[发明专利]一种基于残压预估的电机无缝切换供电方法

摘要

一种基于残压预估的电机无缝切换供电方法方法采用的系统包括分别与电机连接的工作和备用电源，工作和备用电源的输出之间设有整流器连接，整流器还通过逆变器连接电机；方法S1,失电感应电动机残压建模；S2，预测电动机母线残压；S3，预测感应电动机失电后母线残压的初值，当母线残压的初值小于母线额定电压时，确定启动UPS逆变器，使UPS逆变器稳定在为感应电动机供电的工作状态；S4，将母线残压相位与备用电源电压相位进行比较，当两者相位差小于20°时，将备用电源投入。本发明既能在市电失电时为重要负荷短时供电，又能主动调节输出电压，快速将备用电源切换投入避免对负荷造成冲击，能够有效限制备用电源投入瞬间冲击电流。

主权项

一种基于残压预估的电动机无缝切换供电方法，其特征是：所述方法采用一无缝切换供电系统，其包括分别与所述电动机连接的工作电源和备用电源，所述工作电源和备用电源的输出之间设有整流器连接，所述整流器还通过逆变器连接所述电动机；所述方法包括以下步骤：S1,电动机失电残压建模S1‑1，计算电动机的稳态定子磁链正常运行时，电动机母线电压的空间矢量为：u(t)=U·sejωst]]>其中,u(t)为母线电压的空间矢量，为电动机母线电压相量，e为自然对数的底数，ωs为系统频率，t为时间，j为虚数单位；定子磁链与电动机母线电压的关系为：ψs=U·sejωst/jωs;]]>其中,ψs为定子磁链；S1‑2，计算电动机的稳态转子磁链转子磁链与电动机母线电压的关系为：ψr=LmRrU·sejωst/(jsωs)LsRr/s+jωs(LsLr-Lm2);]]>其中，ψr为转子磁链，Rr为转子电阻，Ls为电动机定子电感，Lr为电动机转子电感，Lm为电动机励磁电感，s为转差率；S1‑3，计算电压跌落后电动机定子磁链电压跌落时定子磁链为：ψs=Ks1e-tTs′+Ks2e-tTr′ejωrt+Ks3ejωst;]]>式中，Ks1=U·-1Ts′-jωs+(ψs0+LlmLrTs′ψr0-1Ts′+1Tr′-jωr);]]>Ks2=-LmLrTs′ψr0-1Ts′+1Tr′-jωr;]]>Ks3=U·sjωs+1Ts′;]]>其中，Ts’＝(Ls‑Lm2/Lr)/Rs，Tr’＝(Lr‑Lm2/Ls)/Rr，ψs0为定子磁链初值，ψr0为转子磁链初值，ωr为转子转速；S1‑4，计算电压跌落后电动机转子磁链电压跌落时转子磁链为：ψr=Kr1e-tTs′+Kr2e-tTr′ejωrt+Kr3ejωst;]]>式中，Kr1=MmLsTr′(1Tr′-1Ts′-jωr)(U·s-1Ts′-jωs+ψs0);]]>Kr2=-MmLsTr′(1Tr′-1Ts′-jωr)(U·s-1Tr′+jωr-jωs+ψs0)+ψr0;]]>Kr3=MmLs1Tr′U·s(jωs+1Ts′)(jωs+1Tr′-jωr);]]>其中，Mm为电动机定子绕组和转子绕组的互感；S1‑5，计算电压跌落后电动机定子电流电压跌落时电动机定子电流为：is=1LsLr-Mm2[LrKs1e-tTs′-MmKr2e-tTr′ejωrt+(LrKs3-MmKr3)ejωst];]]>S1‑6，计算电动机A相定子电流过零时间令电压跌落时电动机A相定子电流为零，real{1LsLr-Mm2[LrKs1e-tTs′-MmKr2e-tTr′ejωrt+(LrKs3-MmKr3)ejωst]}=0;]]>其中，real()为对括号内式中求实部计算；得到对应的A相定子电流过零时对应时间为：t1，t2，t3，…，t20；S2，预测电动机母线残压在A相定子电流过零时间分别为t1，t2，t3，…，t20时，分别进行下列步骤计算：S2‑1，计算A相断流后电动机定子磁链A相断流后电动机定子磁链为：ψs=Ks1es1t+Ks2es2t+Ks3es3t+Ks4ejωst+Ks5e-jωst;]]>式中，Ks1=(s-s1)ψs|s=s1;Ks2=(s-s2)ψs|s=s2;]]>Ks3=(s-s1)ψs|s=s3;Ks4=(s-s1)ψs|s=jωs;Ks5=(s-s1)ψs|s=-jωs;]]>其中，s1、s2、s3为以下方程的解：s3+(1Ts′+1Tr′-1Tr)s2+(1Tr′Tr-2Ts′Tr+ωr2)s+1Ts′(1Tr2+ωr2)=0;]]>其中，s1为待求变量，Tr＝Lr/Rr；S2‑2，计算A相断流后电动机转子磁链A相断流后电动机转子磁链为：ψr=Kr1e-tT1+Kr2e-tT2+jω2t+Kr3e-tT2-jω2t+Kr4ejωst+Kr5e-jωst;]]>式中，Kr1=(s-s1)ψr|s=s1;Kr2=(s-s2)ψr|s=s2;]]>Kr3=(s-s1)ψr|s=s3;Kr4=(s-s1)ψr|s=jωs;Kr5=(s-s1)ψr|s=-jωs;]]>其中，T1、T2是与s1、s2、s3相关的时间常数变量；S2‑3，计算A相断流后电动机定子电流A相断流后电动机定子电流为：is=1LsLr-Mm2(LrKs1-MmKr1)e-tT1+(LrKs2-MmKr2)e-tT2+jω2t+(LrKs3-MmKr3)e-tT2-jω2t+(LrKs4-MmKr4)ejωst+(LrKs5-MmKr5)e-jωst;]]>S2‑4，计算定子电流过零时间令电动机定子电流为零，1LsLr-Mm2(LrKs1-MmKr1)e-tT1+(LrKs2-MmKr2)e-tT2+jω2t+(LrKs3-MmKr3)e-tT2-jω2t+(LrKs4-MmKr4)ejωst+(LrKs5-MmKr5)e-jωst=0;]]>得到对应的定子电流过零时对应时间为：tmS2‑5，计算失电后电动机母线残压失电后电动机母线残压初值为：ψr=jωr(Kr1e-tmT1+Kr2e-tmT2+jω2tm+Kr3e-tT2-jω2tm+Kr4ejωstm+Kr5e-jωstm)---(1);]]>失电后感应电动机残压空间矢量表达式为：us(t)=ψs0(jωr-Rr/Lr)e-tTrejωrt≈jωrψs0e-tTrejωrt---(2);]]>S3，由S2‑5中的公式(1)、(2)预测感应电动机失电后母线残压的初值，当母线残压的初值小于母线额定电压时，确定启动逆变器，使逆变器稳定在为感应电动机供电的工作状态；S4，将母线残压相位与备用电源电压相位进行比较，当两者相位差小于20°时，将备用电源投入；S5，检测备用电源投入后冲击电流的幅值大小，仿真结果表明备用电源投入后产生的冲击电流小于感应电动机的自启动电流，表明备用电源合闸条件是正确且有效的。