一种高压异步电机变频软启动方法.pdf

本发明公开了一种高压异步电机变频软启动方法，异步电机从预设功角频率启动，高压变频器输出电压从0V按电压缓升曲线升压，升压到预设功角频率对应的电压后，转入正常V/F控制，实现高压异步电机的平稳启动。本发明大幅改善高压变频器启动过程的电流波形，把启动电流从杂波改进为类正弦波，使用相同硬件配置的功率单元，可以驱动更大电流等级的电机。

1.  一种高压异步电机变频软启动方法，其特征在于具体的步骤如下：
1）根据高压异步电机的极对数计算出预设功角频率；
2）根据高异步电机的额定功率计算出其力矩电流的曲线加速时间，该曲线加速时间既为高压异步电机的软启动时间；
3）高压变频装置拖动高压异步电机软启动，高压变频装置输出预设功角频率，输出电压从零缓慢升压至预设功角频率对应的电压，软启动时间结束后按照正常V/F进行控制。

一种高压异步电机变频软启动方法
技术领域
 本发明涉及一种高压异步电机变频软启动方法，尤其涉及一种采用V/F技术的高压变频调速装置的高压异步电机软启动方法，属于高压变频调速技术领域。
背景技术
采用V/F控制技术的高压变频调速装置，通常起动频率为0Hz-1Hz之间，但由于V/F控制属于开环控制，不能对高压异步电机的转速进行监测，当在异步电机从静止到转动的过程中，由于异步电机的静摩擦力和动摩擦力相差很大，当克服静摩力转动的转子，在低动摩擦力的作用下产生较高加速度，使得异步电机转子的速度会超过定子的同步磁场转速，异步电机的转差率在正负之间不断波动，造成功角不断波动，引起异步电机启动电流上下波动，造成启动电流波形杂乱无章。
当采用V/F控制的高压变频装置在超低频运行时，由于转子的速度很低，使异步高压电机转子速度未达到惯性力矩所形成的平稳状态时，当转子磁极与定子磁极对正时，输出拖动力矩大，使转子的速度加快，而磁极未对正时，转子速度变慢，从而使得电机转子在一个圆周的转速时快时慢，使得异步电机的转差率在正负之间波动，造成功角在正负之间不断波动，使异步高压电机在做功和发电的状态间来回波动，从而引起V/F控制高压变频装置的输出电流产生较大的瞬时波动，使得高压变频装置每次启动都会出现电流的无序冲击过程，严重影响高压变频装置内的IGBT等元件的寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高压变频装置的软启动方法，其具体的步骤如下：
1）根据高压异步电机的极对数计算出预设功角频率；
2）根据高异步电机的额定功率计算出其力矩电流的曲线加速时间，该曲线加速时间既为高压异步电机的软启动时间；
3）高压变频装置拖动高压异步电机软启动，高压变频装置输出预设功角频率，输出电压从零缓慢升压至预设功角频率对应的电压，软启动时间结束后按照正常V/F进行控制。
该方法在启动时根据异步电机参数预设启动功角，提高转差率，使异步电机启动时保证功角始终为正值，实现异步电机在超低频运行时始终处于做功状态，实现使用V/F技术的高压变频装置在异步电机启动过程中电流平稳，软启动过程中频率和电压是不按照V/F调节的，软启动结束后，频率和电压按照V/F进行调节控制。该方法避开了最难处理的超低频部分，在不增加硬件成本的情况下，大幅提升高压变频器的带载能力，减小启动过程对高压电机和高压变频装置的电流冲击。
本发明的有益效果是：通过图1和图2的录波图比较可以得出，本发明大幅改善高压变频器启动过程的电流波形，把启动电流从杂波改进为类正弦波，使用相同硬件配置的功率单元，可以驱动更大电流等级的电机。
附图说明
图1为现有技术的变频直起过程的录波图；
图2为本发明的变频软启过程的录波图；
图3为本发明输入参数计算的流程图；
图4为本发明的硬件平台框架图；
图5为本发明软启过程频率、电压变化示意图；
图6为本发明转差率变化示意图。
具体实施方式
该软启动方法的步骤具体如下：
1）根据电机的极对数自动生成预设功角频率。异步电机转子达到平稳惯量的速度相近，但电机的极对数不同，相同频率驱动转子的速度相差限大，为不同极数的异步电机而设定不同的预设功角频率，对于设备操作者的要求较高，故为达到通用性的目标，采用电机铭牌上的极对数参数进行内部自动计算，只要使用者将电机铭牌参数录入，即可完成预设功角频率的设定，大大减少操作人员的工作难度与参数设置错误的发生。
2）根据异步电机的额定功率自动生成软启动时间。异步电动机的功率越大，则电机的转子质量就越高，要保证启动过程中力矩电流不过大，则电压升速曲线的时间要越长，通过异步电机的铭牌上的功率值，计算出其力矩电流的曲线加速时间。
3）在高压变频装置拖动高压电机启动过程中，高压变频装置输出预设的功角频率，电压按电压缓升曲线上升，使异步高压电机在正功角的状态下稳定的提高输出力矩，使异步高压电机转子速度从静止提升到惯量稳定速度，使异步高压电机在平稳的电流驱动下完成启动旋转过程，软启时间结束后按照正常V/F进行控制。
下面以1250KW、2极10KV电机为实例，对高压异步电机变频软启动方法作详细说明。
如图3所示，根据电机的输入参数计算出1250KW，2极，10KV电机的预设功角频率为3.5Hz，计算出软启动电压缓升曲线时间为32秒。当预设功角频率为3.5Hz，电机额定电压为10KV时，其软启完成标志为电压输出达到0.7KV，时间达到32秒。
在此过程中，不同于正常调频调压曲线的调节方式，而采用完全独立的调节子系统，输出频率与电压解耦控制。保持调制波的周期不变，并计算出在正常V/F下此频率对应的占空比值（标准占空比），然后按照一定速度增大调制波幅值，提高变频器的输出占空比。在此过程中不停的比较此占空比值是否到达标准占空比值，如果到达标准占空比值，则退出软起动过程，进入正常调频调压过程。
如图4所示，硬件平台采用TMS320F2812DSP数字处理芯片，参数设置采用触摸屏作为人机界面接口。软启动模块在DSP内部运行时，从触摸屏接收到电机的铭牌参数，经过内部的运算产生相关的参数，在完成后通过光纤驱动器输出到高压变频器的功率变频系统，完成高压变频器对高压电机软启动工作。当高压变频器在停止状态时，接收到启动指令后，主板DSP程序根据软启动频率给定信号，计算出调制波的频率和幅值，通过数据总线实时传输到主板的FPGA芯片中；在FPGA程序中，调制波信号与由FPGA本身产生的固定三角载波（采用载波移相调制方式，每个单元的载波信号之间存在有不同的移相角度）比较后得到PWM脉冲波形。此脉冲波形通过总线板传输到三相光纤板，然后通过光纤通讯传输到每个功率单元。功率单元CPLD芯片接收到PWM信号后，通过对接收信号的还原分析，将控制信号输出到驱动板，完成对IGBT开通关断的控制，从而还原调制波波形，达到将任意控制波形转化为实际高压电压输出的目的。
高压变频器输出频率按照1250KW，2极，10KV电机的预设功角频率3.5Hz输出，PWM占空比以32秒时长的电压缓升斜率调节。对于高压电机驱动即为在频率输出恒定为3.5Hz的情况下，变频器输出电压的幅值从0V平稳缓升。
如图5和图6所示，高压电机的转子从静止到3.5Hz频率的运行过程中，其功角均为正，同时电压从零到0.7KV的缓升，使电机的驱动电流处于一个平稳的曲线状态，以较小的转动惯量加速度达到了惯量稳定速度，此时频率运行3.5Hz，输出电压0.7KV，即到达10KV系统正常的压频比曲线对应的电压幅值，将软启的控制方式无扰地转换为V/F比控制方式，完成电机平滑起转的过程。
在高压变频器整个调频过程中，以预设功角频率为临界点分为软启部分和正常调速部分，即软启动调节部分和按照V/F调节部分。
在此实例中，高压变频器直接启动的高压电机在3Hz下电流有较大的冲击和波动，且电流波形谐波极大，电机噪声较大。而采用软启方式的高压电机，在启动过程中电流由小到大平稳上升，且波形为类正弦波，电流基本没有冲击，电机启动时声音平稳。从而在频繁启动的情况下，应用软动模式工作的高压变频器和高压电机的寿命将大于直接启动模式下工作的高压变频器和高压电机。