[发明专利]一种无刷直流励磁同步电机的起动方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及电机控制技术领域，特指一种无刷直流励磁同步电机的起动方法。

背景技术

无刷同步电机由于没有电刷和集电环，避免了火花的产生，简化了操作及维护程序，减少了电刷粉尘对电机绝缘的危害，在石油、化工、煤矿等具有爆炸性环境的场合有着广泛的应用。同时由于去掉了碳刷等易损元件，大大提高了电机的整体可靠性，在一些要求持续长时间高可靠性运行的场合也有不少的应用。

无刷直流励磁同步电机及励磁系统结构原理如图1所示，其与普通有刷同步电机的主要区别在于励磁系统，无刷直流励磁系统主要包括以下部分：

(1)静态励磁装置：一般采用可控硅静止励磁装置向交流励磁机定子绕组提供直流。

(2)交流励磁机：一般采用旋转电枢式同步电机，其功率、电压及功率因数取决于电动机的最大励磁电流及其相应的励磁电压和整流回路的接线方式。

(3)旋转整流器：旋转整流器大多采用三相半控整流桥。

(4)灭磁电阻：同步电机起动时如同感应电机，起动时必须在励磁绕组上并联灭磁电阻。同时在电机失步时保护旋转整流器等免受过电压损坏。

交流励磁机的定子由静态励磁装置供电，励磁机转子绕组与同步电机转子同轴。与主轴一起旋转的励磁机转子绕组发出三相交流电，经整流桥整流后供给同步电机转子绕组，产生励磁电流。调节交流发电机定子电流，就可使励磁发电机转子所产生的三相交流电压得到调整，从而改变同步电机励磁绕组的励磁电流。

同步电机的起动方式有两种：一种先投励，后同步起动；另一种是先异步起动，后投励牵入同步。高性能的同步电机闭环矢量控制或直接转矩控制都需要采取同步起动方式。普通有刷同步电机在同步起动时，整个励磁磁通已经建立。而无刷直流励磁装置在同步电机起动时不能提供任何励磁电流，因而不能建立任何励磁磁通。因此无刷同步电机只能异步起动，其起动也是应用的难点。

传统的无刷直流励磁同步电机采用工频运行方式。工频起动时，工频电压直接或逐渐加到同步电机定子绕组上，励磁绕组通过灭磁电阻短接，其转子回路中感应电流，产生起动转矩。到达亚同步速后，直流励磁装置开始工作，切除灭磁电阻，给转子励磁绕组加上直流励磁，电机牵入同步运行。

工频起动方式起动电流大，牵入同步的瞬间电流冲击也大，所以会增加电机温升，若连续启动，则会使电机定子绕组因温度太高而损坏或降低绝缘强度。论文《高压变频器在增安型无刷励磁同步电动机上的应用》和《无刷同步电动机的变频运行方式的研究》所提及起动方式能减小起动电流，但开环方式难以达到较好的控制效果，电机带载能力不强；同时投励整步过程电机转速波动较大，容易造成变频器过流或模块过压跳闸产生，起动成功率不高。专利《航空三级电励磁式同步电机起动控制方法及装置》所涉及的同步电机与普通无刷同步电机差别较大，电机励磁绕组增加了辅助起动的永磁副励磁机，结构较为复杂，所述控制方法也与本发明不同。因无刷直流励磁同步电机只能异步起动，普通有刷同步电机的闭环矢量控制或转矩控制策略也无法直接使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种降低起动电流冲击、在起动阶段提供优异的调速性能和高起动转矩、且控制简单的无刷直流励磁同步电机的起动方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种无刷直流励磁同步电机的起动方法，包括顺序执行的异步起动闭环矢量控制过程、过渡闭环矢量控制过程和同步闭环过程，具体为：

S1、异步起动闭环矢量控制过程：根据同步电机三相定子电流I_a、I_b和I_c，得到三相参考电压V_a、V_b、V_c，经PWM调制输出至同步电机定子绕组进行励磁；此阶段，无刷直流励磁装置无法工作，转子绕组通过灭磁电阻连接形成感应电流回路，变频器给同步电机定子绕组提供励磁电流来以感应电机的方式起动同步电机；

S2、过渡闭环矢量控制过程：当同步电机的转速达到预设转速时，由定子绕组励磁逐步切换至由无刷直流励磁装置进行励磁；具体为：当达到最小转速后，变频器通知静态励磁装置输出强励电流，旋转整流器开始工作，向同步电机转子绕组投入励磁电流，同时切除灭磁电阻；此时同步电机磁场由转子励磁装置和定子电流共同提供，完成异步到同步的整步过程；

S3、同步闭环控制过程：当切换至全部由无刷直流励磁装置提供励磁时，同步电机进入同步运行过程。

作为上述技术方案的进一步改进：