一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于永磁电机驱动技术领域，涉及一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制装置及方法，主要包括三相整流装置、可关断型电力电子开关、电力电子开关保护电路、固定电阻器、检测装置、ＣＰＵ处理单元、电力电子开关驱动单元；本发明专利技术装置可以使电机的起动转矩保持在最大电磁转矩，起动电流小，可以实现起动时间最短，保持起动过程的平稳性，具有结构简单、便于维护、易于排查的优点；利用本发明专利技术的起动优化控制方法可以使电机平滑、迅速起动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种绕线转子永磁电机的起动装置，特别是涉及一种对绕线转子永磁电动 机的起动过程进行优化控制的装置，属于永磁电机驱动

技术介绍
大型起升设备对主驱动系统的基本要求是在频繁起动的工况下，起动转矩大即与额定 转矩比大于2，起动电流小即与额定电流比小于3，起动时间尽可能短即12s内。异步电机在额定电压下起动时，起动电流约是额定电流的4到7倍。通常大型 起升设备采用绕线转子异步电动机作为主驱动，起动时通过在转子回路外串电阻的方法， 降低起动电流，提高起动转矩。起升设备是按照最大起重能力选择电机，一般情况下，起升 设备的平均负载率低于50%，此时异步电机的效率和功率因数都会大幅度降低。专利号为 200910012259. 7的专利技术专利，巧妙地将永磁电动机效率和功率因数几乎与负载率无关的优 点，与绕线转子异步电动机可以外串电阻降低起动电流、提高起动转矩的优点组合，设计出 绕线转子自起动永磁电机作为起升设备的主驱动。很好地解决了起升设备平均负载率低， 起动频繁的问题。但此专利技术专利采用的起动方法在电阻切除瞬间转矩脉动，产生较大的冲 击，影响起升设备的使用寿命。针对高压电机的起动问题，专利号为200420032802. 2的技术专利，采用的是 在电机的定子绕组末端外串三相整流桥，并在整流装置的直流侧并联电力电子功率开关器 件，通过电力电子开关的通断，调节定子端电压有效值，用这种方法实现降低高压交流电动 机起动电流，即实现高压交流电动机的软起动。然而这是一种降压起动方法，这种方法同时 会使电机的起动转矩与电压降低的数量成平方倍降低，比较适合风机、泵类或对起动转矩 没有要求的负载，但不能满足起升设备的重载起动工况要求。目前大多数绕线转子异步电动机的起动方式主要有两种一是频敏变阻器起动， 这种方法是利用起动过程中转子电流的频率变化导致外串频敏变阻器等效阻抗的变化，实 现降低起动电流的目的。频敏变阻器是一种感性元件，它在降低起动电流的同时，也会降低 电机的起动转矩，并对电机的功率因数有较大的影响。另一种方法是转子外串多级电阻起 动，这种方法常用于起重转矩要求较高的场合，这种起动方案，转子外串电阻由交流接触 器逐级切除，电阻切除的瞬间，电机的输出转矩会产生突变，对起升设备的钢丝绳和传动系 统有较强的冲击，存在安全隐患。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术提供了一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制装置，其目的是为了使电 机的起动转矩保持在最大电磁转矩，起动电流小，可以实现起动时间最短，并且保证了电机 起动过程的平稳性。2、技术方案本专利技术是通过以下技术方案来实现的一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制装置，主要包括三相整流装置、可关断3型电力电子开关、电力电子开关保护电路、固定电阻器、检测装置、CPU处理单元、电力电子 开关驱动单元，其特征在于绕线转子永磁电机的转子绕组经滑环和电刷接在三相整流装 置的交流侧，三相整流装置的直流侧并联固定电阻器，固定电阻器两端并联可关断型电力 电子开关，检测装置接在转子绕组经过滑环和电刷后的任意一相上，另一端与CPU处理单 元连接。将绕线转子永磁电动机转子绕组中的交流电流经滑环和电刷引出，通过三相整流 装置转为直流电流，固定电阻器并联连接在三相整流装置直流侧，在固定电阻器两端并联 可关断型电力电子开关，利用保护电路对电力电子开关进行保护。三相整流装置采用二极管构成的全桥整流模块，实现交流到直流的转换。可关断型电力电子开关可以采用IGBT、功率M0SFET、GTR等可关断型开关器件。可关断型电力电子开关在通断的过程中，易产生过电压和过电流，采用缓冲吸收 电路对开关进行保护，采用RC吸收回路或RCD吸收回路等。检测装置检测转子绕组中的电流和频率，可以采用电流互感器或霍尔元件等实 现。固定电阻器采用康铜丝制造，功率值满足转差功率要求，电阻大小视设计而定。CPU处理单元可以采用单片机、DSP、PLC和工控机等其他具有CPU处理功能的器 件。一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制方法，其特征在于定子绕组通电 初始，转子绕组中电流频率为最大值，此时可关断型电力电子开关截止，占空比为0，固定电 阻器以最大值外串在绕线转子永磁电机的转子侧，随着转子速度的逐渐上升，用检测装置 检测转子绕组中任意一相的电流和频率信号，并将检测结果输送给CPU处理单元，CPU处理 单元的输出信号传送给电力电子开关驱动单元作为可关断型电力电子开关的控制信号，改 变可关断型电力电子开关的占空比控制电力电子开关的通断比例，调节固定电阻器，从而 改变转子侧等效外串电阻值，保证在起动过程中电机在最大电磁转矩下加速，实现无级切 换；当绕线转子永磁电机的转速接近同步速即转子侧起动绕组中电流频率约为0. 02f\时， 可关断型电力电子开关导通，此时占空比为1，将外串电阻全部切除，电机牵入同步，完成平 滑起动。电动机起动时转子绕组外接一个固定电阻器。基于PWM技术，利用可关断型电力电子开关的通断来控制外串起动电阻的大小， 保证电机在最大电磁转矩下起动。起动过程中CPU处理单元输出可关断型电力电子开关的控制信号，起动过程中自 动改变占空比。本方法还可以用于绕线转子异步电动机中。3、优点及效果 本专利技术具有如下优点采用本专利技术的起升设备在起动过程当中保证了在最大电磁转矩下起动，使得起动速度 加快，起动时间大幅缩短。取消了交流接触器的定期维护，由于在起动过程当中转矩无脉 动，保证了起升设备(如钢丝绳等)起动过程当中的安全性，延长了起升设备的使用寿命。四附图说明图1为本专利技术装置的原理图；图2为本专利技术采用转子串接3级电阻起动的绕线转子永磁电机的机械特性曲线示意图；图3为本专利技术最佳机械特性曲线示意图。附图标记说明图1中1、绕线转子永磁电机的定子绕组，2、绕线转子永磁电机的转子绕组，3、滑环， 4、电刷，5、三相整流装置，6、可关断型电力电子开关，7、电力电子开关保护电路，8、固定电 阻器，9、检测装置，10、CPU处理单元，11、电力电子开关驱动单元。五具体实施例方式下面结合附图对本专利技术加做进一步的说明一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制装置，如图1中所示，主要包括三相整 流装置5、可关断型电力电子开关6、电力电子开关保护电路7、固定电阻器8、检测装置9、 CPU处理单元10、电力电子开关驱动单元11，其特征在于绕线转子永磁电机的转子绕组2 经滑环3和电刷4接在三相整流装置5的交流侧，将绕线转子永磁电动机转子绕组中的交 流电流经滑环3和电刷4引出，通过三相整流装置5转为直流电流，三相整流装置5的直流 侧并联固定电阻器8，固定电阻器8两端并联可关断型电力电子开关6对固定电阻器8进行 控制，利用保护电路7对电力电子开关6进行保护；检测装置9接在转子绕组2经过滑环3 和电刷4后的任意一相上，另一端与CPU处理单元10连接。检测装置9检测转子绕组中的 任意一相上的电流和频率，并将检测结果输送给CPU处理单元10，通过运算处理，由CPU处 理单元10给出电力电子开关合理的通断比例，将此结果输送给电力电子开关驱动单元11， 控制可关断型电力电子开关6的通断，直至绕线转子永磁电机牵入同步。三相整流装置5采用二极管构成的全桥整流模块，实现交流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绕线转子永磁电动机的起动过程优化控制装置，主要包括三相整流装置（５）、可关断型电力电子开关（６）、电力电子开关保护电路（７）、固定电阻器（８）、检测装置（９）、ＣＰＵ处理单元（１０）、电力电子开关驱动单元（１１），其特征在于：绕线转子永磁电机的转子绕组（２）经滑环（３）和电刷（４）接在三相整流装置（５）的交流侧，三相整流装置（５）的直流侧并联固定电阻器（８），固定电阻器（８）两端并联可关断型电力电子开关（６），检测装置（９）接在转子绕组（２）经过滑环（３）和电刷（４）后的任意一相上，另一端与ＣＰＵ处理单元（１０）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯桂宏，张炳义，李超，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]