★劉星，李平（北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100044）

一種變頻啟動(dòng)方法及變頻啟動(dòng)裝置

★劉星，李平（北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100044）

風(fēng)光等新能源控制逆變系統(tǒng)所接負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生超大啟動(dòng)電流，在信號(hào)處理器為主的控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路作用下，通過設(shè)置升壓逆變電路實(shí)現(xiàn)的輸出電壓和輸出頻率電壓實(shí)時(shí)滿足負(fù)載啟動(dòng)所需最低要求電壓和頻率，實(shí)現(xiàn)變頻啟動(dòng)并達(dá)到限制負(fù)載電動(dòng)機(jī)的超大啟動(dòng)電流的目的。

變頻啟動(dòng)；高頻變壓器；功率器件；啟動(dòng)電流

1 概述

當(dāng)前偏遠(yuǎn)山區(qū)或牧區(qū)的無電用戶使用控制逆變一體機(jī)發(fā)電來滿足用電需要，他們利用風(fēng)光采集的能量經(jīng)過控逆一體機(jī)的轉(zhuǎn)變使能量變?yōu)榭梢怨┯脩羰褂玫慕涣髂芰?。目前家用電器的冰箱和空調(diào)的壓縮機(jī)、微波爐的電機(jī)等負(fù)載都是感性負(fù)載，由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，需要克服靜摩擦力和冰箱的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈的沖擊。在負(fù)載啟動(dòng)的瞬間，由于電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幾乎為0，即沒有切割磁場的運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)在電路中產(chǎn)生反電動(dòng)勢；當(dāng)供電電壓不變時(shí)，忽略線圈自感作用，所有的輸出電壓都加在了電路的電阻上，因此啟動(dòng)電流很大，為正常運(yùn)行電流的7～8倍。

目前對(duì)超大啟動(dòng)電流的限制方法主要包括熱敏電阻法和工頻變壓器法。前者通過在電路中串聯(lián)熱敏電阻限制負(fù)載啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生超大電流，熱敏電阻需要一定時(shí)間達(dá)到工作狀態(tài)電阻值，且關(guān)閉時(shí)熱敏電阻需要一定冷卻時(shí)間，頻繁啟動(dòng)熱敏電阻可能會(huì)失去限制作用，而工頻變壓器法是在用電器之間串聯(lián)一個(gè)工頻變壓器，當(dāng)電路中電機(jī)等負(fù)載啟動(dòng)產(chǎn)生超大啟動(dòng)電流時(shí)，工頻變壓器使輸出電壓下降，但輸出頻率保持不變。雖然相對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓下的超大啟動(dòng)電流有所減小，但并未改變電機(jī)性負(fù)載的轉(zhuǎn)速，因而超大啟動(dòng)電流仍然較大。本文則通過緩啟動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)限制超大啟動(dòng)電流的現(xiàn)象，使輸出滿足負(fù)載啟動(dòng)要求的同時(shí)，可以達(dá)到有效限制負(fù)載電動(dòng)機(jī)的超大啟動(dòng)電流的目的。

2 裝置架構(gòu)圖

變頻啟動(dòng)裝置包含控制驅(qū)動(dòng)電路部分和主電路部分，如圖1所示。

圖1 變頻啟動(dòng)裝置

控制驅(qū)動(dòng)電路部分包含信號(hào)處理器1、信號(hào)采集器2和驅(qū)動(dòng)電路3；主電路部分為蓄電池（5）、升壓逆變電路（61、62、63、64、65）和負(fù)載（7），升壓逆變電路包括依次連接的升壓逆變?nèi)珮颉⒏哳l變壓橋、整流橋和逆變橋。

信號(hào)處理器為數(shù)字信號(hào)處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?，根?jù)所述檢測信號(hào)設(shè)置給定電壓，之后根據(jù)所述給定電壓計(jì)算給定頻率和指令信號(hào)，并將所述指令信號(hào)輸入所述驅(qū)動(dòng)電路。

信號(hào)采集器檢測輸入端的輸入電壓和輸入電流以及輸出電路的負(fù)載電流和輸出電壓，并將檢測信號(hào)輸入所述信號(hào)處理器。

驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述指令信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出電路中的功率器件，使所述輸出電路輸出與所述給定電壓和給定頻率匹配的輸出電壓和輸出頻率。

3 控制過程

在蓄電池輸出端設(shè)置升壓逆變電路，信號(hào)采集器檢測升壓逆變電路輸出端的負(fù)載電流，并將檢測信號(hào)輸入信號(hào)處理器中，作為調(diào)整所述升壓逆變電路的的輸出電壓和輸出頻率的反饋要素；信號(hào)處理器還對(duì)升壓電路進(jìn)行反饋控制，以保證輸出電壓和輸出頻率滿足負(fù)載正常運(yùn)行的需要。

當(dāng)檢測到負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，信號(hào)處理器將給定電壓設(shè)置為所述負(fù)載的起跳電壓并適時(shí)計(jì)算給定頻率和指令信號(hào)，根據(jù)指令信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)功率器件（包含高頻升壓逆變?nèi)珮?1和工頻逆變橋64）的占空比以驅(qū)動(dòng)升壓逆變電路，使升壓逆變電路輸出所述給定電壓對(duì)應(yīng)的給定頻率和指令信號(hào)；并按照預(yù)設(shè)的線性關(guān)系，逐漸抬升所述給定電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算所述給定電壓對(duì)應(yīng)的給定頻率和指令信號(hào)；

當(dāng)給定電壓達(dá)到負(fù)載的穩(wěn)態(tài)電壓范圍，最終將給定電壓設(shè)置為負(fù)載的額定電壓并實(shí)時(shí)計(jì)算給定頻率和指令信號(hào)。

4 軟件設(shè)計(jì)

硬件電路中包含對(duì)升壓逆變?nèi)珮?1和逆變橋64進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)需要實(shí)時(shí)計(jì)算給定頻率和電壓的信號(hào)指令，當(dāng)負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，信號(hào)控制器根據(jù)信號(hào)采集器的信號(hào)和反饋信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算并向驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)出指令改變升壓逆變?nèi)珮?1和逆變橋64電路的功率器件功率型MOS管的占空比，從而主電路按預(yù)設(shè)的曲線（如圖2所示）輸出電壓和頻率。Utrip和ftrip和為預(yù)設(shè)的電壓幅值和頻率，Irlc為負(fù)載的電流。

圖2

5 結(jié)論

利用本文所介紹的變頻啟動(dòng)方法和裝置可以使控制逆變系統(tǒng)所帶負(fù)載電流緩慢、小幅上升，直至達(dá)到負(fù)載平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的額定電壓和額定頻率，將啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載電流增幅限制在安全范圍內(nèi)，保護(hù)電路中的功率器件，保證了控制逆變系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也減少了啟動(dòng)時(shí)的能源浪費(fèi)，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

Variable Frequency Starting Method and Device

The loads of wind, light and other new energy control inverter systems produces high starting current when they start. Based on the control circuit in the signal processor and driver circuit, the output voltage and frequency can meet the real-time load requirements of the minimum voltage and frequency by setting the boost inverter circuit. In this way, variable frequency starting is achieved, and the high starting current of the load motor is limited.

Variable frequency starting; High-frequency transformer; Power device; Starting current

劉星（1981-），男，北京人，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于北京中油瑞飛信息技術(shù)有限公司，研究方向?yàn)轱L(fēng)力、光伏發(fā)電控制。

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1003-0492(2017)04-0098-02

TM921.51

李平（1986-），女，北京人，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于北京中油瑞飛信息技術(shù)有限公司。