高压电机再启动控制方法.pdf

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410785454.4(22)申请日 2014.12.16H02P 21/14(2006.01)(71)申请人 台安科技 ( 无锡 ) 有限公司地址 214028 江苏省无锡市国家高新技术产业开发区 65-C 地块(72)发明人 廖朝旭 孙仲兵(74)专利代理机构 无锡华源专利事务所 ( 普通合伙 ) 32228代理人 林弘毅 聂汉钦(54) 发明名称高压电机再启动控制方法(57) 摘要本发明公开了一种高压电机再启动控制方法，首先高压电机正常运转，运转时电机频率 f FCOM，之后高压电机以自由运转停止的方式停止，此时开始速度寻找的

2、过程，当电机的交轴功率 Pq 0 时，即寻找到了电机的当前速度，此时重新加速，加速到频率 f FCOM，电机重新恢复正常运转过程。本发明可以改善高压电机自由运转停止过程中再起动的特性，提高工作效率，保护设备，防止异常情况发生。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN 104506104 A(43)申请公布日 2015.04.08CN 104506104 A1/1 页21.一种高压电机再启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤 ：a、高压电机以频率 f FCOM正常运行，电机的交轴功率PqUS*iqU

3、S*(icosv+isinv)US*(i+ji)cosvUS*iScosv(1)其中 ：UsUa+Ub+Uc；UaUmcosv、 Um为线电压的最大值 ；v t 2f(t+t(N+1) ； (2)上式中，US为交轴电压，iS为交轴电流，iq为 q 轴电流，i和i为合成 iS的两相电流矢量，Ua、Ub、Uc为合成 US的三相电压矢量，Um为线电压的最大值，v是变频器 V/F 曲线斜率的反正切值，N 为变频器控制的采样周期 ；由式 (1)、式 (2) 可知，Pq为与电机频率 f 有关的函数 ；b、高压电机以自由运转停止的方式停止 ；c、控制电机频率 f，使其从运行时的频率 FCOM开始逐渐减小，直

4、到交轴功率 Pq 0 ；此时高压电机的当前转速为 n；d、增加电机频率 f，电机转速 n 与电机频率 f 满足关系式 ：式 (3) 中，n 为电机转速，f 为变频器输出频率，p 为电机的磁极对数 ；则电机从当前转速 n开始加速，当频率 f FCOM时，电机加速过程结束，恢复正常运转。2.如权利要求 1 所述的种交轴电流限制式功率计算型高压电机速度寻找的方法，其特征在于 ：电机的频率 f 与电机的输出电压 V 成正比关系。3.如权利要求 2 所述的种交轴电流限制式功率计算型高压电机速度寻找 的方法，其特征在于 ：所述步骤 c 中，速度寻找过程的初始频率为最高频率 FCOM的 0 20。4.如权利

5、要求 3 所述的种交轴电流限制式功率计算型高压电机速度寻找的方法，其特征在于 ：所述步骤 c 中，速度寻找过程的初始频率为最高频率 FCOM的 10 15。5.如权利要求 2 所述的种交轴电流限制式功率计算型高压电机速度寻找的方法，其特征在于 ：所述步骤 c 中，电机的输出电压 V 为电机正常运行时输出电压的 10 15。权 利 要 求 书CN 104506104 A1/4 页3高压电机再启动控制方法技术领域0001 本发明涉及高压电机的速度控制，具体涉及一种交轴电流限制式功率计算型高压电机速度寻找的高压电机再启动控制方法。背景技术0002 高压电动机是指额定电压在 1000V 以上的电动机，

6、其优点是功率大，承受冲击能力强，但是缺点是惯性大，启动和制动都困难。在高压电机应用行业里，很多重负载设备会在运行中遇到突然停止的状态，例如电源突然断掉，或者电压波动导致的电压大幅度下降等情况，如果等到电机的转速由高速减为零时再重新启动，需要等待过长的时间，而且电机完全停止会造成整个系统的停止，十分影响生产效率。如果没有等到电机转速完全降为零，在电机还处于减速过程中就重新起动，可能会造成变频器过电流保护跳脱或者毁坏机器，造成不可估量的损失。发明内容0003 为了解决上述问题，本发明公开了一种高压电机再启动控制方法。0004 本发明的技术方案如下 ：0005 一种高压电机再启动控制方法，包括以下步

7、骤 ：0006 a、高压电机以频率 f FCOM正常运行，电机的交轴功率0007 PqUS*iq0008 US*(icosv+isinv)0009 US*(i+ji)cosv0010 US*iScosv(1)0011 其中 ：0012 UsUa+Ub+Uc；UaUmcosv、 Um为线电压的最大值 ；0013 v t 2f(t+t(N+1) ； (2)0014 上式中，US为交轴电压，iS为交轴电流，iq为 q 轴电流，i和i为合成 iS的两相电流矢量，Ua、Ub、Uc为合成 US的三相电压矢量，Um为线电压的最大值，v是变频器 V/F 曲线斜率的反正切角度，N 为变频器控制的采样周期 ；00

8、15 由式 (1)、式 (2) 可知，Pq为与电机频率 f 有关的函数 ；0016 b、高压电机以自由运转停止的方式停止 ；0017 c、控制电机频率f，使其从运行时的频率FCOM开始逐渐减小，直到交轴功率Pq0；此时高压电机的当前转速为 n；0018 d、增加电机频率 f，电机转速 n 与电机频率 f 满足关系式 ：说 明 书CN 104506104 A2/4 页40019 0020 式 (3) 中 ：n 为电机转速，f 为变频器输出频率，p 为电机的磁极对数 ；则电机从当前转速 n开始加速，当频率 f FCOM时，电机加速过程结束，恢复正常运转。0021 其进一步的技术方案为 ：所述步骤d

9、中，电机的频率f与电机的输出电压V成正比关系。0022 其进一步的技术方案为 ：所述步骤 c 中，速度寻找过程的初始频率为最高频率 FCOM的 0 20。0023 其进一步的技术方案为 ：所述步骤 c 中，速度寻找过程的初始频率为最高频率 FCOM的 10 15。0024 其进一步的技术方案为 ：所述步骤c中，电机的输出电压V为电机正常运行时输出电压的 10 15。0025 本发明的有益技术效果是 ：0026 本发明在高压电机自由运转停止时，采用交轴电流限制式功率计算型高压电机速度寻找的方式，计算了高压电机自由运转停止过程中电机的转速，变频器的输出对应当前转速的频率，从当前转速开始起动，这样不

10、必等到电机完全停止时再重新启动，提高了高压电机的使用率，防止普通情况下转速不为零时就启动造成的异常情况发生，而且减小了起动电流的大小，避免变频器过电流跳脱，可以快速准确的使高压电机重新起动。附图说明0027 图 1是本发明控制流程图。0028 图 2 是交轴电流矢量图。0029 图 3 是变频器设置的运行 V/F 曲线。0030 图 4 是电机频率变化示意图。具体实施方式0031 图 1是本发明控制流程图。首先高压电机正常运转，运转时电机频率 f FCOM，之后高压电机突然以自由运转停止的方式停止，此时开始速度寻找的过程，当电机的交轴功率Pq 0 时，即寻找到了电机的当前速度，此时从电机的当前

11、速度开始重新加速，即控制电机频率上升至 f FCOM，电机重新恢复正常运转过程。0032 图 2是高压电机交轴电流矢量图。高压电机的交轴功率 Pq为电机频率 f 的函数，可根据图 2所示进行计算 ：0033 PqUS*iq0034 US*(icosv+isinv)0035 US*(i+ji)cosv0036 US*iScosv0037 上述推导过程应用了电机学常用的相关理论，属于公知常识。其中 ：0038 UsUa+Ub+Uc；UaUmcosv、 v说 明 书CN 104506104 A3/4 页5 t 2f(t+t(N+1) ；0039 式中 f 为电机运行的频率，iq为交轴电流，i和i为合

12、成 iS的两相电流矢量，Ua、Ub、Uc为合成 US的三相电压矢量，Um为线电压的最大值，v是依变频器 V/F 曲线所取的角度，N 为变频器控制的采样周期。在步骤 a 中高压电机正常运行时，以频率 f FCOM运转，所述FCOM为电机正常运行的频率最大值。0040 步骤 b 中，高压电机突然以自由运转停止的方式停止，高压电机开始降速。所述自由运转停止的方式，是指电机停机时，变频器中止输出，电机负载按照机械惯性自由停止。0041 在步骤 c 中，变频器控制电机频率 f，使其从运行时的最大频率 FCOM开始减小。由步骤a中功率Pq与频率f的关系可知，频率f减小时，电机功率Pq也会随之变化。比较功率

13、Pq与 0 的大小关系，当 Pq 0 时，高压电机处于电动状态 ；当 Pq 0 时，高压电机处于发电状 态 ；当 Pq 0 时，说明寻找到了电机当前的转速 n。由于系统处理数据会有微小的延时，所以当高压电机速 度寻找完成时，电机功率 Pq为 0 或者略小于 0。在 V/F 控制模式下，即电机的输出电压与电机频率 f 成正比的控制模式下，高压电机开始速度寻找的频率可以在最高频率FCOM的020之间开始，在实际的操作过程中，更优选从最高频率FCOM的1015开始，以避免变频器启动时电流过大导致变频器过电流跳脱。0042 步骤 d 中，控制电机频率 f，从电机当前转速 n开始，依照事先设定的加速时间

14、 T0使电机加速。电机频率与电机转速成正比关系，满足如下关系式 ：0043 0044 上式中，其中 n 为电机转速，f 为变频器输出频率，p 为电机的磁极对数。则控制频率 f 上升时，电机随之加速，依照所设定的加减速时间，加速至 f FCOM时，电机恢复到了自由停止运行前的速度，电机可正常运转，整个控制过程结束。0045 图 3是变频器设置的运行 V/F 曲线，在步骤 d 的电机加速过程中，也就是频率 f 上升过程中，电机的频率 f 与电机输出电压 V 的关系符合图 3中的 V/F 曲线，图 3中，变频器启动的时候，频率是从 0 直接跳跃到 F1，满足的启动转矩。0046 图 4是电机频率变化

15、示意图。在图 4中，m1 和 m2 为不同电压等级的变频器速度寻找时频率下降率。对于 m1 曲线来说，在 t1 时刻，发生步骤 b，高压电机自由运转停止的方式停止运转，开始启动速度寻找的过程，经过微小的系统延迟时间到 t2 时刻，此时正式开始步骤 c，电机频率 f 从正常运行的最高频率 FCOM依下降率 m1 开始下降，在 t3 时刻，满足Pq0的关系，电机的当前转速寻找到了，则从t3开始对电机进行加速，依正常运行曲线加速到正常运行时的最大频率 FCOM，加速时间为 t3 t4 一段，t4 时刻之后以最大频率 FCOM输出。0047 高压电机定子电阻 RS上的电压降 VS比普通电机低，例如 3

16、80V 级的电机定子上压降VS在 50Hz 的时候为电机总电压 5，10Hz 的时候为 20；而 6000V 级的高压电机定子压降VS在 50Hz 的时候为 1，10Hz 的时候仅为 0.1。定子电阻 RS一定，定子压降 VS会影响定子电流 iS的大小，所以速度寻找期间应该降低定子电压 VS，以免定子电流 iS过大。在速度寻找过程中，定子电流 iS过大容易引起变频器过电流保护跳脱。因此，在速度寻找过程中，控制电机的输出电压 V 为电机正常运行时输出电压的 10 15。0048 在图 4中，t2 t3 时间段是速度寻找的过程，对于 m1 曲线来说，下降率 m1 满足 ：说 明 书CN 104506104 A4/4 页60049 0050 所以在速度寻找的过程中电流最大值以可以以 VS来进行限制。0051 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。说 明 书CN 104506104 A1/1 页7图1图2图3图4说 明 书 附 图CN 104506104 A