一种控制交流异步电机飞车启动方法及控制系统

摘要

本发明公开一种控制交流异步电机飞车启动方法和控制系统，所述方法包括变频器驱动电机启动过程中对所述电机进行恒流控制，使得电机的定子和转子进行电路等效；变频器向电机施加幅值恒定且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得目标电流信号作用于电机；变频器采集机端的电机电压和电流值，控制器根据电机电压、电流值、以及施加的角频率计算所述电机的等效电感；变频器进行扫频控制，在施加的角频率达到电机的转子频率范围时，判定电机等效电感值最大，将查找到的电机的最大值电感作为搜索到的目标转子频率，基于目标转子频率实现转速追踪成功，实现飞车启动。

说明书

技术领域

本发明涉及电动机技术领域，尤其涉及一种控制交流异步电机飞车启动方法及控制系统。

背景技术

电机定子是电动机静止不动的部分，当电动机定子与变频器或工频电网都脱离时，此时电机定子“无源”，电机转子仍处于转动状态，但转速随机不确定，若对电机实施再启动必须先获得电机当前转速，否则会出现转差较大产生过流跳闸或因为转子转速较高导致电机处于发电状态使电容直压升高跳闸。

常用的飞车启动方法是控制变频器输出搜索电压和频率，使定子产生电流，对其进行矢量分解求出转矩电流分量，当定子旋转磁场速度与电机转速相同时，转矩电流分量约为零，通过观测转矩电流为最小值接近零时即搜索到转子频率，之后以当前频率按照V/F曲线控制变频器输出电压完成飞车启动，此方法存在无法使搜索频率步长极小或搜索电压设置值不合适，搜索过程中输出电流不可控，仍存在过流问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种控制交流异步电机飞车启动方法及控制系统，旨在解决如何规避变频器控制电机飞车启动过程中电流不可控，电机启动不够平稳的技术问题。

本发明的控制交流异步电机飞车启动方法包括：

变频器驱动电机启动过程中，所述变频器对所述电机进行恒流控制，使得所述电机的定子和转子进行电路等效；

所述变频器向所述电机施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机；其中，所述电机为交流异步电机；

所述变频器采集机端的电机电压和电流值，控制器根据所述电机电压、所述电流值、以及施加的角频率计算所述电机的等效电感；

所述变频器在施加的角频率达到所述电机的转子频率范围时，判定所述电机等效电感值最大，将查找到的所述电机的最大值电感作为搜索到的目标转子频率，基于所述目标转子频率实现飞车启动所述电机。

优选地，所述变频器对所述电机进行恒流控制的步骤，具体包括：

所述变频器采集所述电机的定子侧三相电流，通过abc-dq变换将三相电流变换到两相旋转坐标系下d轴电流和q轴电流，对所述d轴电流与给定电流幅值进行作差，送入PI调节器，对所述q轴电流与0进行作差，将作差结果送入所述PI调节器，以使得所述PI调节器形成电流闭环控制，其中，在所述恒流控制过程中施加不同角频率时保持定子电流I

优选地，所述abc-dq变换过程中施加变换的旋转相位θ

优选地，所述控制器根据所述电机电压、所述电流值、以及施加的角频率计算所述电机的等效电感的步骤，包括：

控制器对所述电机的电感曲线预估，所述电机的等效电路阻抗为Z＝R

其中，U为所述电机的机端电压，I为所述电流值，R

优选地，所述控制器对所述电机的电感曲线预估的步骤，还包括：

计算当前扫频频率段电感值与上一时刻扫频频率段电感变化量，若当前扫频段电感变化量ΔL

优选地，所述预设步进更改频率为55Hz至0Hz。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种交流异步电机飞车启动控制系统，所述控制系统包括变频器、模拟量采样电路、控制器、驱动模块以及电机，所述电机为交流异步电机；

所述变频器的交流输入端与电网连接，所述变频器的输出端通过线缆与所述电机连接，使得所述变频器等效为恒流源，且所述电机的定子和转子电路等效；

其中，

所述变频器，用于输出电流信号至所述电机的定子侧；

所述模拟量采样电路分别与所述变频器以及所述控制器相连，用于获取所述变频器输出的所述电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号进行信号调理，并输出电流电压的调理信号至所述控制器；

所述控制器，用于对所述电流电压的调理信号进行模数转换，将经过模数转换得到的三相电流Ia、Ib、Ic进行Park变换，得到d轴的电流I

所述控制器，还用于针对所述电流I

所述驱动模块，用于输出所述PWM信号来驱动所述变频器的IGBT，控制所述变频器向所述电机施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机，其中，所述目标电流信号和所述变频器的等效阻抗使所述电机的定子侧产生目标电压信号；

所述模拟量采样电路，还用于获取所述目标电压信号，调理所述目标电压信号后将所述目标电压信号送至所述控制器；

所述控制器，用于根据所述目标电压信号和所述目标电流信号对所述电机的电感进行估算，并通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率。

优选地，所述变频器设置有多个桥臂，在第一方向上的各个桥臂分别通过一线缆与所述电机连接。

优选地，用于连接所述电机与各个桥臂的线缆均设有电压传感器和电流传感器；

所述模拟量采样电路包括电压采样模块和电流采样模块；

所述电压传感器，用于将所述电压信号传至所述模拟量采样电路的电压采样模块进行调理后送至所述控制器进行电压信号处理。

所述电流传感器，用于将所述电流信号传至所述模拟量采样电路的电流采样模块经过调理后送至所述控制器进行电流信号处理。

本发明的有益效果在于：变频器控制电机飞车启动过程中电流可控，且能够快速搜索到转子频率进而实现了电机平稳启动；变频器在恒流控制模式下搜索电机转子频率，达到电流幅值可控，无过流现象，工作比较安全可靠，特性良好。

附图说明

图1为本发明交流异步电机飞车启动控制系统的电路结构连接图；

图2为本发明交流异步电机飞车启动控制系统的电机阻抗等效电路模型；

图3为本发明实施例的控制器执行飞车启动控制的示意框图；

图4为本发明控制交流异步电机飞车启动方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

参照图1，图1为本发明交流异步电机飞车启动控制系统的电路结构连接图；

所述交流异步电机飞车启动控制系统包括变频器10、模拟量采样电路20、控制器30、驱动模块40以及电机50；所述电机50为交流异步电机；

所述变频器10的交流输入端与电网连接，所述变频器的输出端通过线缆与所述电机50连接，使得所述变频器10等效为恒流源，且所述电机50的定子和转子电路等效；

其中，

所述变频器10，用于输出电流信号至所述电机50的定子侧；

所述模拟量采样电路20分别与所述变频器10以及所述控制器30相连，用于获取所述变频器10输出的所述电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号进行信号调理，并输出电流电压的调理信号至所述控制器30；

所述控制器30，用于对所述电流电压的调理信号进行模数转换，将经过模数转换得到的三相电流Ia、Ib、Ic进行Park变换，得到d轴的电流I

所述控制器30，还用于针对所述电流I

所述驱动模块40，用于输出所述PWM信号来驱动所述变频器10的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，控制所述变频器10向所述电机50施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机50，其中，所述预设步进更改频率为55Hz至0Hz，所述目标电流信号和所述变频器10的等效阻抗使所述电机50的定子侧产生目标电压信号；

所述模拟量采样电路20，还用于获取所述目标电压信号，调理所述目标电压信号后将所述目标电压信号送至所述控制器30；

所述控制器30，用于根据所述目标电压信号和所述目标电流信号对所述电机50的电感进行估算，并通过扫频控制执行电感最大值查询，在查找到电感最大值时，将查找到的最大值电感作为搜索到的目标转子频率。

在具体实现中，所述变频器10设置有多个桥臂，在第一方向上(所述第一方向为图1中的水平方向)的各个桥臂分别通过一线缆与所述电机50连接；

所述模拟量采样电路20包括电压采样模块022和电流采样模块021；

其中，用于连接所述电机50与各个桥臂的线缆均设有电压传感器和电流传感器；

所述电压传感器用于将所述电压信号传至所述模拟量采样电路20的电压采样模块022进行调理后送至所述控制器30进行电压信号处理；

所述电流传感器用于将所述电流信号传至所述模拟量采样电路20的电流采样模块021经过调理后送至所述控制器30进行电流信号处理。

可理解的是，参照图2，图2为本实施例的交流异步电机飞车启动控制系统的电机阻抗等效电路模型；本实施例的变频器10与电机50连接等效电路，将变频器10等效为恒流源，电机50为负载，其等效阻抗为Z＝R

将式1关系化简为下式：

根据公式4，若已知电机电压、电机输入电流、施加角速度、可估算电机等效电感。电机输入端施加变化的频率信号，角速度为变量，转子当前转速n，转差为s，当施加频率与转子频率差越小时，公式4估算的电感值越大，施加的频率低于或高于转子频率时，电感值越小。因此在施加恒定电流，频率扫描模式下，由采集的机端电压和电流，估算出电感最大值可锁定转子频率。

参照图3是本实施例的控制器执行飞车启动控制的示意框图。由于电机起始状态定子侧无电压，转子自由旋转，通过恒流变频控制使定子绕组形成电流通路。具体控制步骤如下：

(1)设置设定初始频率55Hz。初始相位θ由角速度积分可得：

(2)设置频率变化步进Δf和时间变化步进Δt，变频器由55Hz向0Hz按照设置步进更改频率为w

(3)变频器给定dq轴指定电流Id＝I*、Iq＝0，在扫频旋转角度θ

(4)在采样频率下采集机端感应电压U

(5)查询向电机施加恒流频率w

本实施例的有益效果在于：变频器控制电机飞车启动过程中电流可控，且能够快速搜索到转子频率进而实现了电机平稳启动；变频器在恒流控制模式下搜索电机转子频率，达到电流幅值可控，无过流现象，工作比较安全可靠，特性良好。

实施例二

本实施例中，控制交流异步电机飞车启动方法的主要包括以下几个技术环节，它们分别是：对电机进行恒流控制、变频器扫频控制、检测机端电压、电机电感值估算、搜索转子频率。首先变频器驱动电机启动过程中，将变频器等效为恒流源，电机定子和转子进行电路等效，变频器向电机施加幅值恒定、频率由55向0Hz按设置步进递减的电流信号；然后变频器采集机端电压，并根据电压值估算电机等效电感，当施加的频率接近转子频率附近时，电机等效电感值最大，越远离转子频率时电感值约小，扫频时记录电感最大值，此时完成转子频率搜索，记录当前频率，飞车启动电机。

参考图4，图4为本发明控制交流异步电机飞车启动方法的流程示意图，所述控制交流异步电机飞车启动方法：

步骤S10(变频器恒流控制):变频器驱动电机启动过程中，所述变频器对所述电机进行恒流控制，使得所述电机的定子和转子进行电路等效；所述电机为交流异步电机；

可理解的是，当电机转子未停止旋转且变频器检测到电机无电压后，变频器执行恒流控制策略，输出幅值恒定，起始频率为55Hz的电流信号。恒流控制策略包括采集定子侧三相电流，通过abc-dq的Park变换将三相电流变换到两相旋转坐标系下d轴电流和q轴电流，Park变换角度初始值为55Hz角频率积分所得角度θ

步骤S20(对电机进行扫频控制):所述变频器向所述电机施加幅值恒定、且频率按预设步进更改频率步进递减的目标电流信号，使得所述目标电流信号作用于所述电机；

优选地，本实施例的预设步进更改频率为55Hz至0Hz；

可理解的是，变频器从55Hz向0Hz按设置频率步进Δf、时间步进Δt进行扫频控制，频率和时间均匀变化，则角速度w

步骤S30(估算电机电感):所述变频器采集机端的电机电压和电流值，控制器根据所述电机电压、所述电流值、以及施加的角频率计算所述电机的等效电感；

可理解的是，在施加步骤S10和步骤S20的信号下，电机等效电路阻抗为Z＝R

在具体实现中，在采样频率下采集机端感应电压U

步骤S40(查找电感最大值追踪转子频率)：所述变频器在施加的角频率达到所述电机的转子频率范围时，判定所述电机等效电感值最大，将查找到的所述电机的最大值电感作为搜索到的目标转子频率，基于所述目标转子频率实现飞车启动所述电机。

需要说明的是，在恒定电流下，当变频器扫描频率在转子频率附近时，电机电感值变大，扫描频率高于或低于转子频率时，电机电感越小。

可理解的是，在恒流扫频下，根据电压、电流、频率非线性函数关系预估出电机电感曲线，判断当前扫频频率下电感值与上一时刻扫频频率下电感差值ΔL

本实施例的有益效果在于：变频器控制电机飞车启动过程中电流可控，且能够快速搜索到转子频率进而实现了电机平稳启动；变频器在恒流控制模式下搜索电机转子频率，达到电流幅值可控，无过流现象，工作比较安全可靠，特性良好。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。