CN111181466A - 一种异步电机再启动方法、系统、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种异步电机再启动方法、系统、装置及可读存储介质，包括：当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；根据运行频率和输出残压，计算参考相位角和参考电压；获取电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制电机；获取电机当前的相位角控制量和电压控制量的过程具体包括：根据参考电流和电机当前的反馈电流，确定电机当前的相位角调节量和电压调节量；对参考相位角和相位角调节量求和，得到相位角控制量；对参考电压和电压调节量求和，得到电压控制量。本发明设置了参考电流和反馈电流的闭环调节，从而使电机的启动过程中电流更平稳，系统的稳定性提高，同时本申请不需考虑不同电机的差异性，通用性更强。

Description

一种异步电机再启动方法、系统、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及电气传动领域，特别涉及一种异步电机再启动方法、系统、装置及可读存储介质。

背景技术

通用高中低压变频调速系统中，经常遇到电机处于旋转状态下再次启动的情况，如处于滑行状态下牵引机车、大惯量的风机设备、运行中电机设备突然断电又恢复等。此时如果未知电机转速直接启动电机，会引起用电设备的过电流、过电压等问题，造成启动失败。因此，如何获取电机转速并顺利再启动成为一项待解决的重要问题。

目前，转速追踪再启动主要有以下方法：一是检测直流母线电流，通过调节变频器输出电压和电流，使母线电流逐渐接近零，变频器输出频率就等于电机实际频率，然后根据固定压频比升压至目标值。然而实际变频器硬件电路一般不会检测母线电流，在高压级联单元方案中没有公共母线，所以该方法不具有通用性；二是利用逐级压比升高的方法，从电机额定转速开始向最低频率进行搜索，搜索过程中不断给定子施加电压，实时监测定子电压、定子电流、相位角以及功率因数，然后令压频比逐级上升，电压幅值U恒速上升，上升速度可与电机正常启动时电压上升速度相同。这种方法在实际应用时需要状态切换，切换过程中输出电流、母线电压会有冲击，可能引起启动失败，同时不同的电机负载需要调试不同的压频比级数和大小，其参数不具有通用性。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通用性强、启动过程中电流更加平稳、系统稳定性高的异步电机再启动方法、系统、装置及可读存储介质。其具体方案如下：

一种异步电机再启动方法，包括：

当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；

根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压；

获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制所述电机；

其中，所述获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量的过程，具体包括：

根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量；

对所述参考相位角和所述相位角调节量求和，得到所述相位角控制量；

对所述参考电压和所述电压调节量求和，得到所述电压控制量。

优选的，所述根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量的过程，具体包括：

根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角预调量和电压预调量；

按启动曲线确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量，所述启动曲线具体为：

在第一时间段内，所述电压调节量从零上升至所述电压预调量，所述相位角调节量上升至所述相位角预调量；

在第二时间段内，所述电压调节量和所述相位角调节量分别保持所述电压预调量和所述相位角预调量不变；

在第三时间段内，所述电压调节量和所述相位角调节量均逐渐降低为零。

优选的，所述第一时间段Δt₁、所述第二时间段Δt₂和所述第三时间段Δt₃通过时间计算公式确定，所述时间计算公式具体为：

其中，f_rate、f_bak、L_s、R_r分别为所述电机的额定频率、所述电机在前一次停机时的频率、电机自感和电机转子电阻。

优选的，所述根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压的过程，具体包括：

根据参考计算公式，计算参考相位角和参考电压，所述参考计算公式具体为：

其中，θ_base为所述参考相位角，U_Mbase为所述参考电压，f_mea为所述运行频率，U_out为所述输出残压，f_rate和U_rate分别为所述电机的额定频率和额定电压。

优选的，所述通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压的过程，还包括：

若所述电机当前的反电动势降至预设数值，对所述电机施加预设频率的旋转电压。

优选的，所述根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量的过程，具体包括：

根据调节量计算公式，计算所述电机当前的相位角调节量和电压调节量，所述调节量计算公式具体为：

其中，ΔU_M为所述电压调节量，Δθ为所述相位角调节量，

和

均为dq0坐标系中所述电机在前一次停机时的电流，作为所述参考电流，i_d和i_q均为所述dq0坐标系中所述电机的反馈电流，K_pd、K_id、K_pq和K_iq均为比例积分控制系数。

优选的，所述通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压的过程，具体包括：

通过硬件检测残压法进行转速追踪，确定电机当前的运行频率和输出残压。

相应的，本发明还公开了一种异步电机再启动系统，包括：

追踪模块，用于当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；

计算模块，用于根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压；

控制模块，用于获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制所述电机；

所述控制模块具体包括：

调节量单元，用于根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量；

控制量单元，用于对所述参考相位角和所述相位角调节量求和，得到所述相位角控制量；还用于对所述参考电压和所述电压调节量求和，得到所述电压控制量。

相应的，本发明还公开了一种异步电机再启动装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述异步电机再启动方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述异步电机再启动方法的步骤。

本发明公开了一种异步电机再启动方法，包括：当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压；获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制所述电机；其中，所述获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量的过程，具体包括：根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量；对所述参考相位角和所述相位角调节量求和，得到所述相位角控制量；对所述参考电压和所述电压调节量求和，得到所述电压控制量。本发明在计算相位角控制量和电压控制量时，设置了参考电流和反馈电流的闭环调节，从而使电机的启动过程中电流更加平稳，系统的稳定性提高，同时本发明不需要考虑不同电机的差异性，通用性更强。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种异步电机再启动方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中一种硬件检测残压法的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种异步电机再启动方法的局部系统控制图；

图4为本发明实施例中一种异步电机再启动方法的局部系统控制图；

图5为本发明实施例中一种异步电机在启动系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

现有技术对应用环境的要求较高，其方法不具有通用性，同时非理想状态下的切换会产生输出电流、母线电压的冲击，带来启动失败。而本申请设置了参考电流和反馈电流的闭环调节，从而保证了电机启动过程中的电流平稳，系统稳定性提高，同时本申请不需要考虑电机的差异性，通用性更强。

本发明实施例公开了一种异步电机再启动方法，参见图1所示，包括：

S1：当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；

S2：根据运行频率和输出残压，计算参考相位角和参考电压；

S3：获取电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制电机；

其中，步骤S3获取电机当前的相位角控制量和电压控制量的过程，具体包括：

S31：根据参考电流和电机当前的反馈电流，确定电机当前的相位角调节量和电压调节量；

S32：对参考相位角和相位角调节量求和，得到相位角控制量；

S33：对参考电压和电压调节量求和，得到电压控制量。

可以理解的是，本实施例应用于V/F控制模式，设置了参考电流和反馈电流的闭环调节，将相位角控制量和电压控制量作为输出，以控制当前电机启动。

可以理解的是，通常参考相位角、参考电压和参考电流均为最后一次电机停机时的频率、电压和电流。

本申请在计算相位角控制量和电压控制量时，设置了参考电流和反馈电流的闭环调节，从而使电机的启动过程中电流更加平稳，系统的稳定性提高，同时本申请不需要考虑不同电机的差异性，通用性更强。

本发明实施例公开了一种具体的异步电机再启动方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

步骤S1中通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压的过程，具体包括：

通过硬件检测残压法进行转速追踪，确定电机当前的运行频率和输出残压。

为了更可靠的追踪转速，本实施例中转速追踪阶段采用硬件检测残压的方法，如图2所示，对于硬件转速追踪而言，可以通过捕捉线电压(比如UV/VW)的剩磁电动势的过0点，采用运算放大器的方式，在输出残压大于0的时候将其放大成为高电平，在输出残压小于0的时候将其降低为低电平，从而把剩磁电动势变为脉冲信号；然后用DSP芯片捕捉脉冲信号的上升沿或下降沿的时刻，根据相邻两个捕捉的时间差即可计算出当前的转速。

对于相差120°的脉冲信号而言，可以根据UV/VW的超前滞后关系，判断电机为正转还是反转。

可以理解的是，剩磁电动势的大小，基本上是按照指数规律进行减小的。其减小的原理大概分为两个阶段：

第一阶段为刚刚自由停机后。此时定子侧没有电流，异步电机转子侧变为了一个LR衰减回路，其电流按照指数规律降低。此时的反电动势比较高，但是衰减非常快。

第二阶段为转子侧的电流降低为接近0时，因为电机的转子都是有铁芯的，其铁芯的剩磁切割定子线圈导致反电动势，该反电动势比较小。

对于硬件转速追踪的速度辨识而言，分辨第一阶段的反电动势比较简单，但是到了第二阶段，则因为剩磁非常小，并且随着频率的降低而降低切割磁力线的速度，导致反电动势进一步降低，当反电动势降到一定程度后，很容易与背景噪音相混淆。如果无法区分反电动势与背景噪音，很容易造成速度追踪结果不准确。如果能够设置阀值使背景噪音可以被屏蔽掉，此时需要一个激磁阶段，采用人为增加2.5Hz的旋转电压，电压幅值缓缓增加，从而使得电机接近于第一阶段的状态，从而能够追踪到电机的转速。

也就是说，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压的过程，还包括：若电机当前的反电动势降至预设数值，对电机施加预设频率的旋转电压。此处预设频率通常选择为2.5Hz，当然，也可以选择其他效果更好的频率值。

当然，除了本实施例中的硬件检测残压的方法外，还可以使用其他的转速追踪方法。

本发明实施例公开了一种具体的异步电机再启动方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。

具体的，步骤S2中根据运行频率和输出残压，计算参考相位角和参考电压的过程，包括：

根据参考计算公式，计算参考相位角和参考电压，参考计算公式具体为：

其中，θ_base为参考相位角，U_Mbase为参考电压，f_mea为运行频率，U_out为输出残压，f_rate和U_rate分别为电机的额定频率和额定电压。

可以理解的是，参考电流具体为电机在前一次停机时的电流。

进一步的，本实施例中参考电流和反馈电流均以有功电流/无功电流的形式进行计算，也即对原来的三相电流进行Clark变换和park变换后得到的dq0坐标系中的电流。

参见图3和图4所示的本实施例实现的控制系统图，则步骤S31根据参考电流和电机当前的反馈电流，确定电机当前的相位角调节量和电压调节量的过程，具体包括：

根据调节量计算公式，计算电机当前的相位角调节量和电压调节量，调节量计算公式具体为：

其中，ΔU_M为电压调节量，Δθ为相位角调节量，i_d*和i_q*均为dq0坐标系中电机在前一次停机时的电流，i_d和i_q均为dq0坐标系中电机的反馈电流，K_pd、K_id、K_pq和K_iq均为比例积分控制系数。

进一步的，步骤S31中根据参考电流和电机当前的反馈电流，确定电机当前的相位角调节量和电压调节量的过程，具体包括：

根据参考电流和电机当前的反馈电流，确定电机当前的相位角预调量和电压预调量；

按启动曲线确定电机当前的相位角调节量和电压调节量，启动曲线具体为：

在第一时间段内，电压调节量从零上升至电压预调量，相位角调节量上升至相位角预调量；

在第二时间段内，电压调节量和相位角调节量分别保持电压预调量和相位角预调量不变；

在第三时间段内，电压调节量和相位角调节量均逐渐降低为零。

第三阶段结束后即切换到V/F模式下进入正常运行。

进一步的，第一时间段Δt₁、第二时间段Δt₂和第三时间段Δt₃通过时间计算公式确定，时间计算公式具体为：

其中，f_rate、f_bak、L_s、R_r分别为电机的额定频率、电机在前一次停机时的频率、电机自感和电机转子电阻。

具体的，在启动变频器的同时，调节器按照启动曲线实现投入阶段、稳定阶段和退出阶段的控制，三个阶段的作用时间分别为第一时间段、第二时间段和第三时间段，每个时间段按照电机负载特性不同进行设置。

具体的，电机当前的相位角控制量和电压控制量为：

其中U_M为电压控制量，θ为相位角控制量；

然后计算得到A、B、C三相输出调制电压为：

将其应用于电机控制即可。

相应的，本发明实施例还公开了一种异步电机再启动系统，参见图5所示，包括：

追踪模块1，用于当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；

计算模块2，用于根据运行频率和输出残压，计算参考相位角和参考电压；

控制模块3，用于获取电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制电机；

控制模块3具体包括：

调节量单元31，用于根据参考电流和电机当前的反馈电流，确定电机当前的相位角调节量和电压调节量；

控制量单元32，用于对参考相位角和相位角调节量求和，得到相位角控制量；还用于对参考电压和电压调节量求和，得到电压控制量。

本申请在计算相位角控制量和电压控制量时，设置了参考电流和反馈电流的闭环调节，从而使电机的启动过程中电流更加平稳，系统的稳定性提高，同时本申请不需要考虑不同电机的差异性，通用性更强。

相应的，本发明实施例还公开了一种异步电机再启动装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任一项异步电机再启动方法的步骤。

其中，具体有关异步电机再启动方法的内容可以参照上文实施例中描述，此处不再赘述。

其中，本实施例具有与上文中异步电机再启动方法相同的有益效果，此处不再赘述。

相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项异步电机再启动方法的步骤。

其中，具体有关异步电机再启动方法的内容可以参照上文实施例中描述，此处不再赘述。

其中，本实施例具有与上文中异步电机再启动方法相同的有益效果，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种异步电机再启动方法、系统、装置及可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种异步电机再启动方法，其特征在于，包括：

当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；

根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压；

获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制所述电机；

其中，所述获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量的过程，具体包括：

根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量；

对所述参考相位角和所述相位角调节量求和，得到所述相位角控制量；

对所述参考电压和所述电压调节量求和，得到所述电压控制量。

2.根据权利要求1所述异步电机再启动方法，其特征在于，所述根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量的过程，具体包括：

根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角预调量和电压预调量；

按启动曲线确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量，所述启动曲线具体为：

在第一时间段内，所述电压调节量从零上升至所述电压预调量，所述相位角调节量上升至所述相位角预调量；

在第二时间段内，所述电压调节量和所述相位角调节量分别保持所述电压预调量和所述相位角预调量不变；

在第三时间段内，所述电压调节量和所述相位角调节量均逐渐降低为零。

3.根据权利要求2所述异步电机再启动方法，其特征在于，所述第一时间段Δt₁、所述第二时间段Δt₂和所述第三时间段Δt₃通过时间计算公式确定，所述时间计算公式具体为：

其中，f_rate、f_bak、L_s、R_r分别为所述电机的额定频率、所述电机在前一次停机时的频率、电机自感和电机转子电阻。

4.根据权利要求1所述异步电机再启动方法，其特征在于，所述根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压的过程，具体包括：

根据参考计算公式，计算参考相位角和参考电压，所述参考计算公式具体为：

其中，θ_base为所述参考相位角，U_Mbase为所述参考电压，f_mea为所述运行频率，U_out为所述输出残压，f_rate和U_rate分别为所述电机的额定频率和额定电压。

5.根据权利要求1至4任一项所述异步电机再启动方法，其特征在于，所述通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压的过程，还包括：

若所述电机当前的反电动势降至预设数值，对所述电机施加预设频率的旋转电压。

6.根据权利要求5所述异步电机再启动方法，其特征在于，所述根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量的过程，具体包括：

根据调节量计算公式，计算所述电机当前的相位角调节量和电压调节量，所述调节量计算公式具体为：

其中，ΔU_M为所述电压调节量，Δθ为所述相位角调节量，

和

均为dq0坐标系中所述电机在前一次停机时的电流，作为所述参考电流，i_d和i_q均为所述dq0坐标系中所述电机的反馈电流，K_pd、K_id、K_pq和K_iq均为比例积分控制系数。

7.根据权利要求1所述异步电机在启动方法，其特征在于，所述通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压的过程，具体包括：

通过硬件检测残压法进行转速追踪，确定电机当前的运行频率和输出残压。

8.一种异步电机再启动系统，其特征在于，包括：

追踪模块，用于当接收到再启动命令，通过转速追踪确定电机当前的运行频率和输出残压；

计算模块，用于根据所述运行频率和所述输出残压，计算参考相位角和参考电压；

控制模块，用于获取所述电机当前的相位角控制量和电压控制量，以控制所述电机；

所述控制模块具体包括：

调节量单元，用于根据参考电流和所述电机当前的反馈电流，确定所述电机当前的相位角调节量和电压调节量；

控制量单元，用于对所述参考相位角和所述相位角调节量求和，得到所述相位角控制量；还用于对所述参考电压和所述电压调节量求和，得到所述电压控制量。

9.一种异步电机再启动装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述异步电机再启动方法的步骤。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述异步电机再启动方法的步骤。

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