本发明专利技术提出了一种永磁同步电动机同步变频软起动装置及其方法，在起动过程转速精确可控，可满足电机平滑起动要求；并且结构简单，无机械换向器，不会产生火花，便于维护；容易做到大容量，高转速，高电压，晶闸管实现串并联更加可靠，可以方便地实现四象限运行；低速时采用直流脉动技术，周期地将直流环节电流降低到零，完成逆变换相；高速时逆变采用负载感应电势自动换相方式；可连续起动，重复精度高；起动容量小于电机额定容量的1/3；调速范围可以从电机的静止状态到额定转速，在此工作范围内静止变频器工作效率不会降低。止变频器工作效率不会降低。止变频器工作效率不会降低。
【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电动机同步变频软起动装置及其方法
[0001]本专利技术涉及永磁同步电动机同步变频软起动
，尤其涉及一种永磁同步电动机同步变频软起动装置及其方法。
技术介绍
[0002]永磁同步电动机同步变频软起动装置适用于小功率(500KW以下)永磁同步电动机，作电机变频起动之用。目前永磁同步电动机的主要软起动装置为电压源型变频器。由于电压源型变频器采用的是二极管器件，无法实现四象限运行，电压源型变频器在并网过程，存在电机端电压相位与电网相位不重合，对电网有冲击。虽然电流源型变频器不存在对电网的冲击，但是使用电流源型变频器时，无法精确控制晶闸管关断和导通时间，使得电流源型变频器无法使用在永磁同步电动机中。因此，本专利技术提供了一种永磁同步电动机同步变频软起动装置及其方法，通过采用转速、电流双闭环控制原理，按一定的控制策略产生晶闸管控制信号，控制变频器输出三相电流的频率、幅值和相位大小，达到电机同步转速跟踪转子转速的目的。
技术实现思路
[0003]有鉴于此，本专利技术提出了一种永磁同步电动机同步变频软起动装置及其方法，通过采用转速、电流双闭环控制原理，按一定的控制策略产生晶闸管控制信号，控制变频器输出三相电流的频率、幅值和相位大小，达到电机同步转速跟踪转子转速的目的。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种永磁同步电动机同步变频软起动装置，其包括前级接触器、后级接触器、旁路接触器和变频软起动装置，变频软起动装置包括整流桥、直流电抗器、逆变桥、控制器、过零检测电路和晶闸管驱动电路；
[0005]所述前级接触器的输入端和旁路接触器的输入端分别与三相电网连接，旁路接触器的输出端与永磁同步电动机的输入端电性连接，前级接触器的输出端通过依次串联的整流桥、直流电抗器和逆变桥与后级接触器的输入端电性连接，后级接触器的输出端与永磁同步电动机的输入端电性连接，过零检测电路的输入端与永磁同步电动机的输入端电性连接，过零检测电路的输出端与控制器的I/O口电性连接，控制器的SPWM输出端通过晶闸管驱动电路分别与整流桥和逆变桥中晶闸管的控制极电性连接。
[0006]在以上技术方案的基础上，优选的，过零检测电路包括：依次串联的电压互感器、过零比较器、反相器、二极管钳位电路、施密特触发器和光耦隔离器；
[0007]电压互感器的一次侧采集永磁同步电动机输入端的电压，并在其二次侧生成交流信号，所述交流信号通过过零比较器转换为与该交流信号频率相同、相位一致的方波信号，所述方波信号经过反相器反相后输入至二极管钳位电路，二极管钳位电路的正向导通电压钳制在0.7V，当反相后的方波信号波形刚过零点时，二极管钳位电路导通，并输出脉冲信号，实现过零检测；所述脉冲信号经过施密特触发器稳定波形，再通过光耦隔离器输出至控制器的I/O口。
[0008]另一方面，本专利技术提供了一种永磁同步电动机同步变频软起动方法，包括以下步骤：
[0009]S1、根据永磁同步电动机励磁电流建立过程中检测到的三相定子电压，计算出转子的初始位置；
[0010]S2、永磁同步电动机静止起动后，实时检测电动机转速，当永磁同步电动机转速低于额定转速的5％时，采用三相无关法检测转子位置，并采取强迫换相控制；
[0011]S3、当永磁同步电动机转速上升至额定转速的5％～10％时，基于电压过零检测法检测转子位置，并停止强迫换相，利用电机定子侧产生的反电势来自然换相；
[0012]S4、引入电流闭环控制，在电动机最大允许电流和转矩受限制的条件下，充分利用电动机的过载能力，以最大的加速度起动，到达额定转速；
[0013]S5、当永磁同步电动机转速上升至额定转速的97％时，判断是否满足并网条件，当满足并网条件时，前级接触器和后级接触器断开，旁路接触器合闸，根据电网电压和同步电动机端电压频率的差值，产生一个附加的转速微调信号，自动地调整整流桥输出直流电压的高低，对同步电动机转速作微调；
[0014]S6、永磁同步电动机进入工频运行，进入恒功率因数控制或者恒电流控制状态。
[0015]在以上技术方案的基础上，优选的，S1具体包括以下步骤：外界输出一阶跃变化的励磁电压至永磁同步电动机的机组，产生的激励电流跟随激励电压变化，激励电流产生的变化磁场在机组定子三相绕组上感应出三相感应电压，通过检测三相感应电压的相位和幅值得出转子的初始位置。
[0016]在以上技术方案的基础上，优选的，S2中三相无关法具体包括以下步骤：通过过零检测电路检测永磁同步电动机输入端的电压，对永磁同步电动机的三路端电压进行数字滤波后，进行A/D采样，若三路端电压中有一路端电压值的符号发生变化，判定永磁同步电动机输入端电压出现过零点，根据过零点电压与转子位置关系得知当前转子位置。
[0017]在以上技术方案的基础上，优选的，S2中强迫换相控制具体包括以下步骤：
[0018]S101、将整流桥的延迟角设置为150
°
，使整流桥进入逆变状态，使主回路电流降为零，关断逆变桥中所有导通的晶闸管；
[0019]S102、主回路电流降为零以后，再次使整流桥转入整流工作状态，并控制逆变桥中下一组待触发的晶闸管导通，重新建立直流回路的电流。
[0020]在以上技术方案的基础上，优选的，S3中利用电机定子侧产生的反电势来自然换相具体包括以下步骤：在永磁同步电动机的过零点处使逆变桥中晶闸管全部关断，按换相超前角等于60
°
的触发次序触发相应的晶闸管，并立即封锁电流信号，此时，逆变桥的换相剩余角满足以下公式：
[0021]其中，δ为逆变桥的换相剩余角，γ为带载时实际换相超前角，μ为换相重叠角，为换相超前角，k为大于1的安全系数，w为逆变桥工作角频率的最大可能值，t0为晶闸管的关断时间。
[0022]本专利技术的一种永磁同步电动机同步变频软起动装置及其方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0023](1)通过过零检测电路检测永磁同步电动机端电压过零点，实现转子位置区间的判断，相比与传统方法，可通过无位置传感器检测出转子的位置，并可有效检测出永磁同步
电动机端电压；
[0024](2)通过在过零检测电路中设置反相器可有效消除过零点附近的干扰，设置二极管钳位电路可以有效检测出过零点电压，即使在低速阶段时永磁同步电动机端电压波形畸变严重的情况下，也可有效检测出过零点电压，设置施密特触发器进一步稳定波形，提高装置的可靠性；设置光耦隔离器实现电气隔离，提高装置的抗干扰能力；
[0025](3)本专利技术的同步变频软起动装置在起动过程转速精确可控，可满足电机平滑起动要求；并且结构简单，无机械换向器，不会产生火花，便于维护；容易做到大容量，高转速，高电压，晶闸管实现串并联更加可靠，可以方便地实现四象限运行；
[0026](4)同步变频软起动装置是静止元件，维护工作量小，可靠性高，设备安装布置较灵活；
[0027](5)采用静止变频器起动可以使起动电流维持在同步本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电动机同步变频软起动装置，其包括前级接触器、后级接触器、旁路接触器和变频软起动装置，其特征在于：所述变频软起动装置包括整流桥、直流电抗器、逆变桥、控制器、过零检测电路和晶闸管驱动电路；所述前级接触器的输入端和旁路接触器的输入端分别与三相电网连接，旁路接触器的输出端与永磁同步电动机的输入端电性连接，前级接触器的输出端通过依次串联的整流桥、直流电抗器和逆变桥与后级接触器的输入端电性连接，后级接触器的输出端与永磁同步电动机的输入端电性连接，过零检测电路的输入端与永磁同步电动机的输入端电性连接，过零检测电路的输出端与控制器的I/O口电性连接，控制器的SPWM输出端通过晶闸管驱动电路分别与整流桥和逆变桥中晶闸管的控制极电性连接。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电动机同步变频软起动装置，其特征在于：所述过零检测电路包括：依次串联的电压互感器、过零比较器、反相器、二极管钳位电路、施密特触发器和光耦隔离器；所述电压互感器的一次侧采集永磁同步电动机输入端的电压，并在其二次侧生成交流信号，所述交流信号通过过零比较器转换为与该交流信号频率相同、相位一致的方波信号，所述方波信号经过反相器反相后输入至二极管钳位电路，二极管钳位电路的正向导通电压钳制在0.7V，当反相后的方波信号波形刚过零点时，二极管钳位电路导通，并输出脉冲信号，实现过零检测；所述脉冲信号经过施密特触发器稳定波形，再通过光耦隔离器输出至控制器的I/O口。3.一种永磁同步电动机同步变频软起动方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据永磁同步电动机励磁电流建立过程中检测到的三相定子电压，计算出转子的初始位置；S2、永磁同步电动机静止起动后，实时检测电动机转速，当永磁同步电动机转速低于额定转速的5％时，采用三相无关法检测转子位置，并采取强迫换相控制；S3、当永磁同步电动机转速上升至额定转速的5％～10％时，基于电压过零检测法检测转子位置，并停止强迫换相，利用电机定子侧产生的反电势来自然换相；S4、引入电流闭环控制，在电动机最大允许电流和转矩受限制的条件下，充分利用电动机的过载能力，以最大的加速度起动，到达额定转速；S5、当永磁同步电动机转速上升至额定转速的...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁业庭，黄启新，史红燕，于磊，陈竹光，史强，吴思思，
申请(专利权)人：大力电工襄阳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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