本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高壓無(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)調(diào)速時(shí)通過(guò)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(wú)刷雙饋電機(jī)功率繞組接10kV電網(wǎng)。高壓無(wú)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(guò)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)對(duì)其進(jìn)行調(diào)速，只需要提供對(duì)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)應(yīng)用于水泵和風(fēng)機(jī)拖動(dòng)最大的問(wèn)題就是帶重載啟動(dòng)問(wèn)題，例如潛水泵在啟動(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩非常大，采用異步啟動(dòng)無(wú)法滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。目前公開(kāi)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(kāi)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(wú)法啟動(dòng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，其使得高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)在重載的情況下也可以啟動(dòng)。
本實(shí)用新型的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高壓無(wú)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(guò)預(yù)充電電路相連，其中，
所述變頻器的輸出端通過(guò)自耦變壓器或隔離變壓器與高壓無(wú)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)的功率繞組通過(guò)高壓斷路器QF1與高壓電網(wǎng)相連，所述變頻器并對(duì)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的功率繞組進(jìn)行電壓測(cè)量。
本實(shí)用新型的另一技術(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(guò)三相電阻與變頻器的輸入端相連。
本實(shí)用新型的另一技術(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(cè)量高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。
本實(shí)用新型的另一技術(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(kāi)，高壓斷路器QF1斷開(kāi)時(shí)，所述變頻器通過(guò)自耦變壓器或隔離變壓器對(duì)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁。
本實(shí)用新型的另一技術(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(kāi)，高壓斷路器QF1閉合時(shí)，所述變頻器通過(guò)控制高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度控制。
本實(shí)用新型的另一技術(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(kāi)，所述高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)完成了帶載啟動(dòng)。
本實(shí)用新型的另一技術(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(guò)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(guò)電機(jī)感應(yīng)到高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的控制繞組的電壓。
本實(shí)用新型的另一技術(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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)功率繞組的匝數(shù)。
本實(shí)用新型的另一技術(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(wú)刷雙饋電機(jī)的額定功率的一半。
從以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型所述的高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，在啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，將投切接觸器KM3閉合，旁路接觸器KM4斷開(kāi)，高壓斷路器QF1斷開(kāi)，變頻器通過(guò)自耦變壓器或隔離變壓器對(duì)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁，此時(shí)高壓無(wú)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(huì)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(wú)刷雙饋電機(jī)的負(fù)荷情況，限制控制繞組的最大電流來(lái)啟動(dòng)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)，直到其達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，以功率繞組1對(duì)極，控制繞組3對(duì)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(kāi)關(guān)下橋臂，同時(shí)閉合變壓器旁路開(kāi)關(guān)KM4，斷開(kāi)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)過(guò)程。本實(shí)用新型所述的高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，在電機(jī)重載啟動(dòng)過(guò)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(shuō)明
構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式中高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(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(duì)本實(shí)用新型的保護(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(duì)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。
本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對(duì)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，以便這里描述的本實(shí)用新型的實(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４送?，術(shù)語(yǔ)“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(guò)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(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
本實(shí)用新型實(shí)施例如下，如圖1所示，一種高壓無(wú)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(guò)預(yù)充電電路相連，其中，
所述變頻器的輸出端通過(guò)自耦變壓器或隔離變壓器與高壓無(wú)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)的控制繞組；所述高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的功率繞組通過(guò)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(wú)刷雙饋電機(jī)的功率繞組與高壓電網(wǎng)；所述變頻器并對(duì)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的功率繞組進(jìn)行電壓測(cè)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(cè)量。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型另一實(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(guò)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，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，還包括速度位置傳感器TW，用于測(cè)量高壓無(wú)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，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，當(dāng)投切接觸器KM3閉合，旁路接觸器KM4斷開(kāi)，高壓斷路器QF1斷開(kāi)時(shí)，所述變頻器通過(guò)自耦變壓器或隔離變壓器對(duì)高壓無(wú)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，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，當(dāng)投切接觸器KM3閉合，旁路接觸器KM4斷開(kāi)，高壓斷路器QF1閉合時(shí)，所述變頻器通過(guò)控制高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度控制。在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)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，本實(shí)用新型另一實(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(kāi)，所述高壓無(wú)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，本實(shí)用新型另一實(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(wú)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(guò)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(guò)電機(jī)感應(yīng)到高壓無(wú)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，本實(shí)用新型另一實(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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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，本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，所述變頻器容量為所述高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)的額定功率的一半。
從以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型所述的高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，在啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，將投切接觸器KM3閉合，旁路接觸器KM4斷開(kāi)，高壓斷路器QF1斷開(kāi)，變頻器通過(guò)自耦變壓器或隔離變壓器對(duì)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)控制繞組進(jìn)行勵(lì)磁，此時(shí)高壓無(wú)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(huì)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(wú)刷雙饋電機(jī)的負(fù)荷情況，限制控制繞組的最大電流來(lái)啟動(dòng)高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)，直到其達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，以功率繞組1對(duì)極，控制繞組3對(duì)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(kāi)關(guān)下橋臂，同時(shí)閉合變壓器旁路開(kāi)關(guān)KM4，斷開(kāi)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)過(guò)程。本實(shí)用新型所述的高壓無(wú)刷雙饋電機(jī)重載啟動(dòng)控制系統(tǒng)，在電機(jī)重載啟動(dòng)過(guò)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。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。