馬名中, 馬偉明, 范慧麗, 黃垂兵, 李文祿

(1.海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430033;2.海軍工程大學(xué)外訓(xùn)系,湖北武漢430033)

長初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)分段供電切換暫態(tài)過程

馬名中1, 馬偉明1, 范慧麗2, 黃垂兵1, 李文祿1

(1.海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430033;2.海軍工程大學(xué)外訓(xùn)系,湖北武漢430033)

針對(duì)采用常規(guī)分段供電方式的長初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)由于次級(jí)的運(yùn)動(dòng),其覆蓋每段定子的長度不斷變化,導(dǎo)致通電定子段電機(jī)參數(shù)不斷變化,無法對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)精確控制的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了帶中間母排結(jié)構(gòu)的分段供電網(wǎng)絡(luò),可以保證電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中模型和參數(shù)固定不變,能夠利用現(xiàn)有各種控制算法實(shí)現(xiàn)高性能控制。對(duì)于采用反并聯(lián)晶閘管作為分段供電切換開關(guān),從晶閘管開通和關(guān)斷的“數(shù)學(xué)——物理”模型出發(fā),分析了分段供電切換過程中開關(guān)暫態(tài)過程及其對(duì)電機(jī)性能的影響。利用某采用分段供電的長初級(jí)雙邊直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合,驗(yàn)證了理論分析的正確性。

長初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī);分段供電網(wǎng)絡(luò);反并聯(lián)晶閘管;切換開關(guān);物理-數(shù)學(xué)模型

0 引 言

長初級(jí)雙邊直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由于次級(jí)通常采用整塊鋁板或銅板,具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點(diǎn),因此在汽車碰撞試驗(yàn)、列車交匯試驗(yàn)、電磁發(fā)射等高速大推力運(yùn)動(dòng)場合有著明顯優(yōu)勢和廣闊應(yīng)用前景［1-4］。該類電機(jī)為了提高系統(tǒng)效率和功率因素,降低電源容量需求,定子通常由多段結(jié)構(gòu)相同的模塊串聯(lián)組成,通過切換開關(guān)和位置傳感器的協(xié)同工作,可以根據(jù)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)位置的改變,實(shí)時(shí)切換通電定子模塊,實(shí)現(xiàn)與動(dòng)子藕合的相鄰若干定子模塊通電［5-6］。

文獻(xiàn)［7］研究的圓筒型長初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)將初級(jí)分為5段,每段由一個(gè)固定頻率的電源驅(qū)動(dòng),每段電源頻率依次為33 Hz、66 Hz、100 Hz、134 Hz、167 Hz。文獻(xiàn)［8-10］研究的直線感應(yīng)式線圈炮也采用了獨(dú)立電源給每一段初級(jí)通電。西南交通大學(xué)研究的高溫超導(dǎo)磁懸浮樣機(jī)則將初級(jí)分為15段,每段長度為0.7M,次級(jí)長度為1.2 M,其分段供電方法采用380 V/50 Hz單電源,15段初級(jí)并聯(lián)接在母線上,通過固態(tài)繼電器作為切換開關(guān),實(shí)現(xiàn)3段初級(jí)同時(shí)通電,隨著次級(jí)的運(yùn)動(dòng),即將藕合的初級(jí)與已經(jīng)退出藕合的初級(jí)輪流切換通電［11-12］。哈爾濱工業(yè)大學(xué)李立毅等研究了一種鐵心不分段,僅初級(jí)繞組分段的長初級(jí)直線同步電機(jī),其次級(jí)長度小于單段初級(jí)長度,分段供電方式為當(dāng)次級(jí)只與某一段初級(jí)藕合時(shí),驅(qū)動(dòng)裝置給這一段初級(jí)供電,當(dāng)次級(jí)與兩段初級(jí)藕合時(shí),兩套驅(qū)動(dòng)裝置分別給這兩段初級(jí)供電［13-16］。文獻(xiàn)［17］研究的永磁直線同步電機(jī)則將初級(jí)分為12段,每段長度從15m到5 m依次遞減,而次級(jí)長度為3m,全系統(tǒng)也是采用2套驅(qū)動(dòng)電源,其中一個(gè)H橋逆變器并聯(lián)驅(qū)動(dòng)所有奇數(shù)段初級(jí),另一個(gè)H橋逆變器并聯(lián)驅(qū)動(dòng)所有偶數(shù)段初級(jí),每段采用反并聯(lián)晶閘管作為切換開關(guān)。上述文獻(xiàn)資料公開發(fā)表的分段供電技術(shù),都是采用多段初級(jí)并聯(lián)供電的方式。無論是單電源驅(qū)動(dòng)的分段供電網(wǎng)絡(luò),還是多電源驅(qū)動(dòng)的分段供電網(wǎng)絡(luò),隨著電機(jī)次級(jí)的運(yùn)動(dòng),其覆蓋每段定子的長度不斷變化,導(dǎo)致通電定子段電機(jī)參數(shù)不斷變化,因此普遍采用開環(huán)控制,無法滿足軌道交通、電磁發(fā)射等應(yīng)用場合對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)精確控制的要求。

本文在研究現(xiàn)有分段供電方案基礎(chǔ)上,通過采用中間母排的分段供電網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了單電源分段供電,大大降低了多電源設(shè)計(jì)帶來的成本增加,同時(shí)保證了電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中的模型和參數(shù)固定不變,可以利用現(xiàn)有各種控制算法實(shí)現(xiàn)高性能控制。另一方面,針對(duì)高壓大電流應(yīng)用場合大量采用反并聯(lián)晶閘管作為切換開關(guān),本文從晶閘管開通和關(guān)斷的“數(shù)學(xué)——物理”模型出發(fā),分析了分段供電切換過程中開關(guān)暫態(tài)對(duì)電機(jī)性能的影響。最后,通過某小型原理試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

1 分段供電網(wǎng)絡(luò)

在文獻(xiàn)［11-12］單電源分段供電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,通過在奇、偶數(shù)初級(jí)段間增加中間供電母排,設(shè)計(jì)分段供電直線電機(jī)新型分段供電網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 分段供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Senctional power supply network topology

在圖1中,直線電機(jī)動(dòng)子長度比1段定子長度稍短。開始工作時(shí),動(dòng)子完全被第1段定子覆蓋,此時(shí)開關(guān)1、開關(guān)2閉合,其余開關(guān)斷開,電機(jī)第1段定子和第2段定子串聯(lián)供電,如圖2(a)所示;當(dāng)定子尾部離開第1段定子時(shí),此時(shí)開關(guān)2、開關(guān)3閉合,其余開關(guān)斷開,電機(jī)第2段定子和第3段定子串聯(lián)供電,如圖2(b)所示。

圖2 分段供電原理示意圖Fig.2 Sketch of section powering principle

通過圖2可以看出,采用上述分段供電網(wǎng)絡(luò)后,直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)始終保持兩段定子串聯(lián)通電,而且在次級(jí)運(yùn)動(dòng)過程中,動(dòng)子覆蓋串聯(lián)通電定子段的長度始終不變,因此電機(jī)的模型和參數(shù)是固定不變的,可以利用現(xiàn)有的各種控制算法實(shí)現(xiàn)高性能的控制。

2 分段供電開關(guān)暫態(tài)特性

在分段供電過程中,需要依靠切換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)每段初級(jí)的通電和斷電。對(duì)于小功率應(yīng)用場合,三相交流開關(guān)可以采用繼電器、接觸器等;對(duì)于高壓、大電流等應(yīng)用場合,傳統(tǒng)的真空開關(guān)、氣體開關(guān)和液體開關(guān)存在著壽命短、重復(fù)率低和穩(wěn)定性差等不足,采用晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)的開關(guān)閥件由于可以在母線電壓或者電流過零時(shí)進(jìn)行切換,不存在電磁暫態(tài)過渡過程和拉弧現(xiàn)象,目前已經(jīng)在高壓直流輸電、柔性交流配電等應(yīng)用場合獲得了廣泛應(yīng)用。

2.1 晶閘管開通特性分析

晶閘管作為一種三端四層器件,其基本結(jié)構(gòu)可以看成是從兩端PNPN器件的P2層引出一個(gè)電極作為門極,如圖3(a)所示。晶閘管在正向連接情況下,當(dāng)門極電流IG流過時(shí),相當(dāng)于J3結(jié)上附加正向電壓UG,促使J3結(jié)注人效應(yīng)增強(qiáng)。N2區(qū)一開始就有大量電子注人P2區(qū),注人的電子一部分在P2區(qū)復(fù)合,構(gòu)成門及電流的一部分,另一部分?jǐn)U散到J2結(jié)側(cè),被J2結(jié)空間電荷區(qū)的強(qiáng)電場拉向N1區(qū),引起N1區(qū)電子的積累,使J1結(jié)正偏壓升高,空穴注人亦增強(qiáng),從而建立起載流子運(yùn)動(dòng)的再生反饋機(jī)制。隨著J1、J3結(jié)的注人越來越占優(yōu)勢,結(jié)果使J2結(jié)兩側(cè)有足夠的載流子積累,使J2結(jié)極性反轉(zhuǎn),晶閘管由斷態(tài)進(jìn)人通態(tài)［18］。

帶阻容吸收回路的晶閘管門極觸發(fā)特性曲線如圖3(b)所示,圖中UD為晶閘管AK極電壓,IRC為阻容吸收回路電流,IL為開關(guān)閥件串聯(lián)回路電流,IAK為晶閘管元件電流。

晶閘管導(dǎo)通延時(shí)ton雖然隨著導(dǎo)通前關(guān)斷電壓UD的增大而減小,但主要受門極觸發(fā)電流幅值IFG的影響,二者近似存在著反比關(guān)系。晶閘管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí),通常tr≤1μs,IFG≈2 A,此時(shí)晶閘管導(dǎo)通延時(shí)ton≤3μs。

2.2 晶閘管關(guān)斷特性分析

晶閘管由于具有低摻雜、大注人的基區(qū),在導(dǎo)通期間,內(nèi)部充滿了大量的載流子。當(dāng)元件施加反向電壓UAK=-UR強(qiáng)制關(guān)斷時(shí),正向電流由IL逐漸衰減到零,由于殘留的載流子不能立即消失,元件短時(shí)間內(nèi)仍保持導(dǎo)通,電流過零后繼續(xù)沿反向流通,然后元件恢復(fù)阻斷能力,反向電流急速地從最大值-Irr衰減到穩(wěn)態(tài)漏電流［19］。晶閘管關(guān)斷過程中的電流波形如圖4(a)所示,電壓波形如圖4(b)所示。

圖3 晶閘管開通機(jī)理及特性曲線Fig.3 M echanism and typicalwaveforms at turn-on of thyristor

圖4 晶閘管關(guān)斷過程波形Fig.4 W aveform s of thyristor extinction

在圖4中,晶閘管反向恢復(fù)電流可以用指數(shù)函數(shù)模型來模擬。假設(shè)回路電感為L,反向關(guān)斷電壓為UR,QRRM為最大反向恢復(fù)電荷,則晶閘管元件反向恢復(fù)電流IAK可以描述為

考慮晶閘管自身的恢復(fù)電流,則回路方程為

式中:R為吸收回路電阻;C為吸收回路電容;IRC為吸收回路電流;UR為反向關(guān)斷電壓。利用約束條件IL(ta)=IAK(ta)=-Irr,UAK(ta)=0對(duì)式(2)進(jìn)行求解,可以得到負(fù)載電流IL的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式(3)中第一項(xiàng)是由回路電感和RC阻容支路決定的電流振蕩曲線,第二項(xiàng)是晶閘管反向恢復(fù)電流特性和外電路條件共同決定的電流振蕩曲線。

根據(jù)文獻(xiàn)［20-21］所述,如果要得到更精確的解,上述推導(dǎo)過程中晶閘管反向恢復(fù)電流也可以用雙曲正割函數(shù)模型

來替代,且還可以增加其他約束條件求出更精確的表達(dá)式。

3 開關(guān)暫態(tài)過程對(duì)分段供電性能影響

為了分析反并聯(lián)晶閘管分段供電切換開關(guān)對(duì)直線電機(jī)性能的影響,以某小型原理實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為例,該樣機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Structure parameters of prototype

該原理樣機(jī)電磁參數(shù)為:每相電阻Rs=0.4068Ω,激磁電感Lm=1.334 4mH,初級(jí)漏感Lls=2.480 2mH,次級(jí)電阻Rr=0.151 6Ω,次級(jí)漏感Llr=0.059 7mH。利用上述參數(shù)構(gòu)建如圖5所示的間接矢量控制系統(tǒng)仿真模型。

圖5 間接矢量控制系統(tǒng)仿真模型Fig.5 Indirect vector control system model

在圖5所示的系統(tǒng)仿真模型中,分段供電直線電機(jī)模型涵蓋切換開關(guān)模型。切換開關(guān)中晶閘管參數(shù)采用ABB公司5STB 25U5200型晶閘管應(yīng)用手冊提供的參數(shù),取Qrr=8 000μAs,Irr=95 A,阻容支路參數(shù)取為R=10Ω,C=2μF。為了避免實(shí)際開關(guān)切換過程中的電流沖擊,采用電流過零切換。仿真數(shù)據(jù)采用歸一化處理后,模型輸人勵(lì)磁電流i*ds給定值如圖6(a)所示,次級(jí)運(yùn)行速度V*ref給定值如圖6(b)所示。

圖6 系統(tǒng)仿真模型輸入Fig.6 Inputs of the system simulation model

系統(tǒng)模型仿真過程中,直線電機(jī)定子三相電流波形如圖7(a)所示。通過圖7(a)看出,開關(guān)切換過程中電機(jī)定子三相電流并沒有出現(xiàn)斷流現(xiàn)象,其原因在于:以圖1中電機(jī)動(dòng)子退出第1段、進(jìn)人第3段時(shí)A相開關(guān)切換為例,在其電流過零時(shí),控制系統(tǒng)給開關(guān)3中A相反并聯(lián)晶閘管施加觸發(fā)脈沖,同時(shí)撤除開關(guān)1中A相反并聯(lián)晶閘管觸發(fā)脈沖。開關(guān)3中晶閘管在收到觸發(fā)脈沖后延時(shí)ton才導(dǎo)通,此時(shí)開關(guān)1中晶閘管由于關(guān)斷特性的影響,尚處于0～ta階段,因此整個(gè)電機(jī)并不會(huì)出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。但是,在開關(guān)3導(dǎo)通至開關(guān)1恢復(fù)阻斷能力的過程中,電機(jī)第1段定子和第3段定子則會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)現(xiàn)象。在圖7(a)中并不能觀察開關(guān)切換暫態(tài)過程引起的電機(jī)定子并聯(lián)現(xiàn)象,這主要是由于電機(jī)定子三相電流峰值Im?Irr。為此,利用坐標(biāo)變換將電機(jī)定子電流由abc三相靜止坐標(biāo)系變換到dq0同步坐標(biāo)系,此時(shí)DQ0軸電流波形如圖7(b)所示。

圖7 系統(tǒng)仿真電流波形Fig.7 Current waveform s of system simulation

通過圖7(b)可以看出,由于分段供電開關(guān)切換暫態(tài)過程的存在,電機(jī)dq軸電流出現(xiàn)劇烈波動(dòng),同時(shí)通過零軸電流波形可知,電機(jī)定子abc三相電流出現(xiàn)了瞬時(shí)不對(duì)稱。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證理論計(jì)算和仿真分析的正確性,利用圖8(a)所示的某小型原理試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該樣機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁參數(shù)與仿真模型中參數(shù)完全相同。試驗(yàn)過程中直流電源采用±500 V DC蓄電池組供電,如圖8(b)所示。

圖8 原理樣機(jī)實(shí)物圖Fig.8 Actual photo of the prototypemachine

樣機(jī)在運(yùn)行過程中采用三電平逆變器控制,逆變器輸出側(cè)布置LEM電流傳感器檢測逆變器輸出的實(shí)際電流,逆變器控制器利用圖5所示的間接矢量控制算法進(jìn)行變壓變頻調(diào)速控制,并通過網(wǎng)絡(luò)將采集的電流上傳至頂層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器。實(shí)驗(yàn)過程中,系統(tǒng)輸人與圖6中仿真模型輸人完全相同,直線電機(jī)定子三相電流歸一化后的實(shí)驗(yàn)波形如圖9(a)所示,將其變換到同步dq0坐標(biāo)系下的電流波形如圖9(b)所示。

圖9 試驗(yàn)電流波形Fig.9 Current waves in experiment

對(duì)比圖7和圖9可以看出,仿真波形與實(shí)驗(yàn)波形吻合較好,電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了5次切換,切換過程中開關(guān)暫態(tài)過程在同步坐標(biāo)系下造成了dq軸電流和零序電流劇烈脈動(dòng),勢必造成直線電機(jī)電磁推力脈動(dòng)。

直線電機(jī)動(dòng)子上布置了一系列位置檢測編碼器,具體檢測原理參見文獻(xiàn)［22］。實(shí)驗(yàn)過程中檢測到電機(jī)動(dòng)子的速度及位置跟蹤曲線如圖10所示。

圖10 實(shí)驗(yàn)速度及位移跟蹤曲線Fig.10 Speed and position tracking curves in experiment

通過圖10可以看出,電機(jī)動(dòng)子運(yùn)行軌跡能夠很好跟蹤系統(tǒng)給定的速度曲線,并且在切換瞬間并沒有出現(xiàn)波動(dòng),原因在于電機(jī)動(dòng)子(含負(fù)載)具有很大慣性,由電機(jī)輸出電磁力到電機(jī)動(dòng)子速度之間存在著較大的一階慣性環(huán)節(jié)。

5 結(jié) 論

本文通過采用帶中間母排結(jié)構(gòu)的分段供電網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了單電源分段供電,大大降低了多電源設(shè)計(jì)帶來的成本增加,同時(shí)保證了電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中的模型和參數(shù)固定不變,可以利用現(xiàn)有各種控制算法實(shí)現(xiàn)高性能控制。另一方面,針對(duì)高壓大電流應(yīng)用場合大量采用反并聯(lián)晶閘管作為切換開關(guān),從晶閘管開通和關(guān)斷的“數(shù)學(xué)——物理”模型出發(fā),分析了分段供電切換過程中開關(guān)暫態(tài)對(duì)電機(jī)性能的影響。最后,利用某小型原理樣機(jī)進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用反并聯(lián)晶閘管作為分段供電切換開關(guān)時(shí),開關(guān)切換暫態(tài)過程并不會(huì)造成ABC三相電流出現(xiàn)斷流的現(xiàn)象,但在DQ0坐標(biāo)系下會(huì)發(fā)現(xiàn)dq軸電流和零序電流出現(xiàn)明顯脈動(dòng),勢必造成直線感應(yīng)電機(jī)電磁推力脈動(dòng)。如何改進(jìn)電機(jī)控制算法和分段供電切換控制策略來避免開關(guān)切換暫態(tài)過程造成電磁推力脈動(dòng)的影響將是需要繼續(xù)深人研究的問題。

［1］ 徐偉,汪旭東,袁世鷹.交通牽引大功率單邊直線感應(yīng)電機(jī)性能研究［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2008,12(4):396-402. XUWei,WANG Xudong,YUAN Shiying.Performance research on high power single linear induction motor in tractive transportation［J］.Electric Machines and Control,2008,12(4):396-402.

［2］ 史黎明,何晉偉,王坷,等.直線感應(yīng)電機(jī)間接磁場定向懸浮牽引聯(lián)合控制［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2009,13(2):179-183. SHILiming,HE Jinwei,WANGKe,etal.Combined controlof levitation and propulsion for linear induction motor based on IFO method［J］.Electric Machines and Control,2009,13(2):179 -183.

［3］ HUSAM G.General atomics linearmotor applications:moving towards deployment［J］.Proceedings of the IEEE,2009,97(11): 1864-1871.

［4］ DAVID CM,MICHAEL JN.Indirect vector control of a redundant linear induction motor for aircraft launch［J］.Proceedings of the IEEE,2009,97(11):1768-1776.

［5］ 許金,馬偉明,魯軍勇,等.分段供電直線感應(yīng)電機(jī)氣隙磁場分布和互感不對(duì)稱分析［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(15): 61-68. XU Jin,MAWeiming,LU Junyong,et al.Analysis of air-gap magnetic field distribution and mutual inductance asymmetry of sectionally powered linear induction motor［J］.Proceedings of the CSEE,2011,31(15):61-68.

［6］ 張明元,馬偉明,何娜.長初級(jí)直線電動(dòng)機(jī)分段供電技術(shù)綜述［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(27):96-104. ZHANG Mingyuan,MA Weiming,HE Na.Application of block feedingmethods in long primary linearmotors［J］.Proceedings of the CSEE,2013,33(27):96-104.

［7］ BECHERINIG,FRAIA SD,TELLINIB.Analysis of the dynamic behavior of a linear induction type catapult［J］.IEEE Transactions on Plasma Science,2011,39(1):59-64.

［8］ BARMADA S,MUSOLINO A,RAUGIM,et al.Analysis of the performance of amulti-stage pulsed linear induction launcher［J］. IEEE Transactions on Magnetics,2001,37(1):111-115.

［9］ BALIKCIA,ZABAR Z,BIRENBAUM L.Improved energy utilization of linear induction launchers by considering each section as an individual sub-launcher［J］.IEEE Transactions on Magnetics,2009,45(1):241-243.

［10］ LU Junyong,MAWeiming.Investigation of phase unbalance characteristics in the linear induction coil launcher［J］.IEEE Transactions on Plasma Science,2011,39(1):110-115.

［11］ 黃永剛,王素玉,王家素,等.高溫超導(dǎo)磁懸浮冷發(fā)射裝置供電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.超導(dǎo)技術(shù),2007,35(2):121-124. HUANG Yonggang,WANG Suyu,WANG Jiasu,et al.The power supply control system design of high temperature superconducting maglev launch system［J］.Superconductivity,2007,35(2):121 -124.

［12］ 黃永剛.高溫超導(dǎo)磁懸浮發(fā)射裝置供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都:西南交通大學(xué),2007.

［13］ LI Liyi,HONG Junjie,WU Hongxing,et al.Adaptive back-stepping control for the sectioned permanentmagnetic linear synchronousmotor in vehicle transportation system［C］//Vehicle Power and Propulsion Conference,Sept.3-5,2008,Harbin,China. 2008,9:1-5.

［14］ LILiyi,HONG Junjie,WU Hongxing,et al.Section crossing drive with fuzzy-PIcontroller for the long stroke electromagnetic launcher［J］.IEEE Transactions on Magnetics,2009,45(1):363 -367.

［15］ 洪俊杰.繞組分段永磁直線同步電機(jī)電流預(yù)測控制的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.

［16］LILiyi,ZHU He,MA Mingna,et al.Proposal of the sensorless controlmethod of long primary segmented PMLSM applied in electromagnetic catapult［C］//16th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology,May 15-19,2012,Beijing,China. 2012,5:1-6.

［17］ PATTERSON D,MONTIA,BRICE CW,et al.Design and simulation of a permanent-magnet electromagnetic aircraft launcher［J］.IEEE Transactions on Industry Applications,2005,41(2): 566-575.

［18］ 華偉,周文定.現(xiàn)代電力電子器件及其應(yīng)用［M］.北京:北方交通大學(xué)出版社,2003:53-80.

［19］ 湯廣福,賀之淵,鄧占鋒.基于器件物理特性的晶閘管閥串聯(lián)機(jī)制系統(tǒng)化研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(12):39 -44. TANG Guangfu,HE Zhiyuan,DENG Zhanfeng.Study on thyristor valve series mechanism based on device physical characteristic［J］.Proceedings of the CSEE,2006,26(12):39-44.

［20］ MA C L,LAURITZEN P O,TUERKES P,et al.A physicallybased lumped-charge SCRmodel［C］//24th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference,Jun.20-24,1993,Seattle,WA,America.1993,6:53-59.

［21］ JURGW,BJORN B.Design of RC snubbers for phase control applications［EB/OL］.www.abbsem.com,2001,02.

［22］ 張曉谞,何娜,王擎宇,等.基于正交編碼原理的直線電機(jī)位置檢測系統(tǒng)［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào),2014,26(1):34-37. ZHANG Xiaoxu,HE Na,WANG Qingyu,et al.Position sensing system for linear motor based on quadrature encoding principle［J］.Journal of Naval University of Engineering,2014,26(1):34 -37.

(編輯:劉琳琳)

Sw itch transient process of section powered long-primary linear induction motor

MA Ming-zhong1, MAWei-ming1, FAN Hui-li2, HUANG Chui-bing1, LIWen-lu1
(1.National Key Laboratory for Vessel Integrated Power System Technology,Naval Engineering University,Wuhan 430033,China;2.Foreign Training Department,Naval Engineering University,Wuhan 430033,China)

In long-primary linear inductionmotor(LPLIM)which is section powered with traditional power supply,themovement of the secondary changes the length it overlaps with every section of the primary,which leads to results that themotor parameters vary and the load can't be precisely controlled.In order to solve this question,a power supply network with intermediate buswas designed,whichmade themodel and parameters of themotor fix in the entire process and guaranteed various controlmethods to realize high performance.In the light of anti-parallel thyristors as the sectional power supply switch,the“Mathematical-Physical”models of a thyristor turn-on and turn-off processwere established.The transient process and its influence of the transfer switches used in section powered linear induction motor were analyzed.A section powered two-primary LPLIM prototype was applied to experiment.The experimental results tally with the analytical value,which verified the correctness of the theoretical analysis.

long-primary linear induction motor(LPLIM);sectional power supply network;anti-parallel thyristors;transfer switch; mathematical-physicalmodel

10.15938/j.emc.2015.09.001

TM 359

A

1007-449X(2015)09-0001-07

2014-06-17

國家自然科學(xué)基金(51207162,51077129);國家“863”高技術(shù)研究發(fā)展技術(shù)資助項(xiàng)目(2011AA040302)

馬名中(1984—),男,博士,講師,研究方向?yàn)橹本€電機(jī)設(shè)計(jì)及控制,大功率電力電子變換技術(shù);馬偉明(1960—),男,博士,中國工程院院士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殡娏?、電力電子、電力系統(tǒng)、電磁兼容技術(shù)等;范慧麗(1983—),女,碩士,助理翻譯,研究方向?yàn)橛⑽奈膶W(xué)研究;黃垂兵(1988—),男,博士研究生,研究方向?yàn)榇蠊β孰娏﹄娮幼儞Q技術(shù);李文祿(1983—),男,博士,講師,研究方向?yàn)殡姶偶嫒荨?/p>

馬名中