專利名稱：高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法和高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)的拖動(dòng)與控制技術(shù)，尤其是一種高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法以及具有相序識(shí)別功能的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器。
背景技術(shù)：
高壓異步電動(dòng)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中獲得了廣泛應(yīng)用，但是，直接起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，一方面，使電機(jī)的定子繞組發(fā)熱，引起電機(jī)損傷；另一方面，會(huì)對(duì)供電電網(wǎng)造成污染，影響其它設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了限制電機(jī)起動(dòng)電流，可以采用定子串電抗器降壓、自藕變壓器降壓、星-三角降壓、延邊三角形降壓、變頻器和高壓固態(tài)軟起動(dòng)器等方法；對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，還可以采取轉(zhuǎn)子回路串接頻敏電阻、水電阻的方式。其中，高壓固態(tài)軟起動(dòng)器以可控硅(SCR)作為功率器件，具有電壓連續(xù)可調(diào)、價(jià)格相對(duì)低廉以及使用簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，并且具有許多輔助功能，在高壓異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制中獲得了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，高壓固態(tài)軟起動(dòng)器通常采用高壓大功率可控硅器件直接串聯(lián)的方式，控制部分檢測(cè)出電網(wǎng)相電壓的相位，并以此相位為基準(zhǔn)，改變晶閘管的觸發(fā)角，使輸出電壓按預(yù)定的曲線升至額定電壓。一般地，控制器都默認(rèn)電網(wǎng)電壓是正序的。但是，有些現(xiàn)場(chǎng)電壓相序事先沒法確定，甚至可能是負(fù)序的，這種情況下，現(xiàn)有技術(shù)中的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器將無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法和高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，可以識(shí)別電網(wǎng)電壓的相序，改善了系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。本發(fā)明提供的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法，包括步驟檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和u。，并進(jìn)行abc/dq變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud 和q軸分量瞬時(shí)值Uq;根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值對(duì)所述Uq進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω ；所述< 的值為0 ；對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分運(yùn)算，并用對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，對(duì)所述電網(wǎng)三相電壓Ua、Ub和U。進(jìn)行 abc/dq變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Uq的閉環(huán)控制；根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電壓的相序如果ω >0，則為正序；如果ω <0，則為負(fù)序。進(jìn)一步，根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電壓的相序后還可以包括步驟如果電網(wǎng)電壓為正序，則正常起動(dòng)電機(jī)；如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，且允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則反向起動(dòng)電機(jī)，并發(fā)送告警信息；如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，且不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則禁止起動(dòng)電機(jī)，并發(fā)送告警信息。
本發(fā)明還提供了一種高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，包括三相閥組、電磁觸發(fā)電路及傳輸光纖、電源側(cè)接觸器、旁路接觸器、三相電壓檢測(cè)電路、三相電流檢測(cè)電路、電源及信號(hào)綜合處理電路、控制器和人機(jī)界面系統(tǒng)，所述控制器檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和u。，并進(jìn)行abc/dq 變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud和q軸分量瞬時(shí)值Uq ；根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值對(duì)所述Uq進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω ；對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分運(yùn)算，并用對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，對(duì)所述電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和U。進(jìn)行abc/dq變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Uq的閉環(huán)控制；并識(shí)別電網(wǎng)電壓的相序，所述< 的值為0。所述人機(jī)界面系統(tǒng)還包括電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)，用于設(shè)置是否允許電機(jī)反轉(zhuǎn)。所述人機(jī)界面系 還可以包括相序告警指示燈和顯示界面。所述控制器，當(dāng)電網(wǎng)電壓為正序時(shí)，則正常起動(dòng)電機(jī)；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)為允許電機(jī)反轉(zhuǎn)且電網(wǎng)電壓為負(fù)序時(shí)，反向起動(dòng)電機(jī)，點(diǎn)亮所述相序告警指示燈并向所述顯示界面發(fā)送告警信息，并告知上位機(jī)；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)為不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)且電網(wǎng)電壓為負(fù)序時(shí)，封鎖所述三相閥組的觸發(fā)脈沖，禁止所述旁路接觸器和電源側(cè)接觸器閉合，點(diǎn)亮所述告警指示燈并向所述顯示界面發(fā)送告警信息，并告知上位機(jī)。一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器包括abc/dq轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和U。進(jìn)行abc/dq變換，得到電壓d 軸分量瞬時(shí)值Ud和q軸分量瞬時(shí)值Ui ；P I控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值對(duì)所述Uq進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω ；運(yùn)算模塊，用于對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分，并用2 π對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，用以電網(wǎng)三相電壓 、％和 Uc的abc/dq變換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Uq的閉環(huán)控制；判別模塊，用于根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電壓的相序。本發(fā)明公布的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，可以識(shí)別電網(wǎng)的相序，增強(qiáng)了系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。當(dāng)電網(wǎng)電壓為正序時(shí)，正常起動(dòng)；當(dāng)電網(wǎng)電壓為負(fù)序并且允許電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警告并反向起動(dòng)電機(jī)；當(dāng)電網(wǎng)電壓為負(fù)序并且不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， 系統(tǒng)將發(fā)出警告并封鎖電機(jī)起動(dòng)。


圖1為高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的系統(tǒng)框圖；圖2為控制器識(shí)別相序后控制電機(jī)的流程圖；圖3為實(shí)施例中控制器進(jìn)行相序識(shí)別的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
高壓固態(tài)軟起動(dòng)器如圖1所示，包括三相閥組1、電磁觸發(fā)電路及傳輸光纖2、電源側(cè)接觸器3、旁路接觸器4、三相電壓檢測(cè)電路(PT) 5、三相電流檢測(cè)電路(CT)6、電源及信號(hào)綜合處理電路7、控制器8、人機(jī)界面系統(tǒng)9?？刂破?可以以雙數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和超大規(guī)模集成電路可編程器件(CPLD或FPGA)為核心，根據(jù)檢測(cè)到的電壓和電流、面板按鈕信號(hào)或者遠(yuǎn)程控制信號(hào)及相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行電機(jī)起動(dòng)、停機(jī)和保護(hù)控制。本發(fā)明提供的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法，控制器采用如下的方法檢測(cè)電壓相及相序步驟1，檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和u。，并進(jìn)行 abc/dq變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud和q軸分量Uq瞬時(shí)值。步驟2，預(yù)先設(shè)置電壓q軸分量參考值< =0，對(duì)Uq進(jìn)行PI控制，即將q軸分量Uq
瞬時(shí)值與參考值0的差值，作為鎖相環(huán)的角速度控制誤差，獲得電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω。步驟3，對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分運(yùn)算，并用2 π對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，用以電網(wǎng)三相電壓Ua、Ub和Uc的 abc/dq變換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Uq的閉環(huán)控制；步驟4，作為一個(gè)實(shí)施例，如果ω是正數(shù)，則說明電網(wǎng)電壓是正序，可以記Flag-phaseorder = 1 ；反之，電網(wǎng)電壓是負(fù)序，記Flag-phaseorder = _1。根據(jù) Flag-phaseorder可以識(shí)別出高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序。作為一個(gè)實(shí)施例，如圖2所示，在識(shí)別出高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序后，控制器及人機(jī)界面系統(tǒng)還可以根據(jù)識(shí)別出的結(jié)果對(duì)電機(jī)進(jìn)行電機(jī)起動(dòng)、停機(jī)和保護(hù)控制第一，如果電網(wǎng)電壓為正序，即Flag-phaseorder = 1，無論是否允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，均正常起動(dòng)電機(jī)；第二，如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，即Flag-phaseorder = _1，且允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則反向起動(dòng)電機(jī)，并告警，通過RS485告知上位機(jī)。第三，如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，即Flag-phaseorder = 1，且不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則封鎖三相閥組的觸發(fā)脈沖、禁止旁路接觸器閉合、禁止電源側(cè)接觸器閉合，并發(fā)送告警信息，通過RS485告知上位機(jī)，等待更正相序。作為一個(gè)實(shí)施例，在人機(jī)界面控制系統(tǒng)的交互界面上增加了 “電機(jī)轉(zhuǎn)向，，標(biāo)識(shí)，例如，設(shè)置為“1”時(shí)，表示允許電機(jī)反轉(zhuǎn)；設(shè)置為“0”時(shí)，表示不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)。另外，本發(fā)明的人機(jī)界面系統(tǒng)上還增加了相序告警指示燈，當(dāng)電網(wǎng)電壓為負(fù)序時(shí)，控制器點(diǎn)亮相序告警指示燈并向人機(jī)界面系統(tǒng)的顯示界面發(fā)送告警信息。實(shí)施例2，圖3為一個(gè)實(shí)施例中控制器進(jìn)行相序識(shí)別的原理框圖?？刂破靼╝bc/dq轉(zhuǎn)換模塊，用于接收電源及信號(hào)綜合處理電路的電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和u。，并進(jìn)行abc/dq變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud和q軸分量瞬時(shí)值U,。PI控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值對(duì)所述Uq進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω。運(yùn)算模塊，用于對(duì)所述角速度ω進(jìn)行積分運(yùn)算；并用2 π對(duì)積分結(jié)果取模，得到所述電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ ；通過相位值θ求正弦值和余弦值，用以電網(wǎng)三相電壓ua、Ub 和U。的abc/dq變換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Uq的閉環(huán)控制。
判別模塊，用于根據(jù)角速度ω識(shí)別電壓的相序。需要說明的是，本發(fā)明的實(shí)施例所涉及到的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，除包括實(shí)施例中所涉及的器件之外，還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其他器件，為了突出本發(fā)明的發(fā)明思想，因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中只對(duì)涉及本發(fā)明的發(fā)明思想的器件進(jìn)行描述，對(duì)公知的其他器件不加贅述。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和原理下所作的修改、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法，其特征在于，包括步驟檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和u。，并進(jìn)行abc/dq變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud和q 軸分量瞬時(shí)值 ；根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值<對(duì)所述 進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω，所述< 的值為0;對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分運(yùn)算，并用對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，對(duì)所述電網(wǎng)三相電壓ua、ub和u。進(jìn)行abc/ dq變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Uq的閉環(huán)控制； 根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電壓的相序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器的相序識(shí)別方法，其特征在于，根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電壓的相序后還包括步驟如果電網(wǎng)電壓為正序，則正常起動(dòng)電機(jī)；如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，且允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則反向起動(dòng)電機(jī)，并發(fā)送告警信息； 如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，且不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則禁止起動(dòng)電機(jī)，并發(fā)送告警信息。
3.一種高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，包括三相閥組、電磁觸發(fā)電路及傳輸光纖、電源側(cè)接觸器、 旁路接觸器、三相電壓檢測(cè)電路、三相電流檢測(cè)電路、電源及信號(hào)綜合處理電路、控制器和人機(jī)界面系統(tǒng)，其特征在于所述控制器檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓Ua、ub和u。，并進(jìn)行abc/dq變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud和q軸分量瞬時(shí)值Uq ；根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值 <對(duì)所述 進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω ；對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分運(yùn)算， 并用對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，對(duì)所述電網(wǎng)三相電壓ua、ub和U。進(jìn)行abc/dq變換，以實(shí)現(xiàn)了對(duì)q軸分量瞬時(shí)值Ui的閉環(huán)控制；并根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電網(wǎng)電壓的相序，所述 < 的值為0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，其特征在于，所述人機(jī)界面系統(tǒng)包括電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)，用于設(shè)置是否允許電機(jī)反轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，其特征在于，所述人機(jī)界面系統(tǒng)包括相序告警指示燈和顯示界面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，其特征在于，所述控制器，當(dāng)電網(wǎng)電壓為正序時(shí)，則正常起動(dòng)電機(jī)；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)為允許電機(jī)反轉(zhuǎn)且電網(wǎng)電壓為負(fù)序時(shí)，反向起動(dòng)電機(jī)，點(diǎn)亮所述相序告警指示燈并向所述顯示界面發(fā)送告警信息，并告知上位機(jī)；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)為不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)且電網(wǎng)電壓為負(fù)序時(shí)，封鎖所述三相閥組的觸發(fā)脈沖， 禁止所述旁路接觸器和電源側(cè)接觸器閉合，點(diǎn)亮所述相序告警指示燈并向所述顯示界面發(fā)送告警信息，并告知上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，其特征在于，所述控制器包括 abc/dq轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)電網(wǎng)三相電壓ua、Ub和U。進(jìn)行abc/dq變換，得到電壓d軸分量瞬時(shí)值Ud和q軸分量瞬時(shí)值Ui ；PI控制器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓q軸分量參考值對(duì)所述Ui進(jìn)行PI控制，獲得所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω ；運(yùn)算模塊，用于對(duì)所得到的電網(wǎng)電壓矢量角速度ω進(jìn)行積分，并用2 π對(duì)積分結(jié)果取模，得到電網(wǎng)電壓矢量的相位值θ，并求正弦值和余弦值，用以電網(wǎng)三相電壓ua、ub和Uc的 abc/dq變換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)q軸分量瞬 時(shí)值Uq的閉環(huán)控制； 判別模塊，用于根據(jù)所述角速度ω識(shí)別電壓的相序。
全文摘要
本發(fā)明的高壓固態(tài)軟起動(dòng)器包括三相閥組、電磁觸發(fā)電路及傳輸光纖、電源側(cè)接觸器、旁路接觸器、三相電壓檢測(cè)電路、三相電流檢測(cè)電路、電源及信號(hào)綜合處理電路、控制器及人機(jī)界面系統(tǒng)，控制器檢測(cè)電網(wǎng)三相電壓ua、ub和uc，采用軟件鎖相環(huán)控制技術(shù)，獲得電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度ω并識(shí)別電網(wǎng)電壓的相序。如果電網(wǎng)電壓為正序，則正常起動(dòng)電機(jī)；如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，且允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則反向起動(dòng)電機(jī)，并發(fā)送告警信息；如果電網(wǎng)電壓為負(fù)序，且不允許電機(jī)反轉(zhuǎn)，則禁止起動(dòng)電機(jī)，并發(fā)送告警信息。本發(fā)明增強(qiáng)了系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。
文檔編號(hào)H02P1/40GK102353852SQ201110247708
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者孫開發(fā), 羅相雨, 許賢昶, 邱培春 申請(qǐng)人:廣州智光電氣股份有限公司