本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

高壓無刷雙饋電機(jī)應(yīng)用在變頻調(diào)速領(lǐng)域，主要是利用具有兩套定子繞組的特點(diǎn)，一套高壓定子繞組為功率繞組，一般接高壓電網(wǎng)，另一套為低壓定子繞組為控制繞組，接一般接低壓變頻器，高壓無刷雙饋電機(jī)調(diào)速時(shí)通過低壓變頻裝置調(diào)節(jié)控制繞組電源頻率達(dá)到調(diào)速目的。

眾所周知，一般低壓變頻器輸出電壓在400v左右，而高壓無刷雙饋電機(jī)功率繞組接10kv電網(wǎng)。高壓無刷雙饋電機(jī)一般應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵的拖動(dòng)，其調(diào)速范圍一般在水泵額定轉(zhuǎn)速20％范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速，而通過高壓無刷雙饋電機(jī)對其進(jìn)行調(diào)速，只需要提供對應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)差功率就接可以滿足調(diào)速要求，例如500kw的高壓無刷雙饋電機(jī)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速時(shí)，低壓變頻器只需要提供勵(lì)磁電流，而當(dāng)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速20％以上時(shí)，控制繞組需要提供的功率為功率繞組的20％。因此大大節(jié)約了調(diào)速成本。而高壓無刷雙饋電機(jī)應(yīng)用于水泵和風(fēng)機(jī)拖動(dòng)最大的問題就是帶重載啟動(dòng)問題，例如潛水泵在啟動(dòng)過程中的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩非常大，采用異步啟動(dòng)無法滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。目前公開的方法中主要有在控制繞組串接電阻進(jìn)行啟動(dòng)、采用虛擬電阻進(jìn)行啟動(dòng)或采用變頻器功率開關(guān)下橋臂短接進(jìn)行啟動(dòng)。這些啟動(dòng)方法均有一定的局限性，主要表現(xiàn)為當(dāng)電機(jī)帶重載時(shí)無法啟動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，其使得高壓無刷雙饋電機(jī)在重載的情況下也可以啟動(dòng)。

本發(fā)明的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，包括變壓器和變頻器，所述變壓器和變頻器通過預(yù)充電電路相連，其中，所述變頻器的輸出端通過自耦變壓器或隔離變壓器與高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組相連，變頻器的輸出端與自耦變壓器或隔離變壓器之間設(shè)置有投切接觸器km3，變頻器的輸出端與高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組之間設(shè)置有旁路接觸器km4，所述高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組通過高壓斷路器qf1與高壓電網(wǎng)相連，所述變頻器并對高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組進(jìn)行電壓測量。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述預(yù)充電電路連接在所述變壓器的輸出端和變頻器的輸入端之間，所述預(yù)充電電路包括投切接觸器km1和與投切接觸器km1并列的投切接觸器km2，所述投切接觸器km1的一端與變壓器的輸出端相連，另一端與變頻器的輸入端相連，所述投切接觸器km2的一端與變壓器的輸出端相連，另一端通過三相電阻與變頻器的輸入端相連。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，還包括速度位置傳感器tw，用于測量高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，當(dāng)投切接觸器km3閉合，旁路接觸器km4斷開，高壓斷路器qf1斷開時(shí)，所述變頻器通過自耦變壓器或隔離變壓器對高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，當(dāng)投切接觸器km3閉合，旁路接觸器km4斷開，高壓斷路器qf1閉合時(shí)，所述變頻器通過控制高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行對電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度控制。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定后，將旁路接觸器km4閉合，同時(shí)迅速將投切接觸器km3斷開，所述高壓無刷雙饋電機(jī)完成了帶載啟動(dòng)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述變頻器的輸出電壓通過自耦變壓器或隔離變壓器升壓后，大于高壓電網(wǎng)電壓通過電機(jī)感應(yīng)到高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組的電壓。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述自耦變壓器或隔離變壓器電壓變比與高壓無刷雙饋電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下的電壓變比滿足如下關(guān)系：

其中，

變壓器電機(jī)側(cè)匝數(shù)，為自耦變壓器或隔離變壓器靠近高壓無刷雙饋電機(jī)一側(cè)的變壓器線圈匝數(shù)；

變壓器變頻器側(cè)匝數(shù)，為自耦變壓器或隔離變壓器靠近變頻器一側(cè)的變壓器線圈匝數(shù)；

電機(jī)控制繞組匝數(shù)，為高壓無刷雙饋電機(jī)控制繞組的匝數(shù)；

電機(jī)功率繞組匝數(shù)，為高壓無刷雙饋電機(jī)功率繞組的匝數(shù)。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，所述變頻器容量為所述高壓無刷雙饋電機(jī)的額定功率的一半。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于在上述基礎(chǔ)之上，還提供了一種高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制方法，包括以下步驟：

s1、開機(jī)準(zhǔn)備，確認(rèn)高壓斷路器qf1為斷開狀態(tài)、旁路接觸器km4為斷開狀態(tài)；

s2、閉合投切接觸器km3，使高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組電壓升壓；

s3、計(jì)算所述高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組電壓矢量與控制繞組電壓矢量的差值△v；

s4、判斷差值△v是否小于高壓電網(wǎng)矢量幅值的10％，若是，則閉合高壓斷路器qf1，若否，則跳轉(zhuǎn)到步驟s3；

s5、控制高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速；

s6、停止對高壓無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行速度和電流控制，將旁路接觸器km4閉合，同時(shí)迅速將投切接觸器km3斷開，啟動(dòng)完成。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明所述的高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，在啟動(dòng)開始時(shí)，將投切接觸器km3閉合，旁路接觸器km4斷開，高壓斷路器qf1斷開，變頻器通過自耦變壓器或隔離變壓器對高壓無刷雙饋電機(jī)控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁，此時(shí)高壓無刷雙饋電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，可以看作一個(gè)變壓器，功率繞組會感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，當(dāng)功率繞組電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量小于10％時(shí)，則閉合高壓斷路器qf1；高壓斷路器qf1閉合后，進(jìn)入調(diào)速程序，此時(shí)根據(jù)控制繞組額定電流或高壓無刷雙饋電機(jī)的負(fù)荷情況，限制控制繞組的最大電流來啟動(dòng)高壓無刷雙饋電機(jī)，直到其達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，以功率繞組1對極，控制繞組3對極電機(jī)為例，其同步轉(zhuǎn)速為750rpm；進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速后，短接變頻器功率開關(guān)下橋臂，同時(shí)閉合變壓器旁路開關(guān)km4，斷開自耦變壓器或隔離變壓器與變頻器之間的投切接觸器km3。此時(shí)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)；切換變頻器中的電機(jī)參數(shù)，高壓無刷雙饋電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)從異步運(yùn)行狀態(tài)切換到雙饋運(yùn)行狀態(tài)，完成高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)過程。本發(fā)明所述的高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，在電機(jī)重載啟動(dòng)過載中電流是完全可控的，啟動(dòng)電流最大電流由負(fù)載大小、變頻器容量、電機(jī)控制繞組額定電流決定。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式中高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式中高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文件的描述，可以對本文件中實(shí)施例中以及不同實(shí)施例中的特征進(jìn)行相應(yīng)組合。

本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例，例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

本發(fā)明實(shí)施例如下，如圖1所示，一種高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，包括變壓器和變頻器，所述變壓器和變頻器通過預(yù)充電電路相連，其中，所述變頻器的輸出端通過自耦變壓器或隔離變壓器與高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組相連，所述自耦變壓器或隔離變壓器用于提高變頻器的輸出電壓；變頻器的輸出端與自耦變壓器或隔離變壓器之間設(shè)置有投切接觸器km3，所述投切接觸器km3負(fù)責(zé)投切變壓器；變頻器的輸出端與高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組之間設(shè)置有旁路接觸器km4，所述旁路接觸器km4,用于在變壓器切除后連接變頻器輸出與高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組；所述高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組通過高壓斷路器qf1與高壓電網(wǎng)相連，所述高壓斷路器qf1用于連接高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組與高壓電網(wǎng)；所述變頻器并對高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組進(jìn)行電壓測量，所述變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與通用變頻器類似，不同點(diǎn)是增加了功率繞組電壓測量。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述預(yù)充電電路連接在所述變壓器的輸出端和變頻器的輸入端之間，所述預(yù)充電電路包括投切接觸器km1和與投切接觸器km1并列的投切接觸器km2，所述投切接觸器km1的一端與變壓器的輸出端相連，另一端與變頻器的輸入端相連，所述投切接觸器km2的一端與變壓器的輸出端相連，另一端通過三相電阻與變頻器的輸入端相連。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，還包括速度位置傳感器tw，用于測量高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，當(dāng)投切接觸器km3閉合，旁路接觸器km4斷開，高壓斷路器qf1斷開時(shí)，所述變頻器通過自耦變壓器或隔離變壓器對高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁?？刂苿?lì)磁電流直到功率繞組電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量差值小于電網(wǎng)電壓的10％，滿足該條件后，變頻器控制系統(tǒng)閉合功率繞組高壓短路器qf1閉合。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，當(dāng)投切接觸器km3閉合，旁路接觸器km4斷開，高壓斷路器qf1閉合時(shí)，所述變頻器通過控制高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行對電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度控制。在電機(jī)啟動(dòng)過程中控制器最大限制電流應(yīng)該由負(fù)載和電機(jī)額定電流共同決定。變頻器進(jìn)行調(diào)速后，首先將電機(jī)轉(zhuǎn)速控制到同步轉(zhuǎn)速，速度給定可以加斜坡進(jìn)行控制。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，變頻器控制系統(tǒng)停止進(jìn)行速度和電流控制，短接逆變器下橋臂。此時(shí)電機(jī)從雙饋控制運(yùn)行狀態(tài)切換到異步運(yùn)行狀態(tài)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定后，將旁路接觸器km4閉合，同時(shí)迅速將投切接觸器km3斷開，所述高壓無刷雙饋電機(jī)完成了帶載啟動(dòng)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，自耦變壓器或隔離變壓器電壓變比選擇應(yīng)保證高壓無刷雙饋電機(jī)在啟動(dòng)靜止情況下電流可控，也就是需要滿足，所述變頻器的輸出電壓通過自耦變壓器或隔離變壓器升壓后，大于高壓電網(wǎng)電壓通過電機(jī)感應(yīng)到高壓無刷雙饋電機(jī)的控制繞組的電壓。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述自耦變壓器或隔離變壓器電壓變比與高壓無刷雙饋電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下的電壓變比滿足如下關(guān)系：

其中，

變壓器電機(jī)側(cè)匝數(shù)，為自耦變壓器或隔離變壓器靠近高壓無刷雙饋電機(jī)一側(cè)的變壓器線圈匝數(shù)；

變壓器變頻器側(cè)匝數(shù)，為自耦變壓器或隔離變壓器靠近變頻器一側(cè)的變壓器線圈匝數(shù)；

電機(jī)控制繞組匝數(shù)，為高壓無刷雙饋電機(jī)控制繞組的匝數(shù)；

電機(jī)功率繞組匝數(shù)，為高壓無刷雙饋電機(jī)功率繞組的匝數(shù)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述變頻器容量為所述高壓無刷雙饋電機(jī)的額定功率的一半。

如圖2所示，一種高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制方法，包括以下步驟：

s1、開機(jī)準(zhǔn)備，確認(rèn)高壓斷路器qf1為斷開狀態(tài)、旁路接觸器km4為斷開狀態(tài)；

s2、閉合投切接觸器km3，使高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組電壓升壓；

s3、計(jì)算所述高壓無刷雙饋電機(jī)的功率繞組電壓矢量與控制繞組電壓矢量的差值△v；

s4、判斷差值△v是否小于高壓電網(wǎng)矢量幅值的10％，若是，則閉合高壓斷路器qf1，若否，則跳轉(zhuǎn)到步驟s3；

s5、控制高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使高壓無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速；

s6、停止對高壓無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行速度和電流控制，將旁路接觸器km4閉合，同時(shí)迅速將投切接觸器km3斷開，啟動(dòng)完成。

如圖2所示，后續(xù)操作與其他啟動(dòng)方式基本一致，變頻控制系統(tǒng)重新通過旁路接觸器km4切換到雙饋控制狀態(tài)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)和電流閉環(huán)控制，這時(shí)高壓無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)和控制完成。其中，電流環(huán)控制程序和速度換控制程序，可以采用現(xiàn)有已知的程序，再次不再贅述。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明所述的高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，在啟動(dòng)開始時(shí)，將投切接觸器km3閉合，旁路接觸器km4斷開，高壓斷路器qf1斷開，變頻器通過自耦變壓器或隔離變壓器對高壓無刷雙饋電機(jī)控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁，此時(shí)高壓無刷雙饋電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，可以看作一個(gè)變壓器，功率繞組會感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，當(dāng)功率繞組電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量小于10％時(shí)，則閉合高壓斷路器qf1；高壓斷路器qf1閉合后，進(jìn)入調(diào)速程序，此時(shí)根據(jù)控制繞組額定電流或高壓無刷雙饋電機(jī)的負(fù)荷情況，限制控制繞組的最大電流來啟動(dòng)高壓無刷雙饋電機(jī)，直到其達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，以功率繞組1對極，控制繞組3對極電機(jī)為例，其同步轉(zhuǎn)速為750rpm；進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速后，短接變頻器功率開關(guān)下橋臂，同時(shí)閉合變壓器旁路開關(guān)km4，斷開自耦變壓器或隔離變壓器與變頻器之間的投切接觸器km3。此時(shí)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)；切換變頻器中的電機(jī)參數(shù)，高壓無刷雙饋電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)從異步運(yùn)行狀態(tài)切換到雙饋運(yùn)行狀態(tài)，完成高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)過程。本發(fā)明所述的高壓無刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，在電機(jī)重載啟動(dòng)過載中電流是完全可控的，啟動(dòng)電流最大電流由負(fù)載大小、變頻器容量、電機(jī)控制繞組額定電流決定。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。