CN112311119A - 一种电机、电力拖动系统及其控制方法、装置和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种电机、电力拖动系统及其控制方法、装置和设备，用以适配变频器输出参数，使得损耗减小，提高了系统安全性。所述电机，包括：定子和转子，所述定子包括机壳和三相绕组，三相绕组相互交叉、径向设置在转子的周围，形成圆柱形的空腔，每相绕组的轴线与所述电机的轴线相交并垂直，三相绕组的正向轴线在空间互成120°角，三相绕组与转子有缝隙，每相绕组包括至少两个并联连接的子绕组。

Description

一种电机、电力拖动系统及其控制方法、装置和设备
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及一种电机、电力拖动系统及其控制方法、装置和设备。
背景技术
现有技术中，在变频器与电机组成的大功率拖动系统中，变频器的输出模块之间往往采用并联形式，当其中部分输出模块损坏时，可以去除该损坏的输出模块，使用剩余完好的输出模块降容运行。但是单纯通过调整变频器参数无法达到模块功率的最大化，使得变频器模块功率无法充分利用，加剧损耗。
举例来说，以2000千瓦(kW)变频器和2000kW电机组成的拖动系统为例，该变频器输出模块由2个1180安(A)的模块并联而成，在一个输出模块发生故障后，调整为单模块运行，但整个系统的拖动功率无法按比例降容运行至1000kW，最大输出功率仅有600kW。其原因在于，变频器输出模块发生变化后，变频器输出模块的参数发生变化，而电机的参数一般在制造完成后，无法变更，导致变频器与电机参数不匹配。
在现有技术中，均是使用参数相匹配的变频器与电机进行工作，在变频器故障后，只能通过修复变频器来解决参数不匹配的问题，并没有变频器降容运行的方案。同时，变频器降容后，若电机参数不做相应调整，由于变频器参数变化，电机的等效参数没有变化，则会出现过电流故障，而频繁的过电流会损坏剩余完好的输出模块，也即，仅通过调整变频器参数虽然能够运行，但是无法充分利用变频器容量，使得降容运行不安全、不经济。
发明内容
本发明实施例提供一种电机、电力拖动系统及其控制方法、装置和设备，用以适配变频器输出参数，使得损耗减小，提高了系统安全性。
第一方面，本发明实施例提供一种电机，包括：定子和转子，定子包括机壳和三相绕组，三相绕组相互交叉、径向设置在转子的周围，形成圆柱形的空腔，每相绕组的轴线与电机的轴线相交并垂直，三相绕组的正向轴线在空间互成120°角，三相绕组与转子有缝隙，且每相绕组包括至少两个并联连接的子绕组。
本发明实施例提供的电机，三相绕组相互交叉、径向设置在转子的周围，形成圆柱形的空腔，且每相绕组的轴线与电机的轴线相交并垂直，三相绕组的正向轴线在空间互成120°角，三相绕组与转子有缝隙，每相绕组包括至少两个并联连接的子绕组，与现有技术相比，每相绕组包含至少两个并联连接的子绕组，使得电机与变频器结合使用时，能够通过调节每相绕组中连接的子绕组的数量，调节电机频率，以适配变频器输出参数，使得损耗减小，提高了系统安全性。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电机中，不同相绕组包括的子绕组数量相同。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电机中，不同相绕组中子绕组线圈匝数的分配比例相同。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电机还包括：对应于每相绕组设置的汇流排，每相绕组中包括的子绕组均通过开关组件与对应的汇流排连接，且每个子绕组与对应的汇流排之间均设置有开关组件。
第二方面，本发明实施例提供一种电力拖动系统，该电力拖动系统包括：相连接的变频器和电机，变频器包括多个并联的输出模块，电机为如本发明实施例第一方面提供的电机。
本发明实施例提供的电力拖动系统，与现有技术相比，电机的每相绕组均包含至少两个并联连接的子绕组，电机与变频器连接组成的电力拖动系统中，在变频器模块损坏时，能够通过调节每相绕组中连接的子绕组的数量，调节电机频率，以适配变频器输出参数，使得损耗减小，提高了系统安全性。
第三方面，本发明实施例提供一种电力拖动系统的控制方法，应用于本发明实施例第二方面提供的电力拖动系统，该方法包括：
获取变频器的输出参数；
基于变频器的输出参数，调节电机的输出参数，以使电机的输出参数与变频器的输出参数相匹配。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的方法中，调节电机的输出参数，包括：
调节电机每相绕组中与对应的汇流排连接的子绕组数量，调节电机的输出参数。
本发明实施例提供的电力拖动系统的控制方法，获取变频器的输出参数，并基于变频器的输出参数，调节电机的输出参数，以使电机的输出参数与变频器的输出参数相匹配，与现有技术相比，使得电机的输出参数与变频器的输出参数相匹配，使得损耗减小，提高了系统安全性。
第四方面，本发明实施例提供一种电力拖动系统的控制装置，应用于本发明实施例第二方面提供的电力拖动系统，该装置包括：
获取单元，用于获取变频器的输出参数；
调节单元，用于基于变频器的输出参数，调节电机的输出参数，以使电机的输出参数与变频器的输出参数相匹配。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的装置中，调节单元，具体用于：
调节电机每相绕组中与对应的汇流排连接的子绕组数量，调节电机的输出参数。
第五方面，本发明实施例提供了一种电力拖动系统的控制设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例第三方面提供的方法。
第六方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例第三方面提供的方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电力拖动系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电力拖动系统的控制方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电机的具体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种四组子绕组电机的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种两组子绕组电机的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电力拖动系统的控制装置的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电力拖动系统的控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的电机、电力拖动系统及其控制方法、装置和设备的具体实施方式进行详细地说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种电机，包括：定子和转子12，定子包括机壳111和三相绕组112，三相绕组相互交叉、径向设置在转子12的周围，形成圆柱形的空腔，每相绕组的轴线与电机的轴线相交并垂直，三相绕组的正向轴线在空间互成120°角，三相绕组与转子有缝隙，每相绕组包括至少两个并联连接的子绕组，子绕组112通过汇流排113接至电源。
具体实施时，不同相绕组包括的子绕组数量相同，每相可以包括两组子绕组，也可以包括三组子绕组、五组子绕组，具体子绕组的数量可以根据实际使用需求设定。较佳的，每相的子绕组数量和与之相连的变频器中输出模块的数量相同。
需要说明的是，不同相绕组中子绕组线圈匝数的分配比例相同，以每相绕组中子绕组数量为四组为例，若其中一组绕组的子绕组线圈匝数分配比例为10％、20％、20％、50％，则另外两组绕组中的子绕组线圈匝数分配比例也为10％、20％、20％、50％，具体分配比例可以根据实际使用需求设定，可以是10％、20％、20％、50％，也可以是10％、15％、30％、45％，本发明实施例对此不做限定。
如图2所示，本发明实施例提供一种电力拖动系统，该电力拖动系统包括：相连接的变频器21和电机22，变频器包括多个并联的输出模块(图中以包括四个并联的输出模块为例)，电机为如图1所示的电机。
如图3所示，本发明实施例提供一种电力拖动系统的控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤301，获取变频器的输出参数。
步骤302，基于变频器的输出参数，调节电机的输出参数，以使电机的输出参数与变频器的输出参数相匹配。
具体实施时，调节电机的输出参数，包括：调节电机每相绕组中与对应的汇流排连接的子绕组数量，调节电机的输出参数。
下面结合图4-图6，分别以每相绕组包括有两组子绕组和四组子绕组的情况为例，对本发明实施例提供的电机、电力拖动系统及其控制方法进行详细说明。
对于一台制造完毕的电机，电机的等效参数是固定不变的。电机参数不同时，对应的空载电流也不相同。
如图4所示，为一台电机的结构示意图，当其额定功率为2500kW时，电阻R1的阻值为0.0013586Ω，电阻R2的阻值为0.001058Ω，电阻Rm的阻值为0.0036356Ω，电感X1的阻值为0.014542Ω，电感X2的阻值为0.074803Ω，电感Xm的阻值为1.055Ω。
当电机空载时，U1方向的总阻抗仅为激磁电抗时，此时空载状态的稳态电流为I＝U1/Xm＝400V/1.055Ω＝379A。
当电机的额定功率为1600kW时，电阻R1的阻值为0.00622Ω，电阻R2的阻值为0.004Ω，电阻Rm的阻值为0.07645Ω，电感X1的阻值为0.046Ω，电感X2的阻值为0.0867Ω，电感Xm的阻值为2.20355Ω。
当电机空载时，U1方向的总阻抗仅为激磁电抗时，此时空载状态的稳态电流为I＝U1/Xm＝400V/2.20355Ω＝182A。
由上述计算结果可知，调整电机的参数后，电机的空载电流随之变化，当变频器输出模块降容运行后，变频器启动的限制电流也随之变换，通过调整电机参数，使得电机的空载电流也随之变化，这样，既可以安全启动电机，又可以充分利用变频器输出模块的输出能力。
如图5所示，以每相绕组包括有四组子绕组的情况为例，电机设置为多绕组并联系统运行，并联运行各绕组均要采取沿电机圆周均布的布置方式，在每槽中的布线均分为四套，在接线盒中进行组合并联接线，电机外部的A相、B相、C相通过汇流排接至电源，电机内部通过连接排的选择完成不同绕组的选择，不同绕组对应不同的激磁参数，不同的激磁参数对应不同的启动电流，相应的与变频器的电流相匹配。
需要说明的是，每相绕组中设置的子绕组越多，则可选的变换参数越多，设置成每相绕组中包含四组子绕组，四组子绕组中线圈的比例为50％、20％、20％、10％，则可实现10％梯度变化的功率等级，若要实现更低梯度的功率等级变化，可以设置成每相绕组中包含有更多子绕组，如包含8组，分别为1％、2％、2％、5％、10％、20％、20％、40％，本发明实施例对此不做限定。
如下表所示，根据实际需求设置绕组参数，以额定参数为基准1，则4套子绕组的参数分别为，子绕组1占额定参数的50％，子绕组2占额定参数的20％，子绕组3占额定参数的20％，子绕组4占额定参数的10％。
Figure BDA0002148008740000061
Figure BDA0002148008740000071
如图6所示，以每相绕组包括有两组子绕组的情况为例，2000kW变频器和2000kW异步电动机组成的电力拖动系统，该变频器输出模块由2个1180A的输出模块并联而成，电机绕组设计为每相绕组有两组子绕组，每组子绕组的参数均为额定参数的50％，每组绕组在电机圆周范围内均布。
当使用上述电机时，若变频器中一个输出模块故障后，调整为单输出模块运行，在单输出模块运行时，通过接线盒中的改动，将电机绕组调整为子绕组1单独运行或者子绕组2单独运行，则其等效参数将与单模块变频器相匹配。使用参数不可调电机和本方案的参数可调电机的不同效果如下：
Figure BDA0002148008740000072
如图7所示，本发明实施例提供一种电力拖动系统的控制装置，该装置包括：
获取单元701，用于获取变频器的输出参数；
调节单元702，用于基于变频器的输出参数，调节电机的输出参数，以使电机的输出参数与变频器的输出参数相匹配。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的装置中，调节单元702，具体用于：
调节电机每相绕组中与对应的汇流排连接的子绕组数量，调节电机的输出参数。
另外，结合图3-图7描述的本申请实施例的电力拖动系统的控制方法和装置可以由电力拖动系统的控制设备来实现。图8示出了本申请实施例提供的电力拖动系统的控制设备的硬件结构示意图。
电力拖动系统的控制设备可以包括处理器801以及存储有计算机程序指令的存储器802。
具体地，上述处理器801可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器802可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器802可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器802可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器802可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器802是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器802包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器801通过读取并执行存储器802中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的一种电力拖动系统的控制方法。
在一个示例中，路面分割设备还可包括通信接口803和总线810。其中，如图8所示，处理器801、存储器802、通信接口803通过总线810连接并完成相互间的通信。
通信接口803，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线810包括硬件、软件或两者，将路面分割设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线810可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
该电力拖动系统的控制设备可以执行本发明实施例中的电力拖动系统的控制方法，从而实现结合图8描述的电力拖动系统的控制方法。
另外，结合上述实施例中的电力拖动系统的控制方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的一种电力拖动系统的控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电机，其特征在于，包括：定子和转子，所述定子包括机壳和三相绕组，三相绕组相互交叉、径向设置在转子的周围，形成圆柱形的空腔，每相绕组的轴线与所述电机的轴线相交并垂直，三相绕组的正向轴线在空间互成120°角，三相绕组与转子有缝隙，且每相绕组包括至少两个并联连接的子绕组。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，不同相绕组包括的子绕组数量相同。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，不同相绕组中子绕组线圈匝数的分配比例相同。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括：对应于每相绕组设置的汇流排，每相绕组中包括的子绕组均通过开关组件与对应的汇流排连接，且每个子绕组与对应的汇流排之间均设置有开关组件。
5.一种电力拖动系统，其特征在于，包括：相连接的变频器和电机，所述变频器包括多个并联的输出模块，所述电机为如权利要求1-4中任一项所述的电机。
6.一种电力拖动系统的控制方法，应用于如权利要求5所述的电力拖动系统，其特征在于，包括：
获取所述变频器的输出参数；
基于所述变频器的输出参数，调节所述电机的输出参数，以使所述电机的输出参数与所述变频器的输出参数相匹配。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调节所述电机的输出参数，包括：
调节所述电机每相绕组中与对应的汇流排连接的子绕组数量，调节所述电机的输出参数。
8.一种电力拖动系统的控制装置，应用于如权利要求5所述的电力拖动系统，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取所述变频器的输出参数；
调节单元，用于基于所述变频器的输出参数，调节所述电机的输出参数，以使所述电机的输出参数与所述变频器的输出参数相匹配。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述调节单元，具体用于：
调节所述电机每相绕组中与对应的汇流排连接的子绕组数量，调节所述电机的输出参数。
10.一种电力拖动系统的控制设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求6或7所述的方法。
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