專利名稱：無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供中壓普通繞線異步電動機或內(nèi)饋式繞線異步電動機使用的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，特別是公開一種無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)速方法，屬于中壓(3千伏，6千伏，10千伏)大容量電動機調(diào)速領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
節(jié)能減排優(yōu)化環(huán)境是實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要任務(wù)，是目前社會的主旋律。推廣用電量最大的中壓電動機調(diào)速節(jié)能是節(jié)能降排的重大舉措之一。隨著全民節(jié)能意識的增強，性能優(yōu)良、安全可靠、價格較低的中壓交流電動機調(diào)速節(jié)能產(chǎn)品的需求量在迅速增加。目前，中壓交流電動機高效調(diào)速方式主要有兩種中壓變頻調(diào)速與串級調(diào)速。
中壓變頻調(diào)速是在中壓交流電動機的定子側(cè)施加中壓變頻器電源，改變定子側(cè)電壓和頻率來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。中壓變頻器容量大，通常為交流電動機容量的1.2～1.3倍。變換電壓高(6千伏，10千伏)，需要多功率單元串聯(lián)，電源側(cè)還需要一臺多副繞組的大容量移相變壓器給各個功率單元供電。因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，裝置體積龐大，總體造價高。對于現(xiàn)場工藝要求電動機不能停車的使用場合，還必須增加旁路設(shè)備，在中壓變頻器出現(xiàn)故障時，將電動機與中壓變頻器斷開，再將電動機直接接入中壓電網(wǎng)(6千伏，10千伏)，直接起動電動機到全速，啟動電流很大，電動機加速很快，不僅對電網(wǎng)沖擊大，生產(chǎn)工藝上也難于應(yīng)對這種突加局面(如關(guān)風門)，致使生產(chǎn)受到影響。在中壓變頻器修復后，還必須先將電動機從電網(wǎng)上斷開，在電動機停車過程中，與中壓變頻器接通，變頻器必須試探性的測定電動機停車過程中的速度，給出與該速度相適應(yīng)的頻率與電壓，如果配合不好，會造成大電流沖擊，甚至高壓開關(guān)分閘使電動機停車，這樣會給生產(chǎn)帶來巨大損失。
串級調(diào)速是一種古老的調(diào)速方式，由于功率因數(shù)太差，外饋變壓器體積大，逆變電路在突發(fā)停電時出現(xiàn)顛覆，致使設(shè)備故障，因此很難推廣。但這種調(diào)速方式，是在電動機轉(zhuǎn)子電路中控制轉(zhuǎn)差率調(diào)速，轉(zhuǎn)子電路電壓低(一般在1000伏左右)，避開了高壓引起的麻煩；在調(diào)速范圍不高時(風機水泵要求的調(diào)速范圍都小)，裝置容量通常只有電動機容量的一半左右；主電路簡單，只有不控整流器、平波電抗器、晶閘管逆變器、外饋變壓器，因此造價低；又能實現(xiàn)無級調(diào)速。所以人們一直在探索改進這種調(diào)速方式。早在上世紀80年代，出現(xiàn)內(nèi)饋繞線電動機，取消了外饋變壓器，減少了設(shè)備。90年代，又出現(xiàn)了斬波串級調(diào)速。使用斬波(用晶閘管構(gòu)成斬波電路)，將較低的轉(zhuǎn)子整流電壓(其值隨轉(zhuǎn)差率在變)升高到最大的固定直流逆變電壓，使晶閘管逆變器的功率因數(shù)有一定提高(0.866)，但系統(tǒng)總體功率因數(shù)在電動機高速運行時仍低于電動機本身功率因數(shù)，隨著轉(zhuǎn)速降低，功率因數(shù)仍降到較低值(0.4～0.5)。晶閘管斬波電路工作頻率低(600周)，線路復雜工作不可靠。采用晶閘管逆變器，電流諧波也較大。同樣存在著突發(fā)停電致使逆變顛覆問題。由于采用斬波，原來采用整流橋電壓當作實際速度構(gòu)建速度閉環(huán)的方法，因為誤差太大不能再使用，所以，有些產(chǎn)品采用開環(huán)控制斬波占空比調(diào)速，調(diào)速性能自然很差；有些產(chǎn)品采用外加簡易脈沖測速的方法構(gòu)建速度閉環(huán)，不僅安裝麻煩，運行中還常出現(xiàn)脈沖丟失造成速度失控問題。這些問題影響了斬波串調(diào)系統(tǒng)的進一步推廣應(yīng)用。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決上述串級調(diào)速系統(tǒng)存在的現(xiàn)有技術(shù)問題，采用當前先進的電力電子器件與數(shù)字控制技術(shù)，設(shè)計一種無速度傳感器測速、主電路構(gòu)成簡單、數(shù)字化程度高、安全可靠、操作方便、性能優(yōu)良、功能完善、人機界面友好、可實現(xiàn)遠程控制與管理的中壓電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，公開一種無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)包括電動機M、軟啟動RQD設(shè)備、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT部分，轉(zhuǎn)差功率回饋SGH部分及可編程控制器PLC組成。各部分功能明晰、完善，相互通信協(xié)調(diào)，整體由PLC統(tǒng)一管理。其中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT電路包括轉(zhuǎn)子整流器ZR、斬波器CH、數(shù)字信號處理器DSP1，DSP1實施無速度傳感器速度測量、電動機速度外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制與負載工藝外環(huán)控制。DSP1硬件電路采用電流霍爾元件檢測電動機轉(zhuǎn)子電流Ir，用于計算電動機啟動過程與全速運轉(zhuǎn)中的速度，檢測轉(zhuǎn)子整流電流Ic用于電流環(huán)的電流反饋，采用電壓霍爾元件檢測直流逆變電壓Uc與外加斬波電感電壓UL，用于計算電動機調(diào)速過程中的實際速度，該速度用于電動機調(diào)速過程中的速度反饋，DSP1還采集工藝量的值用于工藝閉環(huán)的工藝量反饋。通過編制DSP1程序構(gòu)建工藝環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)實現(xiàn)轉(zhuǎn)差率控制與電動機速度調(diào)節(jié)，同時將交流轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換為直流電功率，送入電容器C存儲；轉(zhuǎn)差功率回饋SGH電路包括逆變器INV、濾波器LCL與數(shù)字信號處理器DSP2，DSP2檢測直流逆變電壓Uc，采用降壓變壓器檢測交流電源電壓(ea，eb，ec)用于計算電源電勢矢量E，采用電流霍爾元件檢測逆變器INV交流側(cè)電流(ia，ib，ic)，用于計算逆變器電流矢量I，通過編制DSP2程序?qū)嵤┗仞侂娐返碾妷和猸h(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)矢量控制SVPWM，送出逆變器INV的脈寬調(diào)制PWM控制脈沖，控制逆變器運行，使注入電網(wǎng)的電流是正弦波，并將能量回饋電網(wǎng)；根據(jù)無功功率控制的要求，與逆變器交流側(cè)電源的允許容量，逆變器還能向電源注入容性無功功率，提高系統(tǒng)整體功率因數(shù)。濾波器LCL濾去高頻諧波，使注入電網(wǎng)的電流無諧波。PLC實施整體調(diào)速系統(tǒng)的程序控制，故障綜合與處理，保證系統(tǒng)正常運行。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，整體系統(tǒng)為兩級管理模式。其控制步驟如下 1、控制電源送電后，DSP1與DSP2自檢并初始化，PLC巡檢整體調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)。在第1次起動電動機之前，需要在觸摸屏上輸入電動機參數(shù)與工藝要求參數(shù)。之后，首先判別是否存在與軟啟動電路相關(guān)的報警與故障，若存在，PLC在觸摸屏上送出禁止合閘信號并顯示出報警與故障類別，若無報警與故障，PLC送出允許電動機啟動信號；然后再判別轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT部分與轉(zhuǎn)差功率回饋SGH部分是否存在報警與故障，若存在，PLC在觸摸屏上送出禁止調(diào)速信號并顯示出報警與故障類別，若無報警與故障，送出允許調(diào)速信號。在觸摸屏上顯示信息的同時，也告知遠方集散型控制系統(tǒng)DCS中控室。
2、在觸摸屏上或在遠方DCS中控室按下合閘按鈕，PLC控制電動機啟動；DSP1檢測電動機運轉(zhuǎn)速度，如果系統(tǒng)允許進調(diào)速，則在電動機速度等于或大于設(shè)定速度時轉(zhuǎn)入調(diào)速運轉(zhuǎn)；如果系統(tǒng)不允許進調(diào)速，或者在觸摸屏上設(shè)定直接啟動到全速，則在啟動到接近全速時轉(zhuǎn)入全速運轉(zhuǎn)；在電動機啟動過程中，轉(zhuǎn)差功率回饋SGH調(diào)節(jié)系統(tǒng)被使能，雙環(huán)矢量控制系統(tǒng)投入工作，為回饋能量做好準備。
3、啟動過程中進入調(diào)速，或在全速時在觸摸屏上或在遠方DCS中控室按下調(diào)速按鈕進入調(diào)速，SKT調(diào)速系統(tǒng)立即被使能，速度電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進入正常工作，經(jīng)歷過渡過程之后，電動機最后穩(wěn)定在設(shè)定速度下運轉(zhuǎn)。調(diào)速系統(tǒng)工作過程中，轉(zhuǎn)差能量由轉(zhuǎn)差功率回饋SGH系統(tǒng)回饋電網(wǎng)。如果需要，可以通過手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)入工藝閉環(huán)(壓力，流量等)工作，自動滿足工藝要求。
4、PLC巡檢所述電動機軟啟動設(shè)備RQD，轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT系統(tǒng)與轉(zhuǎn)差功率回饋SGH系統(tǒng)，在觸摸屏上顯示電動機運行速度、轉(zhuǎn)子整流電流、轉(zhuǎn)子整流電壓、直流逆變電壓、逆變電路有功電流、無功電流、有功功率、無功功率等數(shù)據(jù)；若出現(xiàn)故障時，通過軟啟動設(shè)備將電動機切換到全速運行，并在觸摸屏上顯示故障類別及原因；維修人員使用轉(zhuǎn)換開關(guān)將裝置轉(zhuǎn)換到維修狀態(tài)，電機與裝置脫開運轉(zhuǎn)，檢修完成后，再返回運轉(zhuǎn)狀態(tài)，進入調(diào)速回到原狀態(tài)運行；若出現(xiàn)報警時，在觸摸屏上只顯示報警信息，提醒維護人員做應(yīng)對處理。
5、在觸摸屏上或在遠方DCS中控室可以根據(jù)工藝要求改變設(shè)定速度，或者，在工藝閉環(huán)(如壓力，流量等)工作時，改變工藝設(shè)定值，電動機就在新設(shè)定的工況下運轉(zhuǎn)。
6、如果工藝需要電動機全速運轉(zhuǎn)，在觸摸屏上或在遠方DCS中控室按下轉(zhuǎn)全速按鈕，電動機按預(yù)先設(shè)定的加速度加速，在速度接近全速時，由PLC控制轉(zhuǎn)全速工作。
7、在需要停車時，在觸摸屏上或在遠方DCS中控室均可以進行停車操作。操作后，電動機自由停車。需要緊急停車時，在觸摸屏上或在遠方DCS中控室均可以進行緊急停車操作。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，所述的無速度傳感器速度測量WSCS與電動機速度外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制與負載工藝外環(huán)控制，包括DSP1硬件電路板與電流電壓采集系統(tǒng)。其中，無速度傳感器速度測量WSCS是由兩種無速度傳感器速度測量方法聯(lián)合使用組成整個系統(tǒng)的無速度傳感器速度測量的。在電動機啟動過程中與全速運行期間，使用電流霍爾元件采集電動機轉(zhuǎn)子側(cè)交流電流Ir，通過轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)差頻率Sf檢測，計算電動機運轉(zhuǎn)速度，該速度用于速度顯示與速度邏輯判斷；在電動機調(diào)速工作時，在每個斬波周期使用電壓霍爾元件采集直流逆變電壓Uc與外加斬波電感電壓UL，實時計算調(diào)速工作過程中速度值，該值用于速度環(huán)的速度反饋與速度顯示。使用電流霍爾元件采集直流斬波電流Ic用于電流環(huán)的電流反饋與斬波電流顯示；DSP1硬件電路由數(shù)字信號處理器與其他集成電路、電壓/電流變換電路組成，軟件實現(xiàn)電壓電流采集值計算，電動機無速度傳感器速度計算，速度電流雙環(huán)控制與調(diào)節(jié)，工藝環(huán)控制與調(diào)節(jié)，輸出占空比控制脈沖PWM，控制轉(zhuǎn)差率，實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。
所述的DSP2實施回饋電路的電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)矢量控制SVPWM，包括DSP2硬件電路板、軟件程序與電壓電流采集系統(tǒng)。其中，DSP2硬件電路板由數(shù)字信號處理器、A/D、D/A與其他集成電路、電壓/電流變換電路組成，DSP2軟件實現(xiàn)電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)全數(shù)字矢量控制；電壓電流采集系統(tǒng)包括使用隔離降壓變壓器采集電源電壓(ea，eb，ec)，用于計算電源電壓矢量E，使用電流霍爾元件采集逆變器INV交流側(cè)電流(ia，ib，ic)，用于計算有源逆變器電流矢量I。在工作過程中，通過電壓外環(huán)維持直流逆變電壓Uc恒定，或按某種要求變化，如在輸出容性無功功率時，適當提高直流逆變電壓值，適應(yīng)輸出電壓升高的需要；另外，改變無功電流設(shè)定，如隨著轉(zhuǎn)速下降，在電動機反饋繞組或外饋變壓器副邊繞組容量允許的前提下，升高無功電流設(shè)定值，可以提高整個系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于PWM采用空間矢量調(diào)制，饋入反饋繞組或外饋變壓器的電流是正弦波電流，經(jīng)過LCL濾波后無諧波。也就是說，本發(fā)明采用的逆變器，不僅去除了晶閘管逆變器產(chǎn)生的無功功率與諧波，而且，還能向系統(tǒng)輸送容性無功功率，抵消電動機定子勵磁產(chǎn)生的感性無功功率。如果反饋繞組容量足夠，或者，對于外饋變壓器的方案，用戶要求在調(diào)速范圍內(nèi)，功率因數(shù)均維持較高值是可以實現(xiàn)的，這就克服了傳統(tǒng)串調(diào)系統(tǒng)的缺點。運行中，電源電壓有效值、逆變電流有效值、有功電流分量、無功電流分量、有功功率、無功功率均可在需要時通過預(yù)先設(shè)定在屏幕上顯示。DSP2軟件還可以檢測直流逆變過電壓、逆變器過電流、缺相、掉電、過熱等故障，進行相關(guān)故障處理。
本發(fā)明中所述的數(shù)字信號處理器DSP1與DSP2采用TI公司生產(chǎn)的2407、2812型產(chǎn)品或其他公司同類型產(chǎn)品。DSP1與DSP2有通過RS232/RS485通信接口相互通信或與DCS中控室實現(xiàn)遠程通信管理子程序，也有通過CAN現(xiàn)場總線與DCS中控室組成局域網(wǎng)的通信子程序。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，在供電電網(wǎng)突發(fā)停電時，具有電網(wǎng)快切功能與短時停電再啟動功能。盡量避免突發(fā)短時停電對大系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響。
本發(fā)明所述的PLC實施整體調(diào)速系統(tǒng)的程序控制、故障綜合與處理，其特征在于PLC的應(yīng)用軟件控制整體調(diào)速系統(tǒng)的全過程。在電動機起車之前，巡檢各部分，均正常時給出允許啟動及允許進調(diào)速信號；若與啟動設(shè)備RQD相關(guān)的部分不正常時在屏幕上顯示出故障或報警信息，并給出禁止合閘信號；若轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT與轉(zhuǎn)差功率回饋SGH部分不正常時，在觸摸屏上顯示故障與報警信息并給出禁止進調(diào)速信號；在本地(控制柜)或遠方DCS給出啟動信號時，PLC控制軟啟動設(shè)備RQD啟動電動機。根據(jù)預(yù)先設(shè)定，可以在電動機速度到達或大于設(shè)定速度時自動轉(zhuǎn)入調(diào)速工作，或一直升速到接近全速時轉(zhuǎn)入全速工作。在系統(tǒng)運行中，在本地(控制柜)或遠方DCS中控室均可以給出轉(zhuǎn)調(diào)速指令，PLC立即指揮系統(tǒng)進入調(diào)速工作，電動機降速，最后穩(wěn)定在設(shè)定速度上運轉(zhuǎn)。根據(jù)工藝要求，改變設(shè)定速度值，也就改變電動機運行速度值。如果在工藝(如壓力，流量)閉環(huán)下工作，在本地(控制柜)或遠方DCS中控室改變工藝(壓力，流量)設(shè)定值，電動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)會自動滿足工藝要求，在工藝設(shè)定之下運轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)運行中，若DSP1與DSP2檢測到任何故障與報警，均會立即送至PLC，PLC對故障信息會通過軟啟動設(shè)備做轉(zhuǎn)全速處理，并顯示故障類別；對報警只顯示報警內(nèi)容，提醒維護人員處理。在調(diào)速系統(tǒng)正常工作時，如果現(xiàn)場工藝需要轉(zhuǎn)全速運轉(zhuǎn)，在本地(控制柜)或遠方DCS中控室均可發(fā)出轉(zhuǎn)全速指令，PLC立即指揮系統(tǒng)升速，在電動機速度接近全速時轉(zhuǎn)入全速運轉(zhuǎn)。在電動機運行的各種狀態(tài)下，均可以在本地(控制柜)或遠方DCS中控室進行控制隨時停車。本發(fā)明所述的PLC的硬件選用西門子公司S7-200或其他公司小型機。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速方法及系統(tǒng)，將會帶來顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。與中壓變頻器相比，本發(fā)明調(diào)速系統(tǒng)價格在各種容量等級上只有中壓變頻器的一半左右，而在性能上，具有中壓變頻器所具有的優(yōu)點，如啟動平穩(wěn)，啟動到設(shè)定速度就穩(wěn)定在設(shè)定速度運轉(zhuǎn)，無級調(diào)速，調(diào)速精度高，響應(yīng)快，功率因數(shù)高，諧波小等，卻避開了中壓變頻器容量大于電動機容量，裝置內(nèi)部電壓高，線路復雜，體積龐大的困難，用低壓裝置控制中壓電動機，用(50％～70％)電動機額定容量的裝置控制100％容量的電動機，主電路簡單，器件少，同樣滿足大功率風機與水泵50％調(diào)速要求，更可貴的是方便維修。在裝置出現(xiàn)故障時，可以通過軟啟動設(shè)備平穩(wěn)地將電動機升速到全速，然后，轉(zhuǎn)換到維修狀態(tài)，裝置完全與電動機脫開進行維修，完成維修后，再轉(zhuǎn)換到運轉(zhuǎn)狀態(tài)，按下調(diào)速按鈕，平穩(wěn)地返回到原工作狀態(tài)。本發(fā)明系統(tǒng)在供電網(wǎng)突發(fā)停電時，還具有電網(wǎng)快切功能，快速恢復供電。若停電時間較長，自動回到啟動狀態(tài)，來電時通過軟啟動升速到設(shè)定速度再進入調(diào)速狀態(tài)工作。對大系統(tǒng)影響很小。用本發(fā)明系統(tǒng)進行節(jié)能改造，一年內(nèi)就可以收回裝置成本。改造工程可以節(jié)省大量電能，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化工藝過程。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明方法及系統(tǒng)作詳細說明。



圖1是內(nèi)饋繞線電動機采用本發(fā)明的電原理圖； 圖2是普通繞線電動機采用本發(fā)明的電原理圖； 圖3a是IGBT導通時本發(fā)明采用無速度傳感器速度計算等值電路圖； 圖3b是IGBT封鎖時本發(fā)明采用無速度傳感器速度計算等值電路圖； 圖4是本發(fā)明采用的工藝環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)差功率回饋電壓電流雙環(huán)矢量控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施例方式 本發(fā)明采用當前先進的電力電子器件與數(shù)字控制技術(shù)，實現(xiàn)無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)附圖1，M是內(nèi)饋繞線異步電動機，其定子繞組由6千伏或10千伏電網(wǎng)供電。RQD是電動機軟啟動設(shè)備(頻敏變阻器，水電阻等)，電動機轉(zhuǎn)子接觸器控制電路與維修轉(zhuǎn)換開關(guān)等，接觸器控制電路受控于PLC，輔助接點的狀態(tài)也回饋到PLC。通常，小容量電動機(1000千瓦以下)采用頻敏變阻器啟動，大容量電動機(1000千瓦以上)采用水電阻啟動。轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT電路包括電動機轉(zhuǎn)子側(cè)二極管整流器ZR、斬波器CH與數(shù)字信號處理器DSP1，轉(zhuǎn)子側(cè)電流Ir與斬波器輸入電流Ic由電流霍爾元件檢測，其測量值送DSP1，直流逆變電壓(電容器C電壓)Uc由電壓霍爾元件檢測，其測量值送DSP1。轉(zhuǎn)差功率回饋SGH電路包括有源逆變器INV，濾波器LCL與數(shù)字信號處理器DSP2，電源電壓由隔離變壓器降壓后送DSP2檢測，逆變器交流側(cè)電流由電流霍爾元件檢測，其測量值送DSP2。
本發(fā)明系統(tǒng)中包含的工藝環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)如附圖4所示。構(gòu)建這些閉環(huán)，尤其是如何構(gòu)建含有斬波器環(huán)節(jié)的繞線電動機電流環(huán)，多年來是有爭議的。核心問題是如何認識調(diào)節(jié)對象。本發(fā)明力求用最簡單適用的方法實現(xiàn)。為此，首先闡明繞線電動機轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT的控制原理，由此說明本發(fā)明采用的工藝環(huán)速度環(huán)電流環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何構(gòu)建的。在闡明原理時，應(yīng)將轉(zhuǎn)子整流電路ZR與斬波器電路CH一起考慮，作為一個整體分析。根據(jù)附圖1，轉(zhuǎn)子電勢經(jīng)過二極管整流橋整流后為直流電壓Ur。轉(zhuǎn)子整流電路與一般的整流電路有所區(qū)別，在正常調(diào)速工作時，轉(zhuǎn)子電勢為 Er＝S×Ur0 式中，S----轉(zhuǎn)差率； Ur0----電動機轉(zhuǎn)子開路電壓； 既轉(zhuǎn)子電勢的幅值和頻率都是轉(zhuǎn)差頻率的函數(shù)，如果調(diào)速范圍50％～100％，則調(diào)速工作時最高頻率也只有25周。在過去的串級調(diào)速電路中，由于沒有斬波器電路，整流電路中換向重疊現(xiàn)象比較嚴重，在增加斬波電路之后，換向重疊可以忽略(原因見下文)；再假定整流器件為理想器件，忽略管壓降與漏電流，這樣，在每個斬波周期中，斬波電流只在轉(zhuǎn)子兩相中流動，將轉(zhuǎn)子電路的電阻與漏感移入整流電路后的直流電路，與斬波電路的電阻與電感合并，合并后的等效電阻為R，等效電感為L，這樣處理后，整流直流電壓Ur就是轉(zhuǎn)子電勢的理想整流電壓，該值為 Ur＝k×S×Ur0， 式中，k——整流系數(shù)。
整流電壓Ur就是斬波器輸入電壓，整流電流(即斬波輸入電流)為Ic，在轉(zhuǎn)子整流電路中，斬波管(IGBT或IGCT)導通時有方程式 在斬波管(IGBT或IGCT)關(guān)斷時有方程式 采用狀態(tài)空間平均模型法，按斬波管導通與關(guān)斷所占時間比例對上面兩方程式加權(quán)，得到在一個周期內(nèi)的方程式 在電動機調(diào)速過程中，轉(zhuǎn)速變化相對是較慢的，因此，Ur變化較慢，在討論斬波電流時可以認為是不變的；Uc是直流逆變電壓，受轉(zhuǎn)差能量回饋SGH電路控制是恒定不變的。在方程中，自變量是斬波器占空比D，在占空比D有一個增量時，斬波電流就產(chǎn)生一個增量。根據(jù)增量方程式，并略去增量符號后可以得出斬波電流Ic為輸出、占空比為輸入的傳遞函數(shù)為 這就是電流環(huán)中的大慣量環(huán)節(jié)?？梢娺@個環(huán)節(jié)是線性的。由于采用數(shù)字量控制，數(shù)字采樣周期產(chǎn)生一個時間滯后，該滯后等同于一個小慣量環(huán)節(jié)。所以，電流環(huán)的調(diào)節(jié)對象是一個大慣量環(huán)節(jié)與一個小慣量環(huán)節(jié)。參見附圖4，電流調(diào)節(jié)器ACR應(yīng)采用典型的PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器ACR輸出直接控制轉(zhuǎn)差率控制SKT電路中的斬波器CH占空比，控制轉(zhuǎn)子電流，因此，控制電動機電磁轉(zhuǎn)矩，也即控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率，使電動機轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)時運轉(zhuǎn)在某一轉(zhuǎn)差率下，轉(zhuǎn)速給定變化時，控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率向給定轉(zhuǎn)速加速，最后穩(wěn)定在設(shè)定速度上。
現(xiàn)在，闡明具有斬波器環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)子整流電路換相重疊現(xiàn)象可以忽略的原因。整流電流大時，換相重疊嚴重，這種工況電動機是在高速段運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)差頻率很低，周期很長，轉(zhuǎn)子電勢值也較低，整流電壓Ur也較低。換相出現(xiàn)的時刻，存在兩種情況，一種是出現(xiàn)在斬波管(IGBT或IGCT)導通時，換相后的電勢差使新導通的相電流增長，原導通相電流下降，待到斬波管(IGBT或IGCT)關(guān)斷時，換相重疊的兩相并聯(lián)流過電流，整流電流Ic快速下降，忽略電阻壓降，有下式 由于此時，整流電壓Ur較低，而直流逆變電壓Uc較高(800～1000伏)，電流下降速率很大(若等效電感1毫亨，速率為每毫秒800～1000安)，由于換向的兩相存在電勢差，原導通相下降更快。若負荷不重，可能一個斬波周期換相重疊就結(jié)束了。若負荷較重，兩個斬波周期結(jié)束。另一種情況，換相時刻出現(xiàn)在斬波管(IGBT或IGCT)關(guān)斷狀態(tài)，斬波電流下降速率大，由于轉(zhuǎn)子電感電壓為負，使換相的相不能導通，等到斬波管(IGBT或IGCT)導通時，重疊的兩相電流同時增長，以后的情況同前述情況?？傊?，換相重疊只占用1～2個周期，即0.5～1毫秒。若轉(zhuǎn)差率S＝0.1，轉(zhuǎn)子頻率5赫茲，周期200毫秒?？梢?，換相重疊影響很小，可以忽略。
電動機傳動系統(tǒng)的運動方程式為 式中J——機組的轉(zhuǎn)動慣量(kg.m2)； Pn——電動機的極對數(shù)； TL——負載阻轉(zhuǎn)矩； Te——電動機電磁轉(zhuǎn)矩； ω——電動機角速度。
可見，速度環(huán)調(diào)節(jié)對象是一個積分環(huán)節(jié)。電流閉環(huán)在速度環(huán)內(nèi)是一個小慣量環(huán)節(jié)。根據(jù)附圖4，速度調(diào)節(jié)器ASR可采用典型的PI調(diào)節(jié)器。參數(shù)配置按三階系統(tǒng)整定。對于風機與水泵負載，不允許電動機轉(zhuǎn)速快速變化，在速度給定通道里，設(shè)置給定積分器GJ，將階躍給定量轉(zhuǎn)化為緩慢的斜坡上升信號。上升或下降時間可以在30～100秒之間設(shè)定。
轉(zhuǎn)差率控制SKT調(diào)速系統(tǒng)可以在速度電流雙環(huán)下工作(手動方式)。速度設(shè)定值可以在觸摸屏(本地)上手動給出，也可以在遠方DCS中控室手動給出，由本控/遠控轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換(見附圖4)。通過手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以實現(xiàn)手動與自動方式地相互轉(zhuǎn)換。在自動工作方式時，本地(觸摸屏上)或遠方DCS設(shè)定工藝控制值，如壓力，流量等，工藝過程中檢測相應(yīng)的工藝實際值用作反饋值，本發(fā)明中工藝調(diào)節(jié)器AGR有兩種形式常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器與模糊調(diào)節(jié)器。工藝環(huán)的調(diào)節(jié)對象比較復雜，常常伴隨著大慣量、長時間滯后，調(diào)節(jié)對象很難用數(shù)學方程式描述?，F(xiàn)場工藝情況千差萬別，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場狀況選擇。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)中無速度傳感器速度測量WSCS是由兩種無速度傳感器速度測量方法聯(lián)合使用組成整個系統(tǒng)的無速度傳感器速度測量的。在電動機啟動過程中與全速運行期間，使用電流霍爾元件采集電動機轉(zhuǎn)子側(cè)交流電流Ir，通過過零點檢測，轉(zhuǎn)換為正負各半周的方波，給DSP芯片，使用捕獲功能檢測轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)差頻率Sf，計算電動機運轉(zhuǎn)速度，該速度用于速度顯示與速度邏輯判斷；在電動機調(diào)速工作時，使用電壓霍爾元件采集直流逆變電壓Uc與外加斬波電感電壓UL，實時計算調(diào)速工作過程中速度值，該值用于速度環(huán)的速度反饋與速度顯示。
本發(fā)明依據(jù)斬波器工作機理實現(xiàn)調(diào)速過程中的測速。在整流電路與斬波電路的電壓方程中，電阻壓降占的比例很小，可以忽略電阻壓降，將轉(zhuǎn)子工作電路中的兩相漏感合并后移入整流后電路，同時忽略整流管壓降得到斬波管(IGBT或IGCT)導通與關(guān)斷時的等效電路，見附圖3a)，3b)。圖中 Ur——轉(zhuǎn)子電勢的整流值，在測速計算時，可認為是定值； L1——轉(zhuǎn)子電路兩相漏感之和； L2——外加斬波電感。
在斬波管導通時(IGBT或IGCT)，有方程式為 設(shè)斬波管導通時外加電感電壓 則 在斬波管關(guān)斷時(IGBT或IGCT)，方程式為 設(shè)斬波管關(guān)斷時外加電感電壓 則有 聯(lián)解上式，得到 式中，C——常數(shù)。在一個周期內(nèi)檢測斬波管導通與關(guān)斷時的斬波電感電壓，就可以計算出轉(zhuǎn)差率S。由轉(zhuǎn)差率S可以求出電動機轉(zhuǎn)速n。這個計算要在周期中斷程序中進行。
根據(jù)附圖5，闡明本發(fā)明數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)中包含的轉(zhuǎn)差功率回饋SGH電壓電流雙環(huán)矢量控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖中電源，對于內(nèi)饋電動機是指反饋繞組電源；對于普通繞線電動機，是指外饋變壓器副邊繞組電源。主電路如附圖1所示，逆變器是IGBT(或IGCT)組成的三相橋式電路，三相橋交流進線與電源之間，安裝LCL濾波器，濾去三相橋逆變器交流輸出電壓中含有的高頻諧波分量。逆變器的控制由DSP2實現(xiàn)逆變電壓外環(huán)逆變電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)矢量控制與調(diào)節(jié)。眾所周知，雙環(huán)矢量控制必須在以電源頻率旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標系平面內(nèi)進行。在靜止坐標系中的交流量必須經(jīng)過矢量變換轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標系(d，q)中的直流量。直流量經(jīng)過電壓電流雙環(huán)調(diào)節(jié)，之后輸出的直流量還必須返回到靜止坐標系中，產(chǎn)生逆變橋的PWM控制脈沖。
在旋轉(zhuǎn)坐標系(d，q)平面內(nèi)，逆變橋主電路的電壓方程式為(設(shè)逆變電流方向為正) Ud＝Ed+(LS+R)Id-ωLIq， Uq＝Eq+(LS+R)Iq+ωLId， 式中Ud，Uq——三相橋輸出電壓的d軸與q軸電壓分量； Ed，Eq——電源電勢的d軸與q軸電勢分量； Id，Iq——逆變電流的d軸與q軸電流分量。
依據(jù)對象方程式，構(gòu)建出電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電源電壓經(jīng)隔離變壓器降壓后(三相靜止坐標系中的ea，eb，ec)送給DSP2電路板上的A/D輸入，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后再進行3/2變換，產(chǎn)生αβ兩相靜止坐標系中的電勢矢量相關(guān)參數(shù)(eα，eβ，幅值E與相角θ)。同時，也可以根據(jù)相電壓ea過零檢測與鎖相處理，使相角θ值更為準確。然后，再將兩相靜止坐標系中的eα，eβ分量進行旋轉(zhuǎn)變換，得到以電源頻率旋轉(zhuǎn)的坐標系中的ed，eq分量。三相橋逆變器輸出電流(三相靜止坐標系中的ia，ic)，用電流霍爾元件采集后送給DSP2電路板上的A/D輸入，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，再求出B相電流ib，將ia，ib，ic進行3/2變換，得到兩相靜止坐標系中的iα，iβ分量，再進行旋轉(zhuǎn)變換，得到電源頻率旋轉(zhuǎn)坐標系中的id，iq分量。直流逆變電壓Uc本身就是直流量，由電壓霍爾元件檢測后送給DSP2電路板上的A/D輸入，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，形成電壓反饋量。電壓給定值依據(jù)內(nèi)饋電動機反饋繞組電壓值(對于普通繞線電動機，依據(jù)外饋變壓器副邊繞組電壓值)與無功功率補償要求決定。電壓調(diào)節(jié)器輸出是有功電流id給定，無功電流給定iq有兩種給定方式固定方式與計算給定方式。固定方式給定值可以由使用人員在DSP2人機界面上設(shè)定，但無功電流的補償量必須在電動機內(nèi)饋繞組額定電流(對于普通電動機，外饋變壓器副邊繞組額定電流)的允許容量范圍內(nèi)。計算方式由DSP2程序計算實現(xiàn)，設(shè)反饋繞組額定電流為if，則可以給出的無功補償電流為這種方式可以最大限度的使用反饋繞組的容量。有功電流調(diào)節(jié)器與無功電流調(diào)節(jié)器實現(xiàn)有功電流與無功電流的調(diào)節(jié)。有功電流id與ωL的乘積及無功電流iq與ωL的乘積分別送到無功電流調(diào)節(jié)器輸出與有功電流調(diào)節(jié)器輸出，與其合成，是為實現(xiàn)有功電流與無功電流之間的解耦。有功電流調(diào)節(jié)器輸出與解耦分量合成后再與d軸電勢分量ed合成，形成d軸上的控制電壓分量Vd；無功電流調(diào)節(jié)器輸出與解耦分量合成后再與q軸電勢分量eq合成，形成q軸上的控制電壓分量Vq。旋轉(zhuǎn)坐標系中的控制分量Vd，Vq還必須再返回到兩相靜止坐標系(逆向旋轉(zhuǎn)變換)，變換出兩相靜止坐標系的控制分量Vα，Vβ。依據(jù)控制分量Vα，Vβ，產(chǎn)生出逆變橋六只IGBT(或IGCT)的控制PWM脈沖。
本發(fā)明無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，具有電網(wǎng)快切功能與短時停電再啟動功能，實現(xiàn)的方法是當DSP2檢測到電網(wǎng)突然丟失時，立即封鎖逆變橋中各器件，阻止逆變電流流通，同時，封鎖升壓斬波器，整個調(diào)速系統(tǒng)處于封鎖狀態(tài)，等待來電。這時供電系統(tǒng)實施上端高壓開關(guān)快速切換，切換完成，重新恢復供電，DSP2檢測到電網(wǎng)有電，立即恢復系統(tǒng)，由于停電時間很短，電動機速度降落很少，系統(tǒng)很快又進入穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)。如果停電時間過長，電動機速度下降較多，有可能下降到最低速以下(調(diào)速范圍以外)，為防止這種情況，調(diào)速系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入啟動狀態(tài)，來電后，通過軟啟動升速，到設(shè)定速度時自動轉(zhuǎn)入調(diào)速運轉(zhuǎn)。這樣，最大限度地減小了突發(fā)停電帶來的影響。
本發(fā)明適用于中壓內(nèi)饋繞線異步電動機與中壓普通繞線異步電動機。
實施例1 根據(jù)附圖1，本發(fā)明用于內(nèi)饋繞線異步電動機的具體應(yīng)用實例。圖中M是內(nèi)饋繞線異步電動機，定子繞組通過高壓開關(guān)柜由6千伏或10千伏電網(wǎng)供電，轉(zhuǎn)子繞組連接到軟啟動設(shè)備RQD，電動機容量在1000KW以下的，多采用頻敏變阻器啟動，大容量電動機采用水電阻啟動。電動機啟動由PLC控制，若軟啟動電路部分無故障與報警時，在觸摸屏上給出允許啟動信號，若有故障與報警，給出禁止合閘信號；若轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT部分與轉(zhuǎn)差功率回饋SGH部分無故障與報警，在觸摸屏上給出允許進調(diào)速信號，若有故障與報警，給出禁止進調(diào)速信號；啟動有兩種方式可選擇直接進調(diào)速與直接進全速。如果不允許進調(diào)速，即使選擇直接進調(diào)速，PLC也會確保直接進全速。啟動與全速運行時，電動機速度測量是依據(jù)轉(zhuǎn)子電流的頻率測量計算的。為此，采用電流霍爾元件采集轉(zhuǎn)子電流Ir，DSP1依據(jù)過零點檢測，計算轉(zhuǎn)差頻率與速度，計算值用于速度判別與顯示。在調(diào)速運行時，轉(zhuǎn)子整流橋ZR經(jīng)交流接觸器與轉(zhuǎn)子繞組接通，轉(zhuǎn)子整流橋ZR與升壓斬波器CH構(gòu)成轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速SKT主電路，數(shù)字信號處理器DSP1與電壓電流檢測電路構(gòu)成轉(zhuǎn)差率控制與調(diào)節(jié)電路。用電流霍爾元件檢測斬波電流Ic，送DSP1用于斬波電流環(huán)的電流反饋；用電壓霍爾元件在每個斬波周期中周期計數(shù)器上溢中斷與周期計數(shù)器下溢中斷時檢測直流逆變電容器電壓Uc與外加斬波電感電壓UL，計算電動機的即時速度，用于速度閉環(huán)的速度反饋；DSP1通過軟件構(gòu)建斬波電流環(huán)，速度環(huán)與工藝環(huán)，實施調(diào)節(jié)過程。以速度電流雙環(huán)調(diào)節(jié)為例，說明一下調(diào)節(jié)的過程。假定電動機在某一穩(wěn)定狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，如果速度給定上升一個增量，由于電動機速度還未變化，在速度調(diào)節(jié)器輸入端，就存在一個速度誤差，在速度調(diào)節(jié)器輸出產(chǎn)生一個斬波電流給定增量，電動機電流還未增長，電流調(diào)節(jié)器輸入端就存在一個電流誤差，電流調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生一個斬波器占空比增量，該增量作用于整流斬波主電路，驅(qū)使斬波器電流產(chǎn)生一個增量，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一個增量，該轉(zhuǎn)矩增量破壞了原來的轉(zhuǎn)矩平衡狀態(tài)，電動機開始升速，當電動機速度升到接近給定速度時，速度誤差趨于零，電流誤差也趨于零，電動機就在新的給定值下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。反之亦然。調(diào)速運行中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率通過斬波器源源不斷地送到直流逆變電容器里轉(zhuǎn)換為電能，再由轉(zhuǎn)差功率回饋電路將電容器中的電能送到電網(wǎng)。轉(zhuǎn)差功率回饋電路由逆變器INV，濾波器LCL，數(shù)字信號處理器DSP2與電壓電流采集電路組成。逆變器INV由六只IGBT(或IGCT)接成三相橋電路；濾波器LCL由濾波電感與電容接成T形濾波電路；電動機反饋繞組電壓通過降壓變壓器T1將副邊電壓ea，eb，ec送到DSP2，供DSP2計算電源電勢矢量E；用電流霍爾元件檢測反饋繞組相電流ia，ic送到DSP2，供DSP2計算電源電流矢量I；用電壓霍爾元件檢測直流逆變電壓Uc，供DSP2計算電壓環(huán)的電壓反饋值；DSP2軟件構(gòu)建電壓外環(huán)，有功電流無功電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)逆變換得到兩相靜止坐標系中的電壓量，再由PWM生成軟件，產(chǎn)生出六只IGBT(或IGCT)管的柵控脈沖，控制三相橋電路，將有功功率送回反饋繞組；同時，隨著轉(zhuǎn)速下降，增大無功功率設(shè)定(在反饋繞組容量允許范圍以內(nèi))，提高電動機系統(tǒng)的整體功率因數(shù)。
在系統(tǒng)工作的全部過程中，PLC一直在不斷地檢測著啟動設(shè)備、DSP1、DSP2的狀態(tài)，控制系統(tǒng)各部分按規(guī)定程序運轉(zhuǎn)。并不斷檢測各部分的報警與故障，一旦出現(xiàn)故障，及時通過啟動設(shè)備將調(diào)速運轉(zhuǎn)中的電動機轉(zhuǎn)全速，同時在人機界面上顯示出故障類別；若出現(xiàn)報警，只在人機界面上顯示出報警類別，并通知DCS中控室，提醒維修人員采取相應(yīng)措施。
實施例2 根據(jù)附圖2，本發(fā)明用于普通繞線異步電動機的具體應(yīng)用實例。圖中M是普通繞線異步電動機，沒有反饋繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率要通過外饋變壓器WT將轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)，所以，外饋變壓器的原邊繞組接到電動機定子繞組所接的高壓開關(guān)柜的下端，外饋變壓器副邊繞組接到轉(zhuǎn)差功率回饋電路SGH的濾波器LCL出線端。其他與實施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，包括電動機、軟啟動設(shè)備、轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速部分、轉(zhuǎn)差功率回饋部分和可編程控制器，其特征在于轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速部分包括轉(zhuǎn)子整流器、斬波器與數(shù)字信號處理器(DSP1)，實施無速度傳感器速度測量與電動機速度外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制與負載工藝外環(huán)控制，同時將轉(zhuǎn)子交流轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換為直流電功率，送入直流逆變電容器存儲；轉(zhuǎn)差功率回饋部分包括逆變器、濾波器與數(shù)字信號處理器(DSP2)，實施回饋電路的電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)矢量控制，將能量回饋到內(nèi)饋電動機反饋繞組或外饋變壓器副邊；可編程控制器實施整體調(diào)速系統(tǒng)的程序控制、故障綜合與處理；整體系統(tǒng)為兩級控制模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的無速度傳感器速度測量，包括數(shù)字信號處理器(DSP1)軟件、硬件與電流電壓采集系統(tǒng)，其中，使用電流霍爾元件采集轉(zhuǎn)子側(cè)交流電流，在電動機啟動過程與全速運轉(zhuǎn)中檢測轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)差頻率，計算速度用于啟動與全速運轉(zhuǎn)中速度監(jiān)測與顯示；使用電壓霍爾元件在每個斬波周期中采集直流逆變電壓與外加斬波電感電壓，計算調(diào)速過程中速度值，用于調(diào)速運行中的速度反饋，所述兩種方式結(jié)合，構(gòu)成全過程的速度測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的電動機速度外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制與負載工藝外環(huán)控制，包括數(shù)字信號處理器(DSP1)軟件、硬件與使用電流霍爾元件采集斬波電流，構(gòu)建電流內(nèi)環(huán)，使用電壓霍爾元件采集直流逆變電壓與外加斬波電感電壓計算獲得的速度值用于速度反饋，組成速度電流雙閉環(huán)，在有工藝閉環(huán)要求時，數(shù)字信號處理器(DSP1)采集工藝量的反饋，實施工藝環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制；工藝環(huán)調(diào)節(jié)器在常規(guī)PID調(diào)節(jié)器與智能模糊控制器中選擇一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)差功率回饋部分電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)矢量控制包括數(shù)字信號處理器(DSP2)軟件、硬件及電壓電流采集系統(tǒng)，其中使用隔離降壓變壓器采集電源電壓，用于計算電源電壓矢量；使用電流霍爾元件采集逆變器交流側(cè)電流，用于計算電流矢量；使用電壓霍爾元件采集直流逆變電壓，用于電壓外環(huán)的電壓反饋，數(shù)字信號處理器(DSP2)軟件實施電壓電流矢量計算與反饋值求取，實施電壓外環(huán)有功電流無功電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)矢量控制，輸出脈寬調(diào)制控制脈沖，控制回饋的有功功率與無功功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程控制器實施整體調(diào)速系統(tǒng)的程序控制、故障綜合與處理，電動機啟動、全速運轉(zhuǎn)、調(diào)速運轉(zhuǎn)及各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的操作。
6.一種權(quán)利要求1～5中任意一項所述的無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特征在于其主要步驟如下
1)控制電源送電后，數(shù)字信號處理器(DSP1)與數(shù)字信號處理器(DSP2)自檢并初始化，可編程控制器巡檢整體調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)，在第一次起動電動機之前，需要在觸摸屏上輸入電動機參數(shù)與工藝要求參數(shù)，之后，首先判別是否存在與軟啟動電路相關(guān)的報警與故障，若存在，可編程控制器在觸摸屏上送出禁止合閘信號并顯示出報警與故障類別，若無報警與故障，可編程控制器送出允許電動機啟動信號；然后再判別轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速部分與轉(zhuǎn)差功率回饋部分是否存在報警與故障，若存在，可編程控制器在觸摸屏上送出禁止調(diào)速信號并顯示出報警與故障類別，若無報警與故障，送出允許調(diào)速信號；在觸摸屏上顯示信息的同時，也告知遠方集散型控制系統(tǒng)中控室；
2)在觸摸屏上或在遠方集散型控制系統(tǒng)中控室按下合閘按鈕，可編程控制器控制電動機啟動；數(shù)字信號處理器(DSP1)檢測電動機運轉(zhuǎn)速度，如果系統(tǒng)允許進調(diào)速，則在電動機速度等于或大于設(shè)定速度時轉(zhuǎn)入調(diào)速運轉(zhuǎn)；如果系統(tǒng)不允許進調(diào)速，或者在觸摸屏上設(shè)定直接啟動到全速，則在啟動到接近全速時轉(zhuǎn)入全速運轉(zhuǎn)；在電動機啟動過程中，轉(zhuǎn)差功率回饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)被使能，雙環(huán)矢量控制投入工作，為回饋能量做好準備；
3)啟動過程中進入調(diào)速，或在全速時在觸摸屏上或在遠方集散型控制系統(tǒng)中控室，按下調(diào)速按鈕進入調(diào)速，轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速系統(tǒng)立即被使能，速度電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進入正常工作，經(jīng)歷過渡過程之后，電動機最后穩(wěn)定在設(shè)定速度下運轉(zhuǎn)，調(diào)速系統(tǒng)工作過程中，轉(zhuǎn)差能量由轉(zhuǎn)差功率回饋系統(tǒng)回饋電網(wǎng)；如果需要，可以通過手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)入工藝閉環(huán)工作，自動滿足工藝要求；
4)可編程控制器巡檢所述電動機軟啟動設(shè)備，轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)差功率回饋系統(tǒng)，在觸摸屏上顯示電動機運行速度、轉(zhuǎn)子整流電流、轉(zhuǎn)子整流電壓、直流逆變電壓、逆變電路有功電流、無功電流、有功功率、無功功率數(shù)據(jù)；若出現(xiàn)故障時，通過軟啟動設(shè)備將電動機切換到全速運行，并在觸摸屏上顯示故障類別及原因；維修人員使用轉(zhuǎn)換開關(guān)將裝置轉(zhuǎn)換到維修狀態(tài)，電機與裝置脫開運轉(zhuǎn)，檢修完成后，再返回運轉(zhuǎn)狀態(tài)，進入調(diào)速回到原狀態(tài)運行；若出現(xiàn)報警時，在觸摸屏上只顯示報警信息，提醒維護人員做應(yīng)對處理；
5)在觸摸屏上或在遠方集散型控制系統(tǒng)中控室，根據(jù)工藝要求改變設(shè)定速度，或者，在工藝閉環(huán)工作時，改變工藝設(shè)定值，電動機就在新設(shè)定的工況下運轉(zhuǎn)；
6)如果工藝需要電動機全速運轉(zhuǎn)，在觸摸屏上或在遠方集散型控制系統(tǒng)中控室，按下轉(zhuǎn)全速按鈕，電動機按預(yù)先設(shè)定的加速度加速，在速度接近全速時，由可編程控制器控制轉(zhuǎn)全速工作；
7)在需要停車時，在觸摸屏上或在遠方集散型控制系統(tǒng)中控室均可以進行停車操作，操作后，電動機自由停車，需要緊急停車時，在觸摸屏上或在遠方集散型控制系統(tǒng)中控室均可以進行緊急停車操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法，其特征在于在供電電網(wǎng)突發(fā)停電時，具有電網(wǎng)快切功能與短時停電再啟動功能，電網(wǎng)快切功能是突發(fā)停電時，系統(tǒng)維持原工作狀態(tài)不變，上級另一路供電快速投入恢復供電，系統(tǒng)繼續(xù)正常工作；停電時間較長時，系統(tǒng)自動返回到啟動狀態(tài)，來電后通過軟啟動升速到設(shè)定速度，再轉(zhuǎn)入調(diào)速狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明為一種無速度傳感器電動機轉(zhuǎn)差率控制數(shù)字智能調(diào)速方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電動機與軟啟動設(shè)備，轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速、轉(zhuǎn)差功率回饋和可編程控制器。其特征在于轉(zhuǎn)差率控制調(diào)速包括轉(zhuǎn)子整流器、斬波器和數(shù)字信號處理器DSP1，實施無速度傳感器速度測量與電機速度電流雙環(huán)控制，并將轉(zhuǎn)差能量轉(zhuǎn)化為電能；轉(zhuǎn)差功率回饋包括逆變器、濾波器和數(shù)字信號處理器DSP2，實施回饋電路電壓電流雙環(huán)控制，將能量回饋電網(wǎng)；可編程控制器實施整體系統(tǒng)程序控制，故障綜合與處理。本發(fā)明系統(tǒng)適用于普通繞線異步電機與內(nèi)饋繞線異步電機，其特點是用低壓器件控制中壓電機，電路簡單，性能優(yōu)良，功能完善，界面友好，操作簡單方便。
文檔編號H02P23/08GK101217260SQ200810043039
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者張振武 申請人:張振武