CN111756279A - 电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁同步电动机反电势的抑制，具体为一种电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法及装置。解决现有技术隔离接触器发生卡合故障时导致反电势失控的问题。在永磁同步牵引电动机和逆变模块之间设置交流侧隔离接触器；在中间直流回路模块与逆变模块之间设置直流侧隔离接触器；电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制装置，包括含有交流侧隔离接触器的反电势交流抑制模块；其特征在于，还包括含有直流侧隔离接触器的反电势直流抑制模块、逻辑处理模块、输入量处理模块、输出量处理模块、永磁同步牵引电动机的测速模块、反电势交流抑制模块内的交流侧隔离接触器闭合状态检测模块。本发明尤其适用于直驱永磁电力机车。

Description

电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电动机反电势的抑制，具体为一种电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法及装置。

背景技术

永磁同步电动机由于转子为永磁体，运行过程中不需要对转子磁场励磁。当永磁同步牵引电动机不供电且仍然转动时，转子旋转磁场在定子三相绕组中的感应电动势就称为反电势。反电势不仅与转子磁场的大小有关，而且与电机转速成正比。反电势的存在会导致以下问题：

1）如果反电势较大，中间直流侧电容不能完全吸收再生能量导致直流侧过电压故障发生；

2）如果反电势较大，中间直流侧电容不能完全吸收再生能量导致中间直流侧电压的值大于IGBT的耐压值，可能造成IGBT的炸裂；

3）如果反电势大于中间直流侧电压的值，将会产生再生制动，这是实际工况中被禁止的；

4）电机重投时，较高的反电势在重投过程中可能导致电机输出过流故障。

永磁同步电动机的励磁反电势是由转子上的永久磁体产生的，因而无法自由调节。现有技术为维持永磁同步牵引电动机高速时候的电压平衡，在永磁同步牵引电动机和逆变器之间设置隔离接触器，以便在惰行（惰行状态是指机车在运行过程中切除牵引力，由于惯性的存在保持继续前行的状态）的时候将永磁同步牵引电动机与逆变器有效地断开，避免高反电势带来不利影响，还可以起到防止故障进一步扩大的作用。但是隔离接触器发生卡合故障（卡合故障是指期望接触器从闭合状态变为分断状态，但实际上接触器卡在合位，无法分断）时，反电势抑制失控，可能造成功率模块炸损，导致机车动力损失。

发明内容

本发明解决现有技术隔离接触器发生卡合故障时导致反电势失控的问题，提供一种电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法及装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法，在永磁同步牵引电动机和逆变模块之间设置交流侧隔离接触器；在中间直流回路模块与逆变模块之间设置直流侧隔离接触器；

当电力机车处于惰行状态时，判断永磁同步牵引电动机的转速是否大于额定转速：假设永磁同步牵引电动机转速不大于额定转速，那么保持直流侧隔离接触器闭合，保持交流侧隔离接触器闭合，继续运行；假设永磁同步牵引电动机的转速大于额定转速，那么断开交流侧隔离接触器，并且判断交流侧隔离接触器是否发生卡合故障：假设交流侧隔离接触器没有发生卡合故障，那么保持直流侧隔离接触器闭合，继续运行；假设交流侧隔离接触器发生卡合故障，那么直流侧隔离接触器断开，继续运行。

电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制装置，包括含有交流侧隔离接触器的反电势交流抑制模块；还包括含有直流侧隔离接触器的反电势直流抑制模块、逻辑处理模块、输入量处理模块、输出量处理模块、永磁同步牵引电动机的测速模块、反电势交流抑制模块内的交流侧隔离接触器闭合状态检测模块；

输入量处理模块接收测速模块传入的电机转速信号和闭合状态检测模块传入的反电势交流抑制模块内的交流侧隔离接触器闭合状态信号，输入量处理模块的输出接逻辑处理模块，逻辑处理模块的输出连接输出量处理模块，输出量处理模块的输出分别与反电势直流抑制模块和反电势交流抑制模块通过指令信号连接。

本发明在中间直流侧增加了直流侧隔离接触器，当逆变输出侧隔离接触器发生卡合故障时导致反电势失控时，通过控制直流侧隔离接触器，不会导致反电势失控，抑制了永磁同步牵引电动机的反电势问题。逆变器输出侧交流接触器发生卡合故障时，传统的做法是隔离整架变流器，整车损失1/2动力；本发明尤其适用于直驱永磁电力机车，即使反电势交流抑制模块发生卡合故障，也不用隔离整架变流器，可以正常运行，机车不损失动力，即还能保证交流侧隔离接触器发生卡合故障时机车不损失动力。本发明提高了直驱永磁电力机车的可靠性，可以推广应用于采用永磁电机的相关行业，如风电、工业传动、电动汽车领域，具有重要的实用价值。

附图说明

图1为本发明的反电势抑制模块安装位置示意图；

图2为交直交电力机车电传动系统及反电势抑制模块安装位置示意图；

图3为本发明所述电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制装置结构示意图；

图4为本发明所述电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行清楚、完整地描述。

附图1中给出了反电势抑制装置安装位置示意图。图1中反电势直流抑制装置安装在三相桥式逆变的输入侧的正输入端，反电势交流抑制装置安装在三相桥式逆变电路与牵引电机的连接部位。当电力机车处于惰行状态时，判断永磁电机转速是否大于额定转速。如果永磁电机转速不大于额定转速，那么反电势直流抑制装置和反电势交流抑制装置均保持闭合状态。

如果永磁电机转速大于额定转速，则关断反电势交流抑制装置，并且判断反电势交流抑制装置是否发生卡合故障。

如果反电势交流抑制装置没有发生卡合故障，则反电势交流抑制装置关断，反电势直流抑制装置闭合。

如果反电势交流抑制装置发生卡合故障，则反电势交流抑制装置保持闭合，反电势直流抑制装置关断。

附图2中给出了直驱永磁交直交电力机车电传动系统示意图，图2中该系统通过受电弓从电网上取得单相25kv交流电，经过主断路器K1送至隔离变压器，经过隔离变压器变换后输出单相交流电送至2整3逆的主回路拓扑中。图中包含预充电模块1和预充电模块2，四象限整流模块1和四象限整流模块2，反电势直流抑制模块，逆变模块1、逆变模块2和逆变模块3，反电势交流抑制模块，以及永磁电机。

其中，预充电模块1包括预充电电阻R11、预充电接触器K11和主接触器K12，预充电模块2和预充电模块1的结构相同，包括预充电电阻R21、预充电接触器K21和主接触器K22。A11和A21为四象限输入电流传感器。四象限整流模块1由g1、g2、g3、和g4 四个开关管组成，四象限整流模块2和四象限整流模块1结构相同，由g5、g6、g7、和g8 四个开关管组成。反电势直流抑制模块包含隔离接触器K2、K3和K4。逆变模块1包括g11、g12、g13、g14、g15、g16六个开关管组成的三相逆变电路，逆变模块2、逆变模块3和逆变模块1结构相同，逆变模块2分别由g21、g22、g23、g24、g25、g26六个开关管组成，逆变模块3分别由g31、g32、g33、g34、g35、g36六个开关管组成。反电势交流抑制模块由隔离接触器K5、K6和K7组成。A12、A13为测量逆变模块1输出电流的电流传感器，A22、A23为测量逆变模块2输出电流的电流传感器，A32、A33为测量逆变模块3输出电流的电流传感器，C1为中间直流侧支撑电容，U1为测量中间直流母线电压的电压传感器。

其中，在图2所示主回路拓扑图中，本实施例提及的反电势直流抑制装置为图中的K2、K3和K4，分别安装在三相桥式逆变模块1、三相桥式逆变模块2和三相桥式逆变模块3的输入侧。本实施例提及的反电势交流抑制装置为图中的K5、K6和K7，分别安装在三相桥式逆变模块1、三相桥式逆变模块2和三相桥式逆变模块3的输出侧与永磁电机之间。

当电力机车处于惰行状态时，判断永磁电机1转速是否大于其额定转速。如果永磁电机1转速不大于其额定转速，那么反电势直流抑制装置K2和反电势交流抑制装置K5均保持闭合状态。

如果永磁电机1转速大于其额定转速，则关断反电势交流抑制装置K5，并且判断反电势交流抑制装置K5是否发生卡合故障。

如果反电势交流抑制装置K5没有发生卡合故障，则反电势交流抑制装置K5关断，反电势直流抑制装置K2闭合。

如果反电势交流抑制装置K5发生卡合故障，则反电势交流抑制装置K5保持闭合，反电势直流抑制装置K2关断。

反电势直流抑制装置K3和反电势交流抑制装置K6、反电势直流抑制装置K4和反电势交流抑制装置K7与上述K2和K5的判断逻辑一致。三组判断逻辑相互独立，无相互关联关系。

本实施例提供的反电势抑制保护主拓扑结构及抑制方法，应用于交直交直驱永磁电力传动机车，通过逻辑判断对反电势直流抑制装置和反电势交流抑制装置分别进行控制，解决了永磁电机反电势抑制问题，在反电势交流抑制装置卡合故障下仍能够不损失机车动力，提高可靠性。

附图3直驱永磁电力机车的反电势抑制装置结构示意图；图中控制处理器中包含输入量处理模块、逻辑处理模块、输出量处理模块，输入量处理模块接收外部传入的电机转速信号和反电势交流抑制装置的闭合状态信号，并将其转换为逻辑处理模块可识别的信号后送进逻辑处理模块，经过逻辑处理模块逻辑判断后将指令送给输出量处理模块，输出量处理模块将接收的指令信号转换为外部可驱动反电势直流抑制装置和反电势交流抑制装置的指令1和指令2信号，通过指令1和指令2指令信号驱动反电势直流抑制装置和反电势交流抑制装置完成整个反电势抑制的功能。

附图3中的测速模块可为旋转变压器或其他可以实现测速功能的编码装置。逆变电路为三相桥式逆变拓扑。闭合状态检测装置为能将反电势交流抑制装置的开关状态反馈给控制处理器的设备。

附图4为本发明提供的永磁电机反电势抑制控制实现的流程示意图。本实施例是进一步对上述实施例中附图3中反电势抑制装置控制硬件的可实现方式的描述；

当电力机车处于惰行状态时，判断永磁直驱电机转速是否大于额定转速。所述的惰行状态是指机车在运行过程中切除牵引力，由于惯性的存在保持继续前行的状态。

假设永磁直驱电机转速不大于额定转速，那么保持反电势直流模块直流接触器闭合，保持反电势交流模块交接触器闭合，继续运行。

假设永磁直驱电机转速大于额定转速，那么断开反电势交流抑制模块交流接触器，并且判断交流接触器是否发生卡合故障。所述的卡合故障是指期望接触器从闭合状态变为分断状态，但实际上接触器卡在合位，无法分断。

假设交流接触器没有发生卡合故障，那么保持反电势直流模块直流接触器闭合，继续运行。

假设交流接触器发生卡合故障，那么反电势直流模块直流接触器断开，继续运行。

Claims (3)

1.一种电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制方法，在永磁同步牵引电动机和逆变模块之间设置交流侧隔离接触器；其特征在于，在中间直流回路模块与逆变模块之间设置直流侧隔离接触器；

当电力机车处于惰行状态时，判断永磁同步牵引电动机的转速是否大于额定转速：假设永磁同步牵引电动机转速不大于额定转速，那么保持直流侧隔离接触器闭合，保持交流侧隔离接触器闭合，继续运行；假设永磁同步牵引电动机的转速大于额定转速，那么断开交流侧隔离接触器，并且判断交流侧隔离接触器是否发生卡合故障：假设交流侧隔离接触器没有发生卡合故障，那么保持直流侧隔离接触器闭合，继续运行；假设交流侧隔离接触器发生卡合故障，那么直流侧隔离接触器断开，继续运行。

2.实现权利要求1所述反电势抑制方法的电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制装置，包括含有交流侧隔离接触器的反电势交流抑制模块；其特征在于，还包括含有直流侧隔离接触器的反电势直流抑制模块、逻辑处理模块、输入量处理模块、输出量处理模块、永磁同步牵引电动机的测速模块、反电势交流抑制模块内的交流侧隔离接触器闭合状态检测模块；

输入量处理模块接收测速模块传入的电机转速信号和闭合状态检测模块传入的反电势交流抑制模块内的交流侧隔离接触器闭合状态信号，输入量处理模块的输出接逻辑处理模块，逻辑处理模块的输出连接输出量处理模块，输出量处理模块的输出分别与反电势直流抑制模块和反电势交流抑制模块通过指令信号连接。

3.根据权利要求2所述的电力机车永磁同步牵引电动机的反电势抑制装置，其特征在于，测速模块为旋转变压器。

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