[发明专利]一种高速无刷直流电动机软起动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及高速无刷直流电动机软起动控制系统，特别是采用无刷直流电动机位置传感器控制方式下的低电动机损耗的软起动控制系统，可作为分子泵、离心机、压缩机等大功率高速设备用大功率高速电动机的一种软起动控制系统。

背景技术

分子泵、离心机、压缩机等大功率高速设备用大功率高速无刷直流电动机通常具有小电枢电感的特点。小电枢电感无刷直流电动机容易出现起动电流大，谐波含量高的问题。大起动电流会造成电动机铜耗的增加，谐波含量高会导致电动机转子涡流损耗增大。过大的电动机损耗会在电动机内部快速形成发热源，导致电动机瞬间升温，影响电动机性能和寿命，甚至直接造成电动机定子绕组烧坏或者转子永磁体退磁。另外谐波含量高的大起动电流对电网冲击严重，形成电网污染，影响同一电网供电的其他用电设备的正常工作。因此，需要使用电动机起动装置实现电动机软起动。

目前，电动机的起动装置可以分为降压起动装置和变频起动装置两大类。降压起动装置不能完成无刷直流电动机的换相，只能作为无刷直流电动机控制器的辅助装置。变频起动装置主要有晶闸管电动机软起动器和变频调速器等。变频起动装置是现代控制理论、微控制器技术和电力电子变换技术的结合产物。晶闸管电动机软起动器可以使电动机端电压按照预先设置的控制方式从零开始逐渐上升到电源电压，具有输出电压范围宽的优点，但由于没有换相信号检测判断功能，不能保证无刷直流电动机正确换相，电动机反电动势无法正常建立，导致电动机起动电流大。变频调速器能同时改变输出电压和频率，具有起动转矩大，功率因数高的优点，但起动电流谐波含量高，会导致电动机定子涡流损耗增加，损伤电动机和电缆的绝缘。

因此，现有的电动机起动装置仍不能解决大功率高速无刷直流电动机起动电流大和起动电流谐波含量高的问题，不能满足大功率高速无刷直流电动机软起动的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：解决现有的大功率高速无刷直流电动机起动电流大、谐波含量高的问题；提出一种针对大功率高速无刷直流电动机的软起动控制系统，该系统具有起动电流小、起动电流谐波含量低的优点。

本发明的技术解决方案是：一种高速无刷直流电动机软起动控制系统，包括可控三相整流桥、电解电容组、直流斩波器、刹车电路、电流传感器、三相逆变桥、无刷直流电动机、线反电动势过零点信号检测电路、数字控制器、滤波电路、程控放大器、第一电压传感器、第二电压传感器。三相动力电经可控三相整流桥输出电压U1，U1经电解电容组滤波，并由第一电压传感器检测，然后送入直流斩波器，经调制输出直流电压U2，U2由第二电压传感器检测，两端并联刹车电路，U2串联电流传感器后输入到逻辑换相的三相逆变桥，驱动无刷直流电动机起动。在起动过程中，第一电压传感器输出信号和电流传感器输出信号经滤波电路进行滤波后送入程控放大器进行放大，这两路模拟信号和第二电压传感器输出模拟信号共三路信号送入数字控制器的AD转换接口。无刷直流电动机的线反电动势经线反电动势过零点信号检测电路处理后送入数字控制器的CAP捕获接口。在数字控制器的CAP接口捕获线反电动势过零点信号时，禁用直流斩波器减小高频斩波噪声干扰，并且使能刹车电路吸收斩波电路高频振荡噪声。在数字控制器的CAP接口捕获线反电动势过零点信号时，禁用直流斩波器用来减小高频斩波噪声干扰，并且使能刹车电路用于吸收斩波电路高频振荡噪声。

所述的数字控制器依据电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器的反馈信号，采用电流闭环和速度闭环双闭环控制，保证三相逆变桥母线电流值不大于设定电流值，且三相逆变桥强制换相频率值等于无刷直流电动机线反电动过零点信号频率值，同时实时调节可控三相整流桥和直流斩波电路的调制信号占空比。

所述的三相逆变桥对无刷直流电动机只进行逻辑换相，不进行线电压调制。

本发明的原理是：本发明所述的高速无刷直流电动机软起动控制系统主要包括可控三相整流桥、电解电容组、直流斩波器、刹车电路、电流传感器、三相逆变桥、无刷直流电动机、线反电动势过零点信号检测电路、数字控制器、滤波电路、程控放大器、第一电压传感器、第二电压传感器。无刷直流电动机软起动过程包括控制系统初始化阶段、电动机起动加速阶段和同步切换阶段三个阶段。