[發明專利]一種大功率雙凸極電機驅動系統起動過程的控制方法

有效

• 申請號: 201410301279.7
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104038108A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 魏佳丹;鄭青青;周勇;何健
• 申請（專利權）人: 江蘇元凱電氣科技有限公司
• 主分類號: H02P1/18
• 分類號: H02P1/18
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標事務所(普通合伙) 32227
• 代理人: 張寧

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，具體為一種大功率雙凸極電機驅動系統起動過程的控制方法。

背景技術

隨著電機驅動系統的應用領域越來越廣發，在大功率驅動場合，如中央空調驅動系統、大型機床驅動系統等場合，由于驅動系統容量非常大，傳統的電機驅動變頻器采用的交直交變換器系統中，網側交流轉換為直流的變換器采用二極管整流方式，由于二極管的非線性特性，將在電網中產生大量的高次諧波電流，對電網產生嚴重的諧波污染和無功增加，危害電網的電能質量。為了保證電網和大功率電機驅動用電設備的安全經濟運行，世界各國均制定了相應的諧波標準，對大功率電機驅動系統的輸入端性能作出嚴格的限制，輸入端功率因數和輸入端電流各次諧波的含量都作出了具體的限定。傳統大功率電機驅動系統中通過增加有源或無源濾波器，一定程度上抑制了電網側的諧波，并能夠進行無功功率控制，但是濾波器無法從根本上解決諧波產生的問題。因此在一些大功率電機驅動系統中，通過網側增加功率因數校正環節，如在大功率電機驅動系統的網側整流器之后，增加一級基于Boost電路的功率因數校正電路，可以有效提高網側的功率，并實現直流側電網的穩定控制。但是隨著電機驅動系統的容量越來越大，基于Boost電路的功率因數校正電路中儲能電感體積重量大幅增大，并且器件耐受的電壓、電流應力也越大，傳統的基于Boost?電路的功率因數校正電路逐漸開始被PWM整流電路所取代。PWM整流器實現了網側電流功率因數的正弦化，并且運行于單位功率因數，真正實現了電網側綠色電能的轉換，能夠有效減小大功率電機驅動系統運行過程對電網的影響。

雙凸極電機作為一種新型結構電機，是在開關磁阻電機的基礎上衍生而來，具有結構簡單，轉子無繞組（或永磁體），可靠性高等優點，非常適合用于高速、大功率應用場合的驅動電機。然后，由于定子結構與開關磁阻電機的差異，雙凸極電機在電機磁路、運行原理、力矩控制特性和系統控制規律等方面與開關磁阻電機比較有本質的區別，在控制上，雙凸極電機與無刷直流電機相近，其性能上與直流電機調速系統相近，相比較其他類型結構，雙凸極電機突出電機成本、可靠性優勢，使其成為大功率電機驅動系統中的重要選擇電機。

由雙凸極電機構成的大功率電機驅動系統，為減小其對電網側的影響，需要在前級增加PWM整流器，實現網側功率因素的控制，因此構成的驅動系統包括網側系統和電機側系統，網側和電機側系統通過直流濾波電容進行解耦，連接構成大功率雙凸極電機驅動系統。然而，該系統中由于網側PWM整流器控制過程中，開機過程由于直流濾波電容電壓為零，類似于傳統二極管整流構成的交直變換系統，PWM整流器需要增加軟起動開關，防止直流濾波電容充電過程產生尖峰電流，威脅網側變換器的工作，并影響電網的諧波特性；機側系統類似于傳統的無刷直流電機驅動系統，需要通過對雙凸極電機的電流閉環進行限定控制，實現起動功能。通常分別對大功率雙凸極電機的網側和機側系統分別進行控制，網側系統獨立控制實現交流到直流電能的轉換，機側系統將直流電能轉換為雙凸極電機驅動電流輸出，但是在大功率雙凸極電機起動過程，機側系統等效為網側系統的負載，在起動過程將機側和網側系統獨立進行控制將存在以下問題：

（1）網側系統獨立控制將電網交流電轉換為直流電之后，由于PWM整流器的升壓特性，導致機側系統的直流側電壓很高，直接作為雙凸極電機的驅動電源，在起動初始階段，由于電機轉速很低，并且大功率變換器的開關頻率有限，電流閉環控制難以限定雙凸極電機的起動電流，極易對機側系統產生嚴重沖擊，威脅系統的安全運行；

（2）對于網側系統來，若機側系統直接掛于直流側作為其負載，從直流側建壓開始即對機側電機進行起動控制，此時由于機側大功率雙凸極電機的反電勢較低，其等效為大功率R、L負載，等效給網側系統增加大負載。為保證網側PWM變換器的可靠建壓，通常需要在輕載或者空載減小，建立直流側輸出電壓，若在建壓初始就加上機側的大功率R、L負載，將導致PWM整流器建壓過程中網側產生嚴重的過流現象，對其軟起動開關的電流需求很大，導致軟啟動產生過熱，無法正常運行，并且影響到網側系統的正常建壓。

因此在大功率雙凸極電機驅動系統，需要有效協調網側和機側系統的控制，既能夠保證網側系統的安全、可靠建壓，又能夠實現電機側系統中大功率雙凸極電機的可靠起動控制。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種大功率雙凸極電機驅動系統起動過程的控制方法，其電機側對大功率雙凸極電機不產生明顯的沖擊現象，保證大功率雙凸極電機的可靠起動運行，同時保證網側的功率因數，有效提高系統的可靠性。