无刷双馈电机异步启动方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无刷双馈电机领域，特别是设及一种无刷双馈电机异步启动装置，还 设及一种无刷双馈电机异步启动方法。
【背景技术】
[0002] 无刷双馈电机是一种新型电机。无刷双馈电机从级联电机演化而来，通过两套定 子绕组(分别为功率绕组和控制绕组)加特殊设计的转子来实现无电刷结构，从而提高电机 可靠性。无刷双馈电机既可W作为发电机运行，也可W作为电动机运行。作为电动机运行 时，设及启动问题。无刷双馈电机的启动是指电机从转速为0到转速为电机自然同步速m的 过程。
[0003] 传统的无刷双馈电动机启动方式分为同步启动和异步启动。同步启动是无刷双馈 电动机两套定子绕组同时加激励源，此时电机表现出同步电机特性。具体是功率绕组加工 频电源激励，控制绕组加变频电源激励，控制绕组频率从-50化增加到OHz,相应电机转速就 能从0增加到riN，从而启动电机。同步启动的问题在于需要全功率的变频器，运与无刷双馈 电动机能够使用部分容量变频器控制的初衷相违背，所W主流的启动方式是异步启动。
[0004] 异步启动是指无刷双馈电机两套定子绕组只有一套绕组加激励源，另一套绕组短 接。此时电机符合异步电机特性。传统的大功率无刷双馈电动机异步启动采用控制绕组串 联频敏电阻或者变电阻的方法，而小功率无刷双馈电动机采取直接在控制绕组上加短接接 触器的方法。
[0005] 传统的无刷双馈电机异步启动方法，电机的电流峰值较大，大电流会对电源产生 冲击，同时会在线路和电机内部产生损耗引起发热。
【发明内容】
[0006] 基于此，有必要提供一种能够减小启动时绕组电流的无刷双馈电机异步启动方 法。
[0007] -种无刷双馈电机异步启动方法，包括:将变频器和电机的控制绕组接入电源，对 变频器进行软启动;变频器软启动完成后，断开电机的功率绕组电源对功率绕组的供电，并 将功率绕组短接;通过控制绕组电流闭环方式控制变频器的输出，进行电机的软启动；当电 机转速接近自然同步转速且稳定时，解除所述功率绕组的短接状态；W控制绕组接入的电 源为参照，通过对所述变频器的控制，调整所述功率绕组的感应电压的幅值和相位，使其逐 渐与控制绕组接入的电源的电压幅值和相位同步;待同步后，将所述功率绕组接入功率绕 组电源，使电机由一组电源作用的异步运行状态进入两组电源同时作用的同步运行状态； 控制所述变频器使得电机的转速达到所述自然同步转速，完成启动过程。
[0008] 在其中一个实施例中，所述调整所述功率绕组的感应电压幅值和相位，使其逐渐 与控制绕组接入的电源的幅值和相位同步的步骤，是采用无刷双馈电机功率绕组磁链定向 的矢量控制方法进行控制。
[0009] 在其中一个实施例中，所述磁链定向的矢量控制方法包括下列步骤:将控制绕组 接入的电源和功率绕组感应的=相电压由=相静止坐标系变换到两相静止坐标系;求出控 制绕组接入的电源的电压和功率绕组的感应电压在所述两相静止坐标系下的电压幅值I Up 、I Ug I和相位角目P、目g;将控制绕组的=相电流由=相静止坐标系变换到两相旋转坐标系， 所述两相旋转坐标系包括d轴和q轴，得到控制绕组在d轴和q轴上的电流分量icd、icq;根据 电压幅值I Up I、I Ug I得到控制绕组在d轴上的电流给定值4 ;根据控制绕组在d轴上的电流 给定值4和电流分量i。诫出控制绕组在巧由上的电压给定值姑;根据相位角0p、0g得到控 制绕组在q轴上的电流给定值C;:根据控制绕组在q轴上的电流给定值C和电流分量icq求出 控制绕组在q轴上的电压给定值<;根据功率绕组极对数Pp、控制绕组极对数Pc、电机转子 位置角及相位角0p求出控制绕组变换到功率绕组旋转坐标系中的旋转转差角0C;根据 4、的、目冰出控制绕组的；相电压Uca、Ucb、Ucc并输出，控制变频器使其将控制绕组的S 相电压调整为Uca、Ucb、Ucc O
[0010] 在其中一个实施例中，所述对变频器进行软启动的步骤，包括将软启动电阻串联 接入所述变频器与控制绕组接入的电源之间，检测所述变频器的直流母线电压，当检测到 所述直流母线电压达到预设电压范围时，将软启动电阻短路，完成变频器软启动的步骤。
[0011] 在其中一个实施例中，所述控制所述变频器使得电机的转速达到所述自然同步转 速的步骤，是控制变频器逐步减小输出频率直到输出的激励为直流激励。
[0012] 还有必要提供一种无刷双馈电机异步启动装置。
[0013] -种无刷双馈电机异步启动装置，包括变频器，还包括第一接触器、第=接触器、 软启动电路、功率绕组短接电路W及控制单元;所述变频器接于控制绕组电源输入端和电 机的控制绕组之间，所述第一接触器和所述软启动电路串联后接于所述控制绕组电源输入 端和变频器之间，所述第=接触器接于电机的功率绕组和电机的功率绕组电源之间，所述 功率绕组短接电路接于所述功率绕组和第=接触器之间并可在控制单元的控制下短接所 述功率绕组;所述控制单元用于将所述变频器和控制绕组接入电源，对变频器进行软启动， 然后断开功率绕组电源对功率绕组的供电，并将功率绕组短接，再通过控制绕组电流闭环 方式控制变频器的输出，进行电机的软启动，当检测到电机转速接近自然同步转速且稳定 时，解除所述功率绕组的短接状态，W控制绕组接入的电源为参照，通过对所述变频器的控 审IJ，调整所述功率绕组的感应电压的幅值和相位，使其逐渐与控制绕组接入的电源的电压 幅值和相位同步，同步之后将所述功率绕组接入功率绕组电源，使电机由一组电源作用的 异步运行状态进入两组电源同时作用的同步运行状态，最后控制所述变频器使得电机的转 速达到所述自然同步转速，完成启动过程。
[0014] 在其中一个实施例中，所述功率绕组短接电路包括闭合时将功率绕组的=相短接 在一起的第四接触器，所述软启动电路包括软启动电阻和连接软启动电阻两端的第二接触 器。
[0015] 在其中一个实施例中，所述变频器包括全桥不控整流电路、全桥逆变电路、开关器 件及母线电容;所述全桥不控整流电路连接所述第一接触器，所述全桥逆变电路连接所述 控制绕组，所述母线电容接于全桥不控整流电路和全桥逆变电路之间的母线两端，用于获 取直流母线电压，所述开关器件的输入和输出端分别与所述全桥逆变电路的输入端和输出 端连接，所述开关器件的控制端与所述控制单元连接，由所述控制单元控制所述开关器件 的占空比。
[0016] 在其中一个实施例中，所述软启动电路和变频器之间还串联接有滤波电感。
[0017] 在其中一个实施例中，所述控制单元是采用无刷双馈电机功率绕组磁链定向的矢 量控制方法进行调整所述功率绕组的感应的电压幅值和相位使其与电源同步。
[0018] 上述无刷双馈电机异步启动方法和装置，能大幅降低无刷双馈电机启动时的功率 绕组和控制绕组电流。
【附图说明】
[0019] 图1为一实施例中无刷双馈电机异步启动装置的结构示意图；
[0020] 图2为一实施例中无刷双馈电机异步启动方法的流程图；
[0021] 图3是一实施例中无刷双馈电机功率绕组并网控制策略框图；
[0022] 图4是另一实施例中无刷双馈电机异步启动装置的结构示意图；
[0023] 图5为一种传统的30kW功率的无刷双馈电机控制绕组直接短接启动时两套定子绕 组的电流波形；
[0024] 图6为30kW功率的无刷双馈电机按本发明的无刷双馈电机异步启动方法启动时的 两套定子绕组电流波形；
[0025] 图7为按本发明的无刷双馈电机异步启动方法进行启动的过程中功率绕组感应电 动势与电网电压同步时的电压波形；
[0026] 图8为电机按本发明的无刷双馈电机异步启动方法进行启动时转子转速波形。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0028] 图1为一实施例中无刷双馈电机异步启动装置的结构示意图，包括无刷双馈电机 1〇(包括控制绕组12和功率绕组14)、变频器20、第一接触器110、