★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）

一種變頻啟動方法及變頻啟動裝置

★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)載在啟動時會產(chǎn)生超大啟動電流，在信號處理器為主的控制電路以及驅(qū)動電路作用下，通過設(shè)置升壓逆變電路實現(xiàn)的輸出電壓和輸出頻率電壓實時滿足負(fù)載啟動所需最低要求電壓和頻率，實現(xiàn)變頻啟動并達(dá)到限制負(fù)載電動機(jī)的超大啟動電流的目的。

變頻啟動；高頻變壓器；功率器件；啟動電流

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)啟動時，需要克服靜摩擦力和冰箱的壓縮機(jī)驅(qū)動線圈的沖擊。在負(fù)載啟動的瞬間，由于電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的相對運動幾乎為0，即沒有切割磁場的運動，就不會在電路中產(chǎn)生反電動勢；當(dāng)供電電壓不變時，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，因此啟動電流很大，為正常運行電流的7～8倍。

目前對超大啟動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)載啟動瞬間會產(chǎn)生超大電流，熱敏電阻需要一定時間達(dá)到工作狀態(tài)電阻值，且關(guān)閉時熱敏電阻需要一定冷卻時間，頻繁啟動熱敏電阻可能會失去限制作用，而工頻變壓器法是在用電器之間串聯(lián)一個工頻變壓器，當(dāng)電路中電機(jī)等負(fù)載啟動產(chǎn)生超大啟動電流時，工頻變壓器使輸出電壓下降，但輸出頻率保持不變。雖然相對穩(wěn)態(tài)電壓下的超大啟動電流有所減小，但并未改變電機(jī)性負(fù)載的轉(zhuǎn)速，因而超大啟動電流仍然較大。本文則通過緩啟動的方法實現(xiàn)限制超大啟動電流的現(xiàn)象，使輸出滿足負(fù)載啟動要求的同時，可以達(dá)到有效限制負(fù)載電動機(jī)的超大啟動電流的目的。

2 裝置架構(gòu)圖

變頻啟動裝置包含控制驅(qū)動電路部分和主電路部分，如圖1所示。

圖1 變頻啟動裝置

控制驅(qū)動電路部分包含信號處理器1、信號采集器2和驅(qū)動電路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。

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

信號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，并將檢測信號輸入所述信號處理器。

驅(qū)動電路根據(jù)所述指令信號驅(qū)動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，并將檢測信號輸入信號處理器中，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；信號處理器還對升壓電路進(jìn)行反饋控制，以保證輸出電壓和輸出頻率滿足負(fù)載正常運行的需要。

當(dāng)檢測到負(fù)載啟動時，信號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計算給定頻率和指令信號，根據(jù)指令信號控制驅(qū)動功率器件（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)動升壓逆變電路，使升壓逆變電路輸出所述給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；并按照預(yù)設(shè)的線性關(guān)系，逐漸抬升所述給定電壓，并實時計算所述給定電壓對應(yīng)的給定頻率和指令信號；

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)載的額定電壓并實時計算給定頻率和指令信號。

4 軟件設(shè)計

硬件電路中包含對升壓逆變?nèi)珮?1和逆變橋64進(jìn)行控制。本設(shè)計需要實時計算給定頻率和電壓的信號指令，當(dāng)負(fù)載啟動時，信號控制器根據(jù)信號采集器的信號和反饋信號實時計算并向驅(qū)動電路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)運行時的額定電壓和額定頻率，將啟動時的負(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)定運行，同時也減少了啟動時的能源浪費，具有良好的經(jīng)濟(jì)價值。

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，研究方向為風(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。