[发明专利]一种交流直线电机分段供电方法

说明书

本发明公开了一种交流直线电机分段供电方法，步骤为：①当电机次级处于起始位置时，使得第1、2、……、n共n段初级串联通电，次级开始运动；②当次级恰好完全离开第1段初级时，电机三相绕组依次分别基于该相电流过零点切换到第2、3、……、n+1段初级串联通电；③当次级恰好完全离开第2、3、……段初级时，其分段供电切换方法同第2步；④当次级通过制动停止运动时，切断所有初级段的供电。该分段供电方法基于通电初级串联供电，可保证各段初级中电流相等，功率密度一致，有利于减小电机体积重量，降低电机控制的复杂性，且由于采取了电流过零切换的策略从而避免了供电切换时电磁力的大幅波动，尤其适用于高速大功率交流直线电机。

技术领域

本发明属于直线电机领域，具体涉及一种初级分段的直线电机，实现段与段之间切换供电的方法。本发明适用于长初级短次级结构的交流直线电机(包括直线感应电机和直线同步电机)，尤其适用于电磁发射用高速大功率直线电机。

现有技术状况

随着直线电机理论和设计技术的不断成熟以及电力电子技术不断深入地发展，直线电机正越来越广泛地得到应用。当前，以直线电机技术为核心的电磁发射装置是西方各军事强国研究的热点课题，如电磁弹射器、电磁轨道炮等。然而，对于电磁弹射器这类装置所采用的大功率长初级交流直线电机：一是现有的电源很难或无法满足全部初级全程通电的要求；二是初级全程通电时，初次级非耦合部分不做功，导致电机效率低下，能量浪费严重。为解决这些问题，对初级实行分段供电是工程上行之有效的办法。

目前，有少量文献对长初级交流直线电机采用分段供电技术进行了初步研究，例如《多段初级永磁直线同步电机驱动的垂直提升系统》(中国电机工程学报，2007年第18期)所述的垂直提升机，《长定子直线电机驱动的传输系统》(微电机，2002年第4期)所述的物流传输装置，等。但由于速度低、功率小，他们都是采取对通电初级并联供电的方法。初级并联供电主要存在两大缺点：一是供电电压不变时，各段通电初级中的电流会随着次级的运动而变化，造成各段初级功率密度不等，使得初级无法做到尽限使用，从而不利于减小电机体积重量；二是各段通电初级中的电流不等，将增加通过电流反馈对次级运动进行精确闭环控制的难度。这两大缺点在飞机弹射等功率大、精度高的场合是难以容忍的。

另外，采用长初级驱动的磁悬浮列车也广泛采用了分段供电技术。磁悬浮列车的分段供电方法主要有“蛙跳法”、“两步法”、“三步法”等，但所有这些方法的本质还是基于段与段并联供电，可满足稳态工作的要求，但无法满足电磁发射等某些特殊应用场合的要求。电磁发射装置一般为脉冲间歇工作方式，一次工作时间短，瞬态功率大，电流大，对电磁力的波动有严格要求，因此电磁发射装置必须寻求一种可靠的、电磁力波动较小的分段供电切换方法，但公开文献中暂时查不到与此有关的信息。

发明内容

本发明的目的是为了适应长初级直线电机电磁发射装置的特殊需求，而采取的一种对初级实行分段供电的方法。该方法可保证在供电电压不变的前提下，各段通电初级中的电流相等，从而根本上解决了初级并联供电时所存在的不足；同时该方法还避免了在供电切换时，电磁力波动过大的缺点。

本发明提供的交流直线电机分段供电方法，其步骤包括：

第1步 当电机次级处于起始位置时，使得第1、2、……、n共n段初级串联通电，次级开始运动；

第2步 当次级恰好完全离开第1段初级时，通过检测初级中A、B、C三相电流，分别判断各相电流是否过零，只要某一相电流过零，就将第1段初级该相切除供电，同时将第n+1段初级该相通电，三相电流将在120°到180°相角内依次过零，则电机在这段时间内从第1、2、……、n段初级串联通电，完全切换到第2、3、……、n+1段初级串联通电；

第3步 当次级恰好完全离开第2、3、……、N-n段初级时(N为初级总段数)，其分段供电切换方法同第2步；

第4步 当次级通过制动停止运动时，切断所有初级段的供电。