一種異步電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，特別是一種異步電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置及方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 異步電機(jī)是目前在國(guó)民生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的拖動(dòng)電機(jī)，其總負(fù)荷超過(guò)總用電量 的50%。作為動(dòng)態(tài)負(fù)荷，異步電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中存在直接并網(wǎng)啟動(dòng)電流過(guò)大的問(wèn)題，一般 可以達(dá)到電機(jī)額定電流的6倍以上，從而產(chǎn)生大量損耗，降低了電機(jī)能效。
[0004] 為了改善電機(jī)的啟動(dòng)性能，目前可以采用的控制方案包括：定子繞組星角啟動(dòng)、串 聯(lián)電抗器啟動(dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、晶閘管調(diào)壓?jiǎn)?dòng)以及變頻器變頻變壓?jiǎn)?dòng)等。其中前 三種控制結(jié)構(gòu)采用帶有機(jī)械觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，影響設(shè)備整體的可靠性。晶閘管調(diào)壓裝置的輸出 電壓諧波含量過(guò)高，增加了電機(jī)諧波損耗和發(fā)熱，降低了電機(jī)運(yùn)行效率。使用變頻器的電機(jī) 系統(tǒng)一般有變頻器直接給電機(jī)供電，變頻器的高頻諧波增大了電機(jī)高頻損耗，同時(shí)還要求 變流器的容量不低于電機(jī)容量，設(shè)備成本過(guò)高。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術(shù)均不能較好地解決異步電機(jī)直接并網(wǎng)啟動(dòng)產(chǎn)生大量損耗，降低電 機(jī)能效的問(wèn)題。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N異步電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中異步電機(jī)直接并 網(wǎng)啟動(dòng)產(chǎn)生大量損耗，降低電機(jī)能效的問(wèn)題。
[0008] 根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N異步電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置，包括順序電連 接的電源模塊、STATC0M模塊和控制模塊，STATC0M模塊用于與被控電機(jī)并聯(lián)后再與電源模 塊電連接，電源模塊用于向被控電機(jī)提供電能，控制模塊包括彼此電連接的處理單元和采 集單元； 采集單元用于采集STATC0M模塊交流側(cè)電流信號(hào)iea.eb.ee并將采集到的STATC0M模塊 交流側(cè)電流信號(hào)Ieaebxe發(fā)送至處理單元； 處理單元用于計(jì)算三相虛擬磁鏈屮a.bi和耦合點(diǎn)電壓信號(hào)Ut ;處理單元用于對(duì)給定直 流側(cè)電壓信號(hào)和STATC0M模塊直流側(cè)電壓信號(hào)Ude的差值進(jìn)行PI控制，得到給定的有 功電流信號(hào)^ ;而對(duì)給定耦合點(diǎn)電壓信號(hào)U丨與耦合點(diǎn)電壓信號(hào)Ut的差值進(jìn)行PI控制，得 到給定的無(wú)功電流信號(hào)g;處理單元用于根據(jù)給定的有功電流信號(hào)G、給定的無(wú)功電流信 號(hào)$、單位有功分和單位無(wú)功分量W3ibx合成給定的三相定子電流信號(hào)^3>￡±(11￡；4；， 對(duì)給定的三相定子電流信號(hào)與對(duì)應(yīng)的實(shí)際三相定子電流信號(hào)iea,eb,<：c的差值進(jìn)行PI控制，獲得PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)并將PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)送至STATC0M模塊； STATCOM模塊用于根據(jù)PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)節(jié)被控電機(jī)機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)軟啟動(dòng)。
[0009] 根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N異步電機(jī)的軟啟動(dòng)方法，包括以下步 驟： 采集單元采集STATC0M模塊交流側(cè)電流信號(hào)iea,eb,?并將采集到的STATC0M模塊交流 側(cè)電流信號(hào)iM.eb,e￡：發(fā)送至處理單元；處理單元計(jì)算三相虛擬磁鏈和親合點(diǎn)電壓信 號(hào)Ut ;處理單元對(duì)給定直流側(cè)電壓信號(hào)和STATC0M模塊直流側(cè)電壓信號(hào)Ude的差值進(jìn) 行PI控制，得到給定的有功電流信號(hào)$ ;對(duì)給定耦合點(diǎn)電壓信號(hào)Ui與耦合點(diǎn)電壓信號(hào)Iit 的差值進(jìn)行PI控制，得到給定的無(wú)功電流信號(hào)^ ;處理單元根據(jù)給定的有功電流信號(hào)^、 給定的無(wú)功電流信號(hào)iq、單位有功分量Va, 1?,和單位無(wú)功分量^^上,C合成給定的三相定子 電流信號(hào)對(duì)給定的三相定子電流信號(hào)與對(duì)應(yīng)的實(shí)際三相定子電流信號(hào) ica,efa,?的差值進(jìn)行PI控制，獲得PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)再將PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)送至STATC0M模塊； STATCOM模塊根據(jù)PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)節(jié)被控電機(jī)機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)軟啟動(dòng)。
[0010] 本申請(qǐng)的有益效果是，由于本申請(qǐng)基于采集到的STATCOM模塊交流側(cè)電流信號(hào) hdce獲得PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)，STATCOM模塊根據(jù)PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)節(jié)被控電機(jī)機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn) 了被控電機(jī)的軟啟動(dòng)，減小了被控電機(jī)的啟動(dòng)電流，減少了能量損耗，提升了電機(jī)能效。
[0011] 同時(shí)，由于本申請(qǐng)將STATCOM模塊與被控電機(jī)并聯(lián)，不同于傳統(tǒng)軟啟動(dòng)裝置與被 控電機(jī)直接連接的結(jié)構(gòu)，在軟啟動(dòng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，也可對(duì)被控電機(jī)的機(jī)端電壓連續(xù)調(diào)節(jié)， 從而提高了被控電機(jī)運(yùn)行的可靠性。
[0012]
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為實(shí)施例1中電源模塊、STATCOM模塊和被控電機(jī)電連接的電路圖； 圖3為實(shí)施例2的原理圖； 圖4為仿真實(shí)驗(yàn)的電流波形圖； 圖5為仿真實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)速波形圖； 圖6為仿真實(shí)驗(yàn)的耦合點(diǎn)電壓波形圖； 圖7為仿真實(shí)驗(yàn)的電機(jī)損耗波形圖。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 實(shí)施例1 : 一種異步電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置，如圖1所示，包括順序電連接的電源模塊1、STATCOM模 塊2和控制模塊3,STATCOM模塊2用于與被控電機(jī)4并聯(lián)后再與電源模塊1電連接，電源 模塊1用于向被控電機(jī)4提供電能，控制模塊3包括彼此電連接的處理單元32和采集單元 31。處理單元32包括但不限于DSP芯片、單片機(jī)和FPGA。STATCOM是指靜止同步補(bǔ)償器， 英文名稱為StaticSynchronousCompensator，簡(jiǎn)稱STATCOMo
[0017] 如圖2所示，電源模塊I為被控電機(jī)4提供電能，其包括電壓源Ug和電抗器Is，電 抗器丨s起到分壓的作用，STATC0M模塊2包括濾波電感Ls、三相全橋開(kāi)關(guān)管以及直流側(cè)電容C，通過(guò)STATC0M模塊2為被控電機(jī)4輸送無(wú)功功率。
[0018] 采集單元31用于采集STATC0M模塊2交流側(cè)電流信號(hào)iea,efa,cc并將采集到的 STATC0M模塊2交流側(cè)電流信號(hào)iea,eb,ee發(fā)送至處理單元32。采集單元31包括但不限于設(shè) 置在STATC0M模塊2交流側(cè)的電流感應(yīng)器。
[0019] 處理單元32用于計(jì)算三相虛擬磁鏈隊(duì),1^和耦合點(diǎn)電壓信號(hào)Ut ; 處理單元32用于對(duì)給定直流側(cè)電壓信號(hào)和STATC0M模塊2直流側(cè)電壓信號(hào)Ude的 差值進(jìn)行PI控制，得到給定的有功電流信號(hào)^ ;而對(duì)給定耦合點(diǎn)電壓信號(hào)叫與耦合點(diǎn)電壓 信號(hào)Ut的差值進(jìn)行PI控制，得到給定的無(wú)功電流信號(hào)$ ; 處理單元32用于根據(jù)給定的有功電流信號(hào)$、給定的無(wú)功電流信號(hào)g、單位有功分量 和單位無(wú)功分量％/!^合成給定的S相定子電流信號(hào)Uefcee，對(duì)給定的三