矢量控制同步电动机的励磁方法

摘要

本发明公开了一种矢量控制同步电动机的励磁方法，它是用一套专门设计的数字式转子交流分量的矢量值数字式检测电路，精确的检测同步电动机转子的感生电动势交流分量的矢量值，应用随动控制的方法，精确的向转子提供准确矢量的励磁电压来保持同步电动机较高的拖动转矩。本发明可在同步电动机低滑差状态时应用矢量励磁技术投入矢量励磁、使之保持较高的转矩、一方面对同步电动机进行精确控制，保持同步电动机的电动转矩不衰减，另一机面从矢量技术层面上防止失步脉振的产生，从而真正做到了对同步电动机失步状态的监测。本发明特别适合大型磨机的同步电动机重载启动的工况和大型轧钢机、多级空压机、水泵等连续性、稳定性要求较高的设备环境。

说明书

技术领域

本发明涉及同步电动机，尤其是涉及一种矢量控制同步电动机的励磁方法。

技术背景

现有励磁技术仅为同步电动机提供单向稳恒的直流电流，对同步电动机低滑差运行状态(转子感应频率在10HZ-2.5HZ)不提供励磁电流，启动时采取异步启动法启动，只有当同步电动机达到亚同步转速时(滑差到2.5HZ)顺极一次性投入预调的稳恒直流电流1.2-1.4倍的瞬时强励，一步把同步电动机从亚同步状态拖入同步转速状态(把滑差从2.5HZ降到0HZ)。由于同步运行的特性较硬且同步关系严格，在未达到同步转速时，转子交流分量的矢量值是随滑差旋转的，现有技术尚不能全息捕捉。一旦启动负荷较大即在电源和负荷不稳定环境下运行时，其转子励磁(尤其是无刷同步电动机的励磁)会存在低滑差(滑差10HZ以内)下转矩丢失的现象，使电动机不能达到亚同步转速，而没达到亚同步转速而投励，由于提速陡度过大就会出现励磁矢量反向的现象，从而产生强烈的失步脉振因而损坏设备或达不到亚同步转速不能投励从而造成启动失败。就是在正常运行当中如果出现上级开关重合闸或是负荷大幅度变化，由于没有有效的失步检测手段和转子交流分量的矢量值的捕捉方法，励磁装置也不能采取有效的再整步措施，同步电动机就会由于出现失步现象而产生强烈的失步电磁脉振，电气及机械设备都会因之受到损坏，损坏的主要现象是电动机定子槽隙变大、转子线圈开裂(突极)、电动机线圈绑线及接头松动、变速箱内的齿轮出现点蚀疲点乃至出现嘣口。在现有技术条件下不要说满载启动，即使是重载启动或是失步再整步都属于成功率极低风险极高的特技动作。

发明内容

本发明的目的是为同步电动机提供一种适时的矢量控制同步电动机的励磁方法，该矢量励磁方法可在同步电动机低滑差状态时(转子感应频率在10HZ-2.5HZ)应用矢量励磁技术投入矢量励磁、保证同步电动机滑差在10HZ-2.5HZ拥有人为激励的顺向电磁转矩，使之保持较高的电动转矩，一方面对电动机进行精确控制，保持同步电动机的电动转矩不衰减，另一方面从矢量技术层面上防止失步脉振产生。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的矢量励磁方法为：数字式检测电路先从同步电动机的转子回路的感应电流精确检测出同步电动机转子的感生电动势交流分量的矢量值，然后送至可编程逻辑接收判断电路的信号输入端，经可编程逻辑接收判断电路处理，即检测出转子感应负向脉宽在50-90ms、相位为顺向相位时，应用随动控制的方法，再将处理结果从信号输出端送至变频电源的信号输入控制端，变频电源接收到信号后，即向转子输出毫秒级脉宽的矢量励磁电压，叠加到同步电动机转子的正向感应电势中去激励转子的滑动磁势，来保持同步电动机较高的拖动转矩，直至感应脉宽到200ms顺极投入励磁电压，把同步电动机平稳拖入同步转速。

本发明填补了同步电动机低滑差运行状态下的励磁空白，用一套专门设计的数字式转子交流分量的矢量值数字式检测电路，精确的检测同步电动机转子的感生电动势交流分量的矢量值，应用随动控制的方法，精确的向转子提供准确的矢量励磁电压来保持同步电动机较高的拖动转矩。本发明可在同步电动机低滑差状态时应用矢量励磁技术投入矢量励磁、使之保持较高的转矩、一方面对同步电动机进行精确控制，保持同步电动机的电动转矩不衰减，另一方面从矢量技术层面上防止失步脉振的产生。本发明使满载启动和失步再整步成为毫无风险的常规动作，为设备的安全提供了有力的技术保障。本发明采用数字式交流分量的矢量法来精确检测同步电动机转子的运行状态，真正做到了对同步电动机失步状态的监测。本发明已经在某矿业公司的自磨机上作了工业性试验，效果良好，不论何种状况磨机启动都不需要卸料，试验当中还加了数吨钢球，以提高启动负载以达到磨机的满载工况。本发明技术特别适合矿山、水泥厂等大型磨机的同步电动机重载启动的工况和大型扎钢机、多级空压机、水泵等连续性、稳定性要求较高有再整步要求的设备环境。

附图说明

图1为本发明的原理方框示意图；

图2为本发明的数字式检测电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例作进一步详细说明本发明，但应理解本发明的范围并非仅限于这些实例的范围。

本发明的矢量励磁方法为：数字式检测电路先从同步电动机转子回路的感应电流精确检测出同步电动机转子的感生电动势交流分量的矢量值，然后送至可编程逻辑接收判断电路的信号输入端，经可编程逻辑接收判断电路处理，即检测出转子感应负向脉宽在50--90ms、相位为顺向相位时，应用随动控制的方法，再将处理结果从信号输出端送至变频电源的信号输入控制端，变频电源接收到信号后，即向转子输出毫秒级脉宽的矢量励磁电压，叠加到同步电动机转子的正向感应电势中去激励转子的滑动磁势，使之不至于因为滑差的降低而衰减，来保持同步电动机较高的拖动转矩，进而保持同步电动机输出转矩不至于衰减，并促进滑差的迅速降低和同步电动机转速的稳定提高，直至感应脉宽到200ms顺极投入励磁电压，即保证同步电动机滑差在10HZ-2.5HZ拥有人为激励的顺向电磁转矩，从而把同步电动机平稳、柔性的拖入同步转速，使同步电动机即使是在重载启动和满载失步再整步的过程都不会出现电磁振荡的现象。

数字式检测电路由两个光电耦合器PC1、PC2、两个稳压二极管ZW1、ZW2、两个电容C1、C2、电阻R1、R2和大功率排阻电阻R31-R3n组成，并联的大功率排阻电阻R31-R3n的一端接同步电动机的转子回路的一端，另一端接电阻R1一端和稳压二极管ZW1阴极的公共端，电阻R1的另一端接光电耦合器PC1中的发光二极管的阳极，稳压二极管ZW1的阳极接光电耦合器PC1中的发光二极管的阴极、光电耦合器PC2中的发光二极管的阴极和稳压二极管ZW2阳极的公共端，电容C1并联在光电耦合器PC1中的发光二极管的两端，电阻R2一端和稳压二极管ZW1阴极的公共端接同步电动机的转子回路的另一端，电阻R2的另一端接光电耦合器PC2中的发光二极管的阳极，电容C2并联在光电耦合器PC2中的发光二极管的两端，光电耦合器PC1中的光敏三极管的集电极和光电耦合器PC2中的光敏三极管的集电极均接+24V电压，光电耦合器PC1中的光敏三极管的发射极和光电耦合器PC2中的光敏三极管的发射极分别接可编程逻辑接收判断电路的两个信号输入端。