本發(fā)明具體涉及一種無刷雙饋電機的運行狀態(tài)控制方法。

背景技術(shù)：

無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)特殊，區(qū)別于普通電機，其定子端有兩套定子繞組，一套稱之為功率繞組，一般設(shè)計為高壓，直接連接高壓電網(wǎng)，另一套稱之為控制繞組，一般設(shè)計為低壓，低壓繞組通過控制器接低壓電網(wǎng)，利用該控制器可以實現(xiàn)對電機的調(diào)速。同普通交流電機相比，該電機無碳刷及換向器，可以實現(xiàn)以小容量低壓控制器控制大功率高壓電機，因此該電機在風電，水電，風機水泵變頻驅(qū)動等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。

但是正是由于無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)特殊，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及控制方法也很復(fù)雜，目前尚未實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用案例。單從無刷雙饋電機的運行狀態(tài)控制來講，與一套普通三相交流電機控制系統(tǒng)相比（圖一所示），一套完整的無刷雙饋電機控制系統(tǒng)（圖二所示）中包含更多的開關(guān)器件，需要通過不同的邏輯組合讓無刷雙饋電機工作在特定的運行狀態(tài)，其功率側(cè)、控制側(cè)的上下電、無刷雙饋電機的異步啟動、變頻調(diào)速、停機、急停等運行狀態(tài)的實現(xiàn)及切換均涉及到多個開關(guān)操作。目前對于無刷雙饋電機的控制方法，專注于對于無刷雙饋電機自身轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的控制，而對于系統(tǒng)安全常常較為忽視，因此現(xiàn)有的控制方法常常導(dǎo)致開關(guān)操作時機或者順序出現(xiàn)異常，使得控制系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保證無刷雙饋電機安全穩(wěn)定運行、而且實現(xiàn)簡單可靠、運轉(zhuǎn)高效的無刷雙饋電機的運行狀態(tài)控制方法。

本發(fā)明提供的這種無刷雙饋電機的運行狀態(tài)控制方法，包括如下步驟：

S1. 無刷雙饋電機控制系統(tǒng)上電；控制系統(tǒng)判斷部件的工作狀態(tài)，完成系統(tǒng)自檢，進入待機狀態(tài)；

S2. 控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的開機命令和待機狀態(tài)下部件運行狀況，根據(jù)如下判斷規(guī)則判斷無刷雙饋電機的目標控制狀態(tài)：

a. 若部件運行正常且接收到開機命令，則控制無刷雙饋電機工作在異步運行模式；

b. 若部件運行異常，則斷開所有電源，控制無刷雙饋電機工作在故障停機狀態(tài)，并報警；

S3 控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的控制命令和部件運行狀況，采用如下判斷規(guī)則判斷工作在異步運行模式下的無刷雙饋電機的目標控制狀態(tài)：

c. 若部件運行異常，則斷開所有電源，控制無刷雙饋電機工作在故障停機狀態(tài)，并報警；

d. 若部件運行正常且接收到停機命令，則控制無刷雙饋電機自由停機并工作在待機狀態(tài)；

e. 若部件運行正常且未接收到控制命令，則控制無刷雙饋電機工作在同步轉(zhuǎn)速下，并將無刷雙饋電機運行狀態(tài)切換至雙饋運行狀態(tài)；

f. 若僅控制器運行異常且所述運行異常不影響無刷雙饋電機保持在異步運行模式，則控制系統(tǒng)不動作；

S4. 控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的控制命令和部件運行狀況，采用如下判斷規(guī)則判斷工作在雙饋運行模式下的無刷雙饋電機的目標控制狀態(tài)：

g. 若部件運行異常，則斷開所有電源，控制無刷雙饋電機工作在故障停機狀態(tài)，并報警；

h. 若部件運行正常且接收到停機命令，則控制無刷雙饋電機運轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速，然后控制無刷雙饋電機依次運行在異步工作模式和待機狀態(tài)；

i. 若僅控制器運行異常且所述運行異常不影響無刷雙饋電機保持在異步運行模式，則控制無刷雙饋電機轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速，然后控制無刷雙饋電機運行在異步工作模式。

步驟S1所述的判斷判斷部件的工作狀態(tài)并完成系統(tǒng)自檢，具體為若部件的工作狀態(tài)均正常，則系統(tǒng)自檢完成，進入待機狀態(tài)；若任一部件的工作狀態(tài)異常，則報警。

步驟S2所述的控制無刷雙饋電機工作在異步運行模式，具體為閉合高壓功率開關(guān)接觸器，將啟動電阻接入無刷雙饋電機控制側(cè)繞組的啟動回路，控制無刷雙饋電機進行異步啟動，并在異步啟動完成后將啟動電阻切除，同時將無刷雙饋電機控制側(cè)繞組短路，控制無刷雙饋電機運行在異步運行模式；

步驟S3所述的控制無刷雙饋電機自由停機并工作在待機狀態(tài)，具體為斷開無刷雙饋電機的功率繞組與電源線的連接，并將啟動電阻切除，控制無刷雙饋電機停機并工作在待機狀態(tài)。

步驟S3所述的控制無刷雙饋電機工作在同步轉(zhuǎn)速下，并控制無刷雙饋電機工作在雙饋運行狀態(tài)，具體為檢測到無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速的90%時，連接無刷雙饋電機的控制側(cè)繞組和控制器，控制無刷雙饋電機工作在同步轉(zhuǎn)速下，并當無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時將無刷雙饋電機的運行狀態(tài)切換至雙饋運行狀態(tài)。

步驟S4所述的控制無刷雙饋電機運轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速，然后控制無刷雙饋電機依次運行在異步工作模式和待機狀態(tài)，具體為控制無刷雙饋電機運轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速，然后斷開無刷雙饋電機與控制器的連接，并將無刷雙饋電機的控制側(cè)繞組短接，此時無刷雙饋電機工作在異步工作模式，然后再控制無刷雙饋電機自由停機并工作在待機狀態(tài)。

本發(fā)明提供的這種無刷雙饋電機的運行狀態(tài)控制方法，結(jié)合無刷雙饋電機的特殊結(jié)構(gòu)及控制要求，按照狀態(tài)機的原理，將控制系統(tǒng)運行分為5種狀態(tài)，通過不同狀態(tài)的切換對各開關(guān)執(zhí)行相應(yīng)的動作，從而將原本復(fù)雜繁瑣的開關(guān)邏輯控制過程變得簡單高效；本發(fā)明對無刷雙饋電機的開關(guān)機操作以及系統(tǒng)的分類故障作為各狀態(tài)間的切換條件，即保證了系統(tǒng)動作的科學(xué)合理性，又有效保障了運行安全；當系統(tǒng)出現(xiàn)實現(xiàn)控制器側(cè)故障時，本發(fā)明可以通過狀態(tài)切換讓無刷雙饋電機維持在異步運行狀態(tài)，從而保證了現(xiàn)場作業(yè)的不間斷運行，在自來水廠的水泵，重要施工場所的風機等應(yīng)用場合意義重大。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)的普通三相交流電機控制系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明技術(shù)的無刷雙饋電機控制系統(tǒng)的示意圖。

圖3為本發(fā)明技術(shù)的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖。

具體實施方式

如圖2所示，為本法明技術(shù)的所述的無刷雙饋電機控制系統(tǒng)的示意圖：圖中電機功率側(cè)繞組接高壓，功率繞組極對數(shù)為1，控制側(cè)繞組接控制器，控制繞組極對數(shù)為3，控制器由低壓供電，通過變壓器與高壓側(cè)隔開，控制系統(tǒng)中包含主輸入接觸器KM1、預(yù)充電接觸器KM2、預(yù)充電阻、控制器、操作面板、控制器輸出接觸器KM3、啟動電阻接觸器KM4、啟動電阻、控制繞組短接接觸器KM5、無刷雙饋電機和功率側(cè)高壓開關(guān)接觸器KM6。本發(fā)明技術(shù)的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移方法的目的就在于針對無刷雙饋電機的各類運行狀態(tài)，進行運行狀態(tài)的切換和控制。

如圖3所示為本發(fā)明技術(shù)的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖，以下結(jié)合圖2對本發(fā)明進行進一步說明：

1、上電自檢狀態(tài)：上電自檢狀態(tài)主要完成開關(guān)狀態(tài)自檢（通過斷路器或接觸器的開關(guān)狀態(tài)反饋判斷其是否處于初始狀態(tài)），電網(wǎng)電壓檢測、控制器預(yù)充電等。如果上電自檢不成功，則系統(tǒng)進行相應(yīng)的故障提示，并且維持在該狀態(tài)，直至自檢相關(guān)的故障已排除。在該狀態(tài)下系統(tǒng)不響應(yīng)操作者的開機命令。如果上電自檢通過，則控制程序自動切換到待機狀態(tài)。

2、待機狀態(tài)：在待機狀態(tài)下系統(tǒng)主要完成狀態(tài)監(jiān)控等功能，并等待操作者執(zhí)行無刷雙饋電機操作開關(guān)。此種模式下系統(tǒng)狀態(tài)具有兩種目標控制狀態(tài)：

1）若檢測到無刷雙饋電機啟停開關(guān)變?yōu)閱訝顟B(tài)時，則執(zhí)行無刷雙饋電機異步啟動的操作，本案中具體動作是閉合高壓功率開關(guān)接觸器KM6，閉合啟動電阻接觸器KM4，此時按照無刷雙饋電機的控制理論，n=60*（fp+fc）/Pp+Pc，（n代表無刷雙饋電機轉(zhuǎn)速，fp代表功率繞組電流頻率，fc代表控制繞組電流頻率，Pp代表功率繞組極對數(shù)，Pc代表控制繞組極對數(shù)）此時fc=0，fp=50Hz，Pp+Pc=4），（同步速即為60*（0+50）/（1+3）=750rpm）此時無刷雙饋電機相當于一臺普通的異步電機，開始進行異步啟動，但由于啟動電阻的存在，此時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速小于電機的同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再將控制繞組短接接觸器KM5閉合，并斷開啟動電阻接觸器KM4，無刷雙饋電機將進一步加速，此時系統(tǒng)運行狀態(tài)自動切換至異步運行狀態(tài)；

2）若檢測到嚴重故障，則斷開啟動過程中已閉合的接觸器，斷開所有電源，并將無刷雙饋電機切換至故障停機狀態(tài)，并進行相應(yīng)的故障報警。

3、異步運行狀態(tài)：在異步運行狀態(tài)下，系統(tǒng)運行狀態(tài)局有4種目標控制狀態(tài)：

1）若系統(tǒng)檢測到停機命令，則斷開高壓功率開關(guān)接觸器KM6，斷開啟動電阻接觸器KM4，此時無刷雙饋電機將自由停機，系統(tǒng)切換回待機狀態(tài)；

2）若系統(tǒng)檢測到嚴重故障或是急停按鈕開關(guān)動作，則斷開高壓功率開關(guān)接觸器KM6，斷開啟動電阻接觸器KM4，并關(guān)閉相應(yīng)的保護，此時無刷雙饋電機將停機，系統(tǒng)切換至故障停機狀態(tài)，并進行相應(yīng)的故障報警；

3）若未檢測到停機命令，當檢測到無刷雙饋電機轉(zhuǎn)速接近同步速時（如無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的90%），斷開啟動電阻接觸器KM4，然后閉合變頻器輸出接觸器KM3，由控制器輸出相應(yīng)的電壓信號來維持無刷雙饋電機在同步速運行，然后系統(tǒng)切換至雙饋運行狀態(tài)；

4）若系統(tǒng)檢測到控制器故障，但是不影響異步運行，則不進行雙饋或停機轉(zhuǎn)態(tài)切換，而保持在異步運行模式，從而保證作業(yè)現(xiàn)場不停機。

4、雙饋運行狀態(tài)：在雙饋運行狀態(tài)下，系統(tǒng)主要接受操作者發(fā)出的調(diào)速命令，并利用控制器調(diào)速算法通過控制繞組對無刷雙饋電機進行調(diào)速，以滿足不同的工況需求，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的正常工作。此種狀態(tài)下，系統(tǒng)運行狀態(tài)具有3種目標控制狀態(tài)：

1）若檢測到停機命令，則首先將轉(zhuǎn)速調(diào)至同步速，然后將控制器輸出接觸器KM3斷開，并將控制繞組短接接觸器KM5閉合，無刷雙饋電機進入異步運行狀態(tài)，接下來會在異步運行狀態(tài)下執(zhí)行切換到待機狀態(tài)的動作直至無刷雙饋電機停機；

2）若系統(tǒng)檢測到嚴重故障或急停按鈕開關(guān)動作，則斷開控制器輸出接觸器KM3，斷開高壓側(cè)功率開關(guān)接觸器KM6，讓無刷雙饋電機自由停機，系統(tǒng)切換至故障停機狀態(tài)，并進行相應(yīng)的故障報警；

3）若系統(tǒng)檢測到控制器故障，但是不影響異步運行，則首先將轉(zhuǎn)速調(diào)至同步速，然后將控制器輸出接觸器KM3斷開，并閉合控制繞組短接接觸器KM5，將控制繞組短接，系統(tǒng)進入異步運行狀態(tài)，并在該狀態(tài)下維持無刷雙饋電機異步運行。

5、在故障停機狀態(tài)下，系統(tǒng)不響應(yīng)操作者的開機操作命令，無刷雙饋電機一直保持停機。直至檢測到所有故障狀態(tài)全部清除，則系統(tǒng)自動切入正常待機狀態(tài)。

控制器軟件按照本發(fā)明所設(shè)計的五種狀態(tài)對無刷雙饋電機進行控制，可以保證無刷雙饋電機在任意時刻都處于合理可控的運行狀態(tài)下，進而可以依據(jù)不同運行狀態(tài)來執(zhí)行不同的控制算法，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。