一種磁場矢量控制軟起動器及其控制方法
2023-06-14 06:24:36
一種磁場矢量控制軟起動器及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種磁場矢量控制軟起動器及其控制方法。目前，普通軟起動器主要採用三相晶閘管降壓起動，實現電機的空間磁場矢量按照六邊形運動軌跡旋轉；該方法起動轉矩小，不能改變定子磁場的轉速，起動轉差過大；造成電機起動時反轉、抖動厲害。本發明的三相交流異步電動機的A相、B相、C相供電電源上設置由微控制器控制的六隻電力晶閘管構成磁場矢量控制電路；在微控制器的控制下，六隻晶閘管依次導通，每次導通間隔，這樣經過7個工頻周期後完成一個磁場矢量控制周期；可以保持恆定的電壓/頻率比，即保持電機主磁通恆定。待電機達到下的額定轉速以後，控制方式改為工頻調壓軟啟動，以調壓或限流方式實現啟動，直至電機起動完成。
【專利說明】一種磁場矢量控制軟起動器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種磁場矢量控制軟起動器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，普通軟起動器主要採用三相晶閘管降壓起動，它在電路結構上採用每相串接反並聯的兩隻晶閘管或雙向晶閘管，通過改變每相電壓的導通時間來實現電壓調整，通過適當選擇導通的晶閘管，實現電機的空間磁場矢量按照六邊形運動軌跡旋轉。參見圖3，普通三相晶閘管降壓軟起動器通過依次控制六隻電力晶閘管的觸發時刻，將三相工頻交流電波形變成圖3中陰影部分，在改變電壓的同時不能改變電源頻率。該方法存在兩個重要缺點。其一，起動轉矩小，三相交流異步電動機起動轉矩正比於起動電壓的平方，當電壓降低時，轉矩以起動電壓降低的平方倍數降低；其二，不能改變定子磁場的轉速，起動轉差過大；電機剛起動時，轉子轉速較低，三相晶閘管降壓起動的定子磁場是以同步轉速在轉動，相對於轉速很低的轉子，轉差很大，造成電機起動時反轉、抖動厲害。
[0003]變頻器也有被用作軟起動器的，雖然效果較好，但變頻器在技術上屬於交-直-交結構。它首先將三相工頻電源進行三相橋式不可控整流，然後對整流輸出的直流電壓進行濾波，最後採用脈衝寬度調製(PWM)技術輸出電壓頻率都可調的可控交流電。變頻器結構、技術複雜，成本較高，不易於普及推廣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種磁場矢量控制軟起動器及其控制方法，採用磁場矢量控制算法在調節電源電壓的同時，也調節了電源的頻率；並使電壓/頻率比值相對穩定，保證電機主磁通穩定，在獲得較大起動轉矩的同時，起動電流又不致過大，起動轉矩脈動分量也大大減小，起動也更加平穩。
[0005]為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
三相交流異步電動機11的A相、B相、C相供電電源O上設置由微控制器7控制的六隻電力晶閘管1、2、3、4、5、6構成磁場矢量控制電路。所述的電力晶閘管I與電力晶閘管4為反並聯結構，控制A相電源的通斷，其中電力晶閘管I控制A相電源的正半周，電力晶閘管4控制A相電源的負半周。所述的電力晶閘管3與電力晶閘管6為反並聯結構，控制B相電源的通斷，其中電力晶閘管3控制B相電源的正半周，電力晶閘管6控制B相電源的負半周。所述的電力晶閘管5與電力晶閘管2為反並聯結構，控制C相電源的通斷，其中電力晶閘管5控制C相電源的正半周，電力晶閘管2控制C相電源的負半周。電流互感器8接在電力晶閘管I的陰極與三相交流異步電動機11的A相之間，並將檢測到的A相電流信號傳遞給微控制器7 ;電流互感器9接在電力晶閘管3的陰極與三相交流異步電動機11的B相之間，並將檢測到的B相電流信號傳遞給微控制器7 ；電流互感器10接在電力晶閘管5的陰極與三相交流異步電動機11的C相之間，並將檢測到的C相電流信號傳遞給微控制器7。
[0006]一種磁場矢量控制軟起動器的控制方法為:選定A相作為參考相，當A相過零點角度為α*, a <120。時，對應4時刻，由微控制器7同時給晶閘管6、1發送觸發信號，A相正半
周和B相的負半周導通，此時電機電壓為;此後經過420'，對應時刻，由微控制器7同
時給晶閘管1、2發送觸發信號，A相正半周和C相的負半周導通，此時電機電壓為;此
後再經過420%對應％時刻，由微控制器7同時給晶閘管2、3發送觸發信號，B相正半周和
C相的負半周導通，此時電機電壓為Ac ;此後再經過420 ,對應h時刻，由微控制器7同時
給晶閘管3、4發送觸發信號，B相正半周和A相的負半周導通，此時電機電壓為;此後
再經過420 ,對應t5時刻，由微控制器?同時給晶閘管4、5發送觸發信號，C相正半周和A
相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過42CT，對應4時刻，由微控制器7同時給
晶閘管5、6發送觸發信號，C相正半周和B相的負半周導通，此時電機電壓為< ;此後再經過420'對應時刻，由微控制器7同時給晶閘管6、1發送觸發信號，A相正半周和B相
的負半周導通，此時電機電壓為，循環進行；選擇B相、C相作為參考相的控制方法與A相相同；
磁場矢量控制軟起動器對三相電源完成一個周期的控制，耗時0.14ms，經過磁場矢量控制調節後的電源頻率由50//2變為'7.14/^ ;磁場矢量控制軟起動器將電機起動到
7.14/?ζ下的額定轉速以後，控制方式改為工頻調壓軟起動，以調壓或限流方式實現起動，直至電機起動完成。
[0007]綜上所示，目前軟起動技術存在著起動電流大、脈動轉矩分量較大、起動轉矩低的特點。本發明採用磁場矢量控制算法在調節電源電壓的同時，也調節了電源的頻率。並使電壓/頻率比值相對穩定，保證電機主磁通穩定，在獲得較大起動轉矩的同時，起動電流又不致過大，起動轉矩脈動分量也大大減小，起動也更加平穩。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]附圖1為磁場矢量控制軟起動器的主迴路結構拓撲圖。
[0009]附圖2為磁場矢量控制的三相電源波形圖。
[0010]附圖3為三相晶閘管調壓三相電源波形圖。
[0011]附圖4為三相電源電壓相量圖。
[0012]附圖5為磁場矢量控制軟起動器各個導通區間對應的定子電壓相量圖。
【具體實施方式】
[0013]參見圖1-圖5，主電路結構採用六隻電力晶閘管1、2、3、4、5、6在微控制器7的控制下組成磁場矢量控制電路帶動三相異步電機11起動，以附圖2中三相電壓波形為參考，附圖2是觸發角Of= 90"的三相電壓波形圖，三相電壓相量圖如附圖4所示,選擇A相作為
參考相，當A相過零點角度為α α<120。時，對應:時刻，由微控制器7同時給晶閘管6、1發
送觸發信號,A相正半周和B相的負半周導通，此時電機電壓為;此後經過420%對應時刻，由微控制器7同時給晶閘管1、2發送觸發信號，A相正半周和C相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過420'對應6時刻，由微控制器?同時給晶閘管2、3發送觸
發信號，B相正半周和C相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過42CT，對時刻，由微控制器7同時給晶閘管3、4發送觸發信號，B相正半周和A相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過420'對應G時刻，由微控制器?同時給晶閘管4、5發送觸
發信號，C相正半周和A相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過420'對應^時亥IJ，由微控制器7同時給晶閘管5、6發送觸發信號，C相正半周和B相的負半周導通，此時電機電壓為As ;此後再經過420+，對應&時刻，由微控制器?同時給晶閘管6、1發送觸發信
號，A相正半周和B相的負半周導通，此時電機電壓為Wjiii。至此，磁場矢量控制軟起動器對三相電源完成一個周期的控制，耗時7個工頻周期，為0.14ms，經過磁場矢量控制調節後的電源頻率由50/?ζ變為7.14//2，電機定子電壓相量圖如附圖5所示，一個周期內沿箭頭方在空間旋轉一周，電機定子磁場方向也在一個周期內沿箭頭方向旋轉一周，頻率為7.MZfz。選擇B相、C相作為參考相的控制方法與A相相同。
[0014]電流互感器8、9、10用於將三相電流信號傳遞給微控制器7用於限流起動和電流監測。
[0015]每次觸發晶閘管時，可以通過調節觸發角u的大小來調節電壓大小，由於磁場矢量控制的周期為50/7 ? 7.14? ,結合前面的電壓調節，可以保持恆定的電壓/頻率比，即保
持電機主磁通恆定。待電機達到下的額定轉速以後，控制方式改為工頻調壓軟起動，以調壓或限流方式實現 起動，直至電機起動完成。
【權利要求】
1.一種磁場矢量控制軟起動器，其特徵在於:三相交流異步電動機(11)的A相、B相、C相供電電源(O)上設置由微控制器(7)控制的六隻電力晶閘管(I)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)構成磁場矢量控制電路；所述的電力晶閘管(I)與電力晶閘管(4)為反並聯結構，控制A相電源的通斷，其中電力晶閘管(I)控制A相電源的正半周，電力晶閘管(4 )控制A相電源的負半周；所述的電力晶閘管(3)與電力晶閘管(6)為反並聯結構，控制B相電源的通斷，其中電力晶閘管(3)控制B相電源的正半周，電力晶閘管(6)控制B相電源的負半周；所述的電力晶閘管(5)與電力晶閘管(2)為反並聯結構，控制C相電源的通斷，其中電力晶閘管(5)控制C相電源的正半周，電力晶閘管(2)控制C相電源的負半周；電流互感器(8)設置在電力晶閘管(I)的陰極與三相交流異步電動機(11)的A相之間，電流互感器(8)將檢測到的A相電流信號傳遞給微控制器(7);電流互感器(9)設置在電力晶閘管(3)的陰極與三相交流異步電動機(11)的B相之間，電流互感器(9)將檢測到的B相電流信號傳遞給微控制器(7);電流互感器(10)設置在電力晶閘管(5)的陰極與三相交流異步電動機(11)的C相之間，電流互感器(10)將檢測到的C相電流信號傳遞給微控制器(7)。
2.根據權利要求1所述的一種磁場矢量控制軟起動器的控制方法，其特徵在於:A相、B相、C相交流調壓、調頻以及定子磁場旋轉速度控制方式為:選定A相作為參考相，當A相過零點角度為a , ^ < 120Q時，對應藝?時刻，由微控制器(7 )同時給晶閘管(6 )、( I)發送觸發信號，A相正半周和B相的負半周導通，此時電機電壓為Ujl3 ;此後經過42CT，對應時刻，由微控制器(7)同時給晶閘管(1)、(2)發送觸發信號，A相正半周和C相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過42CT ,對應％時刻，由微控制器(7)同時給晶閘管(2)、(3)發送觸發信號，B相正半周和C相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過420'，對B 4時刻，由微控制器(7)同時給晶閘管(3)、(4)發送觸發信號，B相正半周和A相的負半周導通,此時電機電壓為;此後再經過4204，對應6時刻，由微控制器(7)同時給晶閘管(4)、(5)發送觸發信號，C相正半周和A相的負半周導通，此時電機電壓為;此後再經過42CT，對應4時刻，由微控制器(7)同時給晶閘管(5)、(6)發送觸發信號，C相正半周和B相的負半周導通，此時電機電壓為4s ;此後再經過42CT，對應f時刻，由微控制器(7)同時給晶閘管(6)、(I)發送觸發信號，A相正半周和B相的負半周導,此時電機電壓為Wjis ,循環進行；選擇B相、C相作為參考相的控制方法與A相相同。
3.根據權利要求2所述的一種磁場矢量控制軟起動器的控制方法，其特徵在於:磁場矢量控制軟起動器對三相電源完成一個周期的控制，耗時0.14ms，經過磁場矢量控制調節後的電源頻率由50馬變為7.14?。
4.根據權利要求2所述的一種磁場矢量控制軟起動器的控制方法，其特徵在於:磁場矢量控制軟起動器將電機起動到7.WZi2下的額定轉速以後，控制方式改為工頻調壓軟起動，以調壓或限流方式實現起動，直至電機起動完成。
【文檔編號】H02P1/26GK103618480SQ201310546586
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】孟彥京, 李林濤, 段明亮, 陳君, 劉俊傑, 張陳斌, 謝仕宏, 陳景文 申請人:陝西科技大學, 陝西科達電氣有限公司