一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在采用高壓變頻器的調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中有許多場合要用到“旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動”功能，即直接啟動正在旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，比如:風(fēng)機(jī)類負(fù)載，由于其轉(zhuǎn)子及所帶設(shè)備的轉(zhuǎn)動慣量很大，因此其從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的自由停車時間需要幾十分鐘到幾個小時，這在很多場合如石油化工過程、發(fā)電廠鍋爐等生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格的工作環(huán)境，將會使整個系統(tǒng)停產(chǎn)或機(jī)組解列，使得用戶遭受不可估量的經(jīng)濟(jì)損失；另外，在一拖多的應(yīng)用中，變頻器也必須能夠直接拖動正在高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)負(fù)載。因此，對于大功率的高壓變頻器產(chǎn)品，假如具備“旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動”功能，則會具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]“旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動”控制通常的基本原理是:首先電機(jī)定子處于“無源”狀態(tài)，而轉(zhuǎn)子處于自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速逐漸下降；通過控制算法，讓變頻器輸出一定幅值和頻率的電壓，利用電壓或電流信息準(zhǔn)確地估計(jì)出電機(jī)轉(zhuǎn)速；重新設(shè)置變頻器輸出的電壓幅值和頻率，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠平穩(wěn)的提升到指令轉(zhuǎn)速，“旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動”即完成。為實(shí)現(xiàn)該功能，必須在快速、準(zhǔn)確的估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時保證沖擊電流盡量小、避免直流過壓。
[0004]目前現(xiàn)有“旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動”過程中獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有以下兩種:
[0005](1)定子輸入恒定額定電流的V/F曲線電壓比較法。搜索時始終保持定子電流為額定電流，比較變頻器輸出電壓與V/F曲線上的電壓值，二者相等時意味此時的輸出頻率就是轉(zhuǎn)子頻率。由于V/F曲線與定子額定電流的理論計(jì)算關(guān)系并不明確，因此該方法需要較為精確的參數(shù)設(shè)計(jì)，稍有偏差即會導(dǎo)致變頻器過流故障。
[0006](2)直流母線最小電流法。即借檢測直流母線電流間接檢測轉(zhuǎn)子頻率，基本原理是定子旋轉(zhuǎn)磁場速度與電機(jī)轉(zhuǎn)子速度相同時變頻器直流母線電流最小。該方法由于需要在功率單元內(nèi)部配置直流母線電流傳感器及相關(guān)電路，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提供一種簡單、可靠、實(shí)用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動控制方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動控制方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1，獲取電機(jī)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速:檢測當(dāng)前電機(jī)反電動勢的大小，若電機(jī)反電動勢大于電機(jī)額定電壓的10%，通過數(shù)字鎖相算法獲取電機(jī)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速和磁鏈幅值；若電機(jī)反電動勢小于等于電機(jī)額定電壓的10%，通過搜頻算法獲取電機(jī)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速；
[0010]步驟2，將電機(jī)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速和磁鏈幅值作為初始值賦給無速度傳感器矢量控制器，通過矢量控制算法將電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定于當(dāng)前轉(zhuǎn)速；
[0011 ] 步驟3，根據(jù)設(shè)定的斜率分別提升電機(jī)磁鏈至電機(jī)磁鏈額定值、提升電機(jī)轉(zhuǎn)速至電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。
[0012]進(jìn)一步地，所述通過搜頻算法獲取電機(jī)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速的方法為:高壓變頻器先輸出定子電壓，之后逐步降低其輸出頻率，當(dāng)與高壓變頻器相連的電機(jī)產(chǎn)生的定子電流幅值降低到設(shè)定的閾值時，說明變頻器輸出的轉(zhuǎn)速頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率相等，記此時與電機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為電機(jī)當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速。
[0013]進(jìn)一步地，所述高壓變頻器輸出的定子電壓的頻率為電機(jī)的額定頻率、幅值為電機(jī)額定電壓的10%。
[0014]更進(jìn)一步地，所述矢量控制算法為基于磁鏈外環(huán)、勵磁電流內(nèi)環(huán)以及轉(zhuǎn)速外環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制算法。
[0015]本發(fā)明控制方法在轉(zhuǎn)速獲取階段，根據(jù)電機(jī)反電動勢大小的不同，分別采用不同的算法快速獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得的轉(zhuǎn)速的更精確，相比于現(xiàn)有的方法，本發(fā)明不改變現(xiàn)有的主電路拓?fù)浼坝布?shù)，成本低；電機(jī)轉(zhuǎn)速精確獲取以后，平穩(wěn)地切換到無速度傳感器矢量控制，保證了后續(xù)電機(jī)轉(zhuǎn)速提升階段的快速性和穩(wěn)定性。該方法簡單、可靠、安全實(shí)用，應(yīng)用到大功率高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中后，能保證變頻器在電機(jī)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下直接啟動電機(jī)，避免發(fā)生故障或保護(hù)停機(jī)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的簡化原理圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的控制流程圖。
[0018]圖3為基于定子磁鏈定向的無速度傳感器矢量控制算法原理框圖。
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中電機(jī)反電動勢曲線示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中定子磁鏈曲線示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例一中電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線示意圖。
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二中電機(jī)反電動勢曲線示意圖。
[0023]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二中定子電流幅值曲線示意圖。
[0024]圖9為本發(fā)明實(shí)施例二中電機(jī)真實(shí)轉(zhuǎn)速和變頻器輸出頻率轉(zhuǎn)速曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0026]如圖1所示，為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動控制系統(tǒng)的簡化原理圖，圖2為本發(fā)明控制流程圖，高壓變頻器一旦接收到啟動命令，則系統(tǒng)立即進(jìn)入旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接啟動狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)中主要分為自由旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲取階段、電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)控制階段和電機(jī)轉(zhuǎn)速提升三個階段。
[0027]1、轉(zhuǎn)速獲取階段就是要準(zhǔn)確地獲取電機(jī)實(shí)時的轉(zhuǎn)速信息，本專利首先根據(jù)電機(jī)端電壓處配置的電壓互感器檢測當(dāng)前電機(jī)反電動勢的大小，并根據(jù)其值的大小分為以下兩種情況分別進(jìn)行處理:
[0028]a.若電機(jī)反電動勢大于電機(jī)額定電壓的10%，則可直接通過通過定子磁鏈定向矢量控制算法中的數(shù)字鎖相算法獲取電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速和磁鏈幅值，然后將實(shí)際轉(zhuǎn)速和磁鏈幅值作為變量的初值賦給矢量控制算法中的相應(yīng)變量。數(shù)字鎖相算法獲取轉(zhuǎn)速的過程為:首先將定子電壓進(jìn)行積分運(yùn)算獲得定子磁鏈在α β靜止坐標(biāo)系下的分量，再通過PARK變換將其變換到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，數(shù)字鎖相算法的核心就是通過PI運(yùn)算，將定子磁鏈的q軸分量控制為零，穩(wěn)定以后，定子磁鏈的d軸分量即為點(diǎn)擊當(dāng)前的磁鏈幅值，算法輸出即為定子磁鏈角度及同步轉(zhuǎn)速《s。
[0029]b.若檢測的電機(jī)反電動勢小于或等于電機(jī)額定電壓的10%，由于受到采樣精度以及外部干擾的影響，由測量結(jié)果已經(jīng)難以準(zhǔn)確地獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈值，此時必須采用搜頻算法獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到目標(biāo)。通過搜頻算法獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本原理為:高壓變頻器首先輸出一個頻率為電機(jī)額定頻率、幅值為電機(jī)額定電壓10%大小的定子電壓，定子電