[發明專利]三相電動機繞組星角軟切換全固態控制裝置及控制方法

無效

• 申請號: 201110370145.7
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102412766A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 崔學深;朱亮;龐繼偉;石朋飛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02P1/32
• 分類號: H02P1/32
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于電機及運動控制技術領域，特別是涉及一種三相電動機繞組星角軟切換全固態控制裝置及控制方法。

背景技術

三相電動機星角切換是一種簡單而易實現的調壓節能技術，主要應用在負載經常在輕載和重載之間變化的電動機上。

現有的星角切換裝置通常分為二種。一種是傳統的星角切換裝置，即通過單片機控制接觸器的關斷和導通實現星角切換。這種裝置在進行電動機星角切換時，接觸器弧光易造成短路，安全性和可靠性差，并且不能滿足快速切換的要求。另外一種用可控硅代替接觸器，通過單片機對可控硅的導通和關斷實現星角的切換。這種裝置在進行電動機星角切換時，采用可控硅三相同時導通的策略，滿足了切換快速性的要求，但是電動機定子側仍會出現很大的沖擊電流。沖擊電流的產生會造成功率的損耗。應用在需要頻繁進行星角切換的負載上時(如游梁式抽油機、傳輸機、提升機和破碎機等)，頻繁的電流沖擊所造成的大量功率損耗，將使星角切換節能效率變得很低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三相電動機繞組星角軟切換全固態控制裝置及控制方法。采用一種三相電動機繞組星角軟切換技術解決上述二種星角切換裝置的缺點。采用無觸點無電弧可控硅開關，通過系列觸發控制實現電動機磁鏈在三相繞組星接和角接之間的平滑過渡，從而抑制了星角切換過程中的電流和轉矩沖擊，提高了星角切換節能效率的同時也保證了星角切換的快速性。

本發明的三相電動機繞組星角軟切換全固態控制裝置包括檢測單元、單片機控制單元、驅動單元、觸發單元、接觸器、可控硅、主電路其它元件及接線。檢測單元與單片機單元相連，為單片機采集和處理電氣模擬量信號；單片機控制單元輸出命令至驅動單元，再分別去控制接觸器和可控硅；接觸器與可控硅串聯后與電動機三相繞組相連，構成星型連接和角型連接，并控制星接和角接的軟切換；主電路其它元件及接線首端連接三相交流電源，接至接觸器和可控硅，最后連接電動機繞組，另外還將交流變為直流電源給單片機單元和驅動單元供電。(見附圖1)

單片機控制單元：單片機控制單元可采用任何8位以上的通用單片機芯片。單片機控制單元還包括A/D轉化單元，將檢測單元檢測到的電壓和電流信號轉化成單片機能處理的數字信號。

檢測單元：由電壓互感器和電流傳感器組成，用于實時采集和處理電動機電壓和電流信號；

驅動單元：包含由繼電器模塊和其它功率放大元件，用來驅動接觸器線圈控制開關的閉合和關斷；

觸發單元：包含脈沖發生器件、門電路和其它功率器件，產生觸發脈沖用于控制可控硅開關的導通與關斷。

接觸器：由角接接觸器KM1和星接接觸器KM2構成。

可控硅：由六對可控硅開關構成，用于角型連接的三對可控硅開關用SCR1表示，用于星型連接的三對可控硅開關用SCR2表示。具體的可控硅開關可以是雙向晶閘管、反并聯晶閘管、GTO、IGBT、IGCT或其它電力電子元件。

本發明中的接觸器KM1和三對可控硅開關SCR1串聯，再與電動機繞組形成內角接(也就是說將三對可控硅開關串接于三角形繞組之內)，進而通過對SCR1的系列觸發控制實現角接軟切換；接觸器KM2和可控硅開關SCR2串聯，再與電動機繞組形成星接，通過對SCR2的系列觸發控制實現星接軟切換。

另外在接觸器線圈和驅動單元的連接電路中，角接接觸器KM1和星接接觸器KM2之間是互鎖的，從而間接實現了SCR1和SCR2的互鎖，避免了由于可控硅的誤觸發而導致主電路相間短路，提高了裝置的安全性和可靠性。

根據上述的可控硅開關SCR1與電動機繞組角型連接連線方式的不同，三相電動機繞組星角軟切換全固態控制裝置存在不同的2種拓撲結構，一種是電動機繞組端線U1與W2，V1與U2，W1與V2相連(附圖2)，另一種是電動機繞組端線U1與V2，V1與W2，W1與U2相連(附圖3)。

三相電動機繞組星角軟切換全固態控制方法包括星接軟切換控制模式和角接軟切換控制模式兩種：

1)星接軟切換控制模式：在三相電動機的星角切換節能控制過程中，如果三相繞組處于角接運行狀態。檢測單元檢測三相電動機的電流和電壓信號，經過AD轉換，單片機分析計算電動機負載率β和星角切換臨界負載率β_c。如果β＜β_c，單片機控制單元給觸發單元發信號，控制可控硅SCR1關斷，給驅動單元信號，控制接觸器KM1關斷，KM2閉合，之后按照星接軟切換觸發控制策略觸發導通可控硅SCR2，使三相電動機由角接向星接進行軟切換(稱為星接軟切換)。星接軟切換的觸發控制策略如下：