。主、从机高压变频器是H桥级联的结构。如图2所示，主机变频器1的输出端接双绕组同步电机的定子绕组A,控制定子绕组A的电压电流，从机变频器2的输出端接定子绕组B,控制定子绕组B的电压电流。两台高压变频器之间采用光纤通信，实现快速对电流和运行状态等进行主从机数据通信。
转子位置通过串行线把位置信息传送到两台变频器，两台变频器的串行数据线是直接连接，保证数据同时发送到两台变频器。转子绕组32通过励磁柜33给的励磁电流，本系统励磁柜给的励磁电流恒定。
图3是主机变频器的控制策略图。主机控制采用速度外环、电流内环的矢量控制方法。给定转速ω*与ω的差值，经过速度调节器10，得到给定转矩Te *，根据电流指令给定11，输出转矩电流iT *和励磁电流iM *。
采集三相输出电流ia、ib、ic，通过3相静止坐标系到2相静止坐标系的坐标变换(ABC/αβ)12，得到iα和iβ。一方面，iα和iβ与位置检测传感器33检测到的角度值θ，经过静止坐标系到旋转坐标系的转化(αβ/dq)13，得到id和iq。通过磁通估算器14计算得到ψd和ψq，再使用负载角估算器15算出负载角δ。另一方面，iα和iβ与角度值θ+δ，经过静止坐标系到旋转坐标系的转化(αβ/dq)13，得到iT和iM。
采用如下的矢量控制公式
{ L di m d t = u m - R s i m + ω e Li t L di t d t = u t - R s i t - ω e Li m - ω e ψ f - - - ( 1 )
其中，um、ut为电机端电压dq轴分量；im、it为定子电流dq轴分量；ψf为转子磁链，ψf＝LrIf。Lr为转子电感，If为转子励磁电流；ωe为电角速度；L为dq轴同步电感。
转矩电流iT *和励磁电流iM *分别与坐标转换得到的iT和iM做差值，分别经过PI控制器16、17，得到发波调制的ut和um，再加上位置检测传感器33传来的角度θ和负载角δ，控制SVPWM18发波,进而控制输出电流ia、ib、ic和转速。
从机控制2采用电流环控制，跟随主机。图4为从机变频器的控制策略图。电流给定是主机控制1提供的转矩电流iT *和励磁电流iM *，是主机控制1通过光纤实时传输的从机控制2。除此之外，从机电流环的控制策略跟主机一样，即，图4中与图3中相对应的部分作用和特性完全一样，具体参照以上图3的说明。如此实现主、从机的输出电流转矩平衡稳定。
由上可知，本实施方式中，采用两台同样的高压变频器，一台作为主机，另一台作为从机，两台变频器之间通过光纤通信传输电流和运行状态等信息，对双绕组同步电机进行同步控制。位置检测传感器33通过串行线把位置信息传送到两台变频器。转子绕组33通过励磁柜给的励磁电流，本系统励磁柜给的励磁电流恒定。主机控制采用矢量控制，从机采用电流环控制，跟随主机，使主、从机的输出电流转矩平衡稳定。
由上可知，本实施方式中的高压变频器，与现有技术的高压变频器在结构上相同(从机控制2省略了速度控制环)，不增加容量和不改变结构，就能实现对大功率双绕组同步电机进行控制。本控制系统，适用于矿机提升机，具有转矩脉动小，可靠性高，能够快速的适应负载转矩的变化。另外主从机控制系统的控制效果是输出电流转矩平衡稳定。
由于同步电机的功率不受限于高压变频器的容量，能够输出比单个高压变频器容量更大的功率。
在本实施方式中，对双绕组同步电机主从控制系统进行了说明，但本发明的技术方案同样适用于比双绕组更多的多绕组同步电机。对于多绕组同步电机，只要增加采用电流环控制的从机，使从机跟随主机即可使主、从机的输出电流转矩平衡稳定，并达到更大输出功率。
以上只是本发明的一个具体实施方式，并不用于对本发明进行限制，本领域技术人员在不脱离技术思想的情况下可设计出替换实施例。

Claims (7)

1.多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，包括与多绕组同步电机中的定子绕组对应的多台高压变频器，其中一台为主机，其余为从机，主机与从机分别独立的驱动各绕组，检测转子位置的位置检测传感器同步把位置信息传送到各高压变频器，主机控制采用矢量控制，从机采用电流环控制，从机的电流环给定采用主机的电流环给定，转子绕组通过励磁柜给的励磁电流。
2.根据权利要求1所述的多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，多绕组同步电机为双绕组同步电机，高压变频器为二台，其中一台为主机，另一台为从机。
3.根据权利要求1或2所述的多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，主、从机高压变频器均使用H桥级联的结构。
4.根据权利要求1或2所述的多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，主机与从机之间采用光纤连接，能够进行主从机数据通信。
5.根据权利要求1或2所述的多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，位置检测传感器通过串行数据线同步把位置信息传送到主机和从机。
6.根据权利要求1或2所述的多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，励磁柜给的励磁电流恒定。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的多绕组同步电机的主从控制系统，其特征在于，主机控制采用矢量控制，包括转速控制外环，电流控制内环，从机采用电流控制环对电流进行跟踪控制，电流控制环给定有主机通过光纤通信传输获得。
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