[发明专利]一种笼型转子永磁同步电机起动装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其是一种笼型转子永磁同步电机的起动装置及控制方法。

背景技术

笼型转子永磁同步电机是一种转子上具有鼠笼导体的永磁同步电机，与传统异步电机和电励磁同步电机相比，该种电机具有效率高、功率因数高、转矩密度高等显著优点，因而在风机、水泵拖动等工业领域极具应用前景。

笼型转子永磁同步电机可以接工频电网直接起动，但该方式存在如下问题：1）起动电流过大，可达电机额定电流的十余倍，会严重影响小容量电网上其它用电设备正常工作，也会使电机绕组发热严重、加速绝缘老化，影响电机寿命；2）起动转矩不可控制，起动时会不可避免地对电机拖动的负载造成较为严重的机械冲击，甚至损坏负载。上述原因导致直接起动方式在很多实际场合不能应用。

目前通常采用两种方法解决上述问题，但是都存在着不足。一种是使用变压器或应用于异步电机的软起动器进行降压起动，但这种方式的起动转矩会大大降低，起动时间也长，无法满足拖动较大负载的需求；另一方法是使用通用变频器驱动电机，但通用变频器因使用高压全控型电力电子器件而成本相对较高，尤其随着电机功率增大变频器成本会大幅上升，难以为用户所接收。上述问题严重制约着笼型转子永磁同步电机的推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有起动方式的上述缺陷，提供了一种笼型转子永磁同步电机新型起动装置及其控制方法。起动装置应用低压全控型器件构成电压逆变桥控制电机运行于低转速区间，采用可控硅器件构成电流逆变桥控制电机运行于高转速区间，根据电机运行转速自动实现切换，同时具备低成本、大负载能力特性。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明的一种笼型转子永磁同步电机起动装置主要包括可控整流桥1、电流逆变桥2、电压逆变桥3、笼型转子永磁同步电机4和开关K1～K8。

可控整流桥1的输入端连接三相交流电的A相，B相，C相。电流逆变桥2的输入端与可控整流桥1的输出端相连接，电流逆变桥2的输出端与笼型转子永磁同步电机4的输入端相连接；电压逆变桥3的输入端通过开关K4、K5分别与电流逆变桥2的输入端及可控整流桥1的输出端相连接，电压逆变桥3的输出端通过开关K1、K2、K3与电流逆变桥2的输出端及笼型转子永磁同步电机4的输入端相连接。

可控整流桥1包括六个功率开关器件T1A～T6A，功率开关器件T1A～T6A为可控硅，按照三相整流桥式电路连接；可控整流桥1的输出端接至直流母线P、直流母线N上。通过控制功率开关器件T1A～T6A的触发角便可控制直流母线P与N间的电压大小。

电流逆变桥2包括六个功率开关器件T1B～T6B及电感L；功率开关器件T1B～T6B为可控硅，按照三相逆变桥式电路连接；电感L的一端与直流母线P连接，另一端与T1B～T6B构成的三相逆变桥共阳极端连接。T1B～T6B工作时，分属共阳极组和共阴极组的各一个可控硅同时导通120°电角度。通过控制T1B～T6B的触发角便可控制流入笼型转子永磁同步电机4的电流，进而可以控制笼型转子永磁同步电机4的输出转矩。

电压逆变桥3包括六个全控型功率开关器件T1C～T6C及电容C。T1C～T6C按照三相逆变桥式电路连接，根据实际情况为MOSFET或IGBT等器件。电容C两端分别通过开关K4、K5与直流母线P、N连接。通过控制T1C～T6C的PWM驱动信号便可控制输入到笼型转子永磁同步电机4的电压，进而可以控制笼型转子永磁同步电机4的输出转矩。

三相交流电源的A相、B相、C相通过开关K6～K8与笼型转子永磁同步电机4的输入端相连接。起动过程中，K6～K8处于关断状态；当电机达到同步转速后，K6～K8闭合，此时，笼型转子永磁同步电机4由电网直接供电，起动过程完成。

起动装置工作时，来自三相交流电源的电能经可控整流桥1后成为电压可控的直流，分别通过电流逆变桥2和电压逆变桥3逆变为交流电供给笼型转子永磁同步电机4以控制其转矩。电流逆变桥2和电压逆变桥3分时工作。当电机处于起动过程起始阶段的低转速区时，开关K1～K5处于接通状态，此时电压逆变桥3工作；当电机处于起动过程的高转速区时，开关K1～K5为断开状态，此时电流逆变桥2工作，电压逆变桥3为非工作状态。