[发明专利]一种变频软启动器切换过程冲击电流的抑制方法

说明书

本发明公开了一种变频软启动器切换过程冲击电流的抑制方法，包括电动机反电势与交流电网电压相位差、幅值差补偿算法和主开关合闸延时预测补偿处理，变频软启动器软启动完成后，采用锁相环对交流电网电压进行锁相得到相位、幅值，并对交流电网采样电压进行滤波相位、幅值等补偿后，将反电势与交流电网电压相位差作为转速给定值的附加控制量，将反电势与交流电网电压幅值差作为磁链给定值的附加控制量，以调节输出电压相位和幅值使相位差、幅值差减小到可接受的动态区间。

技术领域

本发明属于异步电机变频调速技术领域，具体涉及一种抑制变频软启动器切换过程冲击电流的控制方法，可用于大功率工业电气传动、轨道交通以及船舶电力推进等领域。

背景技术

异步电动机因其结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉、坚固耐用、效率较高等等特点，被广泛地应用于各个行业中，如工业电气传动、轨道交通、船舶电力推进等领域。

异步电机直接启动时，存在励磁冲击电流和转矩冲击电流，瞬时冲击总电流达额定电流的5～7倍，可能引起电网不稳定，甚至失电(如船舶电网)，也可能会导致电动机机械损坏，缩短使用寿命。为了克服异步电动机直接启动带来的问题，大功率异步电动机(如船舶艏、侧推电机)往往需要配套软启动器。

变频软启动器(Soft Starter)由整流器(Rectifier)、逆变器(Inverter)和控制器(Controller)三部分组成，整流器将三相交流电变换为直流，逆变器受控制器调节将直流电变换成频率和幅值可控的三相交流电驱动电机(Machine)运转。

变频软启动器因其控制灵活、启动过程平滑、对电网污染小而得到广泛应用。但是，变频软启动器在启动过程结束后，切换到交流电网供电过程中，因为异步电动机反电势U2与交流电网电压U1之间存在相位和幅值差异，切换瞬间冲击电流会比较大。如果不进行抑制，可能引起交流电网振荡和电动机使用寿命缩短等问题。

发明内容

针对上述变频软启动器冲击电流，本发明提出了一种变频软启动器切换过程冲击电流的抑制方法，可有效降低切换瞬间冲击电流，实现切换过程的平滑过渡。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种变频软启动器切换过程冲击电流的抑制方法，包括电动机反电势U2与交流电网电压U1相位差及幅值差补偿和主开关合闸延时预测补偿处理；

所述的电动机反电势U2与交流电网电压U1相位差及幅值差补偿为:变频软启动器软启动完成后，即变频软启动器将异步电动机拖动至额定转速后，采用锁相环对交流电网电压U1进行锁相得到其相位和幅值，并将交流电网电压U1经滤波器处理后导致相位滞后角度补偿到锁相环锁相角度中、导致幅值衰减幅值补偿到锁相环幅值中，以消除滤波器的影响，将电动机反电势U2与交流电网电压U1的电压相位差作为转速控制环转速给定值的附加控制量，将电动机反电势U2与交流电网电压U1的电压幅值差作为磁链控制环磁链给定值的附加控制量，以调节输出电压相位和幅值使相位差、幅值差减小到可接受的动态区间；

所述的主开关合闸延时预测补偿处理为：当相位差和幅值差减小至可接受的动态区间时，发出主开关合闸指令，并对主开关合闸延时时间进行预测补偿处理后，变频软启动器停机，以减小软启动器停机后电动机反电势U2下降时间，降低电动机反电势U2与交流电网电压U1的差；

以此，通过减小变频软启动器启动完成后切换过程中异步电动机反电势U2与交流电网电压U1的相位和幅值差，而达到抑制冲击电流的目的。

更进一步，变频软启动器将电机拖动至额定转速并稳定运行后，控制器采集交流主电网三相电压，经锁相环(PLL)锁相得到交流电网电压U1相位角θ_grid、幅值u_amp；将所述的相位角θ_grid与滤波器相位滞后补偿角θ_filter相加，然后再与电动机辨识角度θ_idf做差，得到电动机反电势U2与交流电网电压U1相位差：