CN113472268A - 一种大功率电机励磁装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机励磁技术领域，公开了一种大功率电机励磁装置及控制方法，所述大功率电机励磁装置设置有主控箱；主控箱安装于原励磁机组位，原励磁机组启动箱部位设置有故障应急励磁箱；主控箱设置有励磁斩波器，励磁斩波器设置有静止励磁通道Ⅰ、静止励磁通道Ⅱ、可逆控制电路。本发明采用先进可靠的控制模式，控制器可随时读取斩波器模块内部的变化，当斩波器模块出现故障时，模块内部控制系统将故障上报，控制器将故障模块切除出系统，不影响剩余模块的正常工作；同时控制器将故障信息发送至显示面板，面板显示故障代码；通过故障代码可清楚的了解到是哪一个模块出现故障，同时精准定位出故障部位，便于快速维修。

Description

一种大功率电机励磁装置及控制方法

技术领域

本发明属于电机励磁技术领域，尤其涉及一种大功率电机励磁装置及控制方法。

背景技术

目前，推进电机励磁系统用于舰船航速调节和正倒车控制及系统安全保护，是舰船航行机动的重要设备。典型组成设备有旋转励磁机组、机组启动控制箱和安装于主推进电机控制站内的舰船航速调节与正倒车可逆控制及相关保护设备，组成结构图4。

电机励磁装置取代原有的主推进电机励磁机组，其主电源为蓄电池组提供的190～320V的直流幅压电源，通过输入接触器和滤波器后，由斩波器对直流电源提供的直流电进行斩波，为主推进电机的励磁绕组提供励磁电流。斩波器采用两组4套斩波模块，这些模块在励磁装置运行过程中均实现热备份工作，一旦某一或N个模块故障(N<3)，其余斩波模块能够实现无缝切换；当故障模块数量达到或超过3时，励磁装置可转入故障应急励磁箱，能够实现主推进电机的正反转调节，并能提供应急用的故障励磁电流。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术出现故障时，易影响整体装置的正常工作，不能及时准确定位出故障位置。

(2)现阶段对于电机励磁装置仍通过励磁手轮对舰船航行速度以及航行方向进行调节，但是本文提到的新型大功率电机励磁装置将原有的励磁机组改为静止式斩波器，能够实现励磁机组的全部功能，同时提高其可靠性，增加保护功能。

解决以上问题及缺陷的难度为：无热备份，容错性较差，控制方法更改困难，无用户接口，兼容性较差。

解决以上问题及缺陷的意义为：新型大功率电机励磁装置将原有的励磁机组改成了静止式斩波器，主电源通过蓄电池组提供的190～320V的直流幅压电源，通过输入接触器和滤波器后，由斩波器对直流电源提供的直流电进行斩波，为主推进电机的励磁绕组提供励磁电流；进而可以实现励磁机组的全部功能，同时提高了可靠性与保护作用。并且斩波器采用两组4套斩波模块，这些模块在励磁装置运行过程中均实现热备份工作，一旦某一或N个模块故障(N<3)，其余斩波模块能够实现无缝切换；当故障模块数量达到或超过3时，励磁装置可转入故障应急励磁箱，能够实现主推进电机的正反转调节，并能提供应急用的故障励磁电流。同时提供了一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行新型大功率电机励磁装置的控制方法。提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，并且可在电子装置上执行，提供用户输入接口以实施新型大功率电机励磁装置的控制方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大功率电机励磁装置及控制方法。本发明电机励磁装置给主推进电机提供励磁电流，并通过调节励磁手轮，实现对舰船航行速度的调节和航行方向的变化。电机励磁装置将原有的励磁机组改为静止式斩波器，能够实现励磁机组的全部功能，同时提高其可靠性，增加保护功能。

本发明是这样实现的，一种大功率电机励磁装置，所述大功率电机励磁装置设置有主控箱，主控箱安装于原励磁机组位，原励磁机组启动箱部位设置有故障应急励磁箱；

主控箱设置有励磁斩波器，励磁斩波器设置有静止励磁通道Ⅰ、静止励磁通道Ⅱ、可逆控制电路。

进一步，所述主控箱为左右双通道对称结构。

进一步，所述斩波器包括：输入滤波器、斩波主电路、输出滤波器、输入给定耦合电路、冗余耦合控制电路、斩波器控制保护电路、故障报警电路。

进一步，所述静止励磁通道Ⅰ和静止励磁通道Ⅱ每个通道均包括2个独立斩波模块和1个控制器。

进一步，所述故障应急励磁箱为单体结构，故障应急励磁箱上设置有固定电阻及开关。

进一步，所述故障应急励磁箱内部设置有限流电阻模块。

进一步，所述励磁斩波器与主电机控制站及主电机匹配采用相关耦合电路和双通道热备份模式。

进一步，所述相关耦合电路包括：主推进电机控制站航速调节电路、工况控制电路、推进电机正反转可逆控制电路及相关保护电路。

进一步，所述双通道热备份模式，当励磁系统通道Ⅰ故障失效时热备份自动换切至通道Ⅱ，冗余耦和控制电路进行双通道协调控制；给定耦合电路用于斩波器双通道输入匹配，和改善励磁故障切换动态性能；通过冗余偶和与协调控制用以备用励磁装置热备份自动无缝切换接入。

本发明的另一目的在于一种所述大功率电机励磁装置的大功率电机励磁装置的控制方法，所述大功率电机励磁装置的控制方法，包括：

电机励磁装置采用双通道双冗余热备份模式工作，单通道满足主推进电机各工况特性的励磁电流要求；

当一个通道斩波模块故障失效时，冗余热备份功能无缝切换满足励磁工况需求，同时故障保护报警灯亮，面板显示故障代码；

当斩波模块双通道均故障失效时，励磁装置转入应急励磁工作模式；

联锁过程为：主电机工作时，励磁装置不能断开；励磁未接通时，主电机不能启动。

保护过程为：当单个斩波模块故障时，自动切除故障斩波模块，系统维持运行，同时报警提示；当两个斩波模块故障时，自动切除相应斩波模块，系统维持运行，同时报警提示；当三个以上斩波模块故障时，系统保护，自动换切至故障应急励磁模式。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明采用了故障切换和冗余热备份技术，采用先进可靠的控制模式，控制器可随时读取斩波器模块内部的变化，当斩波器模块出现故障时，模块内部控制系统将故障上报，控制器将故障模块切除出系统，不影响剩余模块的正常工作；同时控制器将故障信息发送至显示面板，面板显示故障代码；通过故障代码可清楚的了解到是哪一个模块出现故障，同时精准定位出故障部位，便于快速维修。

本发明采用左右对称组合式模块化结构，励磁装置主控箱整体采用对称设计，两个输出箱分别位于输入箱两侧，呈对称分布。这一设计整个装置受力均衡，结构更稳定；同时方便加工制造，成本相对较低。在观感上美观稳重，简洁大方，视觉感更好。励磁装置结构整体采用304不锈钢材料，能有效抵抗盐雾腐蚀，每个箱体均整体焊接，保证了机箱的机械强度。在三个箱体两两拼接处加不锈钢框架并加垫导电橡胶条，整体机械强度大幅度提高，也达到了顶部防滴(IP23)的要求。采用组合式模块化设计，斩波模块具有典型性、通用性、兼容性，缩短了装置的研发和生产周期，提高产品质量；系统组成部件也具有安装、调试、维修便利的显著特点。

本发明采用低电磁噪声设计，在电磁兼容方面，机箱大部分焊接部位均为满焊，外部拼接部位均用导电性能良好的材料填充，进风口和出风口处采用波导板，使整个箱体形成一个完整屏蔽结构，大大增强了设备的电磁兼容适应性。励磁装置在设计上都遵循了低噪声的原则。散热风机采用低噪音风机，把IGBT的开关频率调到人耳不敏感的频率段，从而使设备噪音大大降低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的大功率电机励磁装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的双通道热备份励磁斩波器原理结构示意图。

图3是本发明实施例提供的主电机励磁系统原理结构示意图。

图4是本发明实施例提供的推进电机励磁装置原理框图。

图中：1、主电机控制站；2、主控箱；3、主电机；4、故障应急励磁箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大功率电机励磁装置及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明提供的大功率电机励磁装置业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的大功率电机励磁装置仅仅是一个具体实施例而已。

如图1所示，本发明实施例提供的大功率电机励磁装置设置有主控箱2和故障应急励磁箱4。

主控箱2安装于原励磁机组位，主控箱为左右双通道对称结构，其组成结构有静止励磁通道Ⅰ(通道Ⅰ)、静止励磁通道Ⅱ(通道Ⅱ)、可逆控制电路三部份，为励磁斩波器主体结构。

斩波器主体结构基本功能单元包括：输入滤波器、斩波主电路、输出滤波器、输入给定耦合、冗余耦合控制、斩波器控制保护、故障报警等功能电路单元。依据给定设置，斩波控制器调节占空比，使输出电压(电流)稳定。输入输出滤波器用于改善斩波电路电磁兼容性能；正倒车可逆控制模块用于主推进电机正反转可逆运行控制；故障报警模块用于励磁系统故障报警。

静止励磁通道Ⅰ(通道Ⅰ)和静止励磁通道Ⅱ每个通道均包括2个独立斩波模块和1个控制器组成。

故障应急励磁箱4安装于原励磁机组启动箱部位，主要组成结构主要为限流电阻模块，用于斩波励磁故障换切至固定励磁模式时，对励磁进行限流。故障应急励磁箱4为单体结构，包括固定电阻及开关。

大功率电机励磁装置与主电机控制站1及主电机3匹配包括：

相关耦合电路，励磁斩波器与主推进电机及其控制站相关耦合电路包括：主推进电机控制站航速调节电路、工况控制电路、推进电机正反转可逆控制电路及相关保护电路。原系统中上述相关电路与励磁机组发电机励磁绕组耦合，更换励磁斩波器后原耦合方式不再适用，相关耦合电路需要适配设计。针对推进电机工况功能及主推进电机控制站与励磁斩波器匹配耦合特点，设计耦合匹配电路，功能电路经工况模拟和系泊、试验试航检验确认。其基本原理是基于工况逻辑条件和耦合技术条件实现耦合匹配。

双通道热备份模式，当励磁系统通道Ⅰ故障失效时热备份自动换切至通道Ⅱ，提高励磁系统工作可靠性，原理框图见图2。图2中冗余耦和控制电路用于双通道协调控制；给定耦合电路用于斩波器双通道输入匹配，和改善励磁故障切换动态性能。通过冗余偶和与协调控制实现备用励磁装置热备份自动无缝切换接入。

通过上述技术方案，本发明采用了故障切换和冗余热备份技术，采用先进可靠的控制模式，控制器可随时读取斩波器模块内部的变化，当斩波器模块出现故障时，模块内部控制系统将故障上报，控制器将故障模块切除出系统，不影响剩余模块的正常工作；同时控制器将故障信息发送至显示面板，面板显示故障代码；通过故障代码可清楚的了解到是哪一个模块出现故障，同时精准定位出故障部位，便于快速维修。

本发明采用左右对称组合式模块化结构，励磁装置主控箱整体采用对称设计，两个输出箱分别位于输入箱两侧，呈对称分布。这一设计整个装置受力均衡，结构更稳定；同时方便加工制造，成本相对较低。在观感上美观稳重，简洁大方，视觉感更好。励磁装置结构整体采用304不锈钢材料，能有效抵抗盐雾腐蚀，每个箱体均整体焊接，保证了机箱的机械强度。在三个箱体两两拼接处加不锈钢框架并加垫导电橡胶条，整体机械强度大幅度提高，也达到了顶部防滴(IP23)的要求。采用组合式模块化设计，斩波模块具有典型性、通用性、兼容性，缩短了装置的研发和生产周期，提高产品质量；系统组成部件也具有安装、调试、维修便利的显著特点。

本发明采用低电磁噪声设计，在电磁兼容方面，机箱大部分焊接部位均为满焊，外部拼接部位均用导电性能良好的材料填充，进风口和出风口处采用波导板，使整个箱体形成一个完整屏蔽结构，大大增强了设备的电磁兼容适应性。励磁装置在设计上都遵循了低噪声的原则。散热风机采用低噪音风机，把IGBT的开关频率调到人耳不敏感的频率段，从而使设备噪音大大降低。

本发明的工作原理为：电机励磁装置采用双通道双冗余热备份模式工作，单通道可满足主推进电机各工况特性的励磁电流要求；当一个通道斩波模块故障失效时，冗余热备份功能可无缝切换满足励磁工况需求，同时故障保护报警灯亮，面板显示故障代码；当斩波模块双通道均故障失效时，励磁装置转入应急励磁工作模式；

联锁过程为：主电机工作时，励磁装置不能断开；励磁未接通时，主电机不能启动。

保护过程为：

当单个斩波模块故障时，自动切除故障斩波模块，系统维持运行，同时报警提示；

当两个斩波模块故障时，自动切除相应斩波模块，系统维持运行，同时报警提示；

当三个以上斩波模块(含三个)故障时，系统保护，自动换切至故障应急励磁模式。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率电机励磁装置，其特征在于，所述大功率电机励磁装置设置有：

主控箱；

主控箱安装于原励磁机组位，原励磁机组启动箱部位设置有故障应急励磁箱；

主控箱设置有励磁斩波器，励磁斩波器设置有静止励磁通道Ⅰ、静止励磁通道Ⅱ、可逆控制电路。

2.如权利要求1所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述主控箱为左右双通道对称结构。

3.如权利要求1所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述斩波器包括：输入滤波器、斩波主电路、输出滤波器、输入给定耦合电路、冗余耦合控制电路、斩波器控制保护电路、故障报警电路。

4.如权利要求1所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述静止励磁通道Ⅰ和静止励磁通道Ⅱ每个通道均包括2个独立斩波模块和1个控制器。

5.如权利要求1所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述故障应急励磁箱为单体结构，故障应急励磁箱上设置有固定电阻及开关。

6.如权利要求1所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述故障应急励磁箱内部设置有限流电阻模块。

7.如权利要求1所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述励磁斩波器与主电机控制站及主电机匹配采用相关耦合电路和双通道热备份模式。

8.如权利要求7所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述相关耦合电路包括：主推进电机控制站航速调节电路、工况控制电路、推进电机正反转可逆控制电路及相关保护电路。

9.如权利要求7所述大功率电机励磁装置，其特征在于，所述双通道热备份模式，当励磁系统通道Ⅰ故障失效时热备份自动换切至通道Ⅱ，冗余耦和控制电路进行双通道协调控制；给定耦合电路用于斩波器双通道输入匹配，和改善励磁故障切换动态性能；通过冗余偶和与协调控制用以备用励磁装置热备份自动无缝切换接入。

10.一种如权利要求1～9任意一项所述大功率电机励磁装置的大功率电机励磁装置的控制方法，其特征在于，所述大功率电机励磁装置的控制方法，包括：

电机励磁装置采用双通道双冗余热备份模式工作，单通道满足主推进电机各工况特性的励磁电流要求；

当一个通道斩波模块故障失效时，冗余热备份功能无缝切换满足励磁工况需求，同时故障保护报警灯亮，面板显示故障代码；

当斩波模块双通道均故障失效时，励磁装置转入应急励磁工作模式；

联锁过程为：主电机工作时，励磁装置不能断开；励磁未接通时，主电机不能启动。

保护过程为：当单个斩波模块故障时，自动切除故障斩波模块，系统维持运行，同时报警提示；当两个斩波模块故障时，自动切除相应斩波模块，系统维持运行，同时报警提示；当三个以上斩波模块故障时，系统保护，自动换切至故障应急励磁模式。

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