WO2022121332A1 - 轴承控制器的供电控制装置、方法和磁悬浮系统 - Google Patents

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Abstract

本公开公开了一种轴承控制器的供电控制装置、方法和磁悬浮系统。该装置包括：冗余供电电源、开关模块和电源管理模块，所述开关模块与所述冗余供电电源连接；电源管理模块被配置为采集冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线电压，其中，所述轴承的工作状态包括轴承悬浮状态；以及，根据冗余供电电源的输出电压和故障信号、轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线电压，控制开关模块的开关，并控制轴承控制器所对应电机的运行状态。

Description

轴承控制器的供电控制装置、方法和磁悬浮系统
相关申请的交叉引用
本申请是以CN申请号为202011458624.X，申请日为2020年12月11日的申请为基础，并主张其优先权，该CN申请的公开内容在此作为整体引入本申请中。
技术领域
本公开属于磁悬浮系统技术领域，具体涉及一种轴承控制器的供电控制装置、方法和磁悬浮系统，尤其涉及一种磁悬浮轴承控制器的供电控制装置、具有该磁悬浮轴承控制器的供电控制装置的磁悬浮系统、以及该轴承控制器的供电控制方法。
背景技术
在磁悬浮轴承系统的电源设计中，要解决的一个最关键的可靠性问题是，如何防止正常运行的磁悬浮轴承因供电电源故障而跌落损坏。
上述内容仅用于辅助理解本公开的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本公开提供一种轴承控制器的供电控制装置，包括：冗余供电电源、开关模块和电源管理模块，所述开关模块与所述冗余供电电源连接；其中，所述电源管理模块，被配置为采集所述冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集所述轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，其中，所述轴承的工作状态包括轴承悬浮状态；以及，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关，并控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态。
在一些实施方式中，所述冗余供电电源，包括：AC-DC电源和DC-DC电源；所述AC-DC电源，设置在交流电源与所述轴承控制器之间；所述DC-DC电源，设置在所述轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线与所述轴承控制器之间；所述开关模块，设置在所述交流电源与所述AC-DC电源之间，且位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关的前端。
在一些实施方式中，所述电源管理模块，能够与所述AC-DC电源、所述轴承控制器 所对应电机的控制器、所述DC-DC电源和所述轴承控制器进行通信。
在一些实施方式中，还包括：第一单向模块和第二单向模块；其中，所述第一单向模块，设置在所述AC-DC电源与所述轴承控制器之间，以限制所述AC-DC电源向所述轴承控制器单向供电；所述第二单向模块，设置在所述DC-DC电源与所述轴承控制器之间，以限制所述DC-DC电源向所述轴承控制器单向供电。
在一些实施方式中，所述电源管理模块被配置为：在电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压在设定电压范围内的情况下，控制所述开关模块接通，以使所述AC-DC电源和所述DC-DC电源并联向所述轴承控制器供电；在交流电源掉电的情况下，控制所述开关模块保持闭合，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电；在所述轴承控制器所对应电机紧急停机的情况下，使得所述急停开关断开，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电，所述AC-DC电源也给所述轴承控制器供电，以使所述轴承控制器继续工作；其中，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，所述轴承控制器继续工作，直至所述轴承控制器所控制轴承停浮；在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，若所述磁悬浮轴承已停浮、且所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关已断开，则控制所述开关模块断开。
在一些实施方式中，所述电源管理模块被配置为在所述AC-DC电源和所述DC-DC电源中至少有一个电源故障的情况下，控制所述轴承控制器所对应电机停机。
与上述装置相匹配，本公开再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的轴承控制器的供电控制装置。
与上述磁悬浮系统相匹配，本公开再一方面提供一种轴承控制器的供电控制方法，包括：通过电源管理模块采集所述轴承控制器的冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集所述轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，其中，所述轴承的工作状态包括轴承悬浮状态；以及，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关，并控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态。
在一些实施方式中，所述冗余供电电源，包括：AC-DC电源和DC-DC电源；所述AC-DC电源，设置在交流电源与所述轴承控制器之间；所述DC-DC电源，设置在所述轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线与所述轴承控制器之间；所述开关模块，设置在 所述交流电源与所述AC-DC电源之间，且位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关的前端。
在一些实施方式中，通过电源管理模块控制所述开关模块的开关包括：在电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压在设定电压范围内的情况下，控制所述开关模块接通，以使所述AC-DC电源和所述DC-DC电源并联向所述轴承控制器供电；在交流电源掉电的情况下，控制所述开关模块保持闭合，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电；在所述轴承控制器所对应电机紧急停机的情况下，使得所述急停开关断开，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电，所述AC-DC电源也给所述轴承控制器供电，以使所述轴承控制器继续工作；其中，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，所述轴承控制器继续工作，直至所述轴承控制器所控制轴承停浮；在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，若所述磁悬浮轴承已停浮、且所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关已断开，则控制所述开关模块断开。
在一些实施方式中，通过电源管理模块控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态包括：在所述AC-DC电源和所述DC-DC电源中至少有一个电源故障的情况下，控制所述轴承控制器所对应电机停机。
根据本公开的另一个方面，提供了一种电源管理模块，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如前所述的方法。
根据本公开的另一个方面，提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，其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如前所述的方法。
本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。
下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本公开的轴承控制器的供电控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为一种磁悬浮轴承供电系统的一实施例的结构示意图；
图3为本公开的磁悬浮轴承供电系统的一实施例的结构示意图；
图4为本公开的轴承供电系统的一实施例的控制流程示意图；
图5为本公开的电源管理模块的一实施例的控制流程图。
图6为本公开的轴承控制器的供电控制方法的一实施例的流程示意图；
图7为本公开的方法中控制所述开关模块的开关的一实施例的流程示意图；
图8为根据本公开一些实施例的电源管理模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开具体实施例及相应的附图对本公开技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开的目的之一在于，提供一种轴承控制器的供电控制装置、方法和磁悬浮系统，以解决正常运行的磁悬浮轴承会因供电电源故障而跌落损坏的问题，达到通过对AC-DC(Alternating Current-Direct Current，交流-直流)电源和DC-DC(Direct Current-Direct Current，直流-直流)电源的冗余供电方式进行控制，能够避免正常运行的磁悬浮轴承会因供电电源故障而跌落损坏的效果。
根据本公开的实施例，提供了一种轴承控制器的供电控制装置。参见图1所示本公开的装置的一实施例的结构示意图。该轴承控制器的供电控制装置可以包括：冗余供电电源、开关模块(如开关K)和电源管理模块。所述电源管理模块，能够与所述冗余供电电源、所述轴承控制器和所述轴承控制器所属的电机进行通信。
所述电源管理模块被配置为采集所述冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集所述轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压。例如，轴承的工作状态包括轴承的轴承悬浮状态。
所述电源管理模块还被配置为根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关，并控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态。
由此，通过根据冗余供电电源的输出电压和故障信号、以及轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态，控制开关模块的开关，并在冗余供电电源发生故障的情况下控制所述轴承控制器所属电机停机，提高了供电可靠性，保证了在拍急停、外部供电失效等任何情况下，轴承控制器供电的可靠性及安全性；解决了在压缩机拍急停、外部供电失效等任何情况下，轴承控制器供电可靠性及安全性的问题，进而达到了提供轴承控制器供电可靠性的技术效 果。
在一些实施方式中，所述冗余供电电源包括：AC-DC电源和DC-DC电源。所述AC-DC电源设置在交流电源与所述轴承控制器之间。所述DC-DC电源设置在所述轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线与所述轴承控制器之间。所述开关模块设置在所述交流电源与所述AC-DC电源之间，且位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关的前端(即位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关靠近交流电源的一端)。所述轴承控制器所对应电机的控制器，如变频器，包括：急停开关S、三相整流桥和三相逆变器。电源管理模块分别与AC-DC电源、DC-DC电源、轴承控制器和变频器连接。电网输入的交流电，通过急停开关S、三相整流桥和三相逆变桥后连接至电机。
例如，磁悬浮轴承控制器供电系统由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供，增加一个电源管理模块，增加一路可控开关K，其中一路可控开关K位于变频器急停开关S的前端，AC-DC电源通过可控开关K的开合来从市电取电。电机的急停开关S设置在可控开关K的后端，这种设计保证了在电机高速运行时突然断电或者拍急停制动时，即使供电装置无法通过能量回馈给轴承控制器供电，也可以通过AC-DC电源给轴承控制器供电，避免了因DC-DC电源故障导致轴承控制器供电异常，致使轴承跌落损坏的问题。
在一些实施方式中，所述电源管理模块能够与所述AC-DC电源、所述轴承控制器所对应电机的控制器、所述DC-DC电源和所述轴承控制器进行通信。
例如，电源管理模块分别与AC-DC电源、DC-DC电源、轴承控制器、电机进行通信，其中电源管理模块实时读取AC-DC电源和DC-DC电源的输出电压、故障信号以及轴承控制器检测的轴承悬浮状态，并以这些信息为条件来控制可控开关K，且在AC-DC电源或DC-DC电源发生故障时，通过通信给电机发送停转指令，使其停止旋转。
在一些实施方式中，所述的轴承控制器的供电控制装置还包括：第一单向模块(如二极管D 1)和第二单向模块(如二极管D 2)。
所述第一单向模块设置在所述AC-DC电源与所述轴承控制器之间，以限制所述AC-DC电源向所述轴承控制器单向供电。
所述第二单向模块设置在所述DC-DC电源与所述轴承控制器之间，以限制所述DC-DC电源向所述轴承控制器单向供电。
例如，该磁悬浮轴承开关电源装置主要由电源管理模块、AC-DC电源、DC-DC电源、变频器、磁悬浮轴承及控制器、整流二极管D 1及D 2、可控开关K、急停开关S等组成。
在一些实施方式中，所述电源管理模块，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信 号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关。
所述电源管理模块具体还被配置为在电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压在设定电压范围内的情况下，控制所述开关模块接通，以使所述AC-DC电源和所述DC-DC电源并联向所述轴承控制器供电。需要说明的是，该设定电压范围可以根据实际需要或实际情况来设定。例如，该设定电压范围为400V至750V。当然，本领域技术人员能够理解，该设定电压范围仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。
例如，AC-DC电源通过常闭可控开关K从交流电引入。开关K的关断是由电源管理模块发出的控制指令来决定。当变频器直流母线电压正常时：磁悬浮轴承系统正常工作，电机控制器处于正向驱动状态，电机正常平稳运行。此时直流母线电压稳定，其电压值Ub在DC-DC电源的允许输入范围内，直流母线电压直接提供给DC-DC电源用于磁悬浮轴承的控制。与此同时，电源管理模块保证开关K闭合。开关K闭合后，外部交流市电给AC-DC电源供电。故，轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供，形成冗余供电装置。
所述电源管理模块具体还被配置为在交流电源掉电的情况下，控制所述开关模块保持闭合，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电。
例如，在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当外部市电供电掉电时：电源管理模块保持开关K闭合，电机能量回馈通过DC-DC电源给轴承控制器供电。
所述电源管理模块具体还被配置为在所述轴承控制器所对应电机紧急停机的情况下，使得所述急停开关断开，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电，所述AC-DC电源也给所述轴承控制器供电，以使所述轴承控制器继续工作。其中，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，所述轴承控制器继续工作，直至所述轴承控制器所控制轴承停浮。
例如，在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当电机紧急停机时：急停开关S断开，此时变频器交流输入断电。若此时DC-DC电源正常工作，则既可以按照电机能量回馈路径直接从直流母线电压取电，又可以直接从AC-DC电源处取电，用来维持磁悬浮轴承继续工作，直至停浮。若DC-DC电源出现故障或者能量回馈失效，则通过AC-DC电源输出的电压来维持磁悬浮轴承正常工作。这也就实现了 在电机高速运行时突然断电的情况下仍能保持轴的悬浮直到轴停止旋转的功能，避免了整个系统的损坏。
所述电源管理模块具体还被配置为在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，若所述磁悬浮轴承已停浮、且所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关已断开，则控制所述开关模块断开。
例如，在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当电源管理模块检测到磁悬浮轴承已经停浮且急停开关S断开时，即发送断开指令控制开关K断开，进而给轴承控制器断电，避免控制器长期通电。
在一些实施方式中，所述电源管理模块，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态(即在所述冗余供电电源发生故障的情况下控制所述轴承控制器所属电机停机)，包括：在所述AC-DC电源和所述DC-DC电源中至少有一个电源故障的情况下，控制所述轴承控制器所对应电机停机。
例如，当电源管理模块接收到AC-DC电源或DC-DC电源的故障信息时，则立刻发送电机停转指令，使电机停止旋转，进一步提高系统的可靠性。
经大量的试验验证，采用本公开的技术方案，通过在变频器的急停开关前端设置开关，以控制AC-DC电源的开关；并通过电源管理模块对AC-DC电源、DC-DC电源变频器和轴承控制器进行管理，实现对AC-DC电源和DC-DC电源的冗余供电方式进行控制，能够避免正常运行的磁悬浮轴承会因供电电源故障而跌落损坏。
根据本公开的实施例，还提供了对应于轴承控制器的供电控制装置的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以包括：以上所述的轴承控制器的供电控制装置。
在已知的相关技术的一些方案中，通过磁悬浮轴承多重冗余供电装置，配合使用变频器及电源不间断切换装置，实现对电磁轴承的多重冗余供电。但这种方案存在一些不足，比如：一是，电源不间断切换状态较为复杂，控制难度较大；二是，UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)电源增加了系统成本，且电池使用寿命有限，需定时更换。
图2为一种磁悬浮轴承供电系统的一实施例的结构示意图。如图2所示，磁悬浮轴承供电系统包括：三相整流桥、三相逆变桥、DC-DC电源、AC-DC电源、轴承控制器、二极管D 1和二极管D 2。电网输入的交流电经三相整流桥和三相逆变桥后连接至电机。三相整流桥输出的母线电压还经DC-DC电源和轴承控制器后连接至轴承。电网输入的交流电还经AC-DC电源和轴承控制器后连接至轴承。二极管D 1设置在AC-DC电源的正极与 轴承控制器之间，二极管D 2设置在DC-DC电源的正极与轴承控制器之间。
另一些方案中，轴承供电系统由AC-DC电源和DC-DC电源共同组成，如图2所示。该方案虽能为磁悬浮轴承提供冗余保护，但也存在弊端：外部供电正常时，无法对轴承控制器进行断电，损耗高，且存在一定的安全隐患，危险性较高；在电机拍急停紧急停机时，AC-DC电源掉电，若此时能量回馈失效或DC-DC电源损坏，存在较高的风险。
在一些实施方式中，为进一步提高系统的安全性与可靠性，本公开的方案，提出一种磁悬浮轴承供电系统及控制方法，解决了在拍急停紧急停机情况下，因能量回馈失效或DC-DC电源故障使得磁悬浮轴承发生跌落损坏的问题；解决了外部供电正常的情况下，AC-DC电源无法断电，导致损耗高，且存在一定的安全隐患的问题。
在一些实施方式中，本公开的方案提出的磁悬浮轴承开关电源装置，主要由电源管理模块、AC-DC电源、DC-DC电源、变频器、磁悬浮轴承及控制器、整流二极管D 1及D 2、可控开关K、急停开关S等组成。
电源管理模块分别与AC-DC电源、DC-DC电源、轴承控制器、电机进行通信，其中电源管理模块实时读取AC-DC电源和DC-DC电源的输出电压、故障信号以及轴承控制器检测的轴承悬浮状态，并以这些信息为条件来控制可控开关K，且在AC-DC电源或DC-DC电源发生故障时，通过通信给电机发送停转指令，使其停止旋转。
此外，本公开的方案中，电机的急停开关S设置在可控开关K的后端，这种设计保证了在电机高速运行时突然断电或者拍急停制动时，即使供电装置无法通过能量回馈给轴承控制器供电，也可以通过AC-DC电源给轴承控制器供电，避免了因DC-DC电源故障导致轴承控制器供电异常，致使轴承跌落损坏的问题。
这样，通过本公开的方案提出的一种涵盖配合可控开关K和电源管理模块的供电系统及控制方法，提高了供电可靠性，保证了在拍急停、外部供电失效等任何情况下，轴承控制器供电的可靠性及安全性；解决了在压缩机拍急停、外部供电失效等任何情况下，轴承控制器供电可靠性及安全性的问题，进而达到了提供轴承控制器供电可靠性的技术效果。
图3为本公开的磁悬浮轴承供电系统的一实施例的结构示意图。如图3所示，变频器、开关K、AC-DC电源、DC-DC电源、电源管理模块、二极管D 1、二极管D 2和电源管理模块。变频器包括：急停开关S、三相整流桥和三相逆变器。电源管理模块分别与AC-DC电源、DC-DC电源、轴承控制器和变频器连接。电网输入的交流电通过急停开关S、三相整流桥和三相逆变桥后连接至电机。电网输入的交流电还经过开关K、AC-DC电源和轴承控制器后连接至轴承。电源管理模块还连接至开关K，电源管理模块还连接至AC- DC电源与轴承控制器之间的电源线。三相整流桥与三相逆变桥之间的电源线经DC-DC电源连接至轴承控制器。二极管D 1设置在AC-DC电源的正极与轴承控制器之间，二极管D 2设置在DC-DC电源的正极与轴承控制器之间。
在图3所示的例子中，磁悬浮轴承控制器供电系统由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供，增加一个电源管理模块，增加一路可控开关K，其中一路可控开关K位于变频器急停开关S的前端，AC-DC电源通过可控开关K的开合来从市电取电。
这样，通过本公开的方案提出的一种供电系统及控制方法，AC-DC电源从变频器急停开关S的前端，通过开关K引电，既避免了在拍急停或者电机高速运行突然断电的情况下，因DC-DC电源故障导致轴承跌落损坏的问题，提高了系统的可靠性，又通过控制开关K，避免了外部市电供电正常时，AC-DC电源和轴承控制器无法断电的问题，提高了安全性。
图4为本公开的轴承供电系统的一实施例的控制流程示意图。
AC-DC电源通过常闭可控开关K从交流电引入。开关K的关断是由电源管理模块发出的控制指令来决定，具体实施流程如图4所示。如图4所示，轴承供电系统的控制流程，包括步骤1至5。
步骤1、在磁悬浮系统上电的情况下，判断变频器的直流母线电压是否正常，若正常，则执行步骤2；若不正常，则使电机的能量回馈至DC-DC电源。
步骤2、当变频器直流母线电压正常(变频器直流母线电压为315V左右为正常)时：磁悬浮轴承系统正常工作，电机控制器处于正向驱动状态，电机正常平稳运行。此时直流母线电压稳定，其电压值Ub在DC-DC电源的允许输入范围内，直流母线电压直接提供给DC-DC电源用于磁悬浮轴承的控制。
与此同时，电源管理模块保证开关K闭合。由图3可知，开关K闭合后，外部交流市电给AC-DC电源供电。故，轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供，形成冗余供电装置。
步骤3、在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当外部市电供电掉电时：电源管理模块保持开关K闭合，电机能量回馈通过DC-DC电源给轴承控制器供电。当外部市电供电掉电时，电机控制器断电。
步骤4、在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当电机紧急停机时：急停开关S断开，此时变频器交流输入断电。电机紧急停机时，会拍急停开关。
若此时DC-DC电源正常工作，则既可以按照电机能量回馈路径直接从直流母线电压取电，又可以直接从AC-DC电源处取电，用来维持磁悬浮轴承继续工作，直至停浮。
若DC-DC电源出现故障或者能量回馈失效，则通过AC-DC电源输出的电压来维持磁悬浮轴承正常工作。这也就实现了在电机高速运行时突然断电的情况下仍能保持轴的悬浮直到轴停止旋转的功能，避免了整个系统的损坏。
步骤5、在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当电源管理模块检测到磁悬浮轴承已经停浮且急停开关S断开时，即发送断开指令控制开关K断开，进而给轴承控制器断电，避免控制器长期通电，也可以参见图5所示的例子。磁悬浮轴承控制器和电机变频器会依据通信分别将轴承悬浮状态和急停开关S的开断状态实时发送至电源管理模块。
此外，当电源管理模块接收到AC-DC电源或DC-DC电源的故障信息时，则立刻发送电机停转指令，使电机停止旋转，进一步提高系统的可靠性，也可以参见图5所示的例子。电源管理模块依据通信实时接收AC-DC电源或DC-DC电源的故障信息。
由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本公开的技术方案，通过在变频器的急停开关前端设置开关，以控制AC-DC电源的开关；并通过电源管理模块对AC-DC电源、DC-DC电源变频器和轴承控制器进行管理，实现对AC-DC电源和DC-DC电源的冗余供电方式进行控制，解决了在拍急停紧急停机情况下，因能量回馈失效或DC-DC电源故障使得磁悬浮轴承发生跌落损坏的问题，提升了磁悬浮系统的供电可靠性。
根据本公开的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的一种轴承控制器的供电控制方法，如图6所示本公开的方法的一实施例的流程示意图。该轴承控制器的供电控制方法可以包括：步骤S110和步骤S120。
步骤S110，通过电源管理模块采集所述轴承控制器的冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集所述轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压。例如，轴承的工作状态包括轴承悬浮状态。
步骤S120，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关，并控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态。
这里，设置冗余供电电源、开关模块(如开关K)和电源管理模块，所述电源管理模块，能够与所述冗余供电电源、所述轴承控制器和所述轴承控制器所属的电机进行通信。通过根据冗余供电电源的输出电压和故障信号、以及轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态，控制开关模块的开关，并在冗余供电电源发生故障的情况下控制所述轴承控制器所属电机停机，提高了供电可靠性，保证了在拍急停、外部供电失效等任何情况下，轴承控制器供电的可靠性及安全性；解决了在压缩机拍急停、外部供电失效等任何情况下，轴承控制器供电可靠性及安全性的问题，进而达到了提供轴承控制器供电可靠性的技术效果。
在一些实施方式中，所述冗余供电电源，包括：AC-DC电源和DC-DC电源。所述AC-DC电源设置在交流电源与所述轴承控制器之间。所述DC-DC电源设置在所述轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线与所述轴承控制器之间。所述开关模块设置在所述交流电源与所述AC-DC电源之间，且位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关的前端(即位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关靠近交流电源的一端)。例如，所述轴承控制器所对应电机的控制器为变频器。变频器，包括：急停开关S、三相整流桥和三相逆变器。电源管理模块，分别与AC-DC电源、DC-DC电源、轴承控制器和变频器连接。电网输入的交流电通过急停开关S、三相整流桥和三相逆变桥后连接至电机。
例如，磁悬浮轴承控制器供电系统由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供，增加一个电源管理模块，增加一路可控开关K，其中一路可控开关K位于变频器急停开关S的前端，AC-DC电源通过可控开关K的开合来从市电取电。电机的急停开关S设置在可控开关K的后端，这种设计保证了在电机高速运行时突然断电或者拍急停制动时，即使供电方法无法通过能量回馈给轴承控制器供电，也可以通过AC-DC电源给轴承控制器供电，避免了因DC-DC电源故障导致轴承控制器供电异常，致使轴承跌落损坏的问题。
在一些实施方式中，步骤S120中通过电源管理模块，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图7所示本公开的方法中控制所述开关模块的开关的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中控制所述开关模块的开关的具体过程，包括：步骤S210至步骤S240。
步骤S210，在电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压在设定电压范围内的情况下，控制所述开关模块接通，以使所述AC-DC电源和所述DC-DC电源并联向所述轴承控制器供电。
例如，AC-DC电源通过常闭可控开关K从交流电引入。开关K的关断是由电源管理模块发出的控制指令来决定。当变频器直流母线电压正常时：磁悬浮轴承系统正常工作，电机控制器处于正向驱动状态，电机正常平稳运行。此时直流母线电压稳定，其电压值Ub在DC-DC电源的允许输入范围内，直流母线电压直接提供给DC-DC电源用于磁悬浮轴承的控制。与此同时，电源管理模块保证开关K闭合。开关K闭合后，外部交流市电给AC-DC电源供电。故，轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供，形成冗余供电方法。
步骤S220，在交流电源掉电的情况下，控制所述开关模块保持闭合，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电。
具体地，在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当外部市电供电掉电时：电源管理模块保持开关K闭合，电机能量回馈通过DC-DC电源给轴承控制器供电。
步骤S230，在所述轴承控制器所对应电机紧急停机的情况下，所述急停开关断开，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电，所述AC-DC电源也给所述轴承控制器供电，以使所述轴承控制器继续工作。其中，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，所述轴承控制器继续工作，直至所述轴承控制器所控制轴承停浮。
例如，在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当电机紧急停机时：急停开关S断开，此时变频器交流输入断电。若此时DC-DC电源正常工作，则既可以按照电机能量回馈路径直接从直流母线电压取电，又可以直接从AC-DC电源处取电，用来维持磁悬浮轴承继续工作，直至停浮。若DC-DC电源出现故障或者能量回馈失效，则通过AC-DC电源输出的电压来维持磁悬浮轴承正常工作。这也就实现了在电机高速运行时突然断电的情况下仍能保持轴的悬浮直到轴停止旋转的功能，避免了整个系统的损坏。
步骤S240，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，若所述磁悬浮轴承已停浮、且所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关已断开，则控制所述开关模块断开。
具体地，在轴承控制器的供电电压由AD-DC电源与DC-DC电源并联提供的情况下，当电源管理模块检测到磁悬浮轴承已经停浮且急停开关S断开时，即发送断开指令控制开关K断开，进而给轴承控制器断电，避免控制器长期通电。
在一些实施方式中，步骤S120中通过电源管理模块，根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态(即在所述冗余供电电源发生故障的情况下控制所述轴承控制器所属电机停机)，包括：在所述AC-DC电源和所述DC-DC电源中至少有一个电源故障的情况下，控制所述轴承控制器所对应电机停机。
具体地，当电源管理模块接收到AC-DC电源或DC-DC电源的故障信息时，则立刻发送电机停转指令，使电机停止旋转，进一步提高系统的可靠性。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在变频器的急停开关前端设置开关，以控制AC-DC电源的开关；并通过电源管理模块对AC-DC电源、DC-DC电源变频器和轴承控制器进行管理，实现对AC-DC电源和DC-DC电源的冗余供电方式进行控制，解决了外部供电正常的情况下，AC-DC电源无法断电，导致损耗高，且存在一定的安全隐患的问题，提升了磁悬浮系统的供电可靠性。
图8为根据本公开一些实施例的电源管理模块的结构示意图。该电源管理模块包括存储器810和处理器820。其中：
存储器810可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储图4至图7中的至少一个所对应实施例中的指令。
处理器820耦接至存储器810，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器820用于执行存储器中存储的指令，通过对AC-DC电源、DC-DC电源变频器和轴承控制器进行管理，实现对AC-DC电源和DC-DC电源的冗余供电方式进行控制，解决了外部供电正常的情况下，AC-DC电源无法断电，导致损耗高，且存在一定的安全隐患的问题，提升了磁悬浮系统的供电可靠性。
在一些实施例中，本公开还提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图4至图7中的至少一个所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的 计算机可用非瞬时性存储介质(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。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本公开的实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求范围之内。

Claims (13)

  1. 一种轴承控制器的供电控制装置，包括：冗余供电电源、开关模块和电源管理模块，所述开关模块与所述冗余供电电源连接；其中，
    所述电源管理模块，被配置为采集所述冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集所述轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，其中，所述轴承的工作状态包括轴承悬浮状态；以及根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关，并控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态。
  2. 根据权利要求1所述的轴承控制器的供电控制装置，其中，所述冗余供电电源，包括：AC-DC电源和DC-DC电源；
    所述AC-DC电源设置在交流电源与所述轴承控制器之间；
    所述DC-DC电源设置在所述轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线与所述轴承控制器之间；
    其中，所述开关模块设置在所述交流电源与所述AC-DC电源之间，且位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关的前端。
  3. 根据权利要求2所述的轴承控制器的供电控制装置，其中，所述电源管理模块能够与所述AC-DC电源、所述轴承控制器所对应电机的控制器、所述DC-DC电源和所述轴承控制器进行通信。
  4. 根据权利要求2所述的轴承控制器的供电控制装置，还包括：第一单向模块和第二单向模块；其中，
    所述第一单向模块设置在所述AC-DC电源与所述轴承控制器之间，以限制所述AC-DC电源向所述轴承控制器单向供电；
    所述第二单向模块设置在所述DC-DC电源与所述轴承控制器之间，以限制所述DC-DC电源向所述轴承控制器单向供电。
  5. 根据权利要求2至4中任一项所述的轴承控制器的供电控制装置，其中，
    所述电源管理模块被配置为：在电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压在设定电压范围内的情况下，控制所述开关模块接通，以使所述AC-DC电源和所述DC-DC电源并联向所述轴承控制器供电；
    在交流电源掉电的情况下，控制所述开关模块保持闭合，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电；
    在所述轴承控制器所对应电机紧急停机的情况下，使得所述急停开关断开，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电，所述AC-DC电源也给所述轴承控制器供电，以使所述轴承控制器继续工作；其中，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，所述轴承控制器继续工作，直至所述轴承控制器所控制轴承停浮；
    在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，若所述磁悬浮轴承已停浮、且所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关已断开，则控制所述开关模块断开。
  6. 根据权利要求2至4中任一项所述的轴承控制器的供电控制装置，其中，所述电源管理模块被配置为在所述AC-DC电源和所述DC-DC电源中至少有一个电源故障的情况下，控制所述轴承控制器所对应电机停机。
  7. 一种磁悬浮系统，包括：如权利要求1至6中任一项所述的轴承控制器的供电控制装置。
  8. 一种轴承控制器的供电控制方法，包括：
    通过电源管理模块采集所述轴承控制器的冗余供电电源的输出电压和故障信号，采集所述轴承控制器所控制轴承的工作状态，并采集电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，其中，所述轴承的工作状态包括轴承悬浮状态；以及，
    根据所述冗余供电电源的输出电压和故障信号、所述轴承控制器所控制轴承的轴承悬浮状态、以及电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压，控制所述开关模块的开关，并控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态。
  9. 根据权利要求8所述的轴承控制器的供电控制方法，其中，所述冗余供电电源 包括：AC-DC电源和DC-DC电源；
    所述AC-DC电源设置在交流电源与所述轴承控制器之间；
    所述DC-DC电源设置在所述轴承控制器所对应电机的控制器的直流母线与所述轴承控制器之间；
    其中，所述开关模块设置在所述交流电源与所述AC-DC电源之间，且位于所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关的前端。
  10. 根据权利要求8或9所述的轴承控制器的供电控制方法，其中，通过电源管理模块控制所述开关模块的开关包括：
    在电机控制器输出给轴承控制器的直流母线电压在设定电压范围内的情况下，控制所述开关模块接通，以使所述AC-DC电源和所述DC-DC电源并联向所述轴承控制器供电；
    在交流电源掉电的情况下，控制所述开关模块保持闭合，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电；
    在所述轴承控制器所对应电机紧急停机的情况下，使得所述急停开关断开，所述轴承控制器所对应电机的能量回馈并通过所述DC-DC电源给所述轴承控制器供电，所述AC-DC电源也给所述轴承控制器供电，以使所述轴承控制器继续工作；其中，在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，所述轴承控制器继续工作，直至所述轴承控制器所控制轴承停浮；
    在所述轴承控制器所控制轴承为磁悬浮轴承的情况下，若所述磁悬浮轴承已停浮、且所述轴承控制器所对应电机的控制器中急停开关已断开，则控制所述开关模块断开。
  11. 根据权利要求8或9所述的轴承控制器的供电控制方法，其中，通过电源管理模块控制所述轴承控制器所对应电机的运行状态包括：
    在所述AC-DC电源和所述DC-DC电源中至少有一个电源故障的情况下，控制所述轴承控制器所对应电机停机。
  12. 一种电源管理模块，包括：
    存储器；以及
    耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令 执行如权利要求8至11任意一项所述的方法。
  13. 一种非瞬时性计算机可读存储介质，其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如权利要求8至11任意一项所述的方法。
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