本發(fā)明涉及電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

無刷雙饋電機(jī)是一種新型電機(jī)。無刷雙饋電機(jī)通過功率繞組、控制繞組和特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)無電刷結(jié)構(gòu)。目前無刷雙饋電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式可分為同步啟動(dòng)和異步啟動(dòng)，傳統(tǒng)的同步啟動(dòng)是在無刷雙饋電動(dòng)機(jī)兩套定子繞組同時(shí)加激勵(lì)源，這要求變流器的容量與無刷雙饋電機(jī)的容量一致，這與無刷雙饋電動(dòng)機(jī)能夠只使用變流器部分容量的初衷相違背。針對(duì)這一問題，專利文獻(xiàn)(ZL201511015056.5)通過將控制繞組變流器所有的功率器件斷開，并將制動(dòng)電阻接入功率控制繞組回路，這一方法雖然可利用變頻器本身的資源，實(shí)現(xiàn)無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)過程限流的功能和達(dá)到縮減設(shè)備的體積的效果，但這種方法存在如下不足：(1)當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，限流電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)可靠工作；(2)當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)失敗的狀況。專利文獻(xiàn)(ZL201511015056.5)在將電機(jī)功率繞組短接基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)電機(jī)側(cè)變流器輸出電壓的幅值和頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)。這一方法依然無法避免當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)失敗的狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置及其啟動(dòng)控制方法，采用功率繞組接直流勵(lì)磁，控制繞組接三相全控型電機(jī)側(cè)變流器，可以使電機(jī)在啟動(dòng)過程中將無刷雙饋電機(jī)等效為一臺(tái)功率繞組和控制繞組互換的同步電動(dòng)機(jī)，從而解決傳統(tǒng)的同步啟動(dòng)方法中啟動(dòng)力矩不足的問題。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置，包括無刷雙饋電機(jī)、三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器、三相全控型電機(jī)側(cè)變流器和第一、二交流電源，還包括直流變換電路、切換開關(guān)、功率繞組控制開關(guān)以及系統(tǒng)控制單元，其中三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)與第一交流電源依次分相連，三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器的直流側(cè)與三相全控型電機(jī)側(cè)變流器的直流側(cè)通過直流母線相連，直流母線上并聯(lián)有直流母線電容；直流變換電路的輸入側(cè)與直流母線電容并聯(lián)，直流變換電路的輸出側(cè)經(jīng)過切換開關(guān)與無刷雙饋電機(jī)的功率繞組相連，其中切換開關(guān)的第二輸入端和第三輸入端短接；第一交流電源經(jīng)過功率繞組控制開關(guān)與無刷雙饋電機(jī)的功率繞組相連；三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器、三相全控型電機(jī)側(cè)變流器、直流變換電路、切換開關(guān)和功率繞組控制開關(guān)分別與系統(tǒng)控制單元連接，系統(tǒng)控制單元輸出控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)序信號(hào)，系統(tǒng)控制單元執(zhí)行的控制序列包括：

步驟1：系統(tǒng)控制單元初始化，斷開切換開關(guān)和功率繞組控制開關(guān)；

步驟2：?jiǎn)?dòng)三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器，使三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓達(dá)到額定值；

步驟3：閉合切換開關(guān)后，控制直流變換電路輸出電壓，使功率繞組的電流逐步達(dá)到預(yù)設(shè)值；

步驟4：系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令，控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中各開關(guān)器件的通斷，使無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升；

步驟5：判斷無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否接近額定轉(zhuǎn)速，如果是，斷開切換開關(guān)，執(zhí)行下一步驟；如果否，返回上一步驟；

步驟6：調(diào)節(jié)三相全控型電機(jī)側(cè)變流器的輸出電流，使功率繞組端電壓的相位和幅值分別與第一交流電源的相位和幅值趨于一致；

步驟7：閉合功率繞組控制開關(guān)，完成啟動(dòng)過程，系統(tǒng)控制單元控制各功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)，無刷雙饋電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置，其中所述步驟2采用基于瞬時(shí)功率理論的雙環(huán)控制算法，使電網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓達(dá)到額定值。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置，其中所述步驟4中系統(tǒng)控制單元檢測(cè)無刷雙饋電機(jī)控制繞組的電流，功率繞組端電壓的相位、幅值和第二交流電源電壓的相位、幅值，采用空間矢量調(diào)制算法，通過逐步改變控制繞組電流參考矢量的幅值和頻率，控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件開關(guān)信號(hào)，逐步提高無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置，其中所述第一交流電源與第二交流電源為相同的交流電源。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置，其中所述第一交流電源與第二交流電源為不相同的交流電源。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法，該方法設(shè)置無刷雙饋電機(jī)、三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器、三相全控型電機(jī)側(cè)變流器、直流變換電路、切換開關(guān)、功率繞組控制開關(guān)以及系統(tǒng)控制單元，該方法包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)控制單元初始化，斷開切換開關(guān)和功率繞組控制開關(guān)；

步驟2：?jiǎn)?dòng)三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器，使電網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓達(dá)到額定值；

步驟3：閉合切換開關(guān)后，控制直流變換電路輸出電壓，使功率繞組的電流逐步達(dá)到預(yù)設(shè)值；

步驟4：系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令，控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中各功率開關(guān)器件的通斷，使無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升；

步驟5：判斷無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否接近額定轉(zhuǎn)速，如果是，斷開切換開關(guān)，執(zhí)行下一步驟；如果否，返回上一步驟；

步驟6：調(diào)節(jié)三相全控型電機(jī)側(cè)變流器的輸出電流，使功率繞組端電壓的相位和幅值分別與第二交流電源的相位和幅值趨于一致；

步驟7：閉合功率繞組控制開關(guān)，完成啟動(dòng)過程，系統(tǒng)控制單元控制各功率開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，無刷雙饋電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法，其中所述步驟2采用基于瞬時(shí)功率理論的雙環(huán)控制算法，使電網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓達(dá)到額定值。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法，其中所述步驟4中系統(tǒng)控制單元檢測(cè)無刷雙饋電機(jī)控制繞組的電流，功率繞組端電壓的相位、幅值和第二交流電源電壓的相位、幅值，采用空間矢量調(diào)制算法，通過逐步改變控制繞組電流參考矢量的幅值和頻率，控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件開關(guān)信號(hào)，逐步提高無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法，其中所述第一交流電源與第二交流電源為相同的交流電源。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法，其中所述第一交流電源與第二交流電源為不相同的交流電源。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置及方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：通過改進(jìn)無刷雙饋電機(jī)控制結(jié)構(gòu)，將功率繞組接直流勵(lì)磁，控制繞組接三相全控型電機(jī)側(cè)變流器，由于定子繞組電阻小，直流變換電路輸出電壓可以較低，其容量也可較小，無刷雙饋電機(jī)在啟動(dòng)過程中等效成為了一臺(tái)功率繞組和控制繞組互換的同步電動(dòng)機(jī)，從而解決傳統(tǒng)的同步啟動(dòng)方法中啟動(dòng)力矩不足的問題，實(shí)現(xiàn)了無刷雙饋電機(jī)的高性能啟動(dòng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，下面結(jié)合參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置及方法的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置包括無刷雙饋電機(jī)7、三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3、三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4，第一、二交流電源1、2，直流變換電路5、切換開關(guān)K1、功率繞組控制開關(guān)K2以及系統(tǒng)控制單元6。其中三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3交流側(cè)與第一交流電源1依次分相連接，三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3的直流側(cè)與三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4的直流側(cè)通過直流母線相連，直流母線上并聯(lián)有直流母線電容C。

直流變換電路5的輸入側(cè)與直流母線電容C并聯(lián)，直流變換電路5的輸出側(cè)經(jīng)過切換開關(guān)K1與無刷雙饋電機(jī)7的功率繞組相連，其中切換開關(guān)K1的第二輸入端和第三輸入端短接；第二交流電源2經(jīng)過功率繞組控制開關(guān)K2與無刷雙饋電機(jī)7的功率繞組相連。

三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3、三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4、直流變換電路5、切換開關(guān)K1和功率繞組控制開關(guān)K2分別與系統(tǒng)控制單元6連接。系統(tǒng)控制單元6輸出控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4中功率開關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)序信號(hào)，參照?qǐng)D2，系統(tǒng)控制單元6執(zhí)行的控制序列包括：

步驟1：系統(tǒng)控制單元6初始化，斷開切換開關(guān)K1和功率繞組控制開關(guān)K2；

步驟2：?jiǎn)?dòng)三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3，采用基于瞬時(shí)功率理論的雙環(huán)控制算法，使三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3輸出電壓達(dá)到額定值；

步驟3：閉合切換開關(guān)K1后，控制直流變換電路5輸出電壓，使功率繞組的電流逐步達(dá)到預(yù)設(shè)值；

步驟4：系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令，控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中各功率開關(guān)器件S7-S12的通斷，使無刷雙饋電機(jī)7的轉(zhuǎn)速上升；

具體方法是系統(tǒng)控制單元6檢測(cè)無刷雙饋電機(jī)7控制繞組的電流，功率繞組端電壓的相位、幅值和第二交流電源2電壓的相位、幅值，采用空間矢量調(diào)制算法，通過逐步改變控制繞組電流參考矢量的幅值和頻率，控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4中各功率開關(guān)器件S7-S12的開關(guān)信號(hào)，逐步提高無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

步驟5：系統(tǒng)控制單元6通過編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)無刷雙饋電機(jī)7的轉(zhuǎn)速，判斷無刷雙饋電機(jī)7的轉(zhuǎn)速是否接近額定轉(zhuǎn)速，如果是，斷開切換開關(guān)K1，執(zhí)行下一步驟；如果否，返回上一步驟；

步驟6：調(diào)節(jié)三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4的輸出電流，使功率繞組端電壓的相位和幅值分別與第二交流電源2的相位和幅值趨于一致；

步驟7：閉合功率繞組控制開關(guān)K2，完成啟動(dòng)過程，系統(tǒng)控制單元6控制各功率開關(guān)器件S1-S12的開關(guān)狀態(tài)，無刷雙饋電機(jī)7進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明提供的無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制方法步驟，與系統(tǒng)控制單元6執(zhí)行的控制序列一致。

在本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動(dòng)控制裝置及方法中，第一交流電源1與第二交流電源2可以為相同的交流電源，也可以為不相同的交流電源。

上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。