一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法与流程

文档序号：23390909发布日期：2020-12-22 13:57阅读：79来源：国知局

本发明涉及计算机软件技术领域，尤其涉及一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法及装置。

背景技术：

由于大功率同步电机因其功率因数可调，效率高，运行稳定等优点，在工业领域应用越来越广泛。目前造纸厂的高浓磨浆机一般由大功率的同步电机动拖动。

目前高压同步电动机在变频软起动过程中，传统的同步变频软起动装置需要机械式位置传感器得到电机转子位置后控制逆变桥臂的开通状态。逆变桥臂的换相控制决定着变频器的输出转矩，转子位置判断成为了同步电机同步变频软起动的技术关键。由于安装机械式转子位置传感器价格较高，无位置传感器转子位置判断成为当下变频软起动的主流，并且同步电动机异步起动法在起动过程中同期时间过长，并网可靠性降低，从而导致产生的电流过大，转速不够稳定，导致能源消耗过多，所以亟需一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法及装置。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法及装置，旨在解决现有技术无法通过在电机全速起动过程中通过同期调节的方式来缩短同期时间，提高并网可靠性的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法包括以下步骤：

s1，获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速；

s2，设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈；

s3，当接收到同期调节信号反馈时，实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号；

s4，通过该转速微调信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中，获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取电机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动发动机，并实时获取转子转速之前，还包括以下步骤，接收系统初始化指令，根据该指令对采样系统进行初始化，向同步电动机投入励磁，并检测励磁状态，当励磁投入正常时，获取转子位置检测单元的初始信号。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中，获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速，还包括以下步骤，获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动发动机，获取同步电动机的额定转速，将初始转子转速与额定转速的10％进行比较，当初始转子转速小于额定转速的10％时，将低速整流延时角发送给同步发动机，并实时获取转子转速。

在以上技术方案的基础上，优选的，获取同步电动机的额定转速，将初始转子转速与额定转速的10％进行比较，当初始转子转速小于额定转速的10％时，将低速整流延时角发送给同步发动机，并实时获取转子转速之后，还包括以下步骤，当转子转速大于额定转速的10％时，获取转速环的设定转速，对同步发动机的逆变超前角进行调整，使转子转速满足转速环的设定转速，并对整流延时角进行调整，提高转子转速作为待比较转子转速，并实时获取待比较转子转速。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括以下步骤，步骤s2中，设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈，还包括以下步骤，设定转速阈值，所述转速阈值即额定转速的98％，将待比较转子转速与转速阈值进行比较，当待比较转子转速满足额定转速的98％时，发送同期励磁给同期装置，并起动同期装置，等待同期调节信号反馈。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s3中，当接收到同期调节信号反馈时，实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号，还包括以下步骤，当接收到同期调节信号反馈时，将励磁发送给同期装置，当收到同期调节信号第二次反馈时，稳定待比较转子转速，并设定励磁调节时间，根据该励磁调节时间对励磁进行调节，并实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号。

更进一步优选的，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制装置包括：

获取模块，用于获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速；

反馈模块，用于设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈；

调节模块，用于当接收到同期调节信号反馈时，实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号；

工频运行模块，用于通过该转速微调信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。

第二方面，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法还包括一种终端设备，所述终端设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序配置为实现如上文所述的基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法的步骤。

第三方面，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法还包括一种存储介质，所述存储介质为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序被处理器执行时实现如上文所述的基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法的步骤。

本发明的一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过低速区间转子位置判断配合定延时触发技术保证了断续换流的可靠性，确保了电机不会反转，低速转高速切换，通过强制触发整流延时角保证电机的平滑过渡，降低了起动电流，稳定了转子速度。

(2)通过在同期过程中主动转速控制配合被动励磁调节控制，使得同期时间大大缩短，提高了并网的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端设备的结构示意图；

图2为本发明基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法基本流程示意图；

图4为本发明基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法同期调节流程示意图；

图5为本发明基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法第一实施例的功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，该终端设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(centralprocessingunit，cpu)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(wireless-fidelity，wi-fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(non-volatilememory，nvm)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对终端设备的限定，在实际应用中终端设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序。

在图1所示的终端设备中，网络接口1004主要用于建立终端设备与存储基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法系统中所需的所有数据的服务器的通信连接；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法终端设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法终端设备中，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法终端设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序，并执行本发明实施提供的基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法。

结合图2，图2为本发明基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法包括以下步骤：

s10：获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速。

应当理解的是，整个高压同步变频软起动装置的起动流程图如图3所示，刚起动时，系统会初始化，即对定时器，ad，以及通讯接口进行初始化，这一步是为了排除残余数据对本次起动的干扰，ad会采样初值进行计算，这一步为了验证ad的完备性，然后通讯数据初始化，起动对应的参数设置，并检验设备内励磁是否准备完善，如果准备完善就发送起动信号，如果没有准备完善就重新进行准备，起动信号发出之后，起动柜以及出线柜会进行合闸，一直到这一步，如果在过程中出现故障，装置默认是不允许合闸的，合闸完成后，装置向同步电动机投入励磁，并判断励磁是否正常投入，如果出现故障，则进行故障分闸，没有故障装置会对转子的初始位置进行判断。

应当理解的是，获取转子位置检测单元的初始信号，检测单元用于对转子的初始位置进行检测，根据该初始位置获取同步电动机的初始转子转速，此时装置会给定低速整流触发延时角，然后实时对低速过程中转子位置进行判断，通过转子的位置反推出转子速度，获取同步电动机的额定转速，当此时转子转速小于额定转速的10％时，装置会重复给定低速整流触发延时角的动作，并重新对转子转速进行判断。

应当理解的是，当转子转速大于额定转速的10％时，装置会对逆变超前角进行调整，根据这个调整同步对转子转速进行调整，并获取转速环计算的设定转速，如果此时转子转速达到转速环计算的设定转速，转速环会分别进行转速环计算、电流环计算、整流触发延时角调整、转子位置判断以及给出高速触发信号，这些步骤用于提升转子转速，此时表示转子转速已经达到了高速；如果此时转子转速没有达到转速环计算的设定转速，转速环会分别进行电流环计算、整流触发延时角调整、转子位置判断以及给出高速触发信号，将重新调整过的转速再次进行判断，查看是否满足转速环的要求。

应当理解的是，转速环是用于在电源电压波动，负载波动下，保持转速有足够的精度，缩短调速过程的动态过度历程；如果是带有速度截止的转速环，还可限定最高转速。电流环在调速过程中和负载波动时，以电机允许的最大力矩进行调速(一般是电动机额定电流的1.1～1.25倍)。缩短调速过程的动态过度历程。本实施例转速外环配合电流内环的双闭环控制保证了起动的可控性和可调性。

应当理解的是本实施例装置通过低速区间转子位置判断配合定延时触发技术保证了断续换流的可靠性，为区间控制算法带来了革新，并确保电机不会反转。低速转高速切换，通过强制触发整流保证电机的平滑过渡。

s20：设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈。

应当理解的是，装置还有一个设定转速阈值，这个转速阈值时额定转速的98％，用于判断装置是否进入高速起动过程，即将通过转速环的转子速度与额定转速的98％进行比较，如果没有达到额定转速的98％，装置会重新将转子转速进行提高；如果达到额定转速的98％，装置会起动同期装置。

s30：当接收到同期调节信号反馈时，实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号。

应当理解的是，装置在起动同期装置后会判断同期装置是否起动，如果没有会重复起动，直至成功起动为止，如果成功起动，则会进入同期过程调节，如图4所示，本实施例同期过程调节如下，同期装置中首先会设定目标转速值，即同步发动机的目标转速值，当转子转速达到这个目标转速值时，装置会给定同期励磁，对同期装置进行使能，并等待同期调节信号的反馈，同时稳定转速值，然后对励磁输出进行微调，并设定对应的调节时间，本实施例中设定的调节时间为5s一次，同时实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，进入同期并网过程，本实施例同期过程的主动转速控制配合被动励磁调节控制，可以使得同期时间大大缩短，提高并网的可靠性。

s40：通过该转速微调信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。

应当理解的是，装置进入同期并网过程中，主要步骤就是通过该转速微调信号对整流器的直流电压进行调整，利用整流器的直流电压对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行，即完成整个软起动过程。

应当理解的是，本实施例另一种技术方案为：

系统上电后，控制器系统初始化，等待仪控dcs的起动指令。接收到起动指令后，起动柜、出线柜合闸，高压同步变频软起动装置开始进入起动过程，检测电机的初始转子位置，依据转子位置控制逆变桥的导通。变频起动经历静止转子起动、低速起动、高速起动、同期、并网全速起动5个过程。系统把来自转子位置检测单元的信号进行分析，判断转子的真实位置和转速后，按一定的控制策略产生控制信号，控制变频器输出三相电流(电压)的频率、幅值和相位大小，达到电机同步转速跟踪转子转速的目的，根据起动前给定的起动转速曲线，在规定时间内将电机带入全速。

其中，高压同步变频软起动装置的起动及控制过程总体可以分为以下六个阶段：

给定频率控制：在电机静止状态下，逆变器按频率给定值输出到电机正向旋转磁场，使得电机正向转动，将电机带动至较低转速。

断续换相运行：在电机低速运行时(低于额定转速的10％)，由于电机反电动势低，不能保证晶闸管可靠换相，所以要采取强迫换相控制，通过将电机主电路电流降为零，关断所有导通的逆变晶闸管，然后重新恢复整流电压，并使逆变器新的晶闸管导通。

断续到连续切换：当电机转速达到切换转速时，停止强迫换相，利用电机定子侧产生的反电势来自然换相。

自然换相运行：引入电流闭环控制，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，充分利用电机的过载能力，电力拖动系统以最大的加速度起动，到达额定转速。加速过程中，电流在限幅范围内调节，并且具有较快的跟随性能。

同期并网：根据电网电压和同步电动机端电压频率的差值，产生一个附加的转速微调信号，自动地调整整流器输出的直流电压的高低，对同步电动机转速作微调。与此同时，励磁系统则由自动电压平衡单元控制同步电动机的转子励磁电流，以使同步电动机端电压和电网电压平衡。

工频运行：电机进入工频运行，进入恒功率因数控制或者恒电流控制状态。

需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本申请的技术方案构成任何限定。

通过上述描述不难发现，本实施例通过获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速；设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈；当接收到同期调节信号反馈时，实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号；通过该转速微调信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。本实施例通过同期过程的主动转速控制配合被动励磁调节控制，可以使得同期时间大大缩短，提高并网的可靠性，同时利用低速区间转子位置判断配合定延时触发技术保证了断续换流的可靠性，降低了起动电流，保证了电机的平滑过渡，稳定了转机速度。

此外，本发明实施例还提出一种基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制装置。如图5所示，该基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制装置包括：获取模块10、反馈模块20、调节模块30以及工频运行模块40。

获取模块10，用于获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速；

反馈模块20，用于设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈；

调节模块30，用于当接收到同期调节信号反馈时，实时获取同步电动机的待判断数据，所述待判断数据包括：频率、电压以及相位，并设定对应的数据判断范围，将待判断数据与数据判断范围进行比较，当待判断数据满足数据判断范围时，获取电网电压与同步电动机的电压的差值，并根据该差值产生转速微调信号；

工频运行模块40，用于通过该转速微调信号对同步电动机的转速进行调整，并实时获取电网电压与同步电动机的电压的状态，当电网电压与同步电动机的电压平衡时，控制同步电动机进入工频运行。

此外，需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法，此处不再赘述。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序，所述基于造纸厂高压同步变频软起动装置的控制方法程序被处理器执行时实现如下操作：

s1，获取转子位置检测单元的初始信号，根据该初始信号获取同步电动机的初始转子转速，根据该初始转子转速起动同步发动机，并实时获取转子转速；

s2，设定转速阈值，将转子转速与转速阈值进行比较，当转子速度满足转速阈值时，发送同期励磁给同期装置，并等待同期调节信号反馈；