[发明专利]一种大功率双凸极电机驱动系统起动过程的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体为一种大功率双凸极电机驱动系统起动过程的控制方法。

背景技术

随着电机驱动系统的应用领域越来越广发，在大功率驱动场合，如中央空调驱动系统、大型机床驱动系统等场合，由于驱动系统容量非常大，传统的电机驱动变频器采用的交直交变换器系统中，网侧交流转换为直流的变换器采用二极管整流方式，由于二极管的非线性特性，将在电网中产生大量的高次谐波电流，对电网产生严重的谐波污染和无功增加，危害电网的电能质量。为了保证电网和大功率电机驱动用电设备的安全经济运行，世界各国均制定了相应的谐波标准，对大功率电机驱动系统的输入端性能作出严格的限制，输入端功率因数和输入端电流各次谐波的含量都作出了具体的限定。传统大功率电机驱动系统中通过增加有源或无源滤波器，一定程度上抑制了电网侧的谐波，并能够进行无功功率控制，但是滤波器无法从根本上解决谐波产生的问题。因此在一些大功率电机驱动系统中，通过网侧增加功率因数校正环节，如在大功率电机驱动系统的网侧整流器之后，增加一级基于Boost电路的功率因数校正电路，可以有效提高网侧的功率，并实现直流侧电网的稳定控制。但是随着电机驱动系统的容量越来越大，基于Boost电路的功率因数校正电路中储能电感体积重量大幅增大，并且器件耐受的电压、电流应力也越大，传统的基于Boost 电路的功率因数校正电路逐渐开始被PWM整流电路所取代。PWM整流器实现了网侧电流功率因数的正弦化，并且运行于单位功率因数，真正实现了电网侧绿色电能的转换，能够有效减小大功率电机驱动系统运行过程对电网的影响。

双凸极电机作为一种新型结构电机，是在开关磁阻电机的基础上衍生而来，具有结构简单，转子无绕组（或永磁体），可靠性高等优点，非常适合用于高速、大功率应用场合的驱动电机。然后，由于定子结构与开关磁阻电机的差异，双凸极电机在电机磁路、运行原理、力矩控制特性和系统控制规律等方面与开关磁阻电机比较有本质的区别，在控制上，双凸极电机与无刷直流电机相近，其性能上与直流电机调速系统相近，相比较其他类型结构，双凸极电机突出电机成本、可靠性优势，使其成为大功率电机驱动系统中的重要选择电机。

由双凸极电机构成的大功率电机驱动系统，为减小其对电网侧的影响，需要在前级增加PWM整流器，实现网侧功率因素的控制，因此构成的驱动系统包括网侧系统和电机侧系统，网侧和电机侧系统通过直流滤波电容进行解耦，连接构成大功率双凸极电机驱动系统。然而，该系统中由于网侧PWM整流器控制过程中，开机过程由于直流滤波电容电压为零，类似于传统二极管整流构成的交直变换系统，PWM整流器需要增加软起动开关，防止直流滤波电容充电过程产生尖峰电流，威胁网侧变换器的工作，并影响电网的谐波特性；机侧系统类似于传统的无刷直流电机驱动系统，需要通过对双凸极电机的电流闭环进行限定控制，实现起动功能。通常分别对大功率双凸极电机的网侧和机侧系统分别进行控制，网侧系统独立控制实现交流到直流电能的转换，机侧系统将直流电能转换为双凸极电机驱动电流输出，但是在大功率双凸极电机起动过程，机侧系统等效为网侧系统的负载，在起动过程将机侧和网侧系统独立进行控制将存在以下问题：

（1）网侧系统独立控制将电网交流电转换为直流电之后，由于PWM整流器的升压特性，导致机侧系统的直流侧电压很高，直接作为双凸极电机的驱动电源，在起动初始阶段，由于电机转速很低，并且大功率变换器的开关频率有限，电流闭环控制难以限定双凸极电机的起动电流，极易对机侧系统产生严重冲击，威胁系统的安全运行；

（2）对于网侧系统来，若机侧系统直接挂于直流侧作为其负载，从直流侧建压开始即对机侧电机进行起动控制，此时由于机侧大功率双凸极电机的反电势较低，其等效为大功率R、L负载，等效给网侧系统增加大负载。为保证网侧PWM变换器的可靠建压，通常需要在轻载或者空载减小，建立直流侧输出电压，若在建压初始就加上机侧的大功率R、L负载，将导致PWM整流器建压过程中网侧产生严重的过流现象，对其软起动开关的电流需求很大，导致软启动产生过热，无法正常运行，并且影响到网侧系统的正常建压。

因此在大功率双凸极电机驱动系统，需要有效协调网侧和机侧系统的控制，既能够保证网侧系统的安全、可靠建压，又能够实现电机侧系统中大功率双凸极电机的可靠起动控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种大功率双凸极电机驱动系统起动过程的控制方法，其电机侧对大功率双凸极电机不产生明显的冲击现象，保证大功率双凸极电机的可靠起动运行，同时保证网侧的功率因数，有效提高系统的可靠性。