[发明专利]中性点相连的双三相直线电机晶闸管切换建模方法及系统

说明书

本发明属于电机建模技术领域，具体涉及了一种中性点相连的双三相直线电机晶闸管切换建模方法及系统，旨在解决现有技术无法通过对晶闸管开关的过零点关断建模，实现对定子段供电的切换，从而无法避免双三相直线电机晶闸管不同关断工况下的复杂建模的问题。本发明包括：依据中性点相连双的三相直线电机拓扑及电气约束条件构建直线电机降维线电压状态方程；根据变流器输出相电压、晶闸管LC开关模型及双三相电机电流计算晶闸管输出线电压；基于降维状态方程及晶闸管输出线电压，定步长无迭代计算晶闸管切换过程电磁暂态特征，电机晶闸管切换过程的建模。本发明矩阵维度低、无模型切换和变步长迭代过程，适用于硬件在环测试的实时建模。

技术领域

本发明属于电机建模技术领域，具体涉及了一种中性点相连的双三相直线电机晶闸管切换建模方法及系统。

背景技术

长初级直线感应电机由于其结构简单，可靠性高等优点被广泛应用于高速大推力运动场合。为提高效率，节约电能，降低供电电源容量，定子通常采用分段供电的方式，晶闸管反并联结构的开关器件可以在电流过零时实现大电流关断，满足快速切换的要求。对于分段供电直线电机主要有中性点分立式和中性点连接式两种方法，中性点相连拓扑可在切换时提供电流通路，减少切换过程因系统不平衡造成电流冲击。

对于中性点不相连双三相直线电机，各定子相互独立因此电机状态方程相互之间无耦合，对于双三相直线电机矩阵维数为6。对于中性点相连接双三相直线电机，在开关切换过程中两相邻定子之间相互耦合，其对应电机矩阵维数为12，且12个晶闸管关断过程非线性特性较为复杂，对硬件在环测试实时建模提出了较大的挑战。

分段长初级双边直线感应电动机建模分析[1]，提出了一种基于虚拟动子的分段供电的直线感应电机单元电机建模方法，单元电机的虚拟动子始终与定子全耦合，引入耦合因数对全耦合时的电机参数进行修正，但是，该方法并未对晶闸管切换过程进行建模。长初级直线感应电机分段供电切换暂态过程[2]，在单电源的并联分段供电网络基础上，在奇、偶数初级段之间增加供电母排，实现两定子段电流过零切换，但是，该方法研究对象为三相直线电机，其建模复杂度较低。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]张明远,史黎明,郭科宇,等.分段长初级双边直线感应电动机建模分析[J].电工技术学报,2021.

[2]马名中,马伟明,范慧丽,等.长初级直线感应电机分段供电切换暂态过程[J].电机与控制学报,2015.

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法通过对晶闸管开关的过零点关断建模，实现对定子段供电的切换，从而无法避免双三相直线电机晶闸管不同关断工况下的复杂建模的问题，本发明提供了一种中性点相连的双三相直线电机晶闸管切换建模方法，所述建模方法包括：

依据中性点相连双的三相直线电机拓扑及电气约束条件构建直线电机降维线电压状态方程；

根据变流器输出相电压、晶闸管LC开关模型及双三相电机电流计算晶闸管输出线电压；

基于所述降维状态方程及所述晶闸管输出线电压，定步长无迭代计算晶闸管切换过程电磁暂态特征，实现中性点相连的双三相直线电机晶闸管切换建模。

在一些优选的实施例中，所述直线电机降维线电压状态方程，其构建方法为：

基于中性点相连双三相直线电机拓扑结构，计算相电压方程；

结合变换矩阵将所述相电压方程转化为线电压方程，并计算定子侧电压作为所述线电压方程的输入；

利用中性点相连的电流约束条件，获得直线电机降维线电压状态方程。

在一些优选的实施例中，所述相电压方程为：