一种同步电机启动方法及系统与流程

本发明涉及电机与电力电子领域，具体讲涉及一种同步电机启动方法及系统。

背景技术：

大型交流同步电机因其功率因数可调、电机效率高等优点，被广泛应用于燃气发电、抽水蓄能、大型油气输送等工业大功率场合。但大型同步机组启动过程困难，往往会造成能耗大、稳定性低等问题。在高压大功率变频领域，电流源型交-直-交负载换流变频器因其结构简单、容量大、可靠性高、成本低以及技术成熟等优点，是目前大型同步电机变频启动装置的主流技术。

静止变频启动具有机械应力小，方便一拖多，可满足频繁启动等优点；但在静止变频器工作过程中，如果其输出电流不能达到同步电机控制的要求，或是其输出电流建立失败，则可能导致同步机组转速振荡甚至出现启动失败等问题。因此，亟需研究一种能够令静止变频器快速、可靠地建立起输出电流的技术，保证静止变频器的稳定运行，并进一步防止同步电机启动失败。

技术实现要素：

本发明提供了一种同步电机启动方法及系统，其目的是为了解决同步电机启动困难的问题，进一步缓解同步电机启动失败造成的资源损耗及系统失稳等现象。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供了一种同步电机启动方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

将与同步电机连接的静止变频器接入交流电源；

控制所述静止变频器的逆变器进入电流断续换流模式；并利用电流闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

当同步电机的转子转速达到其额定转速的10％时，则控制所述静止变频器的逆变器由电流断续换流模式转入反电动势换相控制模式；并利用转速-电流双闭环控制方式或滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对所述同步电机的转子加速，直至所述同步电机的转子达到设定的转速。

进一步的，所述利用转速-电流双闭环控制方式或滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速，包括：

当所述静止变频器的输出电流处于设定的安全域，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

当所述静止变频器的输出电流连续10ms超出设定的安全域，则利用滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；当所述静止变频器的输出电流重回设定的安全域并保持10ms，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速。

进一步的，对所述同步电机的转子加速的过程中需满足如下约束条件：

所述静止变频器的输出电流应处于设定的安全域；

若所述静止变频器的输出电流超出设定的安全域，则调整静止变频器的整流器触发脉冲和逆变器触发脉冲直至所述静止变频器的输出电流在10ms内均满足设定的安全域。

进一步的，所述静止变频器包括串联的整流器、电抗器和逆变器，所述整流器包括串联的第一6脉波三相桥式整流桥和第二6脉波三相桥式整流桥。

进一步的，所述调整静止变频器的整流器触发脉冲和逆变器触发脉冲直至所述静止变频器的输出电流在10ms内均满足设定的安全域，包括：

向所述第二6脉波三相桥式整流桥和所述第一6脉波三相桥式整流桥补发与所述第一6脉波三相桥式整流桥的前序脉冲相同的触发脉冲；

调整所述逆变器触发脉冲宽度，直至所述逆变器对应的晶闸管的触发脉冲与所述第一6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲和所述第二6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲有重叠区域，直至所述静止变频器与同步电机间的电流建立成功。

一种同步电机启动系统，其改进之处在于，所述系统包括：与同步电机连接的静止变频器以及与所述静止变频器连接的静止变频器控制器；所述静止变频器控制器包括：

第一控制器，用于控制所述静止变频器的逆变器进入电流断续换流模式；并利用电流闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

第二控制器，用于当同步电机的转子转速达到其额定转速的10％时，控制所述静止变频器的逆变器由电流断续换流模式转入反电动势换相控制模式；并利用转速-电流双闭环控制方式或滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对所述同步电机的转子加速，直至所述同步电机的转子达到设定的转速。

进一步的，所述第二控制器，具体用于：

当所述静止变频器的输出电流处于设定的安全域，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

当所述静止变频器的输出电流连续10ms超出设定的安全域，则利用滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；当所述静止变频器的输出电流重回设定的安全域并保持10ms，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速。

进一步的，所述第一控制器或第二控制器对所述同步电机的转子加速的过程中，均需满足如下约束条件：

所述静止变频器的输出电流应处于设定的安全域；

所述静止变频控制器还包括调整模块，用于若所述静止变频器的输出电流超出设定的安全域，则调整静止变频器的整流器触发脉冲和逆变器触发脉冲直至所述静止变频器的输出电流在10ms内均满足设定的安全域。

进一步的，所述静止变频器包括串联的整流器、电抗器和逆变器，所述整流器包括串联的第一6脉波三相桥式整流桥和第二6脉波三相桥式整流桥；

所述第二6脉波三相桥式整流桥的同步信号比所述第一6脉波三相桥式整流桥的同步信号滞后30度。

进一步的，所述调整模块，具体用于：

向所述第二6脉波三相桥式整流桥和所述第一6脉波三相桥式整流桥补发与所述第一6脉波三相桥式整流桥的前序脉冲相同的触发脉冲；

调整所述逆变器触发脉冲宽度，直至所述逆变器对应的晶闸管的触发脉冲与所述第一6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲和所述第二6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲有重叠区域。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种同步电机启动方法及系统，在电流断续换流控制模式阶段通过补发脉冲的方式解决了电流建立不成功的问题，提高了同步电机低速阶段的启动成功率；在反电动换相控制阶段采用转速-电流双闭环控制与滞环控制相结合的控制方法，保证了同步电机平滑加速，同时解决电流断续情况下无法重新建立电流引起加速度降低、电机转速振荡的问题；该方法可用于抽水蓄能机组、燃气轮机、同步调相机以及鼓风机、压缩机、大型泵站的静止变频器控制，适用范围广，能够缓解由于同步电机启动失败造成的资源损耗，提升系统稳定性。

附图说明

图1为本发明提供的一种同步电机启动方法流程图；

图2为本发明提供的一种同步电机启动系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明提供了一种同步电机启动方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤s11，将与同步电机连接的静止变频器接入交流电源；

步骤s12，控制所述静止变频器的逆变器进入电流断续换流模式；并利用电流闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

步骤s13，当同步电机的转子转速达到其额定转速的10％时，则控制所述静止变频器的逆变器由电流断续换流模式转入反电动势换相控制模式；并利用转速-电流双闭环控制方式或滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对所述同步电机的转子加速，直至所述同步电机的转子达到设定的转速。

步骤s12之前，即当静止变频器开始启动时，可以通过检测同步电机的磁通变化率来计算同步电机转子的初始位置进而启动同步电机。

步骤s12中，静止变频器进入电流断续换流控制阶段可以通过恒功率控制方式实现输出电流的控制，使同步电机从静止状态加速；所述磁通变化率是由励磁设备向同步电机转子绕组施加突变的直流励磁电流所产生，要求励磁电流从0到额定空载励磁电流的突变时间小于100ms。

静止变频器进入电流断续控制阶段初始时刻时，由于静止变频器设备桥侧的感应电压为零，静止变频器无法准确判断同步电机的转子位置，只有在同步电机转速频率大于2％额定转速后才能计算出角度。因此从0到2％额定转速过程中，所述静止变频器采用估算的方法计算同步电机转子位置或预设同步电机转子位置；当同步电机转速大于2％额定转速后(即额定功率的2％<转速<额定功率的10％)，所述静止变频器通过比较同步电机定子侧三相电压大小计算同步电机转子位置。

步骤s13中，利用转速-电流双闭环控制方式或滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速，可以包括如下步骤：

当所述静止变频器的输出电流处于设定的安全域，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

当所述静止变频器的输出电流连续10ms超出设定的安全域，则利用滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；当所述静止变频器的输出电流重回设定的安全域并保持10ms，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速。

优选地，对所述同步电机的转子加速的过程中需满足如下约束条件：

所述静止变频器的输出电流应处于设定的安全域；

若所述静止变频器的输出电流超出设定的安全域，则调整静止变频器的整流器触发脉冲和逆变器触发脉冲直至所述静止变频器的输出电流在10ms内均满足设定的安全域。

优选地，静止变频器可以包括串联的整流器、电抗器和逆变器；整流器可以包括串联的第一6脉波三相桥式整流桥和第二6脉波三相桥式整流桥；

优选地，第二6脉波三相桥式整流桥比第一6脉波三相桥式整流桥的同步信号滞后30度。

优选地，所述调整静止变频器的整流器触发脉冲和逆变器触发脉冲直至所述静止变频器的输出电流在10ms内均满足设定的安全域，可以包括如下步骤：

向所述第二6脉波三相桥式整流桥和所述第一6脉波三相桥式整流桥补发与所述第一6脉波三相桥式整流桥的前序脉冲相同的触发脉冲；

调整所述逆变器触发脉冲宽度，直至所述逆变器对应的晶闸管的触发脉冲与所述第一6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲和所述第二6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲有重叠区域，直至所述静止变频器与同步电机间的电流建立成功。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种同步电机启动系统，如图2所示，所述系统包括：与同步电机连接的静止变频器以及与所述静止变频器连接的静止变频器控制器；所述静止变频器控制器包括：

第一控制器，用于控制所述静止变频器的逆变器进入电流断续换流模式；并利用电流闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

第二控制器，用于当同步电机的转子转速达到其额定转速的10％时，控制所述静止变频器的逆变器由电流断续换流模式转入反电动势换相控制模式；并利用转速-电流双闭环控制方式或滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对所述同步电机的转子加速，直至所述同步电机的转子达到设定的转速。

优选地，所述第二控制器，具体用于：

当所述静止变频器的输出电流处于设定的安全域，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；

当所述静止变频器的输出电流连续10ms超出设定的安全域，则利用滞环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速；当所述静止变频器的输出电流重回设定的安全域并保持10ms，则利用转速-电流双闭环控制方式控制所述静止变频器的整流器对同步电机的转子加速。

优选地，所述第一控制器或第二控制器对所述同步电机的转子加速的过程中，均需满足如下约束条件：

所述静止变频器的输出电流应处于设定的安全域；

所述静止变频控制器还包括调整模块，用于若所述静止变频器的输出电流超出设定的安全域，则调整静止变频器的整流器触发脉冲和逆变器触发脉冲直至所述静止变频器的输出电流在10ms内均满足设定的安全域。

优选地，所述静止变频器包括串联的整流器、电抗器和逆变器，所述整流器包括串联的第一6脉波三相桥式整流桥和第二6脉波三相桥式整流桥；

所述第二6脉波三相桥式整流桥的同步信号比所述第一6脉波三相桥式整流桥的同步信号滞后30度。

优选地，所述调整模块，具体用于：

向所述第二6脉波三相桥式整流桥和所述第一6脉波三相桥式整流桥补发与所述第一6脉波三相桥式整流桥的前序脉冲相同的触发脉冲；

调整所述逆变器触发脉冲宽度，直至所述逆变器对应的晶闸管的触发脉冲与所述第一6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲和所述第二6脉波三相桥式整流桥对应的晶闸管的触发脉冲有重叠区域。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。