[发明专利]复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电动机调速控制技术和方法，特别是涉及一种复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统和方法。

背景技术

现有的大功率绕线式（双馈）交流电机的调速系统都采用串级调速方法实现对电机转速的调节，且调速范围限制在同步转速以内（小于同步转速）；大功率绕线式（双馈）交流电机调速系统的结构多采用交直交形式；系统的主回路一端与电机转子绕组相连，通过二极管或晶闸管整流，把电机绕组中的交流电能转换为直流电能，再通过与网侧相连的逆变器（多采用晶闸管构成）把能量回馈交流电网，实现调速。

调速控制技术可以节约大量的电能，所以市场对性能优良、成本适中的中高压调速系统的需求非常旺盛。但是，现有的调速系统存在以下缺点：

1.调速范围小于同步转速，不能实现超同步运行；

2.调速系统功率因数低，对电网的谐波干扰严重；

3.大功率电机启动过程多采用串电阻或水阻启动，启动过程能耗较大，且不宜频繁启停。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统，可以把电机控制绕组中的交流电能转换为直流电能，再把能量回馈交流电网，实现低于同步转速的调速，也可以把电网能量注入电机，实现超同步转速的调速。通过人机交互，设定、修改控制器参数，操作系统运行的启动、停止和复位，简化启动过程，使用简单方便，减少调速系统对电网的谐波干扰，降低启动过程能耗，有效地控制调速过程。

本发明提供一种复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统，包括与交流电网相连的复合转子无刷双馈交流电机及与其转轴相连的机械负载，还包括电机侧PWM变换器、主回路直流环节、网侧PWM变换器、AD转换器和可编程序处理器，所述复合转子无刷双馈交流电机的控制绕组、电机侧PWM变换器、主回路直流环节和网侧PWM变换器依次相连，所述网侧PWM变换器与所述交流电网相连，所述AD转换器与所述可编程处理器、电机侧PWM变换器、主回路直流环节、网侧PWM变换器和交流电网分别相连，所述电机侧PWM变换器和网侧PWM变换器分别与所述可编程处理器相连；所述可编程处理器执行如下控制步骤：

通过所述AD转换器检测电机控制绕组、网侧的工作电压和电流以及直流侧电压，判断当前电机的工作状态；计算电机的输出功率、功率因数，通过所述电机侧PWM变换器控制电机控制绕组的工作电压、电流和频率，调节电机的输出功率、功率因数和转速，控制电机欠同步转速和超同步转速运行；通过所述网侧PWM变换器控制网侧工作电流，当直流侧电压偏低时，从所述电网吸收能量或减少向所述电网输出能量以提高直流侧电压；当直流侧电压偏高时，向所述电网输出能量或增大向所述电网输出能量以降低直流侧电压，控制直流侧电压四象限稳定运行。

本发明复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统，还包括监控触摸屏，所述监控触摸屏与所述可编程处理器相连，所述可编程处理器与所述监控触摸屏和AD转换器之间分别设有RS485通讯端口。

本发明复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统，其中所述电机侧PWM变换器和网侧PWM变换器采用全控型开关器件IGBT构成。

本发明复合转子无刷双馈交流电机全象限变频调速系统，其中所述可编程处理器替换采用单片机或DSP处理器。

本发明还提供一种复合转子无刷双馈交流电机全象限智能调速控制的方法，该方法设置电机侧PWM变换器、主回路直流环节、网侧PWM变换器、AD转换器、可编程序处理器和监控触摸屏，该方法执行如下控制步骤：

1）所述可编程序处理器启动初始化程序对控制器进行初始化，系统处于准备工作状态；

2)通过所述监控触摸屏实现人机交互，进行运行方式和转速的设定、控制参数的修改和对系统的运行进行启动、停止、自动追踪的操作；

3)所述可编程处理器通过所述AD转换器检测电机控制绕组、网侧的工作电压和电流以及直流侧电压，判断当前电机的工作状态；

4)所述可编程处理器计算电机的输出功率、功率因数，通过所述电机侧PWM变换器控制电机控制绕组的工作电压、电流和频率，调节电机的输出功率、功率因数和转速，控制电机欠同步转速和超同步转速运行。

5)所述网侧PWM变换器控制网侧工作电流，当直流侧电压偏低时，从所述电网吸收能量或减少向所述电网输出能量以提高直流侧电压；当直流侧电压偏高时，向所述电网输出能量或增大向所述电网输出能量以降低直流侧电压，控制直流侧电压四象限稳定运行。