一種高壓異步電機變頻軟啟動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高壓異步電機變頻軟啟動方法，尤其涉及一種采用V/F技術的高壓變頻調速裝置的高壓異步電機軟啟動方法，屬于高壓變頻調速技術領域。
【背景技術】
[0002]采用V/F控制技術的高壓變頻調速裝置，通常起動頻率為OHz-1Hz之間，但由于V/F控制屬于開環控制，不能對高壓異步電機的轉速進行監測，當在異步電機從靜止到轉動的過程中，由于異步電機的靜摩擦力和動摩擦力相差很大，當克服靜摩力轉動的轉子，在低動摩擦力的作用下產生較高加速度，使得異步電機轉子的速度會超過定子的同步磁場轉速，異步電機的轉差率在正負之間不斷波動，造成功角不斷波動，引起異步電機啟動電流上下波動，造成啟動電流波形雜亂無章。
[0003]當采用V/F控制的高壓變頻裝置在超低頻運行時，由于轉子的速度很低，使異步高壓電機轉子速度未達到慣性力矩所形成的平穩狀態時，當轉子磁極與定子磁極對正時，輸出拖動力矩大，使轉子的速度加快，而磁極未對正時，轉子速度變慢，從而使得電機轉子在一個圓周的轉速時快時慢，使得異步電機的轉差率在正負之間波動，造成功角在正負之間不斷波動，使異步高壓電機在做功和發電的狀態間來回波動，從而引起V/F控制高壓變頻裝置的輸出電流產生較大的瞬時波動，使得高壓變頻裝置每次啟動都會出現電流的無序沖擊過程，嚴重影響高壓變頻裝置內的IGBT等元件的壽命。
【發明內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供一種高壓變頻裝置的軟啟動方法，其具體的步驟如下:
1)根據高壓異步電機的極對數計算出預設功角頻率；
2)根據高異步電機的額定功率計算出其力矩電流的曲線加速時間，該曲線加速時間既為高壓異步電機的軟啟動時間；
3)高壓變頻裝置拖動高壓異步電機軟啟動，高壓變頻裝置輸出預設功角頻率，輸出電壓從零緩慢升壓至預設功角頻率對應的電壓，軟啟動時間結束后按照正常V/F進行控制。
[0005]該方法在啟動時根據異步電機參數預設啟動功角，提高轉差率，使異步電機啟動時保證功角始終為正值，實現異步電機在超低頻運行時始終處于做功狀態，實現使用V/F技術的高壓變頻裝置在異步電機啟動過程中電流平穩，軟啟動過程中頻率和電壓是不按照V/F調節的，軟啟動結束后，頻率和電壓按照V/F進行調節控制。該方法避開了最難處理的超低頻部分，在不增加硬件成本的情況下，大幅提升高壓變頻器的帶載能力，減小啟動過程對高壓電機和高壓變頻裝置的電流沖擊。
[0006]本發明的有益效果是:通過圖1和圖2的錄波圖比較可以得出，本發明大幅改善高壓變頻器啟動過程的電流波形，把啟動電流從雜波改進為類正弦波，使用相同硬件配置的功率單元，可以驅動更大電流等級的電機。
【附圖說明】
[0007]圖1為現有技術的變頻直起過程的錄波圖；
圖2為本發明的變頻軟啟過程的錄波圖；
圖3為本發明輸入參數計算的流程圖；
圖4為本發明的硬件平臺框架圖；
圖5為本發明軟啟過程頻率、電壓變化示意圖；
圖6為本發明轉差率變化示意圖。
【具體實施方式】
[0008]該軟啟動方法的步驟具體如下:
I)根據電機的極對數自動生成預設功角頻率。異步電機轉子達到平穩慣量的速度相近，但電機的極對數不同，相同頻率驅動轉子的速度相差限大，為不同極數的異步電機而設定不同的預設功角頻率，對于設備操作者的要求較高，故為達到通用性的目標，采用電機銘牌上的極對數參數進行內部自動計算，只要使用者將電機銘牌參數錄入，即可完成預設功角頻率的設定，大大減少操作人員的工作難度與參數設置錯誤的發生。
[0009]2)根據異步電機的額定功率自動生成軟啟動時間。異步電動機的功率越大，則電機的轉子質量就越高，要保證啟動過程中力矩電流不過大，則電壓升速曲線的時間要越長，通過異步電機的銘牌上的功率值，計算出其力矩電流的曲線加速時間。
[0010]3)在高壓變頻裝置拖動高壓電機啟動過程中，高壓變頻裝置輸出預設的功角頻率，電壓按電壓緩升曲線上升，使異步高壓電機在正功角的狀態下穩定的提高輸出力矩，使異步高壓電機轉子速度從靜止提升到慣量穩定速度，使異步高壓電機在平穩的電流驅動下完成啟動旋轉過程，軟啟時間結束后按照正常V/F進行控制。
[0011]下面以1250KW、2極1KV電機為實例，對高壓異步電機變頻軟啟動方法作詳細說明。
[0012]如圖3所示，根據電機的輸入參數計算出1250KW，2極，1KV電機的預設功角頻率為3.5Hz，計算出軟啟動電壓緩升曲線時間為32秒。當預設功角頻率為3.5Hz，電機額定電壓為1KV時，其軟啟完成標志為電壓輸出達到0.7KV，時間達到32秒。
[0013]在此過程中，不同于正常調頻調壓曲線的調節方式，而采用完全獨立的調節子系統，輸出頻率與電壓解耦控制。保持調制波的周期不變，并計算出在正常V/F下此頻率對應的占空比值(標準占空比)，然后按照一定速度增大調制波幅值，提高變頻器的輸出占空比。在此過程中不停的比較此占空比值是否到達標準占空比值，如果到達標準占空比值，則退出軟起動過程，進入正常調頻調壓過程。
[0014]如圖4所示，硬件平臺采用TMS320F2812DSP數字處理芯片，參數設置采用觸摸屏作為人機界面接口。軟啟動模塊在DSP內部運行時，從觸摸屏接收到電機的銘牌參數，經過內部的運算產生相關的參數，在完成后通過光纖驅動器輸出到高壓變頻器的功率變頻系統，完成高壓變頻器對高壓電機軟啟動工作。當高壓變頻器在停止狀態時，接收到啟動指令后，主板DSP程序根據軟啟動頻率給定信號，計算出調制波的頻率和幅值，通過數據總線實時傳輸到主板的FPGA芯片中；在FPGA程序中，調制波信號與由FPGA本身產生的固定三角載波(采用載波移相調制方式，每個單元的載波信號之間存在有不同的移相角度)比較后得到PWM脈沖波形。此脈沖波形通過總線板傳輸到三相光纖板，然后通過光纖通訊傳輸到每個功率單元。功率單元CPLD芯片接收到PWM信號后，通過對接收信號的還原分析，將控制信號輸出到驅動板，完成對IGBT開通關斷的控制，從而還原調制波波形，達到將任意控制波形轉化為實際高壓電壓輸出的目的。
[0015]高壓變頻器輸出頻率按照1250KW，2極，1KV電機的預設功角頻率3.5Hz輸出，PWM占空比以32秒時長的電壓緩升斜率調節。對于高壓電機驅動即為在頻率輸出恒定為3.5Hz的情況下，變頻器輸出電壓的幅值從OV平穩緩升。
[0016]如圖5和圖6所示，高壓電機的轉子從靜止到3.5Hz頻率的運行過程中，其功角均為正，同時電壓從零到0.7KV的緩升，使電機的驅動電流處于一個平穩的曲線狀態，以較小的轉動慣量加速度達到了慣量穩定速度，此時頻率運行3.5Hz，輸出電壓0.7KV，即到達1KV系統正常的壓頻比曲線對應的電壓幅值，將軟啟的控制方式無擾地轉換為V/F比控制方式，完成電機平滑起轉的過程。
[0017]在高壓變頻器整個調頻過程中，以預設功角頻率為臨界點分為軟啟部分和正常調速部分，即軟啟動調節部分和按照V/F調節部分。
[0018]在此實例中，高壓變頻器直接啟動的高壓電機在3Hz下電流有較大的沖擊和波動，且電流波形諧波極大，電機噪聲較大。而采用軟啟方式的高壓電機，在啟動過程中電流由小到大平穩上升，且波形為類正弦波，電流基本沒有沖擊，電機啟動時聲音平穩。從而在頻繁啟動的情況下，應用軟動模式工作的高壓變頻器和高壓電機的壽命將大于直接啟動模式下工作的高壓變頻器和高壓電機。
【主權項】
1.一種高壓異步電機變頻軟啟動方法，其特征在于具體的步驟如下: 1)根據高壓異步電機的極對數計算出預設功角頻率； 2)根據高異步電機的額定功率計算出其力矩電流的曲線加速時間，該曲線加速時間既為高壓異步電機的軟啟動時間； 3)高壓變頻裝置拖動高壓異步電機軟啟動，高壓變頻裝置輸出預設功角頻率，輸出電壓從零緩慢升壓至預設功角頻率對應的電壓，軟啟動時間結束后按照正常V/F進行控制。
【專利摘要】本發明公開了一種高壓異步電機變頻軟啟動方法，異步電機從預設功角頻率啟動，高壓變頻器輸出電壓從0V按電壓緩升曲線升壓，升壓到預設功角頻率對應的電壓后，轉入正常V/F控制，實現高壓異步電機的平穩啟動。本發明大幅改善高壓變頻器啟動過程的電流波形，把啟動電流從雜波改進為類正弦波，使用相同硬件配置的功率單元，可以驅動更大電流等級的電機。
【IPC分類】H02P1-30
【公開號】CN104753400
【申請號】CN201510194646
【發明人】李凱, 劉宇, 劉兆娟
【申請人】山東泰開自動化有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月23日