一种用于控制磁悬浮电动机的方法及系统

文档序号:938433 发布日期:2021-03-05 浏览:33次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于控制磁悬浮电动机的方法及系统 (Method and system for controlling magnetic suspension motor ) 是由 何亚屏 张哲� 张少云 成正林 秦灿华 邓明 韩志成 奥恩 张志� 文亮 杨卓 于 2019-08-30 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种用于控制磁悬浮电动机的方法及系统,包括:在发生网压跌落现象时,实时采集并检测直流母线电压和/或磁悬浮电动机的反馈转速,基于此,确定当前网压跌落现象的类型;根据网压跌落现象类型,自适应的生成与网压跌落现象类型相符的应对驱动指令;变频器利用应对驱动指令对所述直流母线电压进行电压闭环控制、以及对磁悬浮电动机的实时转速进行速度闭环控制,使得磁悬浮电动机在获得经电压闭环控制后的输入电压信号的控制下避免欠压故障而安全运转或受控停机。本发明增强了磁悬浮电动机的电网适应性,并在网压跌落时对磁悬浮电机轴承进行了保护,延长该设备使用寿命。(The invention discloses a method and a system for controlling a magnetic suspension motor, comprising the following steps: when the network voltage drop phenomenon occurs, acquiring and detecting the direct current bus voltage and/or the feedback rotating speed of the magnetic suspension motor in real time, and determining the type of the current network voltage drop phenomenon based on the direct current bus voltage and/or the feedback rotating speed; according to the network voltage drop phenomenon type, a coping drive instruction which is consistent with the network voltage drop phenomenon type is generated in a self-adaptive manner; the frequency converter performs voltage closed-loop control on the direct current bus voltage by using the coping drive instruction and performs speed closed-loop control on the real-time rotating speed of the magnetic suspension motor, so that the magnetic suspension motor can avoid undervoltage fault and safely operate or be controlled to stop under the control of obtaining an input voltage signal after voltage closed-loop control. The invention enhances the power grid adaptability of the magnetic suspension motor, protects the magnetic suspension motor bearing when the network voltage drops, and prolongs the service life of the device.)

一种用于控制磁悬浮电动机的方法及系统

技术领域

本发明涉及光电机控制技术领域,具体地说,是涉及一种用于在网压跌落时控制磁悬浮电动机的方法及系统。

背景技术

网压跌落问题已成为影响许多用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题之一。恶劣的天气(如雷击、暴风雨等)、系统故障(如系统单相对地故障等)以及一些大负荷(如大电机、炼钢电弧炉等)突然启动时,伴随的电流严重畸变现象等等都会引起网压跌落,这些非人力所能及的因素导致的设备不正常工作或者故障要想从根本上解决就需要针对这种特殊情况对设备进行合理的控制,使其安全度过网压跌落期。

对于磁悬浮电动机这类比较昂贵用电设备,厂家或用户往往都是通过变频器软启动磁悬浮电动机,变频驱动磁悬浮电动机并保障其正常运行。但磁悬浮电动机对网压跌落比较敏感,当网压跌落造成变频器故障停机时,磁悬浮电动机则失去变频器的控制,其磁悬浮轴承会触碰、摩擦电机内壁而导致电机损坏。特别是,当在网压跌落期间,磁悬浮电动机仍处于高速状态时,常规变频驱动磁悬浮电动机将以欠压故障形式使磁悬浮电动机停机,此时,非受控状态下故障停机会极大地损坏磁悬浮轴承,影响使用寿命。

目前,针对网压跌落这一非人力所能及的因素导致的设备不正常工作或者故障,变频器往往会以欠压故障形式使磁悬浮电动机停机。并且,现有技术中并未对磁悬浮电动机进行控制使其平稳度过这段网压跌落期的相关技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要给出一种网压跌落时对磁悬浮电动机控制策略,使其可在网压持续跌落时保障磁悬浮电动机处于安全状态,使得磁悬浮电动机设备能安全度过网压跌落期,增强其电网适应性和可靠性。

为了解决上述技术问题,为了本发明提供了一种用于控制磁悬浮电动机的方法,包括:步骤一、在发生网压跌落现象时,实时采集并检测直流母线电压和/或磁悬浮电动机的反馈转速,基于此,确定当前网压跌落现象的类型;步骤二、根据网压跌落现象类型,自适应地生成与网压跌落现象类型相符的应对驱动指令;步骤三,变频器利用所述应对驱动指令对所述直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与所述变频器连接的所述磁悬浮电动机的实时转速进行速度闭环控制,使得所述磁悬浮电动机在获得经所述电压闭环控制后的输入电压信号的控制下避免欠压故障而安全运转或受控停机。

优选地,在步骤二中,包括:当所述网压跌落现象类型为短时不可恢复时,生成含有预设减速速率和最小运行速度信息的减速驱动控制指令,以使得所述变频器利用所述减速驱动控制指令分别进行所述电压闭环控制和所述速度闭环控制,从而控制所述磁悬浮电动机以所述减速速率进行减速运转;进一步在检测到所述反馈转速达到所述最小运行速度时,生成封脉冲驱动控制指令,以使得所述变频器利用所述封脉冲驱动控制指令分别进行所述电压闭环控制和所述速度闭环控制,从而控制所述磁悬浮电动机受控停机。

优选地,在步骤二中,还包括:当所述网压跌落现象类型为短时可恢复时,生成低电压穿越驱动控制指令,以使得所述变频器利用所述低电压穿越驱动控制指令分别进行所述电压闭环控制和所述速度闭环控制,从而控制所述磁悬浮电动机低速安全运转。

优选地,在所述步骤一中,若所述直流母线电压低于预设的直流母线安全电压阈值,并且所述直流母线电压在预设的母线安全电压维持时间阈值内无法维持在所述直流母线安全电压阈值,则判断当前网压跌落现象的类型为短时不可恢复状态;若所述直流母线电压低于所述直流母线安全电压阈值,并且所述直流母线电压在所述母线安全电压维持时间阈值内能够维持在所述直流母线安全电压阈值或抬升至所述直流母线安全电压阈值以上,则判断当前网压跌落现象的类型为短时可恢复状态。

优选地,在所述步骤一中,还包括:在当前未发生网压跌落现象时,生成正常运行指令,使得所述变频器在所述正常运行指令的指示下,继续按照原有控制策略驱动所述磁悬浮电动机运转。

本发明还提供了一种用于控制磁悬浮电动机的系统,所述系统利用上述所述的方法实现在网压跌落时避免磁悬浮电动机因欠压故障而损坏的保护功能,所述系统包括:网压跌落保护控制装置,其用于在发生网压跌落现象时,实时采集并检测直流母线电压和/或磁悬浮电动机的反馈转速,基于此,确定当前网压跌落现象的类型,而后根据网压跌落现象类型,自适应地生成与网压跌落现象类型相符的应对驱动指令;变频器,其与所述网压跌落保护控制装置连接,用于利用所述应对驱动指令对所述直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与所述变频器连接的所述磁悬浮电动机的实时转速进行速度闭环控制,使得所述磁悬浮电动机在获得经所述电压闭环控制后的输入电压信号的控制下避免欠压故障而安全运转或受控停机。

优选地,所述网压跌落保护控制装置包括:第一策略生成模块,其中,所述第一策略生成模块,其用于当所述网压跌落现象类型为短时不可恢复时,生成含有预设减速速率和最小运行速度信息的减速驱动控制指令,以使得所述变频器利用所述减速驱动控制指令分别进行所述电压闭环控制和所述速度闭环控制,从而控制所述磁悬浮电动机以所述减速速率进行减速运转,进一步在检测到所述反馈转速达到所述最小运行速度时,生成封脉冲驱动控制指令,以使得所述变频器利用所述封脉冲驱动控制指令分别进行所述电压闭环控制和所述速度闭环控制,从而控制所述磁悬浮电动机受控停机。

优选地,所述网压跌落保护控制装置还包括:第二策略生成模块,其中,所述第二策略生成模块,其用于当所述网压跌落现象类型为短时可恢复时,生成低电压穿越驱动控制指令,以使得所述变频器利用所述低电压穿越驱动控制指令分别进行所述电压闭环控制和所述速度闭环控制,从而控制所述磁悬浮电动机低速安全运转。

优选地,所述网压跌落保护控制装置,还包括:网压跌落类型识别模块,其用于确定当前网压跌落现象的类型,其中,若所述直流母线电压低于预设的直流母线安全电压阈值,并且所述直流母线电压在预设的母线安全电压维持时间阈值内无法维持在所述直流母线安全电压阈值,则判断当前网压跌落现象的类型为短时不可恢复状态;进一步,

若所述直流母线电压低于所述直流母线安全电压阈值,并且所述直流母线电压在所述母线安全电压维持时间阈值内能够维持在所述直流母线安全电压阈值或抬升至所述直流母线安全电压阈值以上,则判断当前网压跌落现象的类型为短时可恢复状态。

优选地,所述网压跌落类型识别模块,其还用于在当前未发生网压跌落现象时,生成正常运行指令,使得所述变频器在所述正常运行指令的指示下,继续按照原有控制策略驱动所述磁悬浮电动机运转。

与现有技术相比,上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果:

本发明提出了一种用于在网压跌落时控制磁悬浮电动机的方法和系统,通过引入网压跌落保护控制装置的方式,利用该装置可根据当前网压状况自适应选择网压跌落期的磁悬浮电动机控制策略,并可以由网压的恢复情况无缝切换控制方式。本发明所提出的网压跌落时磁悬浮电动机控制策略,增强了磁悬浮电动机的电网适应性,并在网压跌落时对磁悬浮电机轴承进行了保护,延长磁悬浮电动机使用寿命。

本发明的其他优点、目标,和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书,权利要求书,以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例共同用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的方法的步骤图。

图2为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的方法的具体流程图。

图3为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的方法中网压跌落时变频器对磁悬浮电动机的控制原理示意图。

图4为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

网压跌落问题已成为影响许多用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题之一。恶劣的天气(如雷击、暴风雨等)、系统故障(如系统单相对地故障等)以及一些大负荷(如大电机、炼钢电弧炉等)突然启动时,伴随的电流严重畸变现象等等都会引起网压跌落,这些非人力所能及的因素导致的设备不正常工作或者故障要想从根本上解决就需要针对这种特殊情况对设备进行合理的控制,使其安全度过网压跌落期。

对于磁悬浮电动机这类比较昂贵用电设备,厂家或用户往往都是通过变频器软启动磁悬浮电动机,变频驱动磁悬浮电动机并保障其正常运行。但磁悬浮电动机对网压跌落比较敏感,当网压跌落造成变频器故障停机时,磁悬浮电动机则失去变频器的控制,其磁悬浮轴承会触碰、摩擦电机内壁而导致电机损坏。特别是,当在网压跌落期间,磁悬浮电动机仍处于高速状态时,常规变频驱动磁悬浮电动机将以欠压故障形式使磁悬浮电动机停机,此时,非受控状态下故障停机会极大地损坏磁悬浮轴承,影响使用寿命。

目前,针对网压跌落这一非人力所能及的因素导致的设备不正常工作或者故障,变频器往往会以欠压故障形式使磁悬浮电动机停机。并且,现有技术中并未对磁悬浮电动机进行控制使其平稳度过这段网压跌落期的相关技术方案。

为了解决上述技术问题,本发明提出了一种用于在网压跌落时控制磁悬浮电动机的方法及系统。该方法和系统能够利用网压跌落保护控制装置识别当前是否发生网压跌落现象,并在发生时确定该现象的类型,网压跌落保护控制装置自适应选择网压跌落时的控制磁悬浮电动机控制策略,并可以由网压的恢复情况无缝切换控制方式,使得磁悬浮电动机不管是网压持续跌落无法短时间恢复时能够受控减速停机,让磁悬浮电动机低速安全掉电停止下来;还是在网压持续跌落可短时间恢复时能够控制磁悬浮电动机低电压穿越后,待及时恢复至正常网压继续平稳运行,安全度过网压跌落期,增强其电网适应性,保护磁悬浮电动机轴承。

需要说明的是,常规的磁悬浮电动机控制系统(即变频器20)包含:直流电压控制环节、速度环、电流环、转矩环、弱磁环节、调制环节、整流单元、逆变单元等等,通过这些环节具体可将外接的三相交流电源(电网电源)经整流后通过中间直流电流环内的公共直流母线供给逆变单元,逆变单元将直流电逆变成频率、电压均可调的三相交流电(下述输入电压信号),向交流磁悬浮电动机供电,满足电动机驱动的要求。基于此,本发明提出了一种网压跌落时磁悬浮电动机控制方法及系统,是在现有变频器控制系统的基础上,加入了网压跌落保护控制装置10,通过网压跌落保护控制装置10自适应选择网压跌落时的控制方式。其中,本发明所述的网压跌落保护控制装置10可以配置在用于控制变频器20的上位机内,还可以集成于变频器20内部的直流电压控制环节(直流电压采集环节),本发明对此不作具体限定。另外,在本发明实施例中,驱动待控制磁悬浮电动机的变频器20可以是二极管整流方式,还可以是四象限整流方式,本发明对此不作具体限定。

图1为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的方法的步骤图。如图1所示,本发明所述的磁悬浮电动机控制方法包括如下步骤:步骤S110网压跌落保护控制装置10在确定当前发生网压跌落现象时,实时采集并检测直流母线电压和/或磁悬浮电动机的反馈转速,基于此,确定当前网压跌落现象的类型;步骤S120网压跌落保护控制装置10根据网压跌落现象类型,自适应的生成与当前网压跌落现象类型相符的应对驱动指令;而后,步骤S130变频器20接收步骤S120生成的应对驱动指令,并利用当前应对驱动指令对变频器20内的直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与变频器20连接的(待控制)磁悬浮电动机30的实时转速进行速度闭环控制,使得磁悬浮电动机30在获得经电压闭环控制后的输入电压信号的控制下,避免欠压故障而安全运转或受控停机。

图2为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的方法的具体流程图。下面结合图1和图2对本发明所述的磁悬浮电动机控制方法进行详细说明。

首先,步骤S110通过下述步骤S201~步骤S205完成当前网压跌落现象类型的确定过程。

具体地,步骤S201网压跌落保护控制装置10实时采集并检测电网电压。而后,步骤S202网压跌落保护控制装置10根据采集到的电网电压,判断当前是否发生网压跌落现象。其中,在预设的电网检测时间阈值内,若当前电网电压持续低于预设的电网安全运行电压阈值并未恢复,则当前发生网压跌落现象,进入到步骤S203中;否则(若在电网检测时间阈值内当前电网电压持续高于电网安全运行电压阈值,或者,当前电网电压出现低于电网安全运行电压阈值但在电网检测时间阈值内恢复),未发生网压跌落现象,进入到步骤S205中。需要说明的是,本发明对上述电网检测时间阈值、和电网安全运行电压阈值不作具体限定,本领域技术人员可根据实际情况进行设定。

然后,在网压跌落保护控制装置10确定出当前发生跌落现象时,进入到步骤S203中。步骤S203网压跌落保护控制装置10实时采集并检测变频器20内的直流母线电压和/或与当前变频器20连接的待控制磁悬浮电动机30所反馈的实时转速(反馈转速),从而进入到步骤S204中。参考图3,通常,在现有变频驱动磁悬浮电动机的场合下,变频器20对磁悬浮电动机30的驱动包括两个方面:其一是对中间直流环节的直流母线(未图示)上的电压的闭环控制,另一方面是对待控制电动机30运行速度的闭环控制。因此,网压跌落保护控制装置10可通过变频器20对待控制电动机30运行速度的闭环控制的输出,实时采集到待控制磁悬浮电动机30所反馈的实时转速。其中,在本发明实施例中,速度闭环控制过程采集到的电机速度信号的采集方式,可采用编码器方式,也可采用无编码器方式,本发明对此不作具体限定。

步骤S204网压跌落保护控制装置10根据实时采集到的直流母线电压和/或待控制磁悬浮电动机30的实时反馈转速,确定当前网压跌落现象的类型。其中,在本发明实施例中,网压跌落现象的类型包括:短时不可恢复状态和短时可恢复状态。

具体地,在一个实施例中,网压跌落保护控制装置10若检测出当前直流母线电压低于预设的直流母线安全电压阈值,并且该直流母线电压在预设的母线安全电压维持时间阈值内无法维持在直流母线安全电压阈值,则判断当前网压跌落现象的类型为短时不可恢复状态。在另一个实施例中,网压跌落保护控制装置10若检测出当前直流母线电压低于上述直流母线安全电压阈值,并且该直流母线电压在母线安全电压维持时间阈值内能够维持在直流母线安全电压阈值、或快速抬升至所述直流母线安全电压阈值以上(即达到变频器正常工作时的母线电压),则判断当前网压跌落现象的类型为短时可恢复状态。需要说明的是,本发明对上述直流母线安全电压阈值(也就是变频器20正常工作时直流母线的最低安全电压)、和母线安全电压维持时间阈值不作具体限定,本领域技术人员可根据实际情况进行设定。

另外,本发明中的步骤S110还包括步骤S205。步骤S205在网压跌落保护控制装置10确定出当前未发生跌落现象时,网压跌落保护控制装置10生成正常运行指令,并发送至变频器20中,使得变频器20在当前正常运行指令的指示下,继续按照原有控制策略驱动当前待控制磁悬浮电动机30正常运转。其中,本发明所述的原有控制策略选自矢量控制策略、直接转矩控制等电机整体控制方式中的一种。

这样,本发明通过上述方式确定了当前是否发生网压跌落现象,并且在确定发生网压跌落现象后进一步确定出该现象所属的类型,以使得网压跌落保护控制装置10通过后续步骤S120和步骤S130来根据不同的现象类型自适应的选择相应的控制策略,对待控制磁悬浮电动机30进行保护,使其安全平稳的度过网压跌落时期。

步骤S120通过下述步骤S206~步骤S207完成当前网压跌落时的应对策略的自适应生成过程。

具体地,步骤S206网压跌落保护控制装置10在确定出当前网压跌落现象类型为短时不可恢复时,网压跌落保护控制装置10自适应地先生成含有预设的(第一)减速速率和预设的电动机最小运行速度(电动机最小运行速度根据当前待控制电动机30的固有运行参数而确定)在内的信息的减速驱动控制指令,以使得变频器20利用当前减速驱动控制指令分别进行上述所述的电压闭环控制和速度闭环控制,从而控制当前待控制磁悬浮电动机30以上述第一减速速率进行减速运转。而后,网压跌落保护控制装置10在实时检测到当前反馈转速达到上述最小运行速度时,进一步自适应地生成封脉冲驱动控制指令,以使得变频器20利用当前封脉冲驱动控制指令分别进行上述所述的电压闭环控制和速度闭环控制,从而控制磁悬浮电动机30受控停机。

图3为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的方法中网压跌落时变频器对磁悬浮电动机的控制原理示意图。

当网压持续跌落无法短时间恢复时,会使得变频器20内的直流母线上的中间直流电压(直流母线电压)Udc_rt出现一定程度的跌落且无法维持在上述直流母线安全电压阈值Udc_hold处。此时,如图3所示,变频器20在接收到的减速驱动控制指令后,利用该减速驱动控制指令,按照上述(第一)减速速率和最小运行速度,实现直流母线电压Udc_rt的电压闭环控制和对磁悬浮电动机转速(反馈速度,本发明所述的速度闭环控制的输出)Nr_back的速度闭环控制,使得Udc_rt<Udc_hold,且反馈转速Nr_back以一定的斜率减速至最小运行速度Nr_min。而后,变频器20在接收到的封脉冲驱动控制指令后,即Nr_back≤Nr_min时,此时,变频器20在当前封脉冲驱动控制指令的指示下进行封脉冲控制,使得当前待控制磁悬浮电动机30以低速Nr_min受控停机,而非欠压故障高速停机,从而避免了待控制磁悬浮电动机30因高速运行状态下的非受控状态故障停机,而造成磁悬浮轴承损坏。

具体地,参考图3,首先,网压跌落保护控制装置10根据当前母线电压实时值Udc_rt是否低于母线安全电压阈值Udc_hold判断是否进行电动机减速控制,如果Udc_rt<Udc_hold,则开始通过变频器20控制待控制磁悬浮电动机30减速。

然后,变频器20内的直流电压闭环控制输入量是当前母线电压实时值Udc_rt和磁悬浮电动机反馈转速Nr_back,输出量是定子电流is,并通过电流环分配(最大转矩电流比控制和弱磁控制)得到交、直轴电流参考指令iq_ref和id_ref(其中,上述最大转矩电流比控制后得到最大转矩电流比控制环节输出的交轴电流指令iq_mtpa、和最大转矩电流比控制环节输出的直轴电流指令id_mtpa),进而通过电流PI控制(将交、直轴电流参考指令iq_ref和id_ref分别与经坐标变换处理的交轴电流反馈值iq_back、直轴电流反馈值id_back进行差分处理后,进行电流PI控制,输出相应的交轴电压指令uq_ref和直轴电压指令ud_ref)、最优调控策略控制(通过交轴电压指令uq_ref和直轴电压指令ud_ref,并接收实时检测到的待控制电动机30的转子位置角θ,根据这些信息进行调制控制,得到相应的三相PWM脉冲信号Sa、Sb、Sc)和逆变控制,来分配此时的三相调制电压(待控制磁悬浮电机30获取到的输入电压信号)Ua、Ub、Uc来驱动磁悬浮电动机30。其中Udc_rt用于判断是否需要进行电动机减速控制,Nr_back用于最小运行速度停机判断,此时,电动机减速控制过程是从当前转速按固定的斜率(一定的第一减速速率K1)减速至最小运行速度Nr_min

进一步,第一减速速率按如下表达式(1)表示:

其中,Nr_rated为待控制磁悬浮电动机30的额定转速,△t为短时不可恢复状态中的减速控制对应的减速时间,该减速时间根据实际需求来调整,从而调整减速变化频率。

接着,在变频器20的控制下,待控制磁悬浮电动机30减速至最小运行速度Nr_min后,网压跌落保护控制装置10对经过速度闭环控制(速度闭环控制是,通过实时监测待控制磁悬浮电动机30的A、B相输出电流ia、ib和转子位置角θ进行坐标变换处理,从而得到交轴电流反馈值iq_back、直轴电流反馈值id_back,而后根据交轴电流反馈值iq_back、直轴电流反馈值id_back、和电流PI控制输出的交、直轴电压指令uq_ref、ud_ref,进行反馈转速计算,从而得到实时反馈转速Nr_back)得到的实时反馈速度进行判断,具体判断磁悬浮电动机反馈转速是否满足Nr_back≤Nr_min条件,即是否满足停机受控条件,根据磁悬浮电动机反馈转速Nr_back来选择是否进行封脉冲控制,当Nr_back≤Nr_min时,利用封脉冲驱动控制指令封锁变频器20内的调制电压脉冲的输出。

进一步,步骤S207网压跌落保护控制装置10在确定出当前网压跌落现象类型为短时可恢复时,网压跌落保护控制装置10自适应地生成含有低电压穿越低速速度值和低压穿越减速速率信息的低电压穿越驱动控制指令,以使得变频器20利用当前低电压穿越驱动控制指令分别进行上述所述的电压闭环控制和速度闭环控制,从而控制当前待控制磁悬浮电动机30以低压穿越减速速率进行减速运转、并且在达到与低电压穿越低速速度值相符的转速后进行低速安全运转,直到网压电压恢复正常,再使得变频器20在上述所述的正常运行指令的指示下按照原有的闭环控制策略对磁悬浮电动机30进行控制,使得待控制磁悬浮电动机30平稳度过网压跌落期。

参考图3,当网压出现短时跌落并及时恢复至正常网压时,会使得变频器20内的直流母线上的中间直流电压(直流母线电压)出现一定程度的跌落,但至少能够维持在直流母线安全电压阈值Udc_hold处。此时,如图3所示,变频器20在接收到的低电压穿越驱动控制指令后,利用该低电压穿越驱动控制指令,按照上述低压穿越减速速率和低电压穿越低速速度值,实现直流母线电压Udc_rt的电压闭环控制和对磁悬浮电动机转速(反馈速度)Nr_back的速度闭环控制,使得当前待控制磁悬浮电动机30以先按照低压穿越减速速率进行减速运转、并进行与低电压穿越低速速度值相符的转速进行低速安全运转,直到网压恢复正常,中间直流电压Udc_rt恢复正常值(即至少达到上述直流母线安全电压阈值),从而控制磁悬浮电动机30继续正常运行,平稳度过网压跌落期。

具体地,参考图3,首先,网压跌落保护控制装置10根据当前母线电压实时值Udc_rt是否低于母线安全电压阈值Udc_hold并在母线安全电压维持时间阈值内能够维持在直流母线安全电压阈值Udc_hold或快速抬升至直流母线安全电压阈值以上(即正常工作时母线电压),选择是否进行低电压穿越控制。

然后,变频器20内的直流电压闭环控制输入量是当前母线电压实时值Udc_rt和磁悬浮电动机反馈转速Nr_back,输出量是定子电流is,并通过电流环分配(最大转矩电流比控制和弱磁控制)得到交直轴电流给定值id_ref和iq_ref,进而通过最优调控策略控制和逆变控制分配此时的调制电压(输入电压信号)Ua、Ub、Uc来驱动磁悬浮电动机。若当前母线电压实时值Udc_rt低于母线安全电压阈值Udc_hold时,网压跌落保护控制装置10开始减速控制,生成含有低电压穿越低速速度值和低压穿越减速速率信息在内的低电压穿越驱动控制指令,使得待控制磁悬浮电动机30在变频器20的控制下以固定的斜率(低压穿越减速速率K2)减速至低电压穿越低速速度值。其中,低电压穿越低速速度值大于待控制磁悬浮电动机30的最小运行转速Nr_min

进一步,低压穿越减速速率按如下表达式(2)表示:

其中,Nr_rated为待控制磁悬浮电动机30的额定转速,△t为短时可恢复状态中的减速控制对应的减速时间,该减速时间根据实际需求来调整,从而调整待控制磁悬浮电动机30的实时输出转速。

此时,在电网电压慢慢恢复后,当前直流母线电压母线达到正常运行级别,即未发生网压跌落现象安全,变频器20恢复原有的控制策略,通过直流电压闭环控制分配定子电流is,再根据电流环分配得到交直轴电流给定值id_ref和iq_ref,进而通过最优调控策略控制和逆变控制分配此时的调制电压(输入电压信号)Ua、Ub、Uc来驱动磁悬浮电动机。进一步,在电网电压逐渐恢复过程中,当前的实时反馈转速Nr_back是小于网压跌落前待控制磁悬浮电动机30以原有控制策略方式运转所反馈的实时转速的预设安全阈值Nr_set的。因此,在这种情况下网压跌落保护控制装置10需要向变频器20发送含有恢复正常状态加速速率信息在内的加速运转控制指令,使得待控制磁悬浮电动机30在变频器20的控制下,以预设的固定加速斜率(即恢复正常状态加速速率)加速运转,从而使得Nr_back加速调整为至上述安全阈值Nr_set

接着,网压跌落保护控制装置10在确定好相应的应对控制策略后,进入到步骤S130中,并通过下述步骤S208~步骤S210完成当前变频器20在网压跌落时对待控制磁悬浮电动机30的驱动控制过程。

具体地,当网压跌落现象类型为短时不可恢复时,步骤S208变频器20接收并解析上述网压跌落保护控制装置10发送的减速驱动控制指令,根据当前解析结果中的(第一)减速速率和最小运行速度,对直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与变频器20连接的待控制磁悬浮电动机30的转速进行速度闭环控制,并向当前待控制磁悬浮电动机30提供经当前电压闭环控制后的输入电压信号,使得当前待控制磁悬浮电动机30利用该输入电压信号以当前(第一)减速速率进行减速运转,而后进入到步骤S209中。步骤S209变频器20进一步接收并解析上述网压跌落保护控制装置10发送的封脉冲驱动控制指令,在当前封脉冲驱动控制指令的指示下,对直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与变频器20连接的待控制磁悬浮电动机30的转速进行速度闭环控制,并向当前待控制磁悬浮电动机30提供经当前电压闭环控制后的输入电压信号,使得当前待控制磁悬浮电动机30利用该输入电压信号受控停机。

当网压跌落现象类型为短时可恢复时,步骤S210变频器20接收并解析上述网压跌落保护控制装置10发送的低电压穿越驱动控制指令,根据当前解析结果中的低电压穿越低速速度值和低压穿越减速速率,对直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与变频器20连接的待控制磁悬浮电动机30的转速进行速度闭环控制,并向当前待控制磁悬浮电动机30提供经当前电压闭环控制后的输入电压信号,使得当前待控制磁悬浮电动机30利用该输入电压信号,先按照低压穿越减速速率进行减速运转、并在达到与低电压穿越低速速度值相符的反馈转速后进行低速安全运转,直至电网电压恢复平稳状态后当前待控制磁悬浮电动机30在正常运行指令的指示下恢复正常运行,从而当前待控制磁悬浮电动机30平稳度过该类型的网压跌落期。

这样,通过上述技术方案,在本发明实施例中,当网压持续跌落无法短时间恢复时使得磁悬浮电动机30受控减速至低速受控停机;当网压出现短期跌落短时间可恢复时进行低电压穿越控制,待网压及时恢复至正常网压后,磁悬浮电动机30继续正常运行,平稳度过网压跌落期,保护磁悬浮电动机轴承。

另一方面,本发明基于上述磁悬浮电动机控制方法(用于控制磁悬浮电动机的方法),还提出了一种用于控制磁悬浮电动机的系统,该系统能够实现在网压跌落时,避免待控制磁悬浮电动机30因欠压故障而受损的保护功能。图4为本申请实施例的用于控制磁悬浮电动机的系统的结构示意图。如图4所示,该系统包括:网压跌落保护控制装置10和用于控制磁悬浮电动机30的变频器20。

具体地,网压跌落保护控制装置10,其按照上述步骤S110和步骤S120所述的方法实施,用于在发生网压跌落现象时,实时采集并检测直流母线电压和/或磁悬浮电动机的反馈转速,基于此,确定当前网压跌落现象的类型,而后根据网压跌落现象类型,自适应的生成与网压跌落现象类型相符的应对驱动指令。变频器20,其按照上述步骤S130所述的方法实施,用于利用网压跌落保护控制装置10发送的应对驱动指令对变频器20内的直流母线电压进行电压闭环控制、以及对与变频器20连接的磁悬浮电动机30的转速进行速度闭环控制,使得磁悬浮电动机30在获得经电压闭环控制后的输入电压信号的控制下避免欠压故障而安全运转或受控停机。

进一步,上述网压跌落保护控制装置10包括:网压跌落类型识别模块11、第一策略生成模块12和第二策略生成模块13。

其中,网压跌落类型识别模块11,其按照上述步骤S201~步骤S205所述的方法实施,用于实时采集并检测电网电压,根据采集到的电网电压,判断在当前是否发生网压跌落现象,进一步,在确定出当前发生跌落现象时确定当前网压跌落现象的类型。其中,网压跌落类型识别模块11,其用于若检测出直流母线电压低于预设的直流母线安全电压阈值,并且直流母线电压在预设的母线安全电压维持时间阈值内无法维持在直流母线安全电压阈值,则判断当前网压跌落现象的类型为短时不可恢复状态。网压跌落类型识别模块11,其还用于若检测出直流母线电压低于直流母线安全电压阈值,并且直流母线电压在母线安全电压维持时间阈值内能够维持在直流母线安全电压阈值或快速抬升至所述直流母线安全电压阈值以上,则判断当前网压跌落现象的类型为短时可恢复状态。

另外,网压跌落类型识别模块11,其还用于在当前未发生网压跌落现象时,生成正常运行指令,使得变频器20在正常运行指令的指示下,继续按照原有控制策略驱动磁悬浮电动机30正常运转。

进一步,第一策略生成模块12,其按照上述步骤S206~步骤S207所述的方法实施,用于当网压跌落现象类型为短时不可恢复时,生成含有预设(第一)减速速率和最小运行速度信息的减速驱动控制指令,以使得变频器20利用减速驱动控制指令分别进行电压闭环控制和速度闭环控制,从而控制磁悬浮电动机30以(第一)减速速率进行减速运转,进一步在检测到反馈转速达到最小运行速度时,生成封脉冲驱动控制指令,以使得变频器20利用封脉冲驱动控制指令分别进行电压闭环控制和速度闭环控制,从而控制磁悬浮电动机30受控停机。

进一步,第二策略生成模块13,其按照上述步骤S208所述的方法实施,用于当网压跌落现象类型为短时可恢复时,生成低电压穿越驱动控制指令,以使得变频器20利用低电压穿越驱动控制指令分别进行电压闭环控制和速度闭环控制,从而控制磁悬浮电动机低速安全运转。

本发明提出了一种用于在网压跌落时控制磁悬浮电动机的方法和系统。本发明通过引入网压跌落保护控制装置,利用该装置可根据当前网压状况自适应选择网压跌落期的磁悬浮电动机控制策略,并可以由网压的恢复情况无缝切换控制方式。具体地,本发明针对网压持续跌落无法短时间恢复的情况,通过直流母线电压闭环控制和速度闭环控制,使得磁悬浮电动机受控减速至低速受控停机,而非欠压故障高速停机;针对网压出现短期跌落并及时恢复至正常网压的情况,通过直流母线电压闭环控制和速度闭环控制,进行短期网压跌落期的低电压穿越直到电网电压恢复正常,使得磁悬浮电动机继续正常运行,平稳度过网压跌落期。这样,本发明所给出的网压跌落时磁悬浮电动机控制策略,增强了磁悬浮电动机的电网适应性,并在网压跌落时对磁悬浮电机轴承进行了保护,延长磁悬浮电动机使用寿命。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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