[發明專利]一種電機啟動控制方法

有效

• 申請號: 202110394216.0
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113098359B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 杜欽君;賀巖松;羅永剛;李存賀
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: H02P25/18
• 分類號: H02P25/18;H02P29/028
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種三角形連接異步電動機投入電網的控制方法，采用永磁真空斷路器將三角形連接異步電動機的三相分別投入電網，通過對電網相位實時檢測，在最佳相位處分別將三角形連接異步電動機的三相投入電網，其特征在于：所述控制方法具體包括如下步驟：

步驟一、建立三角形連接異步電動機B、C相同時投入時電機的數學模型和電壓方程，以獲取電網B、C相線電壓與三角形連接異步電動機定子側瞬態電流的數學關系，推出永磁真空斷路器投入時刻對應于電網B、C相線電壓的相位，三角形連接異步電動機B、C兩相同時投入實現過程步驟如下：

步驟a、異步電動機為三角形連接，在三角形連接異步電動機B、C兩相同時投入電網的情況下，定子側電流電壓關系式為：

式中，i_a、i_b、i_c分別代表三角形連接異步電動機定子側A、B、C相電流，I_B代表電網側B相電流，u_a、u_b、u_c分別表示三角形連接異步電動機A相、B相、C相電壓；

步驟b、經恒幅值變換建立三角形連接異步電動機在αβ0坐標系下的電壓方程：

式中，i_sα、i_sβ表示αβ0坐標軸下的三角形連接異步電動機定子電流，i_rα＇、i_rβ＇表示αβ0坐標軸下三角形連接異步電動機轉子電流在定子側的歸算值，u_sα、u_sβ表示αβ0坐標軸下的三角形連接異步電動機定子電壓，R_s、R_r、L_s、L_r分別為三角形連接異步電動機定、轉子每相電阻與電感，L_m為互感；p為微分算子，ω_r為投入瞬間三角形連接異步電動機的轉子角速度；

步驟c、根據式(1)、(2)聯立，得定子側電流的復頻域表達式，其表示為：

式中，T_r＝L_r/R_r、T_s＝L_s/R_s分別為轉子時間常數、定子時間常數，引入漏抗系數σ＝1-L²_m/L_sL_r，即L²_m/L_sL_r＝(1-σ)T_sT_r，定子瞬態電感L′_s＝L_sσ+L_rσL_m/(L_rσ+L_m)＝σL_s，轉子瞬態電感L′_r＝σL_r，即定轉子瞬態時間常數T′_s＝σT_s，T′_r＝σT_r；

步驟d、電網B、C兩相線電壓表示為：

式中，β為電網B相電壓的初相位，ζ₀為三角形連接異步電動機兩相投入所需合閘相位，U_BC為電網側B、C兩相線電壓，U_m為線電壓的幅值，ω為電網角頻率；

步驟f、三角形連接異步電動機B、C相投入時電動機轉子轉速為零，將式(4)代入式(3)經拉普拉斯反變換可得定子側電流的時域表達式，其表示為：

μ＝ξ₀-arctanωT_σ (9)

步驟g、使定子瞬態電流能達到最佳抑制效果的相位，需滿足投入后定子側電流初始兩個半波峰值的絕對值相等的條件，其表示為：

步驟k、式(10)代入式(5)求解可得三角形連接異步電動機B、C相投入的最佳相位ζ₀，對應的時刻為t_BC；

步驟二、根據永磁真空斷路器固有動作時間與控制器計算時間，選擇永磁真空斷路器開始動作時對應于電網側B、C兩相線電壓的零時刻，三角形連接異步電動機B、C兩相同時投入控制的總時間T_t為：

T_t＝t_c+T_d+T_cls (11)

式中，t_c表示CPU計算時間，T_d表示永磁真空斷路器B、C兩相觸點閉合時刻為t_BC所需的合閘時間，T_cls表示永磁真空斷路器開關合閘固有時間，T_t表示B、C兩相開關投入總時間；

步驟三、建立三角形連接異步電動機A相投入時電機空間向量電壓方程，推出永磁真空斷路器投入時刻對應于三角形連接異步電動機A相投入的相位，具體實現過程如下：

步驟a、三角形連接異步電動機A相投入后，電機定、轉子電壓方程可用空間向量表示為二階復數變量形式的微分方程組：

式中，分別為三角形連接異步電動機定、轉子電壓與電流的空間向量，均是以A軸為實軸的復數變量，三角形連接異步電動機A相投入時，電源電壓空間向量

步驟b、式(12)經拉普拉斯變換后，三角形連接異步電動機定、轉子電壓方程可用空間向量表示為二階復數變量形式的微分方程組，其表示為：

步驟c、三角形連接異步電動機A相投入時電動機轉子轉速為零，式(13)經拉普拉斯反變換得到定子電流空間向量時域表達式，其表示為：

步驟d、使空間向量表示的三角形連接異步電動機定子瞬態電流能達到最佳抑制效果的相位，需滿足電機首兩相投入后到第三相投入時，電機的定子側電流空間向量軌跡近似為四分之一圓周，其表示為：

步驟e、式(18)代入式(14)求解得到三角形連接異步電動機A相投入的最佳相位ζ₁，對應的時刻為t_A；

步驟四、根據永磁真空斷路器固有動作時間與控制器計算時間，選擇永磁真空斷路器開始動作時對應于電網側B、C兩相線電壓的零時刻，確定三角形連接異步電動機A相投入時電網B、C兩相線電壓所對應的相位，三角形連接異步電動機A相投入控制的總時間T_t1為：

T_t1＝t_c+T_d1+T_cls (19)

式中，T_d1表示永磁真空斷路器A相觸點閉合時刻為t_A所需的合閘時間，T_t1表示三角形連接異步電動機A相投入電網的總時間；

步驟五、根據期望控制目標，將電機參數T_r、T_s＇、T_r＇ω代入步驟一、三中式(5)、(14)求解，得到異步電動機在啟動時產生最小瞬態沖擊電流所對應的合閘相位，使投入相位誤差減小，保證控制系統準確性；

完成控制。