本發(fā)明涉及電機控制技術領域，更具體地說，它涉及一種永磁同步電機的軟啟動方法及控制裝置。

背景技術：

由永磁體勵磁產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場的同步電機，稱為永磁同步電機。永磁同步電機主要由以下部件組成：定子繞組、轉(zhuǎn)子、機體。定子繞組通過三相交流電產(chǎn)生與電源頻率同步的旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子是用永磁材料做成的永磁體，它在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，開始旋轉(zhuǎn)。

對于永磁同步電機的啟動方法大致分為兩類：變頻啟動（軟啟動）與直接啟動（硬啟動）。其中，硬啟動的啟動電流是電機額定電流的3-7倍，啟動時所造成的過載沖擊，對同步電機的機、電的強度與容量設計要求都十分嚴苛，也會對電機的定子繞組等造成破壞。為了避免上述情況的發(fā)生，現(xiàn)有技術中多通過軟啟動的方式來啟動永磁同步電機。軟啟動顧名思義，就是不直接啟動，而是利用電機變頻器慢慢地調(diào)節(jié)輸入永磁同步電機的輸入電壓以及頻率大小，最終使得永磁同步電機在額定功率下運行，這樣電機在啟動過程中的啟動電流，就由過去不可控的過載沖擊電流變成為可控的、可根據(jù)需要調(diào)解大小的啟動電流。對于上述控制，就目前而言，還存在一些問題，例如，上述軟啟動過程雖然平穩(wěn)，但是也犧牲了電機的啟動響應速度，軟啟動耗時較長并且在啟動初期永磁同步電機容易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。上述耗時較長的原因不僅在于軟啟動本身的步驟過程，還在于定子繞組具有一定的自感，對于電機定子繞組的電流矢量變化頻率存在遲滯作用。

技術實現(xiàn)要素：

針對實際運用中永磁同步電機軟啟動響應速度較慢這一問題，本發(fā)明目的一在于提出一種永磁同步電機的軟啟動方法，目的二在于提供一種實施上述方法的控制裝置，具體方案如下：

一種永磁同步電機的軟啟動方法，電機變頻器配置為將電源按設定的軟啟動模型供給到所述電機，所述方法包括步驟：

通過所述變頻器產(chǎn)生一定大小的電流矢量到電機的定子，以及

旋轉(zhuǎn)所述電流矢量以旋轉(zhuǎn)所述電機的轉(zhuǎn)子，

從軟啟動模型中各階段的電流及電壓關系，計算得到電機定子繞組在軟啟動的各階段由所述定子繞組自感而造成的電流矢量的大小的變化量；

與所述變頻器同步，輸入補償電流矢量至所述定子繞組，

其中，輸入至所述定子繞組中的所述補償電流矢量的大小，與經(jīng)所述變頻器配置輸入至所述定子繞組中的電流矢量的大小的和值不小于所述電機的額定電流。

當永磁同步電機啟動時，定子繞組中的電流矢量不斷發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的頻率越來越接近電機的額定轉(zhuǎn)動頻率，同時，上述電流矢量的旋轉(zhuǎn)帶動電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。在的定子繞組上電后，定子繞組由于自身結(jié)構(gòu)的原因會存在一定大小的繞組電感，上述繞組電感的存在會遲滯定子繞組中的電流矢量的變化速度，延緩電機轉(zhuǎn)子的啟動時間，并且容易造成電機的失步；為了驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，除需要克服電機轉(zhuǎn)子本身的慣性阻力之外，還要克服繞組電感的阻抗，因此需要較大的初始電壓。通過上述技術方案，在電機的轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，向定子繞組中輸入補償電流矢量，上述補償電流矢量用于克服定子繞組的繞組電感效應，并且配合定子繞組中的電流矢量增強定子當中的磁場，利于驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。同時，輸入的補償電流矢量與定子繞組中的電流矢量分線設置，相互分離互不干涉，因此，降低了對電機主體的機、電強度要求。

進一步的，當所述電機啟動時，所述補償電流矢量的方向與所述定子繞組中電流矢量的方向相同。

通過上述技術方案，補償電流矢量與定子繞組中的電流矢量產(chǎn)生的磁場相互疊加，增大了轉(zhuǎn)子的力矩，促使電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；相同方向的電流矢量也使得補償電流矢量能夠削弱定子繞組電感的阻抗遲滯作用。

進一步的，所述補償電流矢量配置為由所述定子繞組的兩端點或所述定子繞組的至少兩個任意接入點輸入至所述定子繞組中。

由于在電機繞組通電時，最初的感抗表現(xiàn)在繞組的某一段而非整個繞組，通過上述技術方案，可以在電機不同的啟動階段選擇不同的區(qū)段輸入補償電流矢量。

進一步的，所述補償電流矢量的接入點配置為位于所述定子繞組沿其所含電流矢量方向的前端，且所述接入點所包含的定子繞組的匝數(shù)與所述補償電流的大小呈正相關設置。

通過上述技術方案，可以精確地抵消定子繞組前端的電感，減少電流矢量剛輸入時的阻抗，減少響應的時間。

進一步的，當所述電機的運轉(zhuǎn)電流及頻率超過所述電機的額定值時，停止輸入所述補償電流矢量。

進一步的，當所述電機停止運轉(zhuǎn)時，輸入的所述補償電流矢量方向與所述定子繞組中原電流矢量的方向相反。

通過上述技術方案，當電機停止轉(zhuǎn)動時，可以利用上述電流矢量在短時間內(nèi)將電機轉(zhuǎn)子停住。

一種永磁同步電機的軟啟動控制裝置，包括整流濾波器、逆變器、變頻控制器以及控制單元，還包括電流矢量補償模塊，所述電流矢量補償模塊包括：

補償電源裝置，配置為與所述控制單元控制連接，輸出補償電流矢量；

補償繞組，包括至少一根與電機的定子繞組平行設置的繞組線，所述繞組線沿其長度方向設置有多個接入點，多個所述接入點上均電連接有導電線；

選通裝置，設置于所述補償電源裝置與多根導電線之間，與多根所述導電線選通連接且與控制單元控制連接，響應于控制單元的控制信號選通多根所述導電線中的其中兩根與補償電源裝置，形成一電流矢量補償回路。

通過上述技術方案，在啟動或停止電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動時，可以通過補償繞組向定子繞組輸入補償電流矢量，上述補償電流矢量在電機啟動時提供與定子繞組相同頻率，相同方向的電流矢量，產(chǎn)生的磁場抵消定子繞組的自感，減少繞組電感對軟啟動的遲滯作用，降低失步的概率，通過設置選通裝置，可以利用控制單元選擇性的導通其中兩根導電線，選擇每一個特定方向下的電流矢量所流經(jīng)的定子繞組的位置與匝數(shù)，使得定子繞組能夠被精確的抵消降低。通過設置補償繞組，也可以利用補償繞組采集定子繞組中的磁場變化，實現(xiàn)對電機運行狀態(tài)的檢測。

進一步，所述補償電源裝置配置為與所述永磁同步電機的電源、整流濾波器、逆變器、變頻控制器相同；

所述變頻控制器與控制單元控制連接，響應于控制單元的控制信號按照電機軟啟動模型輸出變頻控制信號。

通過上述技術方案，使得補償電流矢量的補償電源裝置能夠輸出與電機變頻器相同頻率、相同方向的電流矢量，也可以輸出不一樣的補償電流矢量，實現(xiàn)對電機內(nèi)部磁場的精確控制。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

（1）通過在電機啟動時輸入補償電流矢量，抵消定子繞組電感的阻礙遲滯作用，加快轉(zhuǎn)子的啟動速度，并且減少電機的失步；

（2）通過選擇性的對定子繞組特定區(qū)段進行電流矢量補償，使得電流矢量的補償更加精確，有利于提升電機軟啟動的響應速度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的軟啟動方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制裝置結(jié)構(gòu)框架示意圖;

圖3為永磁同步電機的軟啟動控制裝置的整體模塊示意圖。

附圖標志：1、電源；2、整流濾波器；3、逆變器；4、變頻控制器；5、控制單元；6、電流矢量補償模塊；61、補償電源裝置；62、補償繞組；63、選通裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。

如圖1所示，一種永磁同步電機的軟啟動方法，電機變頻器配置為將電源1按設定的軟啟動模型供給到所述電機。上述電機的軟啟動模型包括電機啟動時初始輸入的電壓-頻率曲線，針對不同的電機，變頻控制器4依照不同的電壓-頻率曲線向定子繞組輸入電流矢量，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的啟動。

當永磁同步電機啟動時，定子繞組中的電流矢量不斷發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的頻率越來越接近電機的額定轉(zhuǎn)動頻率，同時，上述電流矢量的旋轉(zhuǎn)帶動電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。在的定子繞組上電后，定子繞組由于自身結(jié)構(gòu)的原因會存在一定大小的繞組電感，上述繞組電感的存在會遲滯定子繞組中的電流矢量的變化速度，延緩電機轉(zhuǎn)子的啟動時間，并且容易造成電機的失步；為了驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，除需要克服電機轉(zhuǎn)子本身的慣性阻力之外，還要克服繞組電感的阻抗，因此需要較大的初始電壓。當下常見的硬啟動電壓為電機額定電壓的6-7倍，上述類似于電脈沖的電壓會對電機造成嚴重的沖擊，不利于電機的安全穩(wěn)定。相對而言，軟啟動則會由于繞組電感的飽和效應而容易發(fā)生失步并且在啟動上有一定時間的遲滯。

基于上述問題，對于本發(fā)明，所述軟啟動方法包括步驟：

s1：通過所述變頻器產(chǎn)生一定大小的電流矢量到電機的定子；

s2：旋轉(zhuǎn)所述電流矢量以旋轉(zhuǎn)所述電機的轉(zhuǎn)子；

s3：從軟啟動模型中各階段的電流及電壓關系，計算得到電機定子繞組在軟啟動的各階段由所述定子繞組自感而造成的電流矢量的變化量；

s4：與所述變頻器同步，輸入補償電流矢量至所述定子繞組。

其中，輸入至所述定子繞組中的所述補償電流矢量的大小，與經(jīng)所述變頻器配置輸入至所述定子繞組中的電流矢量的大小的和值不小于所述電機的額定電流。

通過上述技術方案，在電機的轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，向定子繞組中輸入補償電流矢量，上述補償電流矢量用于克服定子繞組的繞組電感效應，并且配合定子繞組中的電流矢量增強定子當中的磁場，利于驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。同時，輸入的補償電流矢量與定子繞組中的電流矢量分線設置，相互分離互不干涉，不會在同一繞組線圈中產(chǎn)生過大的電流，因此降低了對電機主體的機、電強度要求。

當所述電機啟動時，所述補償電流矢量的方向與所述定子繞組中電流矢量的方向相同。

當所述電機停止運轉(zhuǎn)時，輸入的所述補償電流矢量方向與所述定子繞組中原電流矢量的方向相反。

上述狀態(tài)中，相同方向的補償電流矢量與定子繞組中的電流矢量，補償電流矢量與定子繞組中的電流矢量產(chǎn)生的磁場相互疊加，增大了轉(zhuǎn)子的力矩，促使電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；相同方向的電流矢量也使得補償電流矢量能夠削弱定子繞組電感的阻抗遲滯作用。

當電機停止轉(zhuǎn)動時，即電子定子繞組中的電流矢量消失時，由于繞組自感的存在，定子繞組中仍然會維持一段時間的電流存在，在一段時間內(nèi)，這股電流將會維持定子繞組中的磁場不變，因此會增加電機停轉(zhuǎn)所需的時間。而這時相反方向的補償電流矢量與定子繞組中的自感產(chǎn)生的電流矢量能夠相互抵消，從而縮短電機轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)的時間。

當所述電機的運轉(zhuǎn)電流及頻率超過所述電機的額定值時，停止輸入所述補償電流矢量。

當所述電機的運轉(zhuǎn)電流及頻率低于設定值時（停轉(zhuǎn)過程），停止輸入所述補償電流矢量。

上述兩條設定可以保證電機的正常穩(wěn)定，使得電機的運行功率維持在合理的水平。

由于在電機繞組通電時，最初的感抗表現(xiàn)在繞組的某一段而非整個繞組。詳述的，所述補償電流矢量配置為由所述定子繞組的兩端點或所述定子繞組的至少兩個任意接入點輸入至所述定子繞組中，可以在電機不同的啟動階段選擇不同的區(qū)段輸入補償電流矢量。

本發(fā)明中，優(yōu)化的，所述補償電流矢量的接入點配置為位于所述定子繞組沿其所含電流矢量方向的前端，且所述接入點所包含的定子繞組的匝數(shù)與所述補償電流的大小呈正相關設置。上述技術方案，可以精確地抵消定子繞組前端的電感，減少電流矢量剛輸入時的阻抗，減少響應的時間。

為了實現(xiàn)上述永磁同步電機的軟啟動方法，本發(fā)明中還提出了一種永磁同步電機的軟啟動控制裝置。如圖2所示，包括整流濾波器2、逆變器3、變頻控制器4以及控制單元5，還包括電流矢量補償模塊6。

所述電流矢量補償模塊6包括：

補償電源裝置61，配置為與所述控制單元5控制連接，輸出補償電流矢量；

補償繞組62，包括至少一根與電機的定子繞組平行設置的繞組線，所述繞組線沿其長度方向設置有多個接入點，多個所述接入點上均電連接有導電線；

選通裝置63，設置于所述補償電源裝置61與多根導電線之間，與多根所述導電線選通連接且與控制單元5控制連接，響應于控制單元5的控制信號選通多根所述導電線中的其中兩根與補償電源裝置61，形成一電流矢量補償回路。

對于所述補償電源裝置61配置為與所述永磁同步電機的電源1、整流濾波器2、逆變器3、變頻控制器4相同；所述變頻控制器4與控制單元5控制連接，響應于控制單元5的控制信號按照電機軟啟動模型輸出變頻控制信號。上述技術方案，使得補償電流矢量的補償電源裝置61能夠輸出與電機變頻器相同頻率、相同方向的電流矢量，也可以輸出不一樣的補償電流矢量，實現(xiàn)對電機內(nèi)部磁場的精確控制。

上述方案中，控制單元5采用單片機、dsp芯片等。上述選通裝置63采用程控開關。優(yōu)選的，補償繞組62設置于定子繞組靠近定子繞組軸線一側(cè)，以平衡定子繞組趨膚效應可能存在的影響。

本方案中，在啟動或停止電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動時，可以通過補償繞組62向定子繞組輸入補償電流矢量，上述補償電流矢量在電機啟動時提供與定子繞組相同頻率，相同方向的電流矢量，產(chǎn)生的磁場抵消定子繞組的自感，減少繞組電感對軟啟動的遲滯作用，降低失步的概率，通過設置選通裝置63，可以利用控制單元5選擇性的導通其中兩根導電線，選擇每一個特定方向下的電流矢量所流經(jīng)的定子繞組的位置與匝數(shù)，使得定子繞組能夠被精確的抵消降低。通過設置補償繞組62，也可以利用補償繞組62采集定子繞組中的磁場變化，實現(xiàn)對電機運行狀態(tài)的檢測。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。