单电机驱动的并联同步机器的制作方法

1.本发明涉及电机，更具体地涉及使用单个电动机驱动器的同步机的并联操作。


背景技术：

2.各种应用实现以并联配置连接的多个电机。然而，这些配置通常包括连接到并且控制每个同步电动机的单个电动机驱动器，或控制多个异步电动机的单个电动机驱动器。为了控制以并联连接的多个异步电动机，电动机驱动器在没有来自异步电动机的单独的电流传感器信号的情况下在开环控制中操作。为了控制以并联连接的多个同步电动机，每个电动机驱动器在闭环控制矢量控制中操作来接收来自每个电动机的信号反馈，以指示每个电动机的相电流、速度、位置或方向从而控制电动机驱动器输出。然而，缺乏从电动机传递的单个信号反馈可能导致电压失配，并且导致连接到电动机驱动器的电动机汲取过大的电流。由此导致对系统的潜在的损害。因此，期望用于并联操作多个同步电动机的改进的系统。


技术实现要素：

3.为了解决或至少部分解决上述及其它潜在的问题，本公开的实施例提供了用于使用单个电动机驱动器操作并联连接的多个同步电动机的系统和方法。
4.在一些实施例中，系统包括：单个电动机驱动器，包括：输入，包括基于用户输入的输入信号；输出，包括由单个电动机驱动器确定的输出信号；电流传感器，其中电流传感器检测输出信号；以及多个同步电动机，其中多个同步电动机包括被并联连接到单个电动机驱动器，多个同步电动机具有连接到多个同步电动机中的每个同步电动机的相似负载，其中单个电动机驱动器从电流传感器接收测量的输出信号；其中单个电动机驱动器基于输入信号和输出信号控制多个同步电动机。
5.在一些实施例中，输入信号包括参考速度、参考转矩、参考通量及其组合。
6.在一些实施例中，输出信号包括三相ac线路，并且其中电流传感器包括被设置在三相ac线路上以检测电流。
7.在一些实施例中，单个电动机驱动器还包括：逆变器，其中逆变器包括dc母线，并且其中逆变器将dc母线上的dc电压转换为三相ac输出；其中电流传感器还包括被设置在dc母线上以检测dc链路电流。
8.在一些实施例中，电流传感器检测来自多个同步电动机的功率扰动，并且其中单个电动机驱动器通过基于输入信号控制输出电流来抑制多个同步电动机中的功率扰动。
9.在一些实施例中，功率扰动包括由于缺乏同步转矩而导致的非周期性角间距、由于阻尼转矩不充足而导致的转子角不稳定性及其组合。
10.在一些实施例中，单个电动机驱动器包括变速驱动器，变速驱动器具有闭环电流控制器，并且其中变速驱动器利用矢量控制来控制多个同步电动机。
11.在一些实施例中，电动机驱动器包括变频驱动器，其中变频驱动器利用具有稳定
回路的标量伏特/赫兹(volts per hertz)控制来控制多个同步电动机。
12.在一些实施例中，多个同步电动机包括从两个至十六个同步电动机。
13.在一些实施例中，多个同步电动机包括永磁辅助同步电动机。
14.在一些实施例中，多个同步电动机包括纯同步磁阻电动机。
15.在一些实施例中，多个同步电动机包括内部永磁同步电动机。
16.在一些实施例中，一种操作系统的方法，该系统包括单个电动机驱动器，并联连接至单个电动机驱动器的多个同步电动机，以及检测单个电动机驱动器的输出信号的电流传感器，该方法包括：由单个电动机驱动器接收基于用户输入的输入信号，由单个电动机驱动器基于输入信号确定输出信号；由单个电动机驱动器接收来自电流传感器的输出信号的反馈；以及基于输入信号和输出信号由单个电动机驱动器控制多个同步电动机的操作。
17.在一些实施例中，由单个电动机驱动器、通过输出信号来控制多个同步电动机还包括：由单个电动机驱动器、通过基于输入信号控制输出电流来使公共节点处的净有功功率和净无功功率保持平衡；由电流传感器确定多个同步电动机的功率扰动；以及由单个电动机驱动器、通过基于输入信号控制输出电流来抑制多个同步电动机中的功率扰动。
18.在一些实施例中，功率扰动包括由于缺乏同步转矩而导致的非周期性角间距、由于阻尼转矩不充足而导致的转子角不稳定性及其组合。
19.在一些实施例中，该方法还包括由单个电动机驱动器在同步操作中启动多个同步电动机；其中同步操作包括多个同步电动机中的每个同步电动机被对齐，并且多个同步电动机中的每个同步电动机被连接到相似的负载。
20.在一些实施例中，单个电动机驱动器包括变频驱动器，并且其中由单个电动机驱动器基于输入信号和输出信号来控制多个同步电动机的操作还包括：由变频驱动器利用具有稳定回路的标量伏特/赫兹控制来控制多个同步电动机。
21.在一些实施例中，单个电动机驱动器包括变速驱动器，该变速驱动器包括高动态闭环电流控制器，并且其中由单个电动机驱动器基于输入信号和输出信号来控制多个同步电动机的操作还包括：由变速驱动器利用矢量控制来控制多个同步电动机。
22.在一些实施例中，用于控制多个同步电动机的设备包括：单电动机驱动器装置，包括：输入，其中输入包括基于用户输入的输入信号；输出，其中输出包括输出信号；逆变器，其中逆变器将dc电压转换为三相ac输出；电流传感器，电流传感器检测输出信号并且向单个电动机驱动器提供反馈；以及多个同步电动机，其中多个同步电动机包括以并联配置连接到单个电动机的驱动器；其中单个电动机驱动器通过基于输入信号和测量的输出电流控制输出信号来控制多个同步电动机的操作。
23.在一些实施例中，电流传感器检测来自多个同步电动机的功率扰动，并且其中功率扰动包括由于缺乏同步转矩而导致的非周期性角间距、由于不充足的阻尼转矩而导致的转子角不稳定性及其组合。
附图说明
24.参考附图，本文仅以示例的方式描述了本公开的一些实施例。现在详细地具体参考附图，要强调的是，所示出的实施例是作为示例并且用于本公开的实施例的说明性讨论的目的。在这方面，结合附图的描述能够使得本领域技术人员清楚如何实现本公开的实施
例。
25.图1是根据一些实施例的包括并联连接到多个同步电动机的单个电动机驱动器的系统的示意图。
26.图2是根据一些实施例的包括并联连接到多个同步电动机的单个电动机驱动器的系统的示意图。
27.图3是根据一些实施例的图1的单个电动机驱动器的示意图。
28.图4是根据一些实施例的图1的单个电动机驱动器的逆变器的示意图。
29.图5是根据一些实施例的连接到多个同步电动机的单个电动机驱动器的示意图。
30.图6是根据一些实施例的连接到多个同步电动机的单个电动机驱动器的示意图。
31.图7是根据一些实施例的连接到多个同步电动机的单个电动机驱动器的示意图。
32.图8是根据一些实施例的方法的流程图。
33.图9是根据一些实施例的方法的流程图。
具体实施方式
34.许多应用利用并联连接到单个电动机驱动器的多个异步电动机(即，感应电动机)。这在具有相似负载要求的应用中是常见的，其中多个电动机以相同速度和相似负载要求操作，例如风扇、泵和其它相似装置。通常，由于设计的简单性和控制逻辑的简单性，要求恒定速度和负载要求的系统使用并联连接到变速驱动器(vsd)的异步电动机，该变速驱动器使用标量伏特/赫兹控制。此外，这种配置不需要额外的电流和位置传感器。
35.此外，尽管永磁(pm)同步电动机通常比感应电动机更有效，但是pm同步电动机驱动器需要用于操作的转子位置信息并且在多电动机中使用pm同步电动机，并联配置先前已经包括用于每个电动机的转子位置传感器和/或电流传感器。在没有正确的转子位置和/或相电流反馈信息的情况下，到逆变器开关的驱动门信号可能不能正确地换向并且可能导致故障状况。
36.本实施例提供了使用单个电动机驱动器以并联配置操作多个同步电动机。在下文中，将基于附图和描述来说明系统和用于操作系统的方法。
37.在已经公开的这些益处和改进中，本公开的其它目的和优点将从以下结合附图的描述中变得明显。本文公开了本公开的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是对可以以各种形式实施的本公开的说明。此外，关于本公开的各种实施方案给出的每个实施例是旨在说明性的而非限制性的。
38.在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语采用本文明确关联的含义。本文使用的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和“在一些实施例中”不一定指相同的实施例，尽管可以指相同的实施例。此外，如本文中所使用的短语“在另一实施例中”和“在一些其它实施例中”未必是指不同实施例，尽管也可以指不同实施例。本公开的所有实施例在不背离本公开的范围或精神的情况下，是可以组合的。
39.如本文使用的，“同步操作”可以被定义为多个电动机以相似的惯性、速度、旋转方向、相似的对准、其它操作特性及其组合来操作。
40.如本文使用的，“电动机驱动器”可以被定义为能够通过电压、电流、频率、速度、转矩、其它信号及其组合来控制电动机的操作的多个电动机驱动器中的任一电动机驱动器。
在其它类型的电动机驱动器中，电动机驱动器可以包括变速驱动器、变频驱动器，包括能够接收提供给电动机驱动器的参考输入信号和/或测量信号的任何部件的其它电动机驱动器，并且电动机驱动器通过提供电压、电流、频率、其它信号及其组合来控制连接到电动机驱动器的电动机的操作。
41.如本文使用的，术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的附加因素，除非上下文另外清楚地指明。此外，在整个说明书中，“一”、“一个”和“所述”的含义包括复数指代。“在
……
中”的含义包括“在
……
中”和“在
……
上”。
42.如这里所使用的，术语“在
……
之间”不一定要求直接设置在其它元件旁边。通常，该术语是指某物被两个或多个其它物体夹在中间的结构。同时，术语“在
……
之间”可以描述与两个相对的事物直接相邻的事物。因此，本文公开的任何一个或多个实施例中，被设置在两个其它结构元件之间的特定结构部件可以是：
43.直接设置在两个其它结构元件之间，使得特定结构部件与两个其它结构元件直接接触；
44.仅紧邻两个其它结构元件中的结构元件布置，使得特定结构部件仅与两个其它结构元件中的结构元件直接接触；
45.间接地紧邻该两个其它结构元件中的仅一个结构元件布置，使得该特定结构部件不与该两个其它结构元件中的仅一个结构元件直接接触，并且存在将特定结构部件与两个其它结构元件中的一个结构元件并列的另一个元件；
46.被间接地设置在这两个其它结构元件之间，使得该特定结构部件不与这两个其它结构元件直接接触，并且其它特征可以被设置在其间；或
47.其任意组合。
48.图1是根据一些实施例的包括并联连接到多个同步电动机115的单个电动机驱动器105的系统100的示意图。系统100可以包括单个电动机驱动器105，电流传感器110和多个同步电动机115。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以在输入处包括输入信号。在一些实施例中，输入信号可以包括用户输入。在一些实施例中，输入信号可以至少部分地基于用户输入。在一些实施例中，用户输入可以包括控制负载，多个同步电动机115的操作，其它因素及其组合的输入。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以在输出处包括输出信号。在一些实施例中，输出信号包括来自电流传感器的反馈信号。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以部分地基于输入信号来确定输出信号。在一些实施例中，输出信号可以包括电流和电压以控制多个同步电动机115。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括能够控制同步电动机的多个电动机驱动器中的任一电动机驱动器。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括并联连接的多个电动机驱动器105，并且可以包括到多个同步电动机115的公共输出。
49.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括变速驱动器(vsd)。在一些实施例中，vsd可以包括动态闭环电流控制。在一些实施例中，vsd可以使用矢量控制来控制多个同步电动机中的每个同步电动机。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以控制多个同步电动机115而不接收位置传感器信息来为多个同步电动机115中的每个同步电动机提供位置信号。位置传感器可包括编码器或能够检测转子位置、轴位置、其它相似电动机特性及其组合的其它相似部件。在一些实施例中，vsd可以使用矢量控制来控制多个同步电动机
115。在一些实施例中，高动态闭环电流控制器可以将来自电流传感器110的输出电流的测量电流反馈信息提供给多个同步电动机115，返回到单个电动机驱动器105。
50.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括变频驱动器(vfd)。vfd可以使用标量伏特/赫兹控制来控制连接到vfd的多个同步电动机。在一些实施例中，变频驱动器可以使用具有稳定回路的标量控制来控制多个同步电动机115。
51.在一些实施例中，系统100可以包括电流传感器110。在一些实施例中，电流传感器110可以设置在单个电动机驱动器105的输出处。在一些实施例中，电流传感器110可以位于单个电动机驱动器105的dc总线上。在一些实施例中，电流传感器110可以测量dc链路电流以确定输出电流，该输出电流是从开关的发射极电流重构的。在一些实施例中，电流传感器110可以位于电动机驱动器105的三相ac输出上。在一些实施例中，电流传感器110可以包括第一电流传感器110和第二电流传感器110，第一电流传感器110位于ac电流输出的第一相位上，第二电流传感器110位于ac电流输出的第二相位上以检测输出电流。在一些实施例中，电流传感器110可以检测三相ac输出上的输出电流并且将所测量的电流中继回单个电动机驱动器105。在一些实施例中，来自第一电流传感器110和第二电流传感器110的电流信号可以被发送到第三设备。第三装置可接收来自第一电流传感器110和第二电流传感器110的电流，并且确定第一相、第二相、第三相及其组合的电流。在一些实施例中，电流传感器110可以包括位于三相ac输出的每一相的电流传感器110。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以在输出处或附近包括电流传感器110，以测量单个电动机驱动器105的输出信号并且将输出信号反馈到单个电动机驱动器105。
52.在一些实施例中，系统100可以包括多个同步电动机115。在一些实施例中，多个同步电动机115可以在输出处连接到单个电动机驱动器105。在一些实施例中，多个同步电动机115可以并联配置连接到其它同步电动机115中的每个同步电动机。在一些实施例中，多个同步电动机115中的每个同步电动机115可以具有相似的尺寸和额定功率，以操作每个同步电动机115上的基本相似的负载。在一些实施例中，多个同步电动机115中的每个同步电动机可以具有相同的尺寸和额定功率。在一些实施例中，多个同步电动机115中的每个同步电动机可以是相同的电动机。在其它实施例中，多个同步电动机115中的每个同步电动机可以包括相似的尺寸、额定功率、操作特性及其组合。
53.在一些实施例中，多个同步电动机115可以包括纯同步磁阻电动机。在一些实施例中，多个同步电动机115可以包括永磁辅助同步电动机。在一些实施例中，多个同步电动机115可以包括内部永磁同步电动机。多个同步电动机115包括气隙。气隙是将定子与转子铁心分开的距离。气隙越小，电动机的磁化电感越大。此外，包括较大气隙的电动机可以具有比具有较小气隙的电动机更小的磁化电感。在一些实施例中，多个同步电动机115可以包括在特定距离内的气隙，以将同步电动机115的磁化电感维持在足够高的电感，使得单个电动机驱动器105可以控制净有功功率和净无功功率。
54.在一些实施例中，多个同步电动机115中的每个同步电动机可以连接到单独的负载上。连接到多个同步电动机115中的每个同步电动机的单独负载可以包括相似的负载要求。在一些实施例中，连接到多个同步电动机115的负载可以包括相似的惯性要求、相似的速度要求、旋转方向及其组合。
55.在一些实施例中，多个同步电动机115可以是至少两个同步电动机115。在一些实
施例中，多个同步电动机115可以是至少三个同步电动机115。在一些实施例中，多个同步电动机115可以是至少四个同步电动机115。在一些实施例中，多个同步电动机115可以是至少六个同步电动机。在一些实施例中，并联连接到单个电动机驱动器105的同步电动机115的数目可以在从二至十六个同步电动机115的范围内。在一些实施例中，并联连接到单个电动机驱动器105的同步电动机115的数目可以在从四个到十六个同步电动机115的范围内。在一些实施例中，连接到单个电动机驱动器105的同步电动机115的数目可以包括多达十六个同步电动机115。
56.在一些实施例中，启动系统100的多个同步电动机115可以包括同步地启动多个同步电动机115中的每个同步电动机。在一些实施例中，同步地启动多个同步电动机115可以包括同时启动这些同步电动机。在一些实施例中，多个同步电动机115的稳定启动可以包括在启动多个同步电动机115之前将每个转子在相同的方向上对齐。在一些实施例中，对准多个同步电动机115的每个转子可以包括在相同方向上对准多个同步电动机115的每个转子。在一些实施例中，对齐多个同步电动机115可以包括将多个同步电动机115的每个转子对齐在基本相似的转子位置中。对准可以防止多个同步电动机115中的振荡，由此在多个同步电动机115启动时转子的未对准可以导致未对准电动机中的振荡。在一些实施例中，振荡可以包括在未对准的同步电动机115与多个同步电动机115中的任何其它同步电动机之间流动的循环电流，由此潜在地导致对系统100的损害。在一些实施例中，多个同步电动机115可以使用多种启动方法中的任一种来启动，这些启动方法包括但不限于dc喷射、手动启动、脉冲控制、在转子旋转时启动电动机、其它方法及其组合。
57.图2是根据一些实施例的包括并联连接到多个同步电动机115的单个电动机驱动器105的系统100的示意图。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以在公共节点120处连接到多个同步电动机115中的每个同步电动机。在一些实施例中，电流传感器110可以被设置在单个电动机驱动器105的输出处，在单个电动机驱动器105与公共节点120之间，以检测从单个电动机驱动器105到多个同步电动机115的电流。在一些实施例中，电流传感器110可以被设置在单个电动机驱动器105的输出与多个同步电动机115的输入之间。
58.图3是根据一些实施例的图1的单个电动机驱动器105的示意图。应当理解，图3所示的单个电机驱动装置105和单个电机驱动装置105的部件是说明性的实施例，而不是限制性的。因此，电动机驱动器105可以包括用于接收来自电动机驱动器105的电流输出并且至少部分地基于该输入来控制多个同步电动机115的部件的组合中的任一。在一些实施例中，电动机驱动器105可以包括但不限于观测器305、电流预测器306、参考控制器301、电流控制器302、调制器303、逆变器304、用于电动机驱动器的其它部件及其组合。
59.在一些实施例中，到单个电动机驱动器105的输入可以包括参考通量、参考转矩、参考速度、其它参考信号及其组合。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以接收这些输入信号并且基于这些输入信号确定以控制多个同步电动机115。
60.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以接收来自电流传感器110的输出电流并且确定估计的转子通量、转子取向、同步电动机115的估计的角速度，同步电动机115的估计的转子位置及其组合。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括观测器305。在一些实施例中，观测器305可以从电流传感器110接收电流传感器数据，并且提供估计的转子通量、转子取向、多个同步电动机115的估计的角速度、多个同步电动机115的估计的转子位
置及其组合。
61.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以确定同步电动机115的下一时间间隔的预测电流。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括电流预测器306，电流预测器306可以接收d轴和q轴的电流向量以确定下一时间间隔的预测电流。
62.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以基于参考通量、参考转矩、参考速度、估计角速度、dc总线电压、每安培最大转矩(mpta)、每电压最大转矩、负载角度限制算法及其组合来确定参考电流。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括参考控制器301，参考控制器301可以接收多个同步电动机115的参考通量、参考转矩、dc总线电压、估计的通量、估计的角速度及其组合，以确定参考电流。在一些实施例中，参考控制器301基于参考输入和来自电流传感器110的电流反馈来确定最佳参考电流。在一些实施例中，由参考控制器301确定的最佳参考值可以进一步基于dc总线电压、mtpa、每电压的最大转矩、负载角度限制算法、最佳参考多电动机算法及其组合。在一些实施例中，参考电流可以用于控制公共节点120处的有功功率和无功功率，并且抑制任何同步电动机115中由于不平衡负载状况而导致的任何功率扰动。
63.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以确定参考电压。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括电流控制器302，电流控制器302可以接收参考电流并且可以确定到调制器303的参考电压。
64.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以基于参考电压向量来确定用于门脉冲的逻辑控制。在一些实施例中，参考电压矢量可以包括参考电压矢量，其它电压矢量及其组合。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括调制器303。在一些实施例中，调制器303可以接收参考电压矢量。在一些实施例中，调制器303可以使用脉宽调制来接收参考电压，并且可以向逆变器304提供用于门脉冲的逻辑控制。在一些实施例中，调制器303可以使用多种信号处理技术中的任何一种来提供对选通脉冲的逻辑控制。在一些实施例中，调制器303可以使用空间矢量脉宽调制(svpwm)来接收参考电压矢量，并且可以为dc总线上的门的门脉冲提供逻辑控制，以将dc总线电压转换为ac电压，从而控制多个同步电动机115。
65.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以确定用于门脉冲的逻辑控制以控制到多个同步电动机115的输出。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括逆变器304。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过向逆变器304提供用于门脉冲的逻辑控制来确定输出电流以控制多个同步电动机115。在一些实施例中，逆变器304可以从单个电动机驱动器105接收门脉冲并且将dc总线电压转换为ac电压以驱动多个同步电动机115。在一些实施例中，逆变器304可以从调制器303接收栅极驱动信号，以将dc总线电压转换为三相ac输出，从而控制多个同步电动机115。在一些实施例中，ac输出可以包括多于三相。
66.图4示出了根据一些实施例的图1的单个电动机驱动器105的逆变器304的示意图。注意，图4仅是逆变器的说明性实施例，并且不旨在进行限制。在一些实施例中，逆变器304将dc电压转换为三相ac输出。在一些实施例中，逆变器304可以包括能够将dc电压转换成ac电压的多个部件中的任一部件，包括但不限于开关、二极管、电容器、逆变器、其它部件及其组合。在一些实施例中，逆变器304可以包括dc总线401，dc总线401包括dc总线401两端的dc总线电压。在一些实施例中，逆变器304可以包括跨接在dc总线上的第一支路402、第二支路403和第三支路404。在一些实施例中，第一支路402、第二支路403和第三支路404中的每个
支路可以连接到单个电动机驱动器105的三相ac输出的一相ac。在一些实施例中，dc总线可以包括连接到三相ac输出的整流桥。在一些实施例中，整流桥可以进一步将能量再生回主电源。在一些实施例中，逆变器304可包括脉冲转换器，包括六脉冲转换器、十二脉冲转换器、其它脉冲转换器及其组合。
67.在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括多个开关405以将dc电压转换为ac电压。在一些实施例中，第一支路402、第二支路403、第三支路404中的每个支路可以包括开关405。在一些实施例中，第一支路402、第二支路403、第三支路404中的每个支路可以包括跨越每个支路串联连接的一对开关405。在一些实施例中，第一支路402、第二支路403、第三支路404中的每个支路可以包括多个配置中的多个开关，配置包括但不限于串联、反串联、并联、其它配置及其组合。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以使用逻辑门驱动信号来控制每个开关405以将dc总线电压转换为ac电压。在一些实施例中，开关405可以包括多种固态开关器件中的任何一种，包括但不限于双极晶体管(bjt)、场效应晶体管(fet)型器件、绝缘栅双极晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)型器件、其它固态开关及其组合。
68.图5是根据一些实施例的连接到多个同步电动机115的单个电动机驱动器105的示意图。单个电动机驱动器105可以通过将净有功功率平衡维持在平衡状态来控制多个同步电动机115，其中单个电动机驱动器105的输出等于多个同步电动机115的总负载。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过将公共节点120处的净有功功率平衡维持在零来维持多个同步电动机115的同步操作。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过将公共节点120处的净有功功率平衡维持在接近零来维持连接到单个电动机驱动器105的多个同步电动机115的同步操作。在一些实施例中，维持公共节点120处的净有功功率平衡可包括维持来自单个电动机驱动器105的输出等于传递到连接到多个同步电动机115的所有负载的功率，包括损耗。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过维持公共节点120处的频率恒定来维持净有功功率平衡。因此，在一些实施例中，单个电动机驱动器105的净有功功率平衡可以表示为：
[0069][0070]
图6是根据一些实施例的并联连接到多个同步电动机115的单个电动机驱动器105的示意图。单个电动机驱动器105可以通过维持无功功率平衡来控制多个同步电动机115，该无功功率平衡是通过维持单个电动机驱动器105的输出等于与负载交换的无功功率来实现的。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过将公共节点120处的净无功功率平衡维持在零来维持连接到单个电动机驱动器105的多个同步电动机115的电压稳定性。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过将单个电动机驱动器105的无功功率输出维持为等于与负载交换的无功功率来维持公共节点120处的电压稳定性。因此，公共节点120处的单个电动机驱动器105的净无功功率平衡可以表示为：
[0071][0072]
图7是根据一些实施例的并联连接到多个同步电动机115的单个电动机驱动器105
的示意图。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以通过抑制来自多个同步电动机115中的任一的功率扰动来维持连接到单个电动机驱动器105的多个同步电动机115的转子角稳定性。在一些实施例中，对功率扰动的抑制可以包括系统100的多个同步电动机115在扰动之后保持同步操作的能力。在一些实施例中，扰动可以包括局部的和实质的扰动，其中对同步机115的功率扰动可以导致多个同步电动机115中的由于扰动期间的加速而失步。在一些实施例中，局部和实质干扰的时间尺度可以从小于一秒到几秒。在一些实施例中，局部的和实质的干扰可以包括由于缺乏同步扭矩ks*δδ而导致的非周期角间距形式的瞬态不稳定性。在一些实施例中，扰动可以包括小扰动，其中该扰动引起负载的小的增加或变化。在一些实施例中，小扰动转子角稳定性可以与不充足阻尼扭矩kd*δf相关联。在一些实施例中，公共节点120处的功率扰动抑制可以表示为：
[0073][0074]
在一些实施例中，功率扰动可以包括由于缺乏同步而导致的非周期性角间距、由于阻尼转矩不充足而导致的转子角不稳定性及其组合。
[0075]
图8是根据一些实施例的方法800的流程图。方法800总体上涉及由单个电动机驱动器105来操作多个同步电动机115。在一些实施例中，是操作系统100的方法，系统100包括单个电动机驱动器105，并联连接到单个电动机驱动器105的多个同步电动机115，以及检测单个电动机驱动器的输出信号的电流传感器110。
[0076]
在805，方法800可以包括由单个电动机驱动器105接收基于用户输入的输入信号。在一些实施例中，输入信号可以包括参考通量、参考转矩、参考速度、其它参考信号及其组合。在一些实施例中，输入信号可以由用户提供以至少部分地控制多个同步电动机115。在一些实施例中，多个同步电动机115的控制可以包括控制多个同步电动机115的速度和功率。
[0077]
在810，方法800可以包括由单个电动机驱动器105基于输入信号确定输出信号。在一些实施例中，单个电动机驱动器105的输出信号可以驱动多个同步电动机115。在一些实施例中，输出信号可以包括电压和电流。在一些实施例中，输出信号可以包括dc总线电压和电流。在一些实施例中，输出信号可以包括从开关的发射极电流重构的输出电压和电流。在一些实施例中，输出信号可以包括三相ac输出上的三相ac电压和电流。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以接收输入信号，并且单个电动机驱动器105可以基于输入信号确定输出电流。
[0078]
在815，方法800可以包括由单个电动机驱动器105从电流传感器110中接收输出信号的反馈。在一些实施例中，电流传感器110可以位于三相ac输出处。在一些实施例中，电流传感器110可以位于dc总线上。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括电流传感器110。在一些实施例中，电流传感器110可以在单个电动机驱动器105的外部以向单个电动机驱动器105提供反馈信号。
[0079]
在820，方法800可以包括由单个电动机驱动器105基于输入信号和输出信号控制多个同步电动机115的操作。在一些实施例中，单个电动机驱动器105将测量的输出信号与输入信号进行比较。在一些实施例中，基于测量的输出信号和输入信号，单个电动机驱动器105可以控制电流信号以控制多个同步电动机115。在一些实施例中，控制多个同步电动机
115可以包括向多个同步电动机115提供电压和电流以将公共节点处的净有功功率和净无功功率维持在平衡或接近平衡。在一些实施例中，控制多个同步电动机115的操作可以包括通过控制单个电动机驱动器105到多个同步电动机115的输出信号来抑制多个同步电动机115处的功率扰动。
[0080]
在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括vfd。在一些实施例中，vfd可以通过使用标量伏特/赫兹控制来控制多个同步电动机115，从而控制多个同步电动机115的操作。在一些实施例中，vfd还可以包括稳定回路。
[0081]
在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括vsd。在一些实施例中，vsd可以包括高动态闭环电流控制器。在一些实施例中，vsd可以通过使用矢量控制来控制多个同步电动机115的操作。在一些实施方式中，矢量控制可以包括转矩控制。在一些实施方式中，矢量控制可以包括面向场的控制。在一些实施方式中，矢量控制可以包括模型预测控制。在一些实施例中，单个电动机驱动器105可以包括多个矢量控制平台中的任一以控制多个同步电动机115。
[0082]
在一些实施例中，由单个电动机驱动器105、通过输出信号来控制多个同步电动机115可以还包括：由单个电动机驱动器105、通过基于输入信号控制输出电流来使公共节点处的净有功功率和净无功功率保持平衡。在一些实施例中，由单个电动机驱动器105、通过输出信号来控制多个同步电动机115可以还包括：由单个电动机驱动器105、基于来自电流传感器的反馈来确定多个同步电动机的功率扰动。在一些实施例中，由单个电动机驱动器105、通过输出信号控制多个同步电动机115可以还包括：由单个电动机驱动器105、通过基于输入信号控制输出信号来抑制多个同步电动机中的功率扰动。在一些实施例中，功率扰动可以包括非周期性角间距和/或转子角不稳定性。例如，非周期性角间距可能是由于缺乏同步转矩，而转子角稳定性可能是由于阻尼转矩不充足。
[0083]
图9是根据一些实施例的方法800的流程图。在一些实施例中，在905处，方法800还可以包括由单个电动机驱动器105启动在同步操作中的多个同步电动机115。在一些实施例中，同步操作包括多个同步电动机中的每个同步电动机对准。在一些实施例中，同步操作还可以包括将多个同步电动机中的每个同步电动机连接到相似的负载。

技术特征：
1.一种系统，包括：单个电动机驱动器，包括：输入，包括基于用户输入的输入信号，输出，包括由所述单个电动机驱动器确定的输出信号，电流传感器，其中所述电流传感器检测所述输出信号；以及多个同步电动机，其中所述多个同步电动机包括被并联连接到所述单个电动机驱动器，所述多个同步电动机具有连接到所述多个同步电动机中的每个同步电动机的相似负载，其中所述单个电动机驱动器接收来自所述电流传感器的所述输出信号；其中所述单个电动机驱动器基于所述输入信号和所述输出信号来控制所述多个同步电动机。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入信号包括参考速度、参考转矩、参考通量及其组合。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述输出信号包括三相ac线路，并且其中所述电流传感器包括被设置在所述三相ac线路上以检测所述电流。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述单个电动机驱动器还包括：逆变器，其中所述逆变器包括dc母线，并且其中所述逆变器将所述dc母线上的dc电压转换成三相ac输出；其中所述电流传感器还包括被设置在所述dc母线上。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电流传感器检测来自所述多个同步电动机的功率扰动，并且其中所述单个电动机驱动器通过基于所述输入信号控制所述输出电流来抑制所述多个同步电动机中的功率扰动。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述功率扰动包括由于缺乏同步转矩而导致的非周期性角间距、由于阻尼转矩不充足而导致的转子角不稳定性及其组合。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述单个电动机驱动器包括变速驱动器，所述变速驱动器具有闭环电流控制器，并且，其中所述变速驱动器利用矢量控制来控制所述多个同步电动机。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述电动机驱动器包括变频驱动器，其中所述变频驱动器利用具有稳定回路的标量伏特/赫兹控制来控制所述多个同步电动机。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个同步电动机包括二至十六个同步电动机。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个同步电动机包括永磁辅助同步电动机。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个同步电动机包括纯同步磁阻电动机。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个同步电动机包括内部永磁同步电动机。13.一种操作系统的方法，所述系统包括单个电动机驱动器、并联连接到所述单个电动机驱动器的多个同步电动机、以及检测所述单个电动机驱动器的输出信号的电流传感器，
所述方法包括：由所述单个电动机驱动器基于用户输入来接收输入信号，由所述单个电动机驱动器基于所述输入信号来确定所述输出信号；由所述单个电动机驱动器接收来自所述电流传感器的所述输出信号的反馈；以及由所述单个电动机驱动器基于所述输入信号和所述输出信号来控制所述多个同步电动机的操作。14.根据权利要求13所述的方法，其中由所述单个电动机驱动器、通过所述输出信号来控制所述多个同步电动机还包括：由所述单个电动机驱动器、通过基于所述输入信号控制所述输出电流来维持净有功功率和净无功功率的平衡；由所述电流传感器确定所述多个同步电动机的功率扰动；以及由所述单个电动机驱动器、通过基于所述输入信号控制所述输出电流来抑制所述多个同步电动机中的所述功率扰动。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述功率扰动包括由于缺乏同步转矩而导致的非周期性角间距、由于阻尼转矩不充足而导致的转子角不稳定性及其组合。16.根据权利要求13所述的方法，还包括：由所述单个电动机驱动器在同步操作中启动所述多个同步电动机；其中所述同步操作包括所述多个同步电动机中的每个同步电动机被对齐，并且所述多个同步电动机中的每个同步电动机被连接到相似的负载。17.根据权利要求13所述的方法，其中所述单个电动机驱动器包括变频驱动器，并且其中由所述单个电动机驱动器基于所述输入信号和所述输出信号来控制所述多个同步电动机的所述操作还包括：由所述变频驱动器利用具有稳定回路的标量伏特/赫兹控制来控制所述多个同步电动机。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述单个电动机驱动器包括变速驱动器，所述变速驱动器包括高动态闭环电流控制器，并且其中由所述单个电动机驱动器基于所述输入信号和所述输出信号来控制所述多个同步电动机的所述操作还包括：由所述变速驱动器利用矢量控制来控制所述多个同步电动机。19.一种用于控制多个同步电动机的装置，包括：单个电动机驱动器，包括：输入，其中所述输入包括基于用户输入的输入信号，输出，其中所述输出包括输出信号，逆变器，其中所述逆变器将dc电压转换成三相ac输出；电流传感器，其中所述电流传感器检测所述输出信号并且向所述单个电动机驱动器提供反馈；以及多个同步电动机，
其中所述多个同步电动机包括以并联配置连接到所述单个电动机驱动器；其中所述单个电动机驱动器通过基于所述输入信号和所述输出电流控制所述输出信号来控制所述多个同步电动机的操作。20.根据权利要求19所述的装置，其中所述电流传感器检测来自所述多个同步电动机的功率扰动，并且其中所述功率扰动包括由于缺乏同步转矩而导致的非周期性角间距、由于阻尼转矩不充足而导致的转子角不稳定性及其组合。

技术总结
本公开涉及单电机驱动的并联同步机器。一种用于控制并联连接的多个同步电动机的系统，该系统包括电动机驱动器、电流传感器和并联连接到电动机驱动器的多个同步电动机。连接到电动机驱动器的同步电动机能够包括相同的尺寸和额定功率以允许同步操作并且具有相似的负载容量。此外，该系统能够在多个同步电动机中的每个同步电动机上使用基本相似的负载来操作。电动机驱动器能够是使用矢量控制和闭环电流控制器来控制电动机的变速驱动器。电动机驱动器可以是使用标量控制和开环控制器来控制电动机的变频驱动器。电动机驱动器通过在公共节点处维持净有功功率和净无功功率以及通过抑制功率扰动来控制多个同步电动机。抑制功率扰动来控制多个同步电动机。抑制功率扰动来控制多个同步电动机。


技术研发人员：洛伦佐
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/10/19