基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法及系统，其在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频，基于异步电机等效电路，给出当前频率下接近于励磁支路开路情况下的定子电压，并将该电压经过一定的处理作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断同步频率是否接近电机实际运行频率。当定子电流显著减小，判断同步频率接近与电机实际运行速度，然后通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，进而切换进入正常的V/f控制模式，整个启动过程平稳，无电流过冲。本发明专利技术所述方法无须硬件电路，也不需要额外增加电流闭环PI控制器，通用性较强，且易于实现，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法及系统
本专利技术涉及异步电机控制技术，具体涉及一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法及系统。
技术介绍
在异步电机控制领域，会存在一些电机在自由旋转工况下进行启动的场合，如在外界风力作用下自由旋转的风机、自由滑行的电动机车。由于此时控制对象的转速未知，若直接启动，往往会由于转差过大而引起过流，导致启动失败。对于带速度传感器的电机，可以直接通过速度传感器获取电机的真实转速，在该转速对应同步频率下直接启动。对于无速度传感器的电机，则需要通过一定的方法间接获取电机的真实转速，使得给定频率下电机的运行转差在可控范围内，再切换进入正常的控制流程，我们一般将这个过程称为异步电机控制中的转速捕获再启动(简称异步电机再启动)。当前对于异步电机再启动主要有两种方法：一种方法是增加硬件电压捕获电路，旋转的电机在短时停机时的剩磁或者外部给定激励产生剩磁的作用下，会在定子端口产生反电势，通过硬件电压捕获电路来判断反电势的频率，进而获取当前电机的旋转速度。该方法需要增加硬件电路，增加了系统的硬件成本。一种方法是通过软件处理的方法，基于异步电机的运行特性，即电机同步速度与电机旋转速度接近时异步电机等效电路中转子支路阻抗会显著增大的特性。通过引入一个电流闭环控制器，采用扫频的方法，即给定同步频率由大到小逐步扫频，当同步频率对应同步速接近电机实际转速时，电流会急剧减小，进而由此判定给定频率完成了对电机速度的捕获。该方法需要增加一个电流闭环PI调节器，由于控制对象电机不同以及扫频频率变化速率的不同，固定的PI值难以保证适应所有的场合。专利技术内容有鉴于此，有必要提供一种通用性较强，且易于实现的异步电机再启动方法及系统。本专利技术提供一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法包括如下步骤：S1、在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频；S2、基于异步电机的模型和运行特性，计算当前扫频频率下接近于励磁支路开路情况时的定子电压；S3、将所述定子电压作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断获取得到电机实际转速；S4、通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，再切换进入正常的V/f控制模式。一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动系统，所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动系统包括如下功能模块：扫频模块，用于在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频；开路电压确定模块，用于基于异步电机的模型和运行特性，计算当前扫频频率下接近于励磁支路开路情况时的定子电压；电机转速获取模块，用于将所述定子电压作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断获取得到电机实际转速；电压切换模块，用于通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，再切换进入正常的V/f控制模式。本专利技术所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法及系统，其在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频，基于异步电机等效电路，给出当前频率下接近于励磁支路开路情况下的定子电压，并将该电压经过一定的处理作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断同步频率是否接近电机实际运行频率。当定子电流显著减小，判断同步频率接近与电机实际运行速度，然后通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，进而切换进入正常的V/f控制模式，整个启动过程平稳，无电流过冲。本专利技术所述方法无须硬件电路，也不需要额外增加电流闭环PI控制器，通用性较强，且易于实现，具有较好的应用前景。附图说明图1是本专利技术所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法的流程框图；图2是异步电机T型等效电路；图3是本专利技术所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法的步骤流程图；图4是各速度段异步电机再启动波形。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，如图1所示，所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法包括如下步骤：S1、在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频；S2、基于异步电机的模型和运行特性，计算当前扫频频率下接近于励磁支路开路情况时的定子电压；S3、将所述定子电压作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断获取得到电机实际转速；S4、通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，再切换进入正常的V/f控制模式。其中，所述步骤S3还包括以下分步骤：S31、将接近于励磁支路开路情况时的定子电压进行修正处理，作为当前扫频频率下的定子电压给定值；S32、当电机转速接近电机真实转速时，由于转差变小，转子支路阻抗变大，定子电流显著减小；S33、当定子电流值小于判断阈值时，即认为同步频率接近电机实际转速，进而完成转速捕获。具体的，本专利技术所应用的异步电机转速捕获基本原理分析如下：在无速度传感器的异步电机控制系统中，无法直接获取电机转速，电机的真实运行速度的准确获取是实现正常再启动的前提，故需要基于异步电机的模型和运行特性来间接获取电机转速。异步电机T型等效电路如图2所示：图中，为定子相电压，为定子相电流，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感，Lm为励磁电感，s为异步电机转差率，n1为电机同步速，n为电机转子实际转速。从异步电机等效电路可知，当定子给定同步频率f1对应电机同步速n1(p为电机极对数)与电机真实转速n差值较大时，由于转差较大，转子电阻远小于励磁支路，励磁支路近似于开路，此时定子电压与定子电流的关系近似有：其中，Usσ为励磁支路近似开路情况下的定子相电压有效值，Us为定子相电压有效值，Is为定子相电流有效值，ω1为电机电角频率(ω1＝2πf1)。当电机的同步频率对应同步速接近电机真实转速时，此时转差率接近于0，转子支路阻抗显著增大，转子支路近似于开路，此时异步电机定子绕组电压与定子电流的关系近似有：其中，Usm为转子支路近似开路情况下的定子相电压有效值在异步电机中，励磁电感值远大于定、转子漏感值。一般情况下，相同的电流值下，异步电机扫频频率对应同步速接近于电机真实转速时，其所需电压值要远大于转差值较大时的电压值Usm＞＞Usσ。换而言之，如果在扫频阶段，定子端口给定电压都按照励磁支路近似开路情况下的电压值给定，当同步速接近电机真实转速时，电机定子电流会大幅减小。本专利技术是基于该基本原理进行异步电机转速捕获再启动，即基于异步电机的定转子电阻和漏感值，计算不同扫频频率下，励磁支路近似开路时的等效电路端口电压值。将该值经过修正处理作为当前扫频频率下的定子电压给定值，当电机转速接近电机真实转速时，由于转差变小，转子支路阻抗变大，定子电流显著减小，当定子电流值小于判断阈值时，即认为同步频率接近电机实际转速，进而完成转速捕获。根据上述基于异步电机的模型和运行特性来间接获取电机转速的基本原理，本专利技术所述异步电机再启动的实现方法如下：如图3所示，所述异步电机V/f控制模式下的异步电机再启动的整个过程通过以下几个阶段实现：阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，其特征在于，所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法包括如下步骤：S1、在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频；S2、基于异步电机的模型和运行特性，计算当前扫频频率下接近于励磁支路开路情况时的定子电压；S3、将所述定子电压作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断获取得到电机实际转速；S4、通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，再切换进入正常的V/f控制模式。

【技术特征摘要】
1.一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，其特征在于，所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法包括如下步骤：S1、在V/f控制模式下，将同步频率从最高频率由大到小连续扫频；S2、基于异步电机的模型和运行特性，计算当前扫频频率下接近于励磁支路开路情况时的定子电压；S3、将所述定子电压作为定子给定电压，根据输出电流的变化情况，判断获取得到电机实际转速；S4、通过电压渐变模式将给定电压逐步上升至正常V/f的控制电压，再切换进入正常的V/f控制模式。2.根据权利要求1所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，其特征在于，所述步骤S3还包括以下分步骤：S31、将接近于励磁支路开路情况时的定子电压进行修正处理，作为当前扫频频率下的定子电压给定值；S32、当电机转速接近电机真实转速时，由于转差变小，转子支路阻抗变大，定子电流显著减小；S33、当定子电流值小于判断阈值时，即认为同步频率接近电机实际转速，进而完成转速捕获。3.根据权利要求1所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，其特征在于，扫频阶段的频率和电压给定如下：其中，f1*为扫频阶段中扫频频率给定值，为扫频阶段中定子电压给定值，Usσ为当前扫频频率f1*下期望的励磁支路近似开路情况下的定子电压值，Tsample为控制系统的采样时间，Usσ_H为期望的励磁支路近似开路情况下的定子电压值，N为电机转子实际转速，为实际给定的扫频电压，τr为转子时间常数值。4.根据权利要求3所述基于V/f控制模式下的异步电机再启动方法，其特征在于，电压渐变公式如下：KI为时间系数用来调整该阶段电压上升速度。5.一种基于V/f控制模式下的异步电机再启动系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：金富宽，王胜勇，王傲能，王闻宇，
申请(专利权)人：中冶南方武汉自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42