[发明专利]一种长定子直线同步电机接力式控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子与电力拖动领域的控制技术，具体涉及一种长定子直线同步电机接力式控制方法。

背景技术

目前，长定子直线同步电机作为一种新型运载工具，被应用于磁悬浮列车、电梯、传送带等作为驱动装置，它具有效率高、爬坡能力强、转弯半径小等优点。直线电机由旋转电机演变而来，将旋转电机沿半径方向展开平铺，旋转电机就变成直线电机了，定子铁心和绕组沿轨道布置，转子变成了动子。由牵引供电系统对定子绕组通以三相交流电产生行波磁场，推动动子前进。长定子直线电机定子比动子长很多，只有动子覆盖部分的定子才起到推动动子前进的作用，未覆盖部分的定子绕组的阻抗只会消耗能量。如果全程供电，能量浪费将是巨大的，对变流器容量也要求极高。因此必须采用分段供电方式，定子被分成若干段，变流器单元与定子段之间采用接触器开关进行连接，通过接触器的开合，选择要被供电的定子段。采用定子段换步的方法进行分段供电，牵引供电系统只对动子所处的定子段通电，这样可以降低损耗提高效率。

常用的换步方法为蛙跳法、两步法、三步法。从经济实用角度讲，两步法最实用。如图1所示，两步法时，直线电机有左右两套定子绕组，两侧定子段绕组交错排列，有两台变频器单元，分别对一侧定子段绕组供电。换步时，一侧定子段要切换到下一段时刻，电流停止，这一侧牵引力降到零，但另一侧定子段还在供电，总牵引力降低为原来的一半，如此可以保持了牵引力的连续性。

由于变频器单元、牵引控制系统（Propulsion Control System简称PCS）都固定在地面上，当轨道长度增加时，变频器单元连接到动子所处定子段绕组的馈电电缆就越来越长，损耗在上面的电能越来越大，效率越来越低；另一方面牵引控制系统获取反馈信息和发出控制信号的延时也越来越长。因此如图1所示，牵引控制和供电系统也分区设置，每隔一定距离设置一个分区，每个分区都有一套牵引控制系统和2台变流器单元，每个分区牵引供电系统只对到达本分区的动子进行管理控制。当动子跨越分区时，就要与下一分区牵引供电系统进行控制权的交接。交接之前分区之间要通讯沟通，为了顺利交接，相邻分区必须交换同步数据。常用的通讯方式是以太网、PROFIBUS等现场总线，这些方式速度慢、实时性差，易受电磁干扰，满足不了同步数据的实时高速要求。如果相邻分区数据不同步，并且分区交接是在定子段供电时刻一次性完成，由于两个牵引控制系统计算的不一致，可能使得变频器单元输出幅值和频率在交接瞬间发生跳变，造成变流器电流波动，严重时引起变频器过流保护，并且电流的波动会引起直线电机力矩的突变，对动子的速度有影响，如果动子是运送乘客的列车，那么乘客也会感到不舒适。因此怎样和两步法结合在一起实现控制权的顺利交接成为难点。

发明内容

本发明公开了一种长定子直线同步电机接力式控制方法，保证相邻分区通讯的准确性、控制的一致性、维持了动子的稳定运行，提高了系统可靠性。

为实现上述目的，本发明公开了一种长定子直线同步电机接力式控制方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

步骤1 分区n牵引控制系统全控长定子，分区n+1牵引控制系统待命，并相邻分区牵引控制系统之间利用反射内存网进行数据同步；

步骤1.1 分区n牵引控制系统驱动若干台变流器单元向长定子供电，并控制动子的位置环、速度环和电流环；

步骤1.2 分区n+1牵引控制系统采集数据对位置环、速度环和电流环计算；

步骤1.3 分区n牵引控制系统与分区n+1牵引控制系统通过反射内存网交换同步数据包；

步骤1.4 分区n+1牵引控制系统刷新数据；

步骤1.5 分区n牵引控制系统校验分区n+1牵引控制系统的数据；

步骤2 分区n牵引控制系统半控长定子，分区n+1牵引控制系统协从控制；

步骤2.1 分区n牵引控制系统转为半控状态，负责动子的位置和速度闭环控制，并通过供电长定子驱动动子行驶；

步骤2.2 分区n+1牵引控制系统转为协从状态，接收分区n牵引控制系统的电流给定指令，并通过供电长定子驱动动子行驶；

步骤3 分区n牵引控制系统协从控制长定子，分区n+1牵引控制系统半控长定子；

步骤3.1 分区n牵引控制系统进入协从状态；

步骤3.2 分区n+1牵引控制系统升为半控状态，负责动子的位置、速度闭环控制，并通过供电长定子驱动动子行驶；

步骤3.3 分区n+1牵引控制系统向分区n牵引控制系统发出电流给定指令，分区n+1牵引控制系统与分区n牵引控制系统之间交替内部控制权；