CN105471339B - 一种无刷双馈电动机的异步启动装置 - Google Patents

一种无刷双馈电动机的异步启动装置 Download PDF

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Abstract

一种无刷双馈电动机的异步启动装置，涉及无刷双馈电机技术领域，其是通过关闭三相全桥逆变单元的全控开关器件，把三相全桥逆变单元用作反向的三相不控整流器，给电动机的功率绕组施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻进行消耗，等效为控制绕组接入三相可调电阻，可充分利用变频器本身的资源，即不需要使用启动电阻，通过软件控制逆变单元的全控开关器件断开，逆变单元与制动电阻配合使用就可代替启动电阻实现控制绕组的短接，可缩减设备的体积，节省成本。

Description

一种无刷双馈电动机的异步启动装置
技术领域
本发明涉及无刷双馈电机技术领域，特别是涉及一种无刷双馈电动机的异步启动装置，该方法通过建立功能模块构架，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。
背景技术
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)和特殊设计的转子来实现无电刷结构；通过对控制绕组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，涉及到起动问题。无刷双馈电动机的起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起动方式可分为同步起动和异步起动，同步起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-50Hz增加到0Hz，相应电机转速就能从0增加到N,从而起动电动机。同步起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，所以主流的起动方式还是异步起动。
异步起动是无刷双馈电动机两套定子绕组只有一套绕组加激励源，另一套绕组短路或配置专门起动设备，此时电机符合异步电机特性。异步起动特别是大功率无刷双馈电动机异步起动时需要解决与异步电机起动时相同的起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起动方法是专门配置频敏变阻器或可调电阻器起动的起动方式，但是，该方式大大增加了电机配套设备体积和生产运行成本。
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一种无刷双馈电动机的异步启动方法和异步启动装置，该方法可降低设备成本和缩减设备体积。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种无刷双馈电动机的异步启动方法，电动机已接有功率绕组、控制绕组和变频器，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单元，三相全桥逆变单元的输出端经控制绕组接到电动机，本方法包括如下步骤：
A：关闭三相全桥逆变单元的全控开关器件，把三相全桥逆变单元用作反向的三相不控整流器；
B：给电动机的功率绕组施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻进行消耗。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤C：逐渐减小制动电阻的等效阻值，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。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤D：把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤E：三相交流电源给直流母线电容充电，直至直流母线电压达标则将其通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤F：控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励。
所述步骤C具体是通过在制动电阻两端并联斩波调节开关来逐渐减小制动电阻的等效阻值，通过断开与制动电阻串联的制动单元开关来断开制动电阻。
所述步骤C是通过PWM脉冲信号来控制斩波调节开关。
所述步骤D具体是通过在变频器的母线电容和制动单元之间串接有母线开关(KD)，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。
所述步骤E具体是通过闭合输入接触器(KM1)来实现三相交流电源给直流母线电容充电，通过闭合软起动接触器(KM2)来实现通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
一种无刷双馈电动机的异步启动装置，电动机已接有功率绕组、控制绕组和变频器，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单元，三相全桥逆变单元的输出端经控制绕组接到电动机，本装置包括如下模块：
A模块：用于关闭三相全桥逆变单元的全控开关器件，把三相全桥逆变单元用作反向的三相不控整流器；
B模块：用于给电动机的功率绕组施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻进行消耗。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置还包括C模块：用于逐渐减小制动电阻的等效阻值，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。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置还包括D模块：用于把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置还包括E模块：用于令三相交流电源给直流母线电容充电，直至直流母线电压达标则将其通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置还包括F模块：用于控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励。
所述C模块是通过在制动电阻两端并联斩波调节开关来逐渐减小制动电阻的等效阻值，通过断开与制动电阻串联的制动单元开关来断开制动电阻。
所述C模块包括控制子模块：用于通过PWM脉冲信号来控制斩波调节开关。
所述D模块是通过在变频器的母线电容和制动单元之间串接有母线开关(KD)，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。
所述E模块是通过闭合输入接触器(KM1)来实现三相交流电源给直流母线电容充电，通过闭合软起动接触器(KM2)来实现通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
本发明的有益效果：
本发明通过关闭三相全桥逆变单元的全控开关器件，把三相全桥逆变单元用作反向的三相不控整流器，给电动机的功率绕组施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻进行消耗，等效为控制绕组接入三相可调电阻，可充分利用变频器本身的资源，即不需要使用启动电阻，通过软件控制逆变单元的全控开关器件断开，逆变单元与制动电阻配合使用就可代替启动电阻实现控制绕组的短接，可缩减设备的体积，节省成本。
进一步的，本发明通过逐渐减小制动电阻的等效阻值，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，把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧，三相交流电源给直流母线电容充电，直至直流母线电压达标则将其通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动，控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，完成软启动，使得变频器的制动电阻可当频敏电阻(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)，进一步缩减设备体积，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是本发明的一种无刷双馈电动机的异步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。
实施例1。
本实施例的一种无刷双馈电动机的异步启动方法，如图1所示，变频器包括由全控型制动开关VT0和制动电阻R0组成的制动单元、输入接触器KM1、软起动电阻R、软起动接触器KM2、输入电抗器L、三相全桥逆变单元VI、三相全桥不控整流单元VR、直流母线电容C，所述全控型制动开关VT0和制动电阻R0串接，三相电源依次接输入接触器KM1、软起动接触器KM2、输入电抗器L和三相全桥不控整流单元VR，三相全桥不控整流单元VR的输出接三相全桥逆变单元VI，三相全桥逆变单元VI的输出接无刷双馈电动机的控制绕组PC，直流母线电容C接于三相全桥不控整流单元VR和三相全桥逆变单元VI之间，制动单元接于直流母线电容C与三相全桥逆变单元VI之间，软启动电阻与软起动接触器KM2并联，无刷双馈电动机的功率绕组与工频电源之间接有接触器KM3，本方法包括如下步骤：
A、关闭三相全桥逆变单元VI的全控开关器件，把三相全桥逆变单元VI用作反向的三相不控整流器；
B、给电动机的功率绕组PP施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻R0进行消耗。
具体的方法步骤是：在变频器的直流母线电容C和制动单元之间的母线上串接有母线开关KD，母线开关KD断开，三相全桥逆变单元VI的全控开关器件IGBT关断等效为三相不控整流器；
闭合接触器KM3,闭合全控型制动开关VT0和断开斩波调节开关VTR，功率绕组PP加工频电源激励，控制绕组感应出相应频率的电压，经过三相不控整流器整流后，被制动单元的制动电阻R0消耗，等效为控制绕组接入三相可调电阻。
本实施例通过关闭三相全桥逆变单元VI的全控开关器件，把三相全桥逆变单元VI用作反向的三相不控整流器，给电动机的功率绕组PP施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻R0进行消耗，等效为控制绕组接入三相可调电阻，可充分利用变频器本身的资源，即不需要使用启动电阻，通过软件控制逆变单元的全控开关器件断开，逆变单元与制动电阻R0配合使用就可代替启动电阻实现控制绕组的短接，可缩减设备的体积，节省成本。
实施例2。
本实施例的一种无刷双馈电动机的异步启动方法，在实施例1的基础上还包括步骤C：逐渐减小制动电阻R0的阻值，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。
所述一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤D：把直流母线电容C接通到变频器的直流输出侧。
所述一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤E：三相交流电源给直流母线电容C充电，直至直流母线电压达标则将其通过三相全桥逆变单元VI输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
所述一种无刷双馈电动机的异步启动方法还包括步骤F：控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，则完成整个软启动过程。
所述一种无刷双馈电动机的异步启动方法，步骤C是通过在制动电阻R0两端并联斩波调节开关VTR来逐渐减小制动电阻R0的阻值，通过断开与制动电阻R0串联的制动单元开关来断开制动电阻R0。
所述步骤C是通过PWM脉冲信号来控制斩波调节开关VTR。
所述一种无刷双馈电动机的异步启动方法，步骤D是通过在变频器的直流母线电容C和制动单元之间的母线上串接有母线开关KD，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。
所述一种无刷双馈电动机的异步启动方法，步骤E是通过闭合输入接触器KM1来实现三相交流电源给直流母线电容C充电，通过闭合软起动接触器KM2来实现通过三相全桥逆变单元VI输出变频激励至控制绕组PC，完成变频器的软启动。
母线开关KD接于直流母线电容C和制动单元之间的母线上，斩波调节开关VTR与制动电阻R0并联。
具体的方法是在实施例1的方法之后进行如下操作：
在无刷双馈电动机起动瞬间，也就是接入接触器KM3时，动电阻斩波调节开关VTR的占空比为0，接入的制动电阻R0的等效值为最大值；
逐渐增大制动单元的斩波调节开关VTR的占空比，使接入的制动电阻R0等效值变小，电动机转速随着逐渐增大；
当电动机转速接近同步转速且稳定后，断开斩波调节开关VTR；
软起动接触器KM2和接触器KM3断开，闭合输入接触器KM1，检测直流母线的电压，当直流母线的电压达到预设范围后，闭合软起动接触器KM2，完成变频器的软启动；
合上母线开关KD，控制变频器的三相全桥逆变单元VI输出无刷双馈电动机实际转速对应控制绕组PC频率的激励，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；
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，起动过程结束。
在起动过程中，接触器开关状态和三相全桥逆变单元VI的全控开关器件IGBT的开关状态均保持关断不变。
本实施例通过逐渐减小制动电阻R0的阻值，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，把直流母线电容C接通到变频器的直流输出侧，三相交流电源给直流母线电容C充电，直至直流母线电压达标则将其通过三相全桥逆变单元VI输出变频激励至控制绕组PC，完成变频器的软启动，控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励，完成软启动，使得变频器的制动电阻R0可当频敏电阻(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)，进一步缩减设备体积，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模块构架，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)

1.一种无刷双馈电动机的异步启动装置，电动机已接有功率绕组、控制绕组和变频器，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单元，三相全桥逆变单元的输出端经控制绕组接到电动机，本装置包括如下模块：
A模块：用于关闭三相全桥逆变单元的全控开关器件，把三相全桥逆变单元用作反向的三相不控整流器；
B模块：用于给电动机的功率绕组施加工频电源激励，使控制绕组感应出相应频率的电压，该电压经上述三相不控整流器整流给制动电阻进行消耗。
2.如权利要求1所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：还包括C模块：用于逐渐减小制动电阻的等效阻值，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。
3.如权利要求2所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：还包括D模块：用于把直流母线电容接通到变频器的直流输出侧。
4.如权利要求3所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：还包括E模块：用于令三相交流电源给直流母线电容充电，直至直流母线电压达标则将其通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
5.如权利要求4所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：还包括F模块：用于控制变频器逐渐减小输出频率，直到输出直流激励。
6.如权利要求2所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：所述C模块是通过在制动电阻两端并联斩波调节开关来逐渐减小制动电阻的等效阻值，通过断开与制动电阻串联的制动单元开关来断开制动电阻。
7.如权利要求6所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：所述C模块包括控制子模块：用于通过PWM脉冲信号来控制斩波调节开关。
8.如权利要求3所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：所述D模块是通过在变频器的母线电容和制动单元之间串接有母线开关(KD)，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。
9.如权利要求4所述的一种无刷双馈电动机的异步启动装置，其特征在于：所述E模块是通过闭合输入接触器(KM1)来实现三相交流电源给直流母线电容充电，通过闭合软起动接触器(KM2)来实现通过三相全桥逆变单元输出变频激励至控制绕组，完成变频器的软启动。
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