CN202121537U - 一种应用于异步起动永磁同步电机的软起动器 - Google Patents

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本实用新型公开了一种应用于异步起动永磁同步电机的软起动器，涉及电机控制技术领域。包括霍尔转子位置检测器、微处理器部分、三相可控整流器、平波电抗器、异步起动永磁同步电机和三相可控硅逆变器。霍尔转子位置检测器与异步起动永磁同步电机上的霍尔元件相连，霍尔元件位于电机内部的端盖处或定子内侧。霍尔元件的转子位置数字信号、三相绕组反电动势位置数字信号、转子转速数字信号输出分别接入霍尔转子位置检测器和微处理器部分；由微处理器部分的产生的触发信号接入三相可控硅逆变器、三相可控整流器与平波电抗器。本实用新型可以实现异步起动永磁同步电机的重载起动，克服了现有异步电机软起动器的不足。

Description

一种应用于异步起动永磁同步电机的软起动器
技术领域
本实用新型公开了一种应用于异步起动永磁同步电机的软起动器，涉及电机控制技术领域。 
背景技术
异步起动永磁同步电机是一种转子上具有起动笼的特殊结构永磁同步电机，兼有感应电机和永磁同步电机的特点。该种电机接工频电网时，依靠定子旋转磁场与笼型转子相互作用产生的异步转矩实现起动；当电机运行在同步转速时，笼型转子起到防止电机失步的作用。该种电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度、可直接起动等诸多优点，而且在失步时能够依靠笼型转子作用重新回到同步运行状态，因而在纺织、油田等多个行业具有很好的应用前景，也受到了极大的关注。 
异步起动永磁同步电机直接起动时也存在如下问题：起动电流非常大，可达其额定电流的十余倍，当电网容量较小时，电网上其它电气负载的正常工作将会受到严重影响，造成严重的电网污染；此外，电机比较大的瞬时起动转矩会对负载造成严重的机械冲击。因而，上述情况下不能采取直接起动，需要采取软起动措施。 
目前通常采用两种解决办法：一是方法是应用适合于异步电机的电子式软起动器，但是该方法难以实现重载起动；另一方法是应用通用变频器，但是由于应用全控型电力电子器件，随着电机功率增大，通用变频器的成本会大幅上升。上述问题严重制约着异步起动永磁同步电机的推广和应用。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有软起动方案的不足，提供一种适合于异步起动永磁同步电机的高起动转矩、低成本的软起动器。 
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。 
本实用新型包括霍尔转子位置检测器5、微处理器6、三相可控整流器1、平波电抗器2、异步起动永磁同步电机4和三相可控硅逆变器3，上述各部分共同组成软起动器，用于驱动异步起动永磁同步电机。霍尔转子位置检测器5与异步起动永磁同步电机4上的霍尔元件相连，霍尔元件位于该异步起动永磁同步电机内部的端盖处或定子内侧，三个霍尔元件成60°或120°电角度安装； 霍尔元件的转子位置数字信号、三相绕组反电动势位置数字信号、转子转速数字信号输出依次接入霍尔转子位置检测器5和微处理器部分6；由微处理器部分6的触发信号接线接入三相可控逆变器3、三相可控整流器1与平波电抗器2；平波电抗器2的母线电流信接入给微处理器部分6。 
本实用新型所述的软起动器的三相可控硅逆变器(3)由六个晶闸管及其相应的驱动电路构成，其中，六个晶闸管接成三相逆变桥式电路。工作时，分属共阳极组和共阴极组中的各一个晶闸管同时导通，每一个晶闸管导通时间为120°电角度，关断时间为240°电角度。 
本实用新型所述的软起动器的三相可控整流器(1)由六个电力电子器件及驱动电路构成，六个电力电子器件接成三相可控整流桥式整流电路。平波电抗器位于三相可控整流器和三相可控硅逆变器母线之间，用于保证母线直流电流的连续。 
本实用新型以电机中的一相定子绕组轴线为基准，将360°电角度空间平均分为六个区间，在异步起动永磁同步电机上安装三个霍尔元件，三个霍尔元件成60°或120°电角度安装；霍尔元件输出三路数字信号，送入霍尔转子位置检测器，经霍尔转子威信检测器处理送入微处理器部分，并获得转子相应位置、三相绕组反电动势以及转子转速等信息；之后由微处理器处理该信号分别控制三相可控整流器及三相可控硅逆变器，实现母线电压及供电频率的同步连续调节，因而，获得的大扭矩可以使电机能够拖动重载完成起动过程。( 
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 
1)采用晶闸管替代通用变频器中应用的全控型电力电子器件(如IGBT)，在中大功率场合大大降低了软起动器的成本。 
2)对三相整流后母线电流进行了采样，实现了转速/电流双闭环控制策略，可以实现重载起动，克服了现有异步电机软起动器的不足。 
3)采用霍尔元件检测转子位置和速度，具有成本低、安装容易、线路简单等优势。 
附图说明
图1为主回路构成框图； 
图2为晶闸管可控整流器； 
图3为三相可控硅逆变器与异步起动永磁同步电机链接方式说明； 
图4为三个霍尔元件成60°电角度安装形式； 
图5为三个霍尔元件成120°电角度安装形式； 
具体实施方式
下面结合图1对本实用新型作进一步说明： 
如图1所示，本实施例包括有三相可控整流器1、平波电抗器2、三相可控硅逆变器3、异步起动永磁同步电机4，霍尔转子位置检测器5以及微处理器部分6组成。其中： 
霍尔转子位置检测器5与异步起动永磁同步电机4上的霍尔元件相连，霍尔元件位于电机内部的端盖处或定子内侧，三个霍尔元件成60°或120°电角度安装；霍尔元件输出三路数字信号，送入霍尔转子位置检测器5，经霍尔转子威信检测器5处理送入微处理器部分6，并获得转子相应位置、三相绕组反电动势以及转子转速等信息；详细安装及其对应信号关系见图4及图5，以及下表中的表1及表2，图4为三个霍尔元件成60°电角度安装形式，图5为三个霍尔元件成120°电角度安装形式。 
其中表1、表2为针对图4及图5时的信号，若修改霍尔安装顺序方式，则表1及表2中相应的信号也会随之更改。由微处理器部分6分别给出三相可控硅逆变器3的触发信号、三相可控整流器1与平波电抗器2的控制信号；平波电抗器2的母线电流信号输出给微处理器部分6，用于实现闭环控制。 
  Hall输出   100   110   010   011   001   101
  对应角度   -30～30   30～90   90～150   150～210   210～270   270～330
表1：120°电角度安装时霍尔原件输出与与角度的关系； 
  Hall输出   111   110   010   000   001   101
  对应角度   -30～30   30～90   90～150   150～210   210～270   270～330
表2；60°电角度安装时霍尔原件输出与与角度的关系； 
所述的软起动器的三相可控硅逆变器(3)由六个晶闸管及其相应的驱动电路构成，其中，六个晶闸管接成三相逆变桥式电路。工作时，分属共阳极组和共阴极组中的各一个晶闸管同时导通，每一个晶闸管导通时间为120°电角度，关断时间为240°电角度。 
本实用新型所述的软起动器的三相可控整流器(1)由六个电力电子器件 及驱动电路构成，六个电力电子器件接成三相可控整流桥式整流电路。平波电抗器位于三相可控整流器和三相可控硅逆变器母线之间，用于保证母线直流电流的连续。如图2所示为晶闸管构成的三相可控整流器。如图4所示为三相可控硅逆变器与异步起动永磁同步电机链接方式 
本实用新型以电机某一相定子绕组轴线为基准，将360°电角度空间平均分为六个区间在异步起动永磁同步电机上安装霍尔元件，其输出信号依次送入霍尔转子位置检测器5及微处理器部分6，确定出转子当前位置、当前转速及当前三相绕组的反电势，进而由微处理器处理该信号分别控制三相可控整流器及三相可控硅逆变器，实现母线电压及供电频率的同步连续调节，因而，获得的大扭矩可以使电机能够拖动重载完成起动过程。 
霍尔元件与转子位置对应关系通过触发三相可控硅逆变器3的相应晶闸管获得，相应晶闸管分别对应三相可控硅逆变器中A+B-、C-A+、B+C-、A-B+、C+A-、B-C+六个状态。此处，A、B、C分别表示逆变器的3个桥臂，+、-分别表示逆变器的上、下桥臂。根据转子位置反馈，由微处理器单部分6计算定子绕组的三相反电势及电机转速，进而，由微处理器部分6根据转子位置及反电动势给出三相可控硅逆变器3的触发信号，完成换相过程。 
当转速较低时，由微处理器部分6给三相可控整流单器1相应的控制信号，使其输出侧的母线电压幅值降低，以有效关断晶闸管；同时，由微处理器部分6控制平波电抗器2工作在续流状态，以达到快速断流的目的；根据当前的转子位置，给出三相可控硅逆变器中晶闸管新的触发角信号，完成换相过程。当转速达到某一阈值时，根据当前的转子位置，给出三相可控硅逆变器中晶闸管新的触发脉冲信号，并设置换流超前角，导通的晶闸管产生一定的反电势，以关断逆变器中不需要的晶闸管完成换相过程；此时电抗器电流始终保持连续状态。 

Claims (1)

1.一种应用于异步起动永磁同步电机的软起动器，包括霍尔转子位置检测器(5)、微处理器部分(6)、三相可控整流器(1)、平波电抗器(2)、异步起动永磁同步电机(4)和三相可控硅逆变器(3)，其特征在于：霍尔转子位置检测器(5)与异步起动永磁同步电机(4)上的霍尔元件相连，霍尔元件位于电机内部的端盖处或定子内侧，三个霍尔元件成60°或120°电角度安装；霍尔元件输出三路数字信号，送入霍尔转子位置检测器(5)，经霍尔转子威信检测器(5)处理送入微处理器部分(6)，并获得转子相应位置、三相绕组反电动势以及转子转速；由微处理器部分(6)的触发信号接线接入三相可控硅逆变器(3)、三相可控整流器(1)与平波电抗器(2)；平波电抗器(2)的母线电流信号接入给微处理器部分部分(6)；
上述的软起动器的三相可控硅逆变器(3)由六个晶闸管及其相应的驱动电路构成，其中，六个晶闸管接成三相逆变桥式电路。 
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