一种无刷双馈电机启动控制装置及方法与流程

本发明涉及电机调速系统领域，具体涉及一种无刷双馈电机启动控制装置及方法。

背景技术：

无刷双馈电机是一种新型电机。无刷双馈电机通过功率绕组、控制绕组和特殊设计的转子来实现无电刷结构。目前无刷双馈电动机启动方式可分为同步启动和异步启动，传统的同步启动是在无刷双馈电动机两套定子绕组同时加激励源，这要求变流器的容量与无刷双馈电机的容量一致，这与无刷双馈电动机能够只使用变流器部分容量的初衷相违背。因此实际过程中，无刷双馈电机一般采用异步启动方法。为解决无刷双馈电机采用异步启动方法中存在的问题，专利文献(ZL 201511015056.5)通过将控制绕组变流器所有的功率器件断开，并将制动电阻接入功率控制绕组回路，这一方法虽然可利用变频器本身的资源，实现无刷双馈电机启动过程限流的功能和达到缩减设备的体积的效果。但这种方法存在如下不足：(1)当电机启动时间过长时，限流电阻发热严重，影响系统可靠工作；(2)当电机启动负载较大时，会出现电机启动失败的状况。专利文献(201511015056.5)在将电机功率绕组短接基础上，通过调节电机侧变流器输出电压的幅值和频率，实现电机的启动。这一方法依然无法实现电机启动过程中转矩可调、启动时间可控和确保电机平滑启动。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种无刷双馈电机的启动控制装置和方法，在启动过程中，通过合理控制三相全控型电机侧变流器中功率开关器件的导通时序，可以动态调节控制绕组电流，从而解决传统异步启动存在限流电阻功率较大、启动过程慢等问题，加快电机启动过程，减少启动损耗。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无刷双馈电机启动控制装置及其启动控制方法，采用功率绕组接直流励磁，控制绕组接三相全控型电机侧变流器，可以使电机在启动过程中将无刷双馈电机等效为一台功率绕组和控制绕组互换的同步电动机，从而解决传统的同步启动方法中启动力矩不足的问题。

为达上述目的，本发明一种无刷双馈电机启动控制装置，包括无刷双馈电机、三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器和第一、二交流电源，还包括可调电阻、可调电阻投切开关、电流检测传感器、功率绕组控制开关以及系统控制单元，其中：

所述三相全控型电网侧变流器交流侧与所述第一交流电源依次分相连，所述三相全控型电网侧变流器的直流侧与所述三相全控型电机侧变流器的直流侧通过直流母线相连，所述直流母线上并联有直流母线电容；

三相全控型电机侧变流器的交流侧依次分相经三相可调电阻与无刷双馈电机的控制绕组相连，三个可调电阻分别与可调电阻投切开关的一个常开触点并联，电流检测传感器安装在无刷双馈电机控制绕组回路中；所述第二交流电源经过功率绕组控制开关与所述无刷双馈电机的功率绕组依次分相相连接；

所述三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器、可调电阻投切开关和电流检测传感器分别与所述系统控制单元连接，所述系统控制单元接收电流检测传感器的输出信号，输出控制三相全控型电机侧变流器中功率开关器件的导通时序信号，系统控制单元执行的控制序列包括：

步骤1：系统控制单元初始化，断开可调电阻投切开关和功率绕组控制开关，使可调电阻的值处于最大值；

步骤2：启动三相全控型电网侧变流器，使三相全控型电网侧变流器输出电压达到额定值；

步骤3：系统控制单元发出指令，使各功率开关器件关断，然后闭合功率绕组控制开关，并导通三相全控型电机侧变流器下半桥三个功率开关器件，使功率绕组电流增大；

步骤4：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值上限，则执行步骤5，否则执行步骤6；

步骤5：使三相全控型电机侧变流器下半桥三个功率开关器件关断，并执行步骤4；

步骤6：导通三相全控型电机侧变流器下半桥三个功率开关器件；

步骤7：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值上限，则执行步骤5，否则执行步骤8；

步骤8：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值下限，则执行步骤6，否则执行步骤9；

步骤9：减少可调电阻的阻值，使功率绕组电流增加；

步骤10：判断可调电阻的阻值，如未达到最小设定值，则执行步骤7，否则执行步骤11；

步骤11：闭合可调电阻投切开关，完成启动过程，无刷双馈电机转入正常运行状态。

本发明无刷双馈电机启动控制装置，其中所述步骤2采用基于瞬时功率理论的双环控制算法，使三相全控型电网侧变流器输出电压达到额定值。

本发明无刷双馈电机启动控制装置，其中所述第一交流电源与第二交流电源为相同的交流电源。

本发明无刷双馈电机启动控制装置，其中所述第一交流电源与第二交流电源为不相同的交流电源。

为达上述目的，本发明提供了一种无刷双馈电机启动控制方法，该方法设置无刷双馈电机、三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器、可调电阻、可调电阻投切开关、电流检测传感器、功率绕组控制开关以及系统控制单元，该方法包括以下步骤：

步骤1：系统控制单元初始化，断开可调电阻投切开关和功率绕组控制开关，使可调电阻的值处于最大值；

步骤2：启动三相全控型电网侧变流器，使三相全控型电网侧变流器输出电压达到额定值；

步骤3：系统控制单元发出指令，使各功率开关器件关断，然后闭合功率绕组控制开关，并导通三相全控型电机侧变流器下半桥三个功率开关器件，使功率绕组电流增大；

步骤4：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值上限，则执行步骤5，否则执行步骤6；

步骤5：使三相全控型电机侧变流器下半桥三个功率开关器件关断，并执行步骤4；

步骤6：导通三相全控型电机侧变流器下半桥三个功率开关器件；

步骤7：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值上限，则执行步骤5，否则执行步骤8；

步骤8：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值下限，则执行步骤6，否则执行步骤9；

步骤9：减少可调电阻的阻值，使功率绕组电流增加；

步骤10：判断可调电阻的阻值，如未达到最小设定值，则执行步骤7，否则执行步骤11；

步骤11：闭合可调电阻投切开关，完成启动过程，无刷双馈电机转入正常运行状态。

本发明无刷双馈电机启动控制方法，其中所述步骤2采用基于瞬时功率理论的双环控制算法，使三相全控型电网侧变流器输出电压达到额定值。

本发明无刷双馈电机启动控制方法，其中所述第一交流电源与第二交流电源为相同的交流电源。

本发明无刷双馈电机启动控制方法，其中所述第一交流电源与第二交流电源为不相同的交流电源。

本发明无刷双馈电机启动控制装置及方法的优点和积极效果是：启动过程在综合利用三相全控型电网侧变流器的四象限运行能力和可调电阻的限流能力的基础上，通过合理控制三相全控型电机侧变流器中功率开关器件的导通时序，进行动态调节控制绕组电流，从而解决了传统异步启动存在限流电阻功率较大、启动过程慢等问题，加快电机启动过程，减少启动损耗，实现了无刷双馈电机的高性能启动。

附图说明

图1是本发明无刷双馈电机启动控制装置的电路结构图；

图2是本发明无刷双馈电机启动控制方法的控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合参照附图对本发明进一步详细说明本发明无刷双馈电机启动控制装置及方法的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明无刷双馈电机启动控制装置包括无刷双馈电机7、三相全控型电网侧变流器3、三相全控型电机侧变流器4，第一、二交流电源1、2，可调电阻R1-R3、可调电阻投切开关K1、电流检测传感器H1-H2、功率绕组控制开关K2以及系统控制单元6。其中三相全控型电网侧变流器3交流侧与第一交流电源1依次分相连接，三相全控型电网侧变流器3的直流侧与三相全控型电机侧变流器4的直流侧通过直流母线相连，直流母线上并联有直流母线电容C。

三相全控型电机侧变流器的交流侧依次分相经三相可调电阻R1-R3与无刷双馈电机的控制绕组相连，三个可调电阻R1-R3分别与可调电阻投切开关K1的一个常开触点并联，电流检测传感器H1-H2安装在无刷双馈电机控制绕组回路中。第二交流电源2经过功率绕组控制开关K2与无刷双馈电机7的功率绕组相连。

三相全控型电网侧变流器3、三相全控型电机侧变流器4、可调电阻投切开关K1、电流检测传感器H1-H2分别和功率绕组控制开关K2分别与系统控制单元6连接。系统控制单元6输出控制三相全控型电机侧变流器4中功率开关器件导通的时序信号，参照图2，系统控制单元6执行的控制序列包括：

所述系统控制单元6接收电流检测传感器H1-H2的输出信号，输出控制三相全控型电机侧变流器4中功率开关器件的导通时序信号，系统控制单元6执行的控制序列包括：输出控制所述三相全控型电机侧变流器中功率开关器件导通的时序信号，系统控制单元6执行的控制序列包括：

步骤1：系统控制单元6初始化，断开可调电阻投切开关K1和功率绕组控制开关K2，使可调电阻R1-R3的值处于最大值；

步骤2：启动三相全控型电网侧变流器3，采用基于瞬时功率理论的双环控制算法，使三相全控型电网侧变流器3输出电压达到额定值；

步骤3：系统控制单元6发出指令，使各功率开关器件S7-S12关断，然后闭合功率绕组控制开关K2，并导通三相全控型电机侧变流器4下半桥三个功率开关器件S8、S10和S12，使功率绕组电流增大；

步骤4：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值上限，则执行步骤5，否则执行步骤6；

步骤5：使三相全控型电机侧变流器4下半桥三个功率开关器件S8、S10和S12关断，并执行步骤4；

步骤6：导通三相全控型电机侧变流器4下半桥三个功率开关器件S8、S10和S12；

步骤7：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值上限，则执行步骤5，否则执行步骤8；

步骤8：检测控制绕组电流绝对值的平均值，若该平均值大于临界设定区域值下限，则执行步骤6，否则执行步骤9；

步骤9：减少可调电阻R1-R3的阻值，使功率绕组电流增加；

步骤10：判断可调电阻R1-R3的阻值，如未达到最小设定值，则执行步骤7，否则执行步骤11；

步骤11：闭合可调电阻投切开关K1，完成启动过程，无刷双馈电机7转入正常运行状态。

本发明提供的无刷双馈电机启动控制方法步骤，与系统控制单元6执行的控制序列一致。

在本发明无刷双馈电机启动控制装置及方法中，第一交流电源1与第二交流电源2可以为相同的交流电源，也可以为不相同的交流电源。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。