[发明专利]基于降维行为模型的双三相直线电机晶闸管切换建模方法

说明书

本发明属于直线电机分段供电切换建模领域，具体涉及了一种基于降维行为模型的双三相直线电机晶闸管切换建模方法，旨在解决直线电机分段供电为了不匹配成倍电压容量变流器和降低切换开关经济性而使用并联供电拓扑结构，且使用晶闸管作为每一个分段定子段的切换开关时，无法实现双三相直线电机晶闸管切换实时建模的问题。本发明包括：基于晶闸管开关的非线性特性引发双三相直线电机电路拓扑变化规律，获取8种降维行为模型；依据晶闸管关断特性及电机中性点的电流约束条件，获取各工况降维状态方程；平滑切换8种降维行为模型，实现电机无迭代实时模拟建模。本发明简化开关预处理技术预计算的状态种类，提高仿真效率，可应用于硬件在环实时测试。

技术领域

本发明属于直线电机分段供电切换建模领域，具体涉及了一种基于降维行为模型的双三相直线电机晶闸管切换建模方法。

背景技术

长定子直线电机分段供电因其功率因数较高且所需逆变器容量要求较小的优点，在急加速和大推力等场合广泛应用。考虑到电流较大且切换时间短，选择反并联的两个晶闸管作为分段供电的切换开关。晶闸管属于半控型器件，具有电流过零点关断的非线性特征，若分段供电切换时控制不当就会产生冲击电流，使得变流器容量利用不充分。

目前，根据定子的不同接线方式分段供电主要分为串联供电和并联供电。对于串联结构，分段供电在切换时气隙磁场和电磁参数保持不变，控制电路简单且定子并联不会产生较大冲击电流，缺点是需要匹配成倍电压容量的变流器。一种考虑电流过零的直线电机分段供电策略[1]，将三段定子串联起来，提出一种根据动子位置信息和电流过零点两个条件进行切换的方法，将切换过程分为正常模态、并联模态和错位模态并分别使用不同的电机参数进行控制，这种方法使得定子并联只发生在串联定子的其中一个，对系统影响较小，但需要匹配3倍电压容量的逆变器且需要额外的供电母线。并联供电可以提高变流器电压利用率，但分段供电切换时电机参数发生变化且定子并联会使系统电流冲击较大。一种基于虚拟动子的分段供电的直线感应电机建模方法[2]，动子在不同定子上切换时根据定子与动子耦合程度用不同的电机参数去控制，解决了切换时的推力波动问题，但此方法关注的是切换时电机参数的变化而不是定子绕组的切换。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]张明元,马伟明,徐兴华,等.一种考虑电流过零的直线电机分段供电策略[J].海军工程大学学报,2019,31(4):6.

[2]徐飞,孔甘霖,张明远,等.基于虚拟动子的分段供电的直线感应电机建模方法.CN112380670A,2020-10-13.

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即直线电机分段供电为了不匹配成倍电压容量变流器和降低切换开关经济性而使用并联供电拓扑结构，且使用晶闸管作为每一个分段定子段的切换开关时，无法实现双三相直线电机晶闸管切换实时建模的问题，本发明提供了一种基于降维行为模型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：

基于晶闸管开关关断过程的非线性特性引发双三相直线电机电路拓扑变化规律，将行为模型由64种降为8种，获得8种降维行为模型；

依据双三相直线电机晶闸管关断特性及电机中性点的电流约束条件，降低双三相直线电机的行为模型维度，获得各工况降维状态方程；

根据6相晶闸管电流过零点以及晶闸管触发信号，结合各工况降维状态方程，平滑切换8种降维行为模型，实现双三相直线电机的晶闸管关断过程无迭代实时模拟建模。

在一些优选的实施例中，所述晶闸管开关关断过程的非线性特性引发双三相直线电机电路拓扑变化规律分为五种工况：全导通工况、单相关断工况、两相关断工况、四相关断工况和全关断工况；

结合双三相电机两套定子绕组之间相差30°，且具有不平衡互感的特性，将单相关断、两相关断和四相关断分为两类模型，包括：