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)。目前無刷雙饋電動機(jī)啟動方式可分為同步啟動和異步啟動，傳統(tǒng)的同步啟動是在無刷雙饋電動機(jī)兩套定子繞組同時加激勵源，這要求變流器的容量與無刷雙饋電機(jī)的容量一致，這與無刷雙饋電動機(jī)能夠只使用變流器部分容量的初衷相違背。因此實(shí)際過程中，無刷雙饋電機(jī)一般采用異步啟動方法。為解決無刷雙饋電機(jī)采用異步啟動方法中存在的問題，專利文獻(xiàn)(ZL 201511015056.5)通過將控制繞組變流器所有的功率器件斷開，并將制動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)啟動時間過長時，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)啟動負(fù)載較大時，會出現(xiàn)電機(jī)啟動失敗的狀況。專利文獻(xiàn)(201511015056.5)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。這一方法依然無法實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動過程中轉(zhuǎn)矩可調(diào)、啟動時間可控和確保電機(jī)平滑啟動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種無刷雙饋電機(jī)的啟動控制裝置和方法，在啟動過程中，通過合理控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件的導(dǎo)通時序，可以動態(tài)調(diào)節(jié)控制繞組電流，從而解決傳統(tǒng)異步啟動存在限流電阻功率較大、啟動過程慢等問題，加快電機(jī)啟動過程，減少啟動損耗。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

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)啟動控制裝置及其啟動控制方法，采用功率繞組接直流勵磁，控制繞組接三相全控型電機(jī)側(cè)變流器，可以使電機(jī)在啟動過程中將無刷雙饋電機(jī)等效為一臺功率繞組和控制繞組互換的同步電動機(jī)，從而解決傳統(tǒng)的同步啟動方法中啟動力矩不足的問題。

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，還包括可調(diào)電阻、可調(diào)電阻投切開關(guān)、電流檢測傳感器、功率繞組控制開關(guān)以及系統(tǒng)控制單元，其中：

所述三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)與所述第一交流電源依次分相連，所述三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器的直流側(cè)與所述三相全控型電機(jī)側(cè)變流器的直流側(cè)通過直流母線相連，所述直流母線上并聯(lián)有直流母線電容；

三相全控型電機(jī)側(cè)變流器的交流側(cè)依次分相經(jīng)三相可調(diào)電阻與無刷雙饋電機(jī)的控制繞組相連，三個可調(diào)電阻分別與可調(diào)電阻投切開關(guān)的一個常開觸點(diǎn)并聯(lián)，電流檢測傳感器安裝在無刷雙饋電機(jī)控制繞組回路中；所述第二交流電源經(jīng)過功率繞組控制開關(guān)與所述無刷雙饋電機(jī)的功率繞組依次分相相連接；

所述三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器、三相全控型電機(jī)側(cè)變流器、可調(diào)電阻投切開關(guān)和電流檢測傳感器分別與所述系統(tǒng)控制單元連接，所述系統(tǒng)控制單元接收電流檢測傳感器的輸出信號，輸出控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件的導(dǎo)通時序信號，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，斷開可調(diào)電阻投切開關(guān)和功率繞組控制開關(guān)，使可調(diào)電阻的值處于最大值；

步驟2：啟動三相全控型電網(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：系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令，使各功率開關(guān)器件關(guān)斷，然后閉合功率繞組控制開關(guān)，并導(dǎo)通三相全控型電機(jī)側(cè)變流器下半橋三個功率開關(guān)器件，使功率繞組電流增大；

步驟4：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值上限，則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟6；

步驟5：使三相全控型電機(jī)側(cè)變流器下半橋三個功率開關(guān)器件關(guān)斷，并執(zhí)行步驟4；

步驟6：導(dǎo)通三相全控型電機(jī)側(cè)變流器下半橋三個功率開關(guān)器件；

步驟7：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值上限，則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟8；

步驟8：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值下限，則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟9；

步驟9：減少可調(diào)電阻的阻值，使功率繞組電流增加；

步驟10：判斷可調(diào)電阻的阻值，如未達(dá)到最小設(shè)定值，則執(zhí)行步驟7，否則執(zhí)行步驟11；

步驟11：閉合可調(diào)電阻投切開關(guān)，完成啟動過程，無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動控制裝置，其中所述步驟2采用基于瞬時功率理論的雙環(huán)控制算法，使三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓達(dá)到額定值。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動控制裝置，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、可調(diào)電阻、可調(diào)電阻投切開關(guān)、電流檢測傳感器、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，斷開可調(diào)電阻投切開關(guān)和功率繞組控制開關(guān)，使可調(diào)電阻的值處于最大值；

步驟2：啟動三相全控型電網(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：系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令，使各功率開關(guān)器件關(guān)斷，然后閉合功率繞組控制開關(guān)，并導(dǎo)通三相全控型電機(jī)側(cè)變流器下半橋三個功率開關(guān)器件，使功率繞組電流增大；

步驟4：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值上限，則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟6；

步驟5：使三相全控型電機(jī)側(cè)變流器下半橋三個功率開關(guān)器件關(guān)斷，并執(zhí)行步驟4；

步驟6：導(dǎo)通三相全控型電機(jī)側(cè)變流器下半橋三個功率開關(guān)器件；

步驟7：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值上限，則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟8；

步驟8：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值下限，則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟9；

步驟9：減少可調(diào)電阻的阻值，使功率繞組電流增加；

步驟10：判斷可調(diào)電阻的阻值，如未達(dá)到最小設(shè)定值，則執(zhí)行步驟7，否則執(zhí)行步驟11；

步驟11：閉合可調(diào)電阻投切開關(guān)，完成啟動過程，無刷雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動控制方法，其中所述步驟2采用基于瞬時功率理論的雙環(huán)控制算法，使三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓達(dá)到額定值。

本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動控制方法，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)啟動控制裝置及方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：啟動過程在綜合利用三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器的四象限運(yùn)行能力和可調(diào)電阻的限流能力的基礎(chǔ)上，通過合理控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件的導(dǎo)通時序，進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)控制繞組電流，從而解決了傳統(tǒng)異步啟動存在限流電阻功率較大、啟動過程慢等問題，加快電機(jī)啟動過程，減少啟動損耗，實(shí)現(xiàn)了無刷雙饋電機(jī)的高性能啟動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動控制裝置的電路結(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。

參照圖1，本發(fā)明無刷雙饋電機(jī)啟動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，可調(diào)電阻R1-R3、可調(diào)電阻投切開關(guān)K1、電流檢測傳感器H1-H2、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。

三相全控型電機(jī)側(cè)變流器的交流側(cè)依次分相經(jīng)三相可調(diào)電阻R1-R3與無刷雙饋電機(jī)的控制繞組相連，三個可調(diào)電阻R1-R3分別與可調(diào)電阻投切開關(guān)K1的一個常開觸點(diǎn)并聯(lián)，電流檢測傳感器H1-H2安裝在無刷雙饋電機(jī)控制繞組回路中。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、可調(diào)電阻投切開關(guān)K1、電流檢測傳感器H1-H2分別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)通的時序信號，參照圖2，系統(tǒng)控制單元6執(zhí)行的控制序列包括：

所述系統(tǒng)控制單元6接收電流檢測傳感器H1-H2的輸出信號，輸出控制三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4中功率開關(guān)器件的導(dǎo)通時序信號，系統(tǒng)控制單元6執(zhí)行的控制序列包括：輸出控制所述三相全控型電機(jī)側(cè)變流器中功率開關(guān)器件導(dǎo)通的時序信號，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，斷開可調(diào)電阻投切開關(guān)K1和功率繞組控制開關(guān)K2，使可調(diào)電阻R1-R3的值處于最大值；

步驟2：啟動三相全控型電網(wǎng)側(cè)變流器3，采用基于瞬時功率理論的雙環(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：系統(tǒng)控制單元6發(fā)出指令，使各功率開關(guān)器件S7-S12關(guān)斷，然后閉合功率繞組控制開關(guān)K2，并導(dǎo)通三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4下半橋三個功率開關(guān)器件S8、S10和S12，使功率繞組電流增大；

步驟4：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值上限，則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟6；

步驟5：使三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4下半橋三個功率開關(guān)器件S8、S10和S12關(guān)斷，并執(zhí)行步驟4；

步驟6：導(dǎo)通三相全控型電機(jī)側(cè)變流器4下半橋三個功率開關(guān)器件S8、S10和S12；

步驟7：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值上限，則執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟8；

步驟8：檢測控制繞組電流絕對值的平均值，若該平均值大于臨界設(shè)定區(qū)域值下限，則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟9；

步驟9：減少可調(diào)電阻R1-R3的阻值，使功率繞組電流增加；

步驟10：判斷可調(diào)電阻R1-R3的阻值，如未達(dá)到最小設(shè)定值，則執(zhí)行步驟7，否則執(zhí)行步驟11；

步驟11：閉合可調(diào)電阻投切開關(guān)K1，完成啟動過程，無刷雙饋電機(jī)7轉(zhuǎn)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)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(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。