[发明专利]一种用于固态软启动器的实时功率因数角检测方法

说明书

本发明公开了一种用于固态软启动器的实时功率因数角检测方法，使用三相反并联晶闸管中的一相或多相的管压降检测，通过对软启动器晶闸管管压降的突变沿检测方法替代传统软启动器控制中采用的直接对电流采样值进行过零检测的方法；利用晶闸管电流为零时，管压降产生突变的电压外特性，利用管压降的突变检测代替直接的电流过零检测。在功率因数角的实时检测中采用MCU的捕获功能对电压方波的过零点进行捕获操作并计算实时的电机功率因数角。同时配合功率因数角补偿修正，得到正确的实时的电机负载功率因数角。较传统的检测方法，准确度大大提高。能够有效地抑制软启动器控制过程中由于电机功率因数角的变化导致电机电流与速度的反复震荡。

技术领域

本发明涉及功率因数检测方法，具体涉及一种用于固态软启动器的实时功率因数角检测方法。

背景技术

在不需要调速运行场合，异步电机的直接电网工频的应用非常广泛。然而异步电机的直接启动会产生非常大的启动电流，通常瞬时的启动电流可达到7～10倍电机额定电流，强大的电流冲击会引起供电设备的跳闸和对与电机所联接的机械负载产生强大机械应力冲击。

软启动器是电力电子技术及计算机控制技术相结合的典型应用。把软启动器串接在电机与电网中间作为启动器，可以通过对晶闸管对电机的输入电压及电流进行扼流控制，从而在启动时让电机的输入端电压线性上升，或者电流限制在安全范围之内。同样可以在电机停止时均匀地慢慢减小流向电机的电压与电流，控制电机的输出转矩缓慢变小。这样可以抑制电动机直接启动所带来的不利影响。

电动机是一个时变、强耦合的非线性系统。在软启动器中，基于相位控制的晶闸管控制调压技术其发出的电压与电动机负载的功率因数角强相关，由于电机负载为感性负载，晶闸管的实际导通角受电机功率因数角的影响。同时电机的功率因数角又随着电动机的转速变化以及电流大小变化在不断变化中。如果要软启动器对电机的供电受控，电机的端电压符合给定的数值，就需要精确控制晶闸管的导通角，进而需要精确检测功率因数角。

异步电机功率因数角的影响因素非常多，变化也非常剧烈，特别是电机转速对功率因数的影响非常大。对于基于软启动器控制的电机，在不明确电机的数学模型参数、不能实时检测电机的转速的情况下，功率因数角的实时检测技术就尤为重要,是软启动器精度电压输出、稳定电压输出的必要条件。就功率因数的检测方法：

传统的方法之一如图1所示:软启动器功率因数检测方法是分别检测电网侧电压的过零点与流经电机三相中的电流过零点，通过电压与电流过零点之间的相位差的检测得到实时的功率因数角。这种普通的检测方法在软启动器控制应用中由于电流波形畸变严重，最为关键的是，电流的过零点判断阀值没有明显的界限，且对于软启动器用的互感器检测而言，零点附件的电流检测精度很差，导致这种方法实现的功率因数角检测不准确。

传统的方法之二:在软启动器控制中回避功率因数角的实时检测计算，直接应用一个固定的角度曲线(角度对应电流)的电机功率因数角参与晶闸管的相位控制中。然而这一做法可以满足一时之需，但无法在不同的电机，不同的负载转矩，不同的负载惯量的情况下同时满足应用。所以在许多应用场合，通常的软启动器运行都无法避免地出现输出电流的震荡及电机速度的大幅波动，特别是在电机运行于同步速附近，更是如此。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可用于固态软启动器控制的电机功率因数角检测方法，准确度大大提高，能够有效地抑制软启动器控制过程中由于电机功率因数角的变化导致电机电流与速度的反复震荡。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于固态软启动器的实时功率因数角检测方法，其特征在于：

对输入电网侧进行三相线电压的过零方法检测，通过差分电路与光耦实现三相线电压的交流信号到方波信号的转变，转变后的与网侧三相线电压正负半周对应的方波弱信号实时地引入软启动器控制器实现过零检测；