[发明专利]一种无刷双馈电机启动控制装置及方法

说明书

本发明无刷双馈电机启动控制装置，包括无刷双馈电机、三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器、第一、二交流电源、直流变换电路、切换开关、功率绕组控制开关以及系统控制单元，其中三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器、直流变换电路、切换开关和功率绕组控制开关分别与系统控制单元连接。本发明还提供了启动控制的方法步骤。其优点是改进了启动控制结构，功率绕组接直流励磁，控制绕组接三相全控型电机侧变流器，由于定子绕组电阻小，直流变换电路输出电压较低，其容量也可较小，电机在启动过程中等效成为了功率绕组和控制绕组互换的同步电动机，解决了传统同步启动中启动力矩不足问题，实现了无刷双馈电机的高性能启动。

技术领域

本发明涉及电机调速系统领域，具体涉及一种无刷双馈电机启动控制装置及方法。

背景技术

无刷双馈电机是一种新型电机。无刷双馈电机通过功率绕组、控制绕组和特殊设计的转子来实现无电刷结构。目前无刷双馈电动机启动方式可分为同步启动和异步启动，传统的同步启动是在无刷双馈电动机两套定子绕组同时加激励源，这要求变流器的容量与无刷双馈电机的容量一致，这与无刷双馈电动机能够只使用变流器部分容量的初衷相违背。针对这一问题，专利文献(ZL201511015056.5)通过将控制绕组变流器所有的功率器件断开，并将制动电阻接入功率控制绕组回路，这一方法虽然可利用变频器本身的资源，实现无刷双馈电机启动过程限流的功能和达到缩减设备的体积的效果，但这种方法存在如下不足：(1)当电机启动时间过长时，限流电阻发热严重，影响系统可靠工作；(2)当电机启动负载较大时，会出现电机启动失败的状况。专利文献(ZL201511015056.5)在将电机功率绕组短接基础上，通过调节电机侧变流器输出电压的幅值和频率，实现电机的启动。这一方法依然无法避免当电机启动负载较大时，会出现电机启动失败的状况。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种无刷双馈电机启动控制装置及其启动控制方法，采用功率绕组接直流励磁，控制绕组接三相全控型电机侧变流器，可以使电机在启动过程中将无刷双馈电机等效为一台功率绕组和控制绕组互换的同步电动机，从而解决传统的同步启动方法中启动力矩不足的问题。

为达上述目的，本发明一种无刷双馈电机启动控制装置，包括无刷双馈电机、三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器和第一、二交流电源，还包括直流变换电路、切换开关、功率绕组控制开关以及系统控制单元，其中三相全控型电网侧变流器交流侧与第一交流电源依次分相连，三相全控型电网侧变流器的直流侧与三相全控型电机侧变流器的直流侧通过直流母线相连，直流母线上并联有直流母线电容；直流变换电路的输入侧与直流母线电容并联，直流变换电路的输出侧经过切换开关与无刷双馈电机的功率绕组相连，其中切换开关的第二输入端和第三输入端短接；第一交流电源经过功率绕组控制开关与无刷双馈电机的功率绕组相连；三相全控型电网侧变流器、三相全控型电机侧变流器、直流变换电路、切换开关和功率绕组控制开关分别与系统控制单元连接，系统控制单元输出控制三相全控型电机侧变流器中功率开关器件导通的时序信号，系统控制单元执行的控制序列包括：

步骤1：系统控制单元初始化，断开切换开关和功率绕组控制开关；

步骤2：启动三相全控型电网侧变流器，使三相全控型电网侧变流器输出电压达到额定值；

步骤3：闭合切换开关后，控制直流变换电路输出电压，使功率绕组的电流逐步达到预设值；

步骤4：系统控制单元发出指令，控制三相全控型电机侧变流器中各开关器件的通断，使无刷双馈电机的转速上升；

步骤5：判断无刷双馈电机的转速是否接近额定转速，如果是，断开切换开关，执行下一步骤；如果否，返回上一步骤；

步骤6：调节三相全控型电机侧变流器的输出电流，使功率绕组端电压的相位和幅值分别与第一交流电源的相位和幅值趋于一致；

步骤7：闭合功率绕组控制开关，完成启动过程，系统控制单元控制各功率开关器件的开关状态，无刷双馈电机进入正常运行状态。