CN213879680U - 一种交流异步电机飞车启动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种交流异步电机飞车启动控制系统，控制系统包括变频器、模拟量采样电路、控制器、驱动模块以及电机；变频器输出幅值恒定电流，模拟量采样电路采集变频器输出电流送入控制器，控制器对电流进行处理，通过扫频控制和电流闭环控制来生成驱动信号，驱动模块输出PWM信号驱动变频器的IGBT，控制变频器向电机施加幅值恒定且频率步进递减的目标电流信号，使得目标电流信号作用于电机；控制器根据目标电流信号对电机的电感进行估算，通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率，转速追踪成功，实现飞车启动。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动机技术领域，尤其涉及一种交流异步电机飞车启动控制系统。
背景技术
电机定子是电动机静止不动的部分，当电动机定子与变频器或工频电网都脱离时，此时电机定子“无源”，电机转子仍处于转动状态，但转速随机不确定，若对电机实施再启动必须先获得电机当前转速，否则会出现转差较大产生过流跳闸或因为转子转速较高导致电机处于发电状态使电容直压升高跳闸。
常用的飞车启动方法是控制变频器输出搜索电压和频率，使定子产生电流，对其进行矢量分解求出转矩电流分量，当定子旋转磁场速度与电机转速相同时，转矩电流分量约为零，通过观测转矩电流为最小值接近零时即搜索到转子频率，之后以当前频率按照V/F曲线控制变频器输出电压完成飞车启动，此方法存在无法使搜索频率步长极小或搜索电压设置值不合适，搜索过程中输出电流不可控，仍存在过流问题。
上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种交流异步电机飞车启动控制系统，旨在解决如何规避变频器控制电机飞车启动过程中电流不可控，电机启动不够平稳的技术问题。
所述控制系统包括变频器、模拟量采样电路、控制器、驱动模块以及电机，所述电机为交流异步电机；
所述变频器的交流输入端与电网连接，所述变频器的输出端通过线缆与所述电机连接，使得所述变频器等效为恒流源，且所述电机的定子和转子电路等效；
其中，
所述变频器，用于输出电流信号至所述电机的定子侧；
所述模拟量采样电路分别与所述变频器以及所述控制器相连，用于获取所述变频器输出的所述电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号进行信号调理，并输出电流电压的调理信号至所述控制器；
所述控制器，用于对所述电流电压的调理信号进行模数转换，将经过模数转换得到的三相电流Ia、Ib、Ic进行Park变换，得到d轴的电流Id和q轴的电流Iq；
所述控制器，还用于针对所述电流Id和所述电流Iq执行扫频控制和电流闭环控制来合成调制波PWM信号，输出所述PWM信号至所述驱动模块；
所述驱动模块，用于输出所述PWM信号来驱动所述变频器的IGBT，控制所述变频器向所述电机施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机，其中，所述目标电流信号和所述变频器的等效阻抗使所述电机的定子侧产生目标电压信号；
所述模拟量采样电路，还用于获取所述目标电压信号，调理所述目标电压信号后将所述目标电压信号送至所述控制器；
所述控制器，用于根据所述目标电压信号和所述目标电流信号对所述电机的电感进行估算，并通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率。
优选地，所述变频器设置有多个桥臂，在第一方向上的各个桥臂分别通过线缆与所述电机连接。
优选地，用于连接所述电机与各个桥臂的线缆均设有电压传感器和电流传感器；
所述模拟量采样电路包括电压采样模块和电流采样模块；
所述电压传感器，用于将所述电压信号传至所述模拟量采样电路的电压采样模块进行调理后送至所述控制器进行电压信号处理。
所述电流传感器，用于将所述电流信号传至所述模拟量采样电路的电流采样模块经过调理后送至所述控制器进行电流信号处理。
优选地，所述预设步进更改频率为55Hz至0Hz。
本实用新型的交流异步电机飞车启动控制系统中，变频器输出幅值恒定电流，模拟量采样电路采集变频器输出电流送入控制器，控制器对电流进行处理，通过扫频控制和电流闭环控制来生成驱动信号，驱动模块输出PWM信号驱动变频器的IGBT，控制变频器向电机施加幅值恒定且频率步进递减的目标电流信号，使得目标电流信号作用于电机；控制器根据目标电流信号对电机的电感进行估算，通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率，转速追踪成功，实现飞车启动。
本实用新型的有益效果在于：变频器控制电机飞车启动过程中电流可控，且能够快速搜索到转子频率进而实现了电机平稳启动；变频器在恒流控制模式下搜索电机转子频率，达到电流幅值可控，无过流现象，工作比较安全可靠，特性良好。
附图说明
图1为本实用新型交流异步电机飞车启动控制系统的电路结构连接图；
图2为本实用新型交流异步电机飞车启动控制系统的电机阻抗等效电路模型；
图3是本实用新型实施例的控制器执行飞车启动控制的示意框图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参照图1，图1为本实用新型交流异步电机飞车启动控制系统的电路结构连接图；
所述交流异步电机飞车启动控制系统包括变频器10、模拟量采样电路20、控制器30、驱动模块40以及电机50；所述电机50为交流异步电机；
所述变频器10的交流输入端与电网连接，所述变频器的输出端通过线缆与所述电机50连接，使得所述变频器10等效为恒流源，且所述电机50的定子和转子电路等效；
其中，
所述变频器10，用于输出电流信号至所述电机50的定子侧；
所述模拟量采样电路20分别与所述变频器10以及所述控制器30相连，用于获取所述变频器10输出的所述电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号进行信号调理，并输出电流电压的调理信号至所述控制器30；
所述控制器30，用于对所述电流电压的调理信号进行模数转换，将经过模数转换得到的三相电流Ia、Ib、Ic进行Park变换，得到d轴的电流Id和q轴的电流Iq；
所述控制器30，还用于针对所述电流Id和所述电流Iq执行扫频控制和电流闭环控制来合成调制波PWM信号，输出所述PWM信号至所述驱动模块40；
所述驱动模块40，用于输出所述PWM信号来驱动所述变频器10的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，控制所述变频器10向所述电机50施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机50，其中，所述预设步进更改频率为55Hz至0Hz，所述目标电流信号和所述变频器10的等效阻抗使所述电机50的定子侧产生目标电压信号；
所述模拟量采样电路20，还用于获取所述目标电压信号，调理所述目标电压信号后将所述目标电压信号送至所述控制器30；
所述控制器30，用于根据所述目标电压信号和所述目标电流信号对所述电机50的电感进行估算，并通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率。
在具体实现中，所述变频器10设置有多个桥臂，在第一方向上(所述第一方向为图1中的水平方向)的各个桥臂分别通过一线缆与所述电机50连接；
所述模拟量采样电路20包括电压采样模块022和电流采样模块021；
其中，用于连接所述电机50与各个桥臂的线缆均设有电压传感器和电流传感器；
所述电压传感器用于将所述电压信号传至所述模拟量采样电路20的电压采样模块022进行调理后送至所述控制器30进行电压信号处理；
所述电流传感器用于将所述电流信号传至所述模拟量采样电路20的电流采样模块021经过调理后送至所述控制器30进行电流信号处理。
可理解的是，参照图2，图2为本实施例的交流异步电机飞车启动控制系统的电机阻抗等效电路模型；本实施例的变频器10与电机50连接等效电路，将变频器10等效为恒流源，电机50为负载，其等效阻抗为Z＝Rs+L*f(ws)，电机电感参数并不是一个常数，而是一个非线性的参数。定子感应电压矢量与输入电流、等效阻抗、等效转子电压矢量存在式1关系，其中US为机端电压，IS机端输入电流，UΨr为等效转子电压矢量、Lσ为定转子总漏感、Rs为定子电阻。
将式1关系化简为下式：
根据公式4，若已知电机电压、电机输入电流、施加角速度、可估算电机等效电感。电机输入端施加变化的频率信号，角速度为变量，转子当前转速n，转差为s，当施加频率与转子频率差越小时，公式4估算的电感值越大，施加的频率低于或高于转子频率时，电感值越小。因此在施加恒定电流，频率扫描模式下，由采集的机端电压和电流，估算出电感最大值可锁定转子频率。
参照图3是本实施例的控制器执行飞车启动控制的示意框图。由于电机起始状态定子侧无电压，转子自由旋转，通过恒流变频控制使定子绕组形成电流通路。具体控制步骤如下：
(1)设置设定初始频率55Hz。初始相位θ由角速度积分可得：
采集定子侧三相电流，对三相电流Ia、Ib、Ic经过三相静止坐标系到两相垂直坐标系αβ变换，通过积分所得初始角度θ1对两相静止坐标系下电流分量iα、iβ进行Park变换，得到反馈电流Id、Iq。
(2)设置频率变化步进Δf和时间变化步进Δt，变频器由55Hz向0Hz按照设置步进更改频率为wk＝wk-1+Δw，对变换的角速度积分得到Park变换所需旋转角度
在该旋转角度θk下重复(1)步骤中的dq变换，得到变化角频率wk下反馈电流Id(k)、Iq(k)。
(3)变频器给定dq轴指定电流Id＝I*、Iq＝0，在扫频旋转角度θk下分别对电流Id(k)、Iq(k)进行PI闭环控制，将检测的反馈电流Id(k)和给定电流I*作差送入PI调节器，检测的反馈电流Iq(k)和给定电流0作差送入PI调节器。在扫频旋转角度θk下将两个PI调节器输出值经过dq反变换得到调制波，其作用于变频器IGBT，使电机输入侧电流幅值保持恒定。
(4)在采样频率下采集机端感应电压Us和电流IS，根据公式(4)电感和电压、电流、角频率非线性关系依次估算扫频范围55Hz-0Hz下电机电感，并进行存储。
(5)查询向电机施加恒流频率wk时电机电感估算值LK和施加恒流频率wk-1时电机电感估算值LK-1，计算当前扫频段电感差值ΔLk＝Lw(k)-Lw(k-1)记为该扫频段wk电感变化量，依次计算55Hz～0Hz每个扫频段电感变化量，若当前扫频段wk下ΔLk＞0，且下一扫频段wk+1下ΔLk+1＜0，即L出现峰值拐点时，判断当前角频率wk为转子频率。
本实施例的有益效果在于：变频器控制电机飞车启动过程中电流可控，且能够快速搜索到转子频率进而实现了电机平稳启动；变频器在恒流控制模式下搜索电机转子频率，达到电流幅值可控，无过流现象，工作比较安全可靠，特性良好。
上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种交流异步电机飞车启动控制系统，其特征在于，所述控制系统包括变频器、模拟量采样电路、控制器、驱动模块以及电机；所述电机为交流异步电机；
所述变频器的交流输入端与电网连接，所述变频器的输出端通过线缆与所述电机连接，使得所述变频器等效为恒流源，且所述电机的定子和转子电路等效；
其中，
所述变频器，用于输出电流信号至所述电机的定子侧；
所述模拟量采样电路分别与所述变频器以及所述控制器相连，用于获取所述变频器输出的所述电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号进行信号调理，并输出电流电压的调理信号至所述控制器；
所述控制器，用于对所述电流电压的调理信号进行模数转换，将经过模数转换得到的三相电流Ia、Ib、Ic进行Park变换，得到d轴的电流Id和q轴的电流Iq；
所述控制器，还用于针对所述电流Id和所述电流Iq执行扫频控制和电流闭环控制来合成调制波PWM信号，输出所述PWM信号至所述驱动模块；
所述驱动模块，用于输出所述PWM信号来驱动所述变频器的IGBT，控制所述变频器向所述电机施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机，其中，所述目标电流信号和所述变频器的等效阻抗使所述电机的定子侧产生目标电压信号；
所述模拟量采样电路，还用于获取所述目标电压信号，调理所述目标电压信号后将所述目标电压信号送至所述控制器；
所述控制器，用于根据所述目标电压信号和所述目标电流信号对所述电机的电感进行估算，并通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率。
2.如权利要求1所述的交流异步电机飞车启动控制系统，其特征在于，所述变频器设置有多个桥臂，在第一方向上的各个桥臂分别通过一线缆与所述电机连接。
3.如权利要求1所述的交流异步电机飞车启动控制系统，其特征在于，用于连接所述电机与各个桥臂的线缆均设有电压传感器和电流传感器；
所述模拟量采样电路包括电压采样模块和电流采样模块；
所述电压传感器，用于将所述电压信号传至所述模拟量采样电路的电压采样模块进行调理后送至所述控制器进行电压信号处理；
所述电流传感器，用于将所述电流信号传至所述模拟量采样电路的电流采样模块经过调理后送至所述控制器进行电流信号处理。
4.如权利要求1所述的交流异步电机飞车启动控制系统，其特征在于，所述预设步进更改频率为55Hz至0Hz。
5.如权利要求1至4任一项所述的交流异步电机飞车启动控制系统，其特征在于，所述变频器的等效阻抗为Z＝Rs+L*f(ws)；
其中，定子感应电压矢量与输入电流、等效阻抗、等效转子电压矢量存在以下公式1关系，
其中US为机端电压，IS机端输入电流，UΨr为等效转子电压矢量、Lσ为定转子总漏感、Rs为定子电阻。
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| CN202022303232.8U CN213879680U (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 一种交流异步电机飞车启动控制系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN213879680U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114389503A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-22 | 华中科技大学 | 一种异步电机的初始速度辨识及带速重投控制方法及装置 |
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2020
- 2020-10-16 CN CN202022303232.8U patent/CN213879680U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114389503A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-22 | 华中科技大学 | 一种异步电机的初始速度辨识及带速重投控制方法及装置 |
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