專利名稱：一種采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機及其啟動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用交直交變流器對電動機定子、轉(zhuǎn)子進行調(diào)速控 制的雙饋電動機，同時還涉及該雙饋電動機的啟動控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變流器和雙饋 電動機組成的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，得到了許多人的重視，其主要工作原理是 雙饋電動機的定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接到兩個獨立的三相對稱電源，其 中定子繞組的電源為固定頻率的工業(yè)電源，而轉(zhuǎn)子電源電壓的幅值、頻 率和相位則需要按運行要求分別進行調(diào)節(jié)。該調(diào)速方式因為具有功率因 素可調(diào)、效率高、變頻裝置容量小、投資省等優(yōu)點，有廣闊的市場和發(fā) 展前景。
由于雙饋調(diào)速的運行特點，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器只有在雙饋電機到一定轉(zhuǎn) 速范圍內(nèi)時才能投入運行，否則會由于轉(zhuǎn)子繞組反電勢過大，造成變流 器損壞。同時運行部門需要根據(jù)啟動特性，確定啟動過程對線路電壓的 影響，決定啟動過程中所需的最低電壓，確定電動機和廠用電源的繼電 保護需要避開的啟動電流和啟動時間等。所以雙饋電動機啟動方案的選 用很重要。
目前雙饋電動機的啟動方案，大多是在采用交交變流器的情況下討 論的。在采用交交變流器進行電動機組進行調(diào)速的情況下，雙饋調(diào)速啟 動方式通常有以下幾種
1、 轉(zhuǎn)子短路，定子啟動。將雙饋電機啟動到轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，斷開轉(zhuǎn) 子，投入變流器。這種啟動方式簡單成熟，但有一些缺點1)零轉(zhuǎn)速下 定子直接啟動，啟動電流沖擊比較大，如果采用轉(zhuǎn)子傳入限流電阻、定 子調(diào)壓啟動、定子加軟啟動器等輔助方案，則又增加了成本；2)轉(zhuǎn)子短 路開關(guān)是在電流不為零時斷開的，需要開關(guān)提供一定的電流拉斷能力；3) 變流器再投入的算法比較復(fù)雜，投入時的沖擊電流比較大。
2、 定子短路、轉(zhuǎn)子變頻啟動。通過交交變流器將雙饋電機拖到1/2 額定轉(zhuǎn)速下(交交變流器最大輸出頻率一般為工頻的1/3-1/2)，斷開定 子短路開關(guān)，將定子連接到電網(wǎng)，實現(xiàn)機組的切換。這種方法的啟動沖
擊電流小，但控制流程復(fù)雜。此外，由于采用交交變流器只能將電機拖 到1/2額定轉(zhuǎn)速處進行并網(wǎng)切換。如果電機阻尼較大或帶有負載，在切 換的過程中電機的轉(zhuǎn)速會迅速跌落。而只要有些許的轉(zhuǎn)速跌落，將會使 得轉(zhuǎn)速超出交交變流器的調(diào)速范圍，造成并網(wǎng)運行的失控。因此，這種 方法在使用交交變流器進行調(diào)速的情況下來實現(xiàn)是不可能的。
因此，我們需要一種既能有效減小電機啟動電流又能避免開關(guān)切換 過程中電機轉(zhuǎn)速跌落和實現(xiàn)帶負載啟動的啟動方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中雙饋電動機采用交交變流器 調(diào)速在啟動方案上所存在的缺陷，提供一種采用交直交變流器對雙饋電 動機進行調(diào)速控制的雙饋電機結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的還在于提供該交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機所采用 的啟動控制方法，以有效減小電機啟動電流、避免開關(guān)切換過程中電機 轉(zhuǎn)速跌落出變流器的調(diào)速范圍，同時可實現(xiàn)帶負載啟動。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的
一種采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機，其特征在于包括切 換開關(guān)、電動機、啟動開關(guān)、控制板、交直交變流器、碼盤；
在所述電動機的定子側(cè)，定子通過所述切換開關(guān)與電網(wǎng)相連；在 所述電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)，轉(zhuǎn)子通過所述交直交變流器與電網(wǎng)相連；在該 交直交變流器與電網(wǎng)之間串接有所述啟動開關(guān)；
所述控制板分別與電網(wǎng)、電動機、交直交變流器相連；所述控制 板還通過所述碼盤與轉(zhuǎn)子相連；
所述切換開關(guān)由兩個接觸器組成；其中第一接觸器的一端與雙饋 電動機的定子相連，另一端短接；第二接觸器的一端與雙饋電動機的 定子相連，另一端與電網(wǎng)相連。
一種采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機的啟動方法，其特征在于 包括下屬具體步驟
(1) 雙饋電動機定子側(cè)切換開關(guān)第一接觸器閉合，第二接觸器斷開； 閉合交直交變流器與電網(wǎng)之間的啟動開關(guān)；
(2) 控制板由電網(wǎng)、定子、轉(zhuǎn)子和交直交變流器獲得電網(wǎng)電壓、定 子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流以及直流母線電壓參數(shù)；
(3) 控制板根據(jù)上述各個參數(shù)對雙饋電動機實施調(diào)速控制策略；當
雙饋電動機的轉(zhuǎn)速達到設(shè)定轉(zhuǎn)速時，控制板封鎖交直交變流器輸出，并 且檢測轉(zhuǎn)子電流是否為0;
(4) 當控制板檢測轉(zhuǎn)子電流將為0后，檢測定子電流是否為O;當 檢測到轉(zhuǎn)子電流和定子電流均為0時，斷開所述第一接觸器；
(5) 控制板解鎖交直交變流器，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制策略對雙饋電動 機進行控制；
(6) 控制板比較檢測到的定子電壓和電網(wǎng)電壓，當定子電壓與電網(wǎng)
電壓一致時，閉合切換開關(guān)中的第二接觸器，實現(xiàn)雙饋電動機并網(wǎng)。
本發(fā)明的有益效果是
1、 本發(fā)明可有效減小電機啟動電流，并可實現(xiàn)定子短路開關(guān)和定子 并網(wǎng)開關(guān)的零電流切換；
2、 本發(fā)明由于切換時的轉(zhuǎn)速可調(diào)整，可避免開關(guān)切換的過程中電機 轉(zhuǎn)速跌落出雙饋運行的轉(zhuǎn)速范圍；
3、 本發(fā)明由于釆用調(diào)速控制策略，可實現(xiàn)雙饋電機的帶負載起動， 并可實現(xiàn)輕載情況下的雙饋電機全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速。


圖1是采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是雙饋電動機調(diào)速啟動方法控制流程圖； 圖3是采用矢量控制策略的調(diào)速控制原理圖； 圖4是采用VVVF控制策略的調(diào)速控制原理圖； 圖5是轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制策略控制原理圖6是控制板內(nèi)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
如前所述，現(xiàn)有采用交交變流器調(diào)速的雙饋電動機在啟動方案上無 論是采用轉(zhuǎn)子短路定子啟動的啟動方案或是定子短路轉(zhuǎn)子變頻啟動的啟 動方案，都存在著一定缺陷。本發(fā)明即是在現(xiàn)有交交變流器調(diào)速的雙饋 電動機基礎(chǔ)上，改用交直交變流器對雙饋電動機進行調(diào)速控制，以實現(xiàn) 更為理想的電動機啟動方案。交直交變流器是一種通過整流電路將電網(wǎng) 的交流電整流成直流電，再由逆變電路將直流電逆變?yōu)轭l率和幅值均可 變的交流電的變流器。交直交變流器相較于交交變流器中間多經(jīng)過一個 直流環(huán)節(jié)。這樣的結(jié)構(gòu)特點決定了交交變流器的最高輸出頻率只能達到電源頻率的1/3~1/2，不能高速運行。而交直交變流器因為有中間經(jīng)過一 個直流環(huán)節(jié)，所以運行幾乎不受功率因數(shù)或換流的影響，輸出頻率可以 自由調(diào)節(jié)。并且，由于交直交變流器中的直流環(huán)節(jié)在短時間內(nèi)具有保持 特性，使得在切換控制的過程中，轉(zhuǎn)速不至于迅速跌落。本發(fā)明即是利 用交直交變流器的這一特點，解決雙饋電動機啟動過程的中電流沖擊和 轉(zhuǎn)速跌落問題的。
圖1為本發(fā)明所設(shè)計的采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖所示，該雙饋電動機主要包括切換開關(guān)1、電動機2、啟動開 關(guān)3、控制板4、交直交變流器5、碼盤6。在電動機2的定子側(cè)，定子 通過切換開關(guān)1與電網(wǎng)相連。在電動機2的轉(zhuǎn)子側(cè)，轉(zhuǎn)子通過交直交變 流器5與電網(wǎng)相連。在該交直交變流器5與電網(wǎng)之間串接有啟動開關(guān)3。 控制板4與電網(wǎng)、電動機2、交直交變流器5相連，以獲得電網(wǎng)電壓、 定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流以及交直交變流器5中的直流母線電壓。 控制板4還通過碼盤6與轉(zhuǎn)子相連，獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?？刂瓢?通過上述 這些參數(shù)對雙饋電動機在啟動階段的轉(zhuǎn)速實施相應(yīng)的控制策略，以實現(xiàn) 減小電機啟動電流、避免轉(zhuǎn)速跌落過快的目的。另外，所述切換開關(guān)1 由兩個接觸器Ql和Q2組成。其中接觸器Ql —端與雙饋電動機的定子 相連，另一端短接，實現(xiàn)對定子端短路；接觸器Q2 —端與雙饋電動機 的定子相連，另一端與電網(wǎng)相連。
可見，該控制板4為雙饋電動機啟動過程中的核心控制部件。在該 控制板4中進一步包括轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速檢測單元、定子電壓電流檢測單 元、電網(wǎng)電壓檢測單元、轉(zhuǎn)子電流檢測單元、母線電壓檢測單元、PWM 信號發(fā)生器、啟動控制單元。
如圖6所示，所述轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速檢測單元與所述碼盤6相連；所述 定子電壓電流檢測單元與雙饋電動機的定子相連；所述電網(wǎng)電壓檢測單 元與電網(wǎng)相連；所述轉(zhuǎn)子電流檢測單元與雙饋電動機轉(zhuǎn)子相連；所述母 線電壓檢測單元與交直交變流器5相連。所述啟動控制單元分別與電網(wǎng) 電壓檢測部分、定子電壓電流檢測轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速檢測、轉(zhuǎn)子電流 檢測單元及PWM信號發(fā)生器相連。所述PWM信號發(fā)生器與轉(zhuǎn)子電流 檢測單元以及所述交直交變流器5相連。
由上述切換開關(guān)1的結(jié)構(gòu)不難看出，本發(fā)明的雙饋電動機采用的是 類似前述定子短路轉(zhuǎn)子變頻的啟動方案。這種方案的好處在于啟動沖擊電流較小，但是問題在于在定子切換的過程中，特別是電機帶負載的情 況下，電機的轉(zhuǎn)速跌落比較快。本發(fā)明即是利用前述交直交變流器的中 間直流環(huán)節(jié)的電容在切換過程中對電壓的保持特性，保證在切換控制的 過程中，電機轉(zhuǎn)速不至于跌落。通過控制板4在電動機啟動過程中對轉(zhuǎn) 速實施調(diào)控的策略解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題的。
如圖2所示，本發(fā)明采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機的啟動方
法，具體步驟如下
(1) 雙饋電動機定子側(cè)切換開關(guān)1處于Ql閉合狀態(tài)，以使雙饋電 動機處于定子短路的狀態(tài)；閉合交直交變流器與電網(wǎng)之間的啟動開關(guān)3;
(2) 控制板4獲得電網(wǎng)電壓、定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流以及 交直交變流器5中的直流母線電壓等參數(shù)。
(3) 控制板4根據(jù)上述各個參數(shù)對雙饋電動機實施調(diào)速控制策略。 當雙饋電動機的轉(zhuǎn)速達到設(shè)定轉(zhuǎn)速時，控制板4封鎖交直交變流器5輸 出，并且檢測轉(zhuǎn)子電流是否為0。
這里，控制板4封鎖交直交變流器5即是控制板4停止向交流器的 PWM逆變器輸出控制信號。這樣，變流器的輸出電壓為0，施加在電動 機轉(zhuǎn)子上的勵磁電壓也為0，轉(zhuǎn)子電流會迅速衰減為0。
(4) 控制板4檢測轉(zhuǎn)子電流將為0后，檢測定子電流是否為O。當 檢測到轉(zhuǎn)子電流和定子電流均為0時，斷開Q1。
這里，由于轉(zhuǎn)子電流已降為0，因此這種情況下電機轉(zhuǎn)子繞組上 無勵磁存在，所以定子電流也會隨之迅速降為0。
(5) 控制板4解鎖交直交變流器5，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制策略對雙饋 電動機進行控制。
(6) 控制板4比較檢測到的定子電壓和電網(wǎng)電壓，當定子電壓與電 網(wǎng)電壓一致時，閉合切換開關(guān)1中的接觸器Q2，實現(xiàn)雙饋電動機的軟并 網(wǎng)。
應(yīng)當指出，本發(fā)明的啟動方案中其關(guān)鍵在于步驟(3)、 (4)。這 里，控制板4首先根據(jù)各個參數(shù)對雙饋電動機實施調(diào)速控制策略，使電 動機的轉(zhuǎn)速達到某個預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速。之后，控制板4封鎖交直交變流器5， 使轉(zhuǎn)子電流迅速衰減為0，進而使定子電流也降為0。這就保證了定子在 投入時的沖擊電流很小。由于，從封鎖交直交變流器5到定子電流降為 0，整個為一個很短的過程，在慣性作用下，電機轉(zhuǎn)速仍然會保持設(shè)定轉(zhuǎn)
速旋轉(zhuǎn)。同時，由于交直交變流器中間直流環(huán)節(jié)的電容對電壓的保持特 性，使得控制板4在再投入控制時，可以保持對電機轉(zhuǎn)速的控制，不會 引起電機轉(zhuǎn)速的嚴重跌落。因此，解決了現(xiàn)有雙饋電動機啟動過程的中 電流沖擊和轉(zhuǎn)速跌落問題的。
其中，步驟(3)中控制板4的調(diào)速控制策略可以采用矢量控制策
略設(shè)計或是VVVF控制策略(變壓變頻控制策略，Variable Voltage Variable Frequency ) 設(shè)計。
如圖3所示，采用矢量控制策略的調(diào)速控制策略包括如下步驟
(3A)控制板4中，轉(zhuǎn)子電流檢測單元檢測轉(zhuǎn)子電流/,，碼盤檢測轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速^，母線電壓檢測單元檢測交直交變流器5的直流母線電壓^。
(3B)轉(zhuǎn)子電流檢，單元檢測到的轉(zhuǎn)子電流z:經(jīng)過3/2變換得到兩相 靜止坐標系電流^、 Z^，再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換得到旋轉(zhuǎn)坐標系下轉(zhuǎn)子電流 ^、"；其中、與；/(l + A/^P)相乘得到定子d軸方向的磁通K^然后 用上述計算得到的Ww與"，根據(jù) =^&"可以得到滑差角速度
這樣得到的滑差角速度化,與碼盤檢測到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^之差積分后得 到旋轉(zhuǎn)變換角《,。該旋轉(zhuǎn)變換角《,作為旋轉(zhuǎn)變換和反旋轉(zhuǎn)變換的角度。
(3C)給定的參考轉(zhuǎn)速w,， 一方面通過^//控制得到定子d軸磁通 參考值^/"， ^./"與l/、相乘得到轉(zhuǎn)子電流d軸分量參考值/f/";另一 方面轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^與w,之差經(jīng)過PI變換后得到轉(zhuǎn)子電流q軸分量參考值
、°
(3D)由步驟(3B)和步驟(3C)得到的轉(zhuǎn)子電流d軸分量參考 值/ /￡/、轉(zhuǎn)子電流q軸分量參考值C與轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過變換得到的旋轉(zhuǎn)坐 標系下轉(zhuǎn)子電流^、、之差分別進行PI調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子
電壓參考值"-、 "-，然后";f、 分別與給定的旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子
反饋電壓參考值"=、"相減，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下轉(zhuǎn)子電壓^、" ；這
樣得到的^、 ^根據(jù)步驟(3B)得到的旋轉(zhuǎn)變換角《,進行反旋轉(zhuǎn)變換， 得到兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓l、 "^，這樣得到的z^、 根據(jù)步 驟(3A)中檢測到的直流母線電壓^產(chǎn)生PWM控制波，對PWM逆變 器進行控制。
如圖4所示，采用VVVF控制策略的調(diào)速控制策略包括如下步驟 (3a)給定參考轉(zhuǎn)速w,;
(3b)在上述的步驟(3a)給定的w,下， 一方面通過U/f控制，計
算出轉(zhuǎn)子電壓幅值^;另一方面，w,乘以一l之后進行積分，得到旋轉(zhuǎn) 變換角《,。
(3C)根據(jù)步驟(3b)得到的轉(zhuǎn)子電壓幅值t/,和旋轉(zhuǎn)變換角《,產(chǎn)生
PWM控制信號，控制PWM逆變器。
應(yīng)當指出，這里所設(shè)計的控制板的調(diào)速控制策略無論是采用矢量 控制策略或是VVVF控制策略，均采用U/f控制即電壓頻率比控制，對 給定參考轉(zhuǎn)速wf進行調(diào)制，并以此控制電機轉(zhuǎn)速。通過這一手段，建 立了電機轉(zhuǎn)速與電壓值之間的控制策略。這是本發(fā)明得以實現(xiàn)的關(guān)鍵 所在。
電機設(shè)計時，電機的磁通常處于接近飽和值，如果進一步增大磁通， 將使電機鐵心出現(xiàn)飽和，從而導(dǎo)致電機中流過很大的勵磁電流，增加電 機的銅損耗和鐵損耗，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。因此，在改變 電機頻率時，應(yīng)對電機的電壓進行協(xié)調(diào)控制，以維持電機磁通的恒定。
根據(jù)異步電動機定子的感應(yīng)電勢
式中^為氣隙磁通在每相定子感應(yīng)的電動勢，/為電源頻率，iV,為定子 每相繞組串聯(lián)匝數(shù)，i^,為與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，OV為每極氣隙磁通。
可知，要保持ov不變，當頻率/;變化時，必須同時改變電動勢&的大小， 使^/y;為常值。
又，電機定子電壓
式中M為定子電壓，n為定子電阻，A為定子漏磁電抗，A為定子電流。 在電動機正常運行時，由于電動機定子電阻。和定子漏磁電抗A的壓降 較小，可以忽略。因此，電機定子電壓"'與定子感應(yīng)電動勢&近似相等，
所以控制c/,/,為恒值，可以在一定范圍內(nèi)近似維持磁通恒定。因此，在 調(diào)速過程中，我們采用U/f控制，即在轉(zhuǎn)速改變的情況下，控制定子電
壓，使其與頻率的比值恒定，即可對維持電機磁通恒定，不致對電機造 成危害。
控制板4中除了包括上述用以對電機啟動階段轉(zhuǎn)速進行控制的調(diào) 速控制策略，還包括當定子斷開短路后，控制板4為實現(xiàn)定子并網(wǎng)而再 投入的并網(wǎng)控制策略，即步驟(5)中的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制策略。該轉(zhuǎn)速閉環(huán)
控制策略包括如下步驟
(5a)首先，母線電壓檢測裝置檢測直流母線電壓^;轉(zhuǎn)子電流檢
測裝置檢測轉(zhuǎn)子電流、、"；碼盤檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^;定子電壓檢測裝置
檢測定子電壓"、.。、電網(wǎng)電壓檢測裝置檢測電網(wǎng)電壓""。、" A。
(5b)步驟(5a)中檢測到的定子三相交流電壓"m、 "a經(jīng)過3/2 變換(三相靜止坐標系轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標系)得到兩相靜止坐標系下 的定子電壓Aa、 "m，再經(jīng)過電壓計算得到定子相電壓幅值"，和定子 電壓矢量位置角《。
(5c)步驟(5a)中檢測到的電網(wǎng)三相交流電壓"朋、""6經(jīng)過3/2 變換得到兩相靜止坐標系下的電網(wǎng)電壓"^、 ""/ ，再經(jīng)過電壓計算得到 電網(wǎng)電壓相電壓幅值""和電網(wǎng)電壓矢量位置角《。
(5d)步驟(5a)中碼盤檢測到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^積分后得到轉(zhuǎn)子位置 角《，步驟(5b)中計算得到的定子電壓矢量位置角《與《相減得到旋 轉(zhuǎn)變換角《.,。
(5e)步驟(5a)中檢測到的轉(zhuǎn)子三相電流/ra、"經(jīng)過3/2變換(三 相靜止坐標系轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標系)得到兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子電 流L、 z^，然后根據(jù)步驟(5d)中計算得到的旋轉(zhuǎn)變換角《,對L、" 進行旋轉(zhuǎn)變換，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子電流^、"。
(5f)給定參考轉(zhuǎn)速w,與步驟(5a)中檢測到的轉(zhuǎn)速^之差經(jīng)過PI 變換后乘以一l，得到轉(zhuǎn)子電流q軸分量參考值"^; "^與步驟(5e) 中計算得到的"相減后經(jīng)過PI變換后得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量參考值 re/;給定轉(zhuǎn)子電流d軸分量參考值/^^與步驟(5e)中計算得到的^相 減后經(jīng)過PI變換后得到轉(zhuǎn)子電壓9軸分量參考值" ^。這樣得到的^,、
分別與給定的旋轉(zhuǎn)坐標系下轉(zhuǎn)子反饋電壓參考值 ,、相減， 得到旋轉(zhuǎn)坐標系下得轉(zhuǎn)子電壓^、 i，再根據(jù)步驟(5d)中計算得到得 旋轉(zhuǎn)變換角《,進行反旋轉(zhuǎn)變換，得到兩相靜止坐標系下得轉(zhuǎn)子電壓^、 ，這樣得到的^、 根據(jù)步驟(5A)中檢測到的直流母線電壓&產(chǎn) 生PWM控制波，對PWM逆變器進行控制。
綜上所述，本發(fā)明所設(shè)計的雙饋電動機及其啟動方法，是在現(xiàn)有交 交變流器調(diào)速的雙饋電動機基礎(chǔ)上，改用交直交變流器對雙饋電動機進 行調(diào)速控制。在電機轉(zhuǎn)速控制上，本啟動方案采用建立電壓頻率比控制 策略，使電機轉(zhuǎn)速與定子電壓相關(guān)聯(lián)。同時，通過利用交直交變流器中 直流環(huán)節(jié)對切換過程中電壓的保持特性，使電機轉(zhuǎn)速不至于跌落出控制 范圍。從而解決雙饋電動機啟動過程的中電流沖擊和轉(zhuǎn)速跌落問題的。 前述具體啟動方案僅是提供了基于這種設(shè)計思想的一種具體實施例。在 實際使用中，凡是基于上述設(shè)計思想的電機啟動方案均應(yīng)視為在本發(fā)明 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機，其特征在于包括切換開關(guān)、電動機、啟動開關(guān)、控制板、交直交變流器、碼盤；在所述電動機的定子側(cè)，定子通過所述切換開關(guān)與電網(wǎng)相連；在所述電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)，轉(zhuǎn)子通過所述交直交變流器與電網(wǎng)相連；在該交直交變流器與電網(wǎng)之間串接有所述啟動開關(guān)；所述控制板分別與電網(wǎng)、電動機、交直交變流器相連；所述控制板還通過所述碼盤與轉(zhuǎn)子相連；所述切換開關(guān)由兩個接觸器組成；其中第一接觸器的一端與雙饋電動機的定子相連，另一端短接；第二接觸器的一端與雙饋電動機的定子相連，另一端與電網(wǎng)相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的雙饋電動機，其特征在于所述控制板 內(nèi)包括轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速檢測單元、定子電壓電流檢測單元、電網(wǎng)電壓檢 測單元、轉(zhuǎn)子電流檢測單元、母線電壓檢測單元、PWM信號發(fā)生器和 啟動控制單元；所述轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速檢測單元與所述碼盤相連；所述定子電壓電流檢 測單元與雙饋電動機的定子相連；所述電網(wǎng)電壓檢測單元與電網(wǎng)相連； 所述轉(zhuǎn)子電流檢測單元與雙饋電動機轉(zhuǎn)子相連；所述母線電壓檢測單元 與交直交變流器相連；所述啟動控制單元分別與所述電網(wǎng)電壓檢測部分、 定子電壓電流檢測轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速檢測、轉(zhuǎn)子電流檢測單元及PWM 信號發(fā)生器相連；所述PWM信號發(fā)生器與轉(zhuǎn)子電流檢測單元以及所述 交直交變流器相連。
3、 一種采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機的啟動方法，基于權(quán)利 要求1的雙饋電動機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其特征在于包括下屬具體步驟(1) 雙饋電動機定子側(cè)切換開關(guān)第一接觸器閉合，第二接觸器斷開； 閉合交直交變流器與電網(wǎng)之間的啟動開關(guān)；(2) 控制板由電網(wǎng)、定子、轉(zhuǎn)子和交直交變流器獲得電網(wǎng)電壓、定 子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流以及直流母線電壓參數(shù)；(3) 控制板根據(jù)上述各個參數(shù)對雙饋電動機實施調(diào)速控制策略；當 雙饋電動機的轉(zhuǎn)速達到設(shè)定轉(zhuǎn)速時，控制板封鎖交直交變流器輸出，并且檢測轉(zhuǎn)子電流是否為0;(4) 當控制板檢測轉(zhuǎn)子電流將為0后，檢測定子電流是否為O;當 檢測到轉(zhuǎn)子電流和定子電流均為0時，斷開所述第一接觸器；(5) 控制板解鎖交直交變流器，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制策略對雙饋電動 機進行控制；(6) 控制板比較檢測到的定子電壓和電網(wǎng)電壓，當定子電壓與電網(wǎng) 電壓一致時，閉合切換開關(guān)中的第二接觸器，實現(xiàn)雙饋電動機并網(wǎng)。
4、 如權(quán)利要求3所述的雙饋電動機的啟動方法，基于權(quán)利要求2 所述雙饋電動機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其特征在于所述步驟(3)中的調(diào)速控制策 略包括下述具體步驟(3A)控制板中，轉(zhuǎn)子電流檢測單元檢測轉(zhuǎn)子電流/一碼盤檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^，母線電壓檢測單元檢測交直交變流器的直流母線電壓&;(3B)轉(zhuǎn)子電流檢，單元檢測到的轉(zhuǎn)子電流/r經(jīng)過3/2變換得到兩相 靜止坐標系電流"、Z"，再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換得到旋轉(zhuǎn)坐標系下轉(zhuǎn)子電流 :、"；其中^與Z^/(l + A/^p)相乘得到定子d軸方向的磁通^^，然后 用上述計算得到的^與"，根據(jù)w、,-V^/(L,、J，可以得到滑差角速度 化,，這樣得到的滑差角速度 與碼盤檢測到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^之差積分后得 到旋轉(zhuǎn)變換角《,；該旋轉(zhuǎn)變換角《,作為旋轉(zhuǎn)變換和反旋轉(zhuǎn)變換的角度；(3C)給定的參考轉(zhuǎn)速wf ， 一方面通過^//控制得到定子d軸磁通 參考值^./￡/， y/、/"與l/^相乘得到轉(zhuǎn)子電流d軸分量參考值/y、另一 方面轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^與wf之差經(jīng)過PI變換后得到轉(zhuǎn)子電流q軸分量參考值 ,-*(3D)由步驟(3B)和步驟(3C)得到的轉(zhuǎn)子電流d軸分量參考值 /,/￡/、轉(zhuǎn)子電流q軸分量參考值"^與轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過變換得到的旋轉(zhuǎn)坐標 系下轉(zhuǎn)子電流^、"之差分別進行PI調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子電 壓參考值<、"7，然后"-、 ";f分別與給定的旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子反 饋電壓參考值"^、"相減，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下轉(zhuǎn)子電壓^、 z^;這樣 得到的l、 根據(jù)步驟(3B)得到的旋轉(zhuǎn)變換角《,進行反旋轉(zhuǎn)變換，得 到兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子電壓"m、 t^，這樣得到的"m、 根據(jù)步驟 (3A)中檢測到的直流母線電壓4產(chǎn)生PWM控制波，對PWM逆變器 進行控制。
5、 如權(quán)利要求3所述的雙饋電動機的啟動方法，基于權(quán)利要求2所述雙饋電動機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其特征在于所述步驟(3)中的調(diào)速控制策 略包括下述具體步驟(3a)給定參考轉(zhuǎn)速wf ;(3b)在上述的步驟(3a)給定的w,下， 一方面通過U/f控制，計 算出轉(zhuǎn)子電壓幅值^;另一方面，w,乘以一l之后進行積分，得到旋轉(zhuǎn) 變換角《,；(3c)根據(jù)步驟(3b)得到的轉(zhuǎn)子電壓幅值f/,和旋轉(zhuǎn)變換角《,產(chǎn)生 PWM控制信號，控制PWM逆變器。
6、如權(quán)利要求3所述的雙饋電動機的啟動方法，基于權(quán)利要求2 所述雙饋電動機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其特征在于所述步驟(5)中的調(diào)速控制策 略包括下述具體步驟(5a)母線電壓檢測裝置檢測直流母線電壓^,;轉(zhuǎn)子電流檢測裝置 檢測轉(zhuǎn)子電流、、~;碼盤檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^;定子電壓檢測裝置檢測定子電壓W,。、 電網(wǎng)電壓檢測裝置檢測電網(wǎng)電壓I^、 W A;(5b)步驟(5a)中檢測到的定子三相交流電壓、"、"d經(jīng)過3/2 變換得到兩相靜止坐標系下的定子電壓"^、 ",/ ，再經(jīng)過電壓計算得到 定子相電壓幅值"X和定子電壓矢量位置角《；(5c)步驟(5a)中檢測到的電網(wǎng)三相交流電壓"朋、"^經(jīng)過3/2 變換得到兩相靜止坐標系下的電網(wǎng)電壓" 、 "m，再經(jīng)過電壓計算得到 電網(wǎng)電壓相電壓幅值""和電網(wǎng)電壓矢量位置角《；(5d)步驟(5a)中碼盤檢測到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速^積分后得到轉(zhuǎn)子位置 角《，步驟(5b)中計算得到的定子電壓矢量位置角《與《相減得到旋 轉(zhuǎn)變換角《,；(5e)步驟(5a)中檢測到的轉(zhuǎn)子三相電流zra 、"經(jīng)過3/2變換得到 兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子電流L、"，然后根據(jù)步驟(5d)中計算得 到的旋轉(zhuǎn)變換角《,對L、"進行旋轉(zhuǎn)變換，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)子電流L、"；(5f)給定參考轉(zhuǎn)速wf與步驟(5a)中檢測到的轉(zhuǎn)速^之差經(jīng)過 PI變換后乘以一1，得到轉(zhuǎn)子電流q軸分量參考值"^; "^與步驟(5e) 中計算得到的"相減后經(jīng)過PI變換后得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量參考值 ~re/;給定轉(zhuǎn)子電流d軸分量參考值/,/y與步驟(5e)中計算得到的^相 減后經(jīng)過PI變換后得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量參考值",/、這樣得到的^,、、re/分別與給定的旋轉(zhuǎn)坐標系下轉(zhuǎn)子反饋電壓參考值"，re/ 、 相減，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下得轉(zhuǎn)子電壓 、^，再根據(jù)步驟(5d)中計算得到得旋轉(zhuǎn)變換角《,進行反旋轉(zhuǎn)變換，得到兩相靜止坐標系下得轉(zhuǎn)子電壓l、 ，這樣得到的t^、 根據(jù)步驟(5A)中檢測到的直流母線電壓&產(chǎn) 生PWM控制波，對PWM逆變器進行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用交直交變流器調(diào)速的雙饋電動機，該雙饋電動機采用交直交變流器替代通常所使用的交交變流器，并結(jié)合交直交變流器本身的特點，設(shè)計了一套定子短路轉(zhuǎn)子變頻的啟動方案。該雙饋電動機結(jié)合這種啟動方案，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，有效減小電機啟動電流、避免開關(guān)切換過程中電機轉(zhuǎn)速跌落出變流器的調(diào)速范圍，同時可實現(xiàn)帶負載啟動。
文檔編號H02P27/04GK101345464SQ20081011899
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者苑國鋒, 鄭艷文, 龔細秀 申請人:北京清能華福風(fēng)電技術(shù)有限公司