CN105471338B - 无刷双馈电动机的启动装置 - Google Patents

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Abstract

无刷双馈电动机的启动装置，涉及无刷双馈电机技术领域，其是通过断开变频器的直流输出，再同时断开三相全桥逆变电路VI上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6来将制动电阻R0接到控制绕组PC，可充分利用变频器本身的资源，即不需要使用启动电阻，通过软件控制逆变电路的全控开关管器件，就可将控制绕组PC短接，可缩减设备的体积，节省成本。

Description

无刷双馈电动机的启动装置
技术领域
本发明涉及无刷双馈电机技术领域，特别是涉及无刷双馈电动机的启动装置。
背景技术
无刷双馈电机是新型电机。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Pp和控制绕组PC）和特殊设计的转子来实现无电刷结构；通过对控制绕组PC的变压变频控制实现无刷双馈电机变速恒频发电或变频调速电动运行。作为电动机运行时，涉及到启动问题。无刷双馈电动机的启动是指电机从转速为0上升到自然同步速N的过程。
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，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Pp加工频电源激励，控制绕组PC加变频电源激励，控制绕组PC频率从-50Hz 增加到0Hz，相应电机转速就能从0增加到N,从而启动电动机。同步启动的问题在于需要全功率的变频器，这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，所以主流的启动方式还是异步启动。
异步启动是无刷双馈电动机的功率绕组加激励源，控制绕组短接或配置专门启动设备，此时电机符合异步电机特性。异步启动特别是大功率无刷双馈电动机异步启动时需要解决与异步电机启动时相同的启动电流过大所带来的各种问题。为了解决启动电流过大的问题，现有技术主要采用的异步启动方法是专门配置频敏变阻器或可调电阻器启动的启动方式，但是，该方式大大增加了电机配套设备和生产运行成本。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供无刷双馈电动机的启动方法和启动装置，该启动方法和启动装置可降低成本和缩减电机配套设备的数量。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供无刷双馈电动机的启动方法，电动机已接有功率绕组Pp、控制绕组PC和变频器，变频器的直流输出侧并列地接有制动电阻R0和三相全桥逆变电路VI，三相全桥逆变电路VI的输出端经控制绕组PC接到电动机，本方法包括依次执行的如下步骤：
步骤A：断开变频器的直流输出；
步骤B:通过同时断开三相全桥逆变电路VI上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6来将制动电阻R0接到控制绕组PCC。
在变频器的母线电容C和制动电阻R0之间的母线串接有母线开关KD，所述步骤A的具体操作为：断开母线开关KD。
步骤B之后执行步骤C：给电动机的功率绕组Pp施加工频电源激励，逐渐减小控制绕组PC的等效电阻值，使电动机转速随之逐渐增大至电动机的转速稳定后，断开与制动电阻R0串接的制动开关VT0，把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧，控制变频器逆变电路VI的输出频率与无刷双馈电动机的实际转速相对应。
所述模块C中，逐渐减小控制绕组PC的等效电阻值具体操作是：断开三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6，再调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6输出至控制绕组PC的电流。
所述模块C具体是通过调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6的同步导通占空比，以控制控制绕组PC的电流使得电动机的转速逐渐增大。
所述模块C是通过PWM脉冲信号来调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6的同步导通占空比。
所述步骤C具体是先令变频器软启动，再合上母线开关KD来实现把直流母线电容C接通到变频器的直流输出侧。
所述步骤C具体是通过闭合第一开关KM1，令三相交流电源经过软启动电阻R、输入电抗器L和三相全桥不控整流电路VR来给直流母线电容C充电，当直流母线电压达到预定范围后，再闭合与软启动电阻R并联的第二开关KM2，完成变频器的软启动。
所述的无刷双馈电动机的启动方法步骤C之后执行步骤D：控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，无刷双馈电动机运行在自然同步速N，完成启动过程。
本发明的有益效果：
本发明通过断开变频器的直流输出，再通过同时断开三相全桥逆变电路VI上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6来将制动电阻R0接到控制绕组PC，可充分利用变频器本身的资源，即不需要使用启动电阻，通过软件控制逆变电路的全控开关管器件，就可代替启动电阻将控制绕组PC短接，可缩减电机配套设备的数量，节省成本。
进一步的，本发明通过调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6的同步导通占空比，调节三相全桥逆变电路VI输出至控制绕组PC的等效阻值，以控制控制绕组PC的电流使得电动机的转速逐渐增大，电动机转速稳定后，完成变频器的软启动，再合上母线开关KD来实现把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧。控制变频器逆变电路VI输出与无刷双馈电动机的实际转速相对应的控制绕组的频率激励至控制绕组PC，进而将无刷双馈电动机由一组激励源的异步运行状态拖入到两组激励源同时作用的同步运行状态，进而控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，即完成电动机软启动，本发明的启动方法使得变频器的三相全桥逆变电路VI可当频敏变阻器（或可调电阻器）来使用，进而减少使用频敏变阻器（或可调电阻器），进一步在实现小电流启动的前提下缩减电机配套设备的数量，节省成本。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的无刷双馈电动机的启动方法所控制的电路示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的无刷双馈电动机的启动方法，如图1所示，电动机已接有功率绕组Pp、控制绕组PC和变频器，变频器的直流输出侧并列地接有制动电阻和三相全桥逆变电路VI，三相全桥逆变电路VI的输出端经控制绕组PC接到电动机，本方法包括如下步骤：
步骤A：在变频器的母线电容C和制动电阻R0之间的母线串接有母线开关KD，进而断开母线开关KD来断开变频器的直流输出；
步骤B: 制动电阻R0串接有制动开关VT0 ，开通制动单元开关管VT0，同时断开三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6来将制动电阻R0接控制绕组PC。
步骤C：通过闭合第三接触器KM3给电动机的功率绕组Pp施加工频电源激励，断开三相全桥逆变电路VI的下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6，电动机控制绕组PC通过三相全桥逆变电路VI、制动开关VT0和制动电阻R0构成回路，通过PWM脉冲信号来调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6的同步导通占空比，以逐渐减小控制绕组PC的等效电阻值，使电动机转速随之逐渐增大至电动机的转速稳定后，断开制动电阻R0，通过闭合第一接触器KM1，令三相交流电源经过软启动电阻R、输入电抗器L和三相全桥不控整流电路VR来给直流母线电容C充电，当直流母线电压达到预定范围后，再闭合与软启动电阻R并联的第二接触器KM2，完成变频器的软启动，再合上母线开关KD来实现把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧。
依次断开制动开关VT0、合上母线开关KD，控制变频器逆变电路VI的输出频率与无刷双馈电动机的实际转速相对应，进而将无刷双馈电动机由一组激励源的异步运行状态拖入到两组激励源同时作用的同步运行状态。
所述的无刷双馈电动机的启动方法步骤C之后执行步骤D：变频器可输出直流激励，当电动机进入同步运行模式后，控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，此时无刷双馈电动机就运行在自然同步速N，启动过程结束。
在本发明实施例中，还可根据需要设置三相全桥逆变电路VI的功率器件的开关频率。
本实施例通过断开变频器的直流输出，再通过三相全桥逆变电路VI将制动电阻R0连接到控制绕组PC，可充分利用变频器本身的资源，即不需要使用启动电阻，通过软件控制逆变电路的全控开关管器件，就可代替启动电阻，可缩减电机配套设备的数量，节省成本。
进一步的，本实施例通过以上的控制方法，就可使得变频器的三相全桥逆变电路VI和制动单元一起当频敏变阻器（或可调电阻器）来使用，充分利用变频器本身的资源，进而减少使用频敏变阻器（或可调电阻器），进一步在实现小电流启动的前提下缩减电机配套设备的数量，节省成本。
本文给出的方法，其中的全部或部分步骤可以通过建立功能步骤构架，由计算机程序指令控制计算机系统来完成。这些计算机程序指令存储在计算机可读存储介质中。
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，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.无刷双馈电动机的启动装置，电动机已接有功率绕组Pp、控制绕组PC和变频器，变频器的直流输出侧并列地接有制动电阻R0和三相全桥逆变电路VI，三相全桥逆变电路VI的输出端经控制绕组PC接到电动机，本装置包括依次调用的如下模块：
模块A：用于断开变频器的直流输出；
模块B:用于通过同时断开三相全桥逆变电路VI上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6，利用三相全桥逆变电路VI上桥臂的二极管和三相全桥逆变电路VI下桥臂的二极管来将制动电阻R0接到控制绕组PC。
2.如权利要求1所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：在变频器的母线电容C和制动电阻R0之间的母线串接有母线开关KD，所述模块A的具体作用为：用于断开母线开关KD。
3.如权利要求1所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：模块B之后调用模块C：用于给电动机的功率绕组Pp施加工频电源激励，逐渐减小控制绕组PC的等效电阻值，使电动机转速随之逐渐增大至电动机的转速稳定后，断开与制动电阻R0串接的制动开关VT0，把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧，控制变频器逆变电路VI的输出频率与无刷双馈电动机的实际转速相对应。
4.如权利要求3所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：所述模块C中，逐渐减小控制绕组PC的等效电阻值具体操作是：断开三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6，再调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6输出至控制绕组PC的电流。
5.如权利要求4所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：所述模块C具体是通过调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6的同步导通占空比，以控制控制绕组PC的电流使得电动机的转速逐渐增大。
6.如权利要求5所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：所述模块C是通过PWM脉冲信号来调节三相全桥逆变电路VI的上桥臂的开关管VT1、VT3、VT5和/或下桥臂的开关管VT2、VT4、VT6的同步导通占空比。
7.如权利要求3所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：所述模块C具体是先令变频器软启动，再合上母线开关KD来实现把直流母线电容C接通到变频器的直流输出侧。
8.如权利要求7所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：所述模块C具体是通过闭合第一开关KM1，令三相交流电源经过软启动电阻R、输入电抗器L和三相全桥不控整流电路VR来给直流母线电容C充电，当直流母线电压达到预定范围后，再闭合与软启动电阻R并联的第二开关KM2，完成变频器的软启动。
9.如权利要求3所述的无刷双馈电动机的启动装置，其特征在于：模块C之后调用模块D：用于控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，无刷双馈电动机运行在自然同步速N，完成启动过程。
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