本發(fā)明屬于電機(jī)的變頻調(diào)速和軟起動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前，異步電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉成為非常重要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，占工業(yè)動(dòng)力源的90％以上，但交流異步電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)電流達(dá)到額定電流5-8倍，而且難以獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，對(duì)電機(jī)自身和電網(wǎng)有不利的影響，軟起動(dòng)設(shè)備的研發(fā)成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

現(xiàn)在常用的電機(jī)軟起動(dòng)設(shè)備是普通的調(diào)壓和限流軟起動(dòng)，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要是在電網(wǎng)與電機(jī)之間的每相串入反并聯(lián)的晶閘管組，通過(guò)觸發(fā)晶閘管斬波實(shí)現(xiàn)控制，目前的調(diào)壓、限流和離散變頻軟起動(dòng)都以其為主回路。通過(guò)改變每相電壓的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。這種軟起動(dòng)只改變電壓的有效值而沒(méi)有改變電壓的頻率，其缺點(diǎn)為：其一，不變頻時(shí)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于起動(dòng)電壓的平方，當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)矩以電壓降低倍數(shù)的平方降低；其二，不能改變定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)差過(guò)大；電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低，三相晶閘管降壓起動(dòng)的定子磁場(chǎng)是以同步轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于轉(zhuǎn)速很低的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)差很大，造成電機(jī)起動(dòng)時(shí)反轉(zhuǎn)、抖動(dòng)厲害。

為了彌補(bǔ)這些不足，學(xué)者們探索出了與圖1相同的基于三相反并聯(lián)晶閘主回路的交交變頻軟起動(dòng)方法。離散變頻就是較早提出的一種，其原理是對(duì)三相工頻交流電源有選擇的導(dǎo)通和截止，從而形成頻率為50/n Hz的電壓(n＝1,2,3...)波形，但是運(yùn)用中出現(xiàn)很大的諧波，致使電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過(guò)大，甚至無(wú)法起動(dòng)，帶載能力有限而且污染電網(wǎng)。近幾年提出的6邊形空間電壓矢量軟起動(dòng)在離散變頻的原理基礎(chǔ)上融合了空間電壓矢量的原理，一定程度上解決了離散變頻軟起動(dòng)的諧波問(wèn)題，但由于其仍然使用半控的半導(dǎo)體器件而且依然基于離散變頻的原理，所以變頻級(jí)數(shù)有限且部分分頻磁場(chǎng)不對(duì)稱或斷續(xù)等問(wèn)題限制了其發(fā)展前景。

綜合考慮上述各種軟起動(dòng)器的原理與缺陷，應(yīng)用于異步電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域的變頻軟起動(dòng)器輸出電壓幅度、頻率連續(xù)可調(diào)，控制算法多樣化且都已發(fā)展成熟，若將其應(yīng)用于電機(jī)軟起動(dòng)中可以完美的解決上述軟起動(dòng)器存在的問(wèn)題，但從其結(jié)構(gòu)和原理上考慮，存在著：不需要調(diào)速的工控場(chǎng)合中，電機(jī)起動(dòng)完成后，變頻器難以旁路退出的問(wèn)題，資源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性大打則扣，在軟起動(dòng)應(yīng)用上遭到大多企業(yè)棄用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器，本發(fā)明可以一機(jī)多用，大幅度降低成本，在不影響原有逆變變頻控制算法運(yùn)行效果的情況下，使其實(shí)現(xiàn)旁路，而且其優(yōu)越的性能也完好地解決了異步電機(jī)起動(dòng)問(wèn)題，跨越了軟起動(dòng)器與變頻逆變器界線，形成了具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器，包括三相整流橋、電容C、三相逆變橋和控制器；所述三相整流橋的出線端與三相逆變橋的進(jìn)線端通過(guò)直流母線連接，所述的電容C并聯(lián)在直流母線上，電容支路上設(shè)置有與電容C串聯(lián)的帶有續(xù)流二極管VDC的功率開(kāi)關(guān)管VTC控制電容充放電回路通斷；三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端分別與電網(wǎng)和電機(jī)連接形成主回路；三相整流橋的進(jìn)線端上、三相逆變橋的出線端上、電網(wǎng)與電機(jī)的連接線上都串聯(lián)有旁路接觸器；所述的控制器采集電網(wǎng)輸出端、直流母線上、三相逆變橋輸出端的電壓和電流，且控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制所有的旁路接觸器。

電網(wǎng)的A、B、C三相分別通過(guò)旁路接觸器SA、SB、SC與三相整流橋的三個(gè)進(jìn)線端連接，電網(wǎng)的A、B、C三相分別通過(guò)旁路接觸器Sa、Sb、Sc與電機(jī)的U、V、W三相連接，三相逆變橋的三個(gè)出線端分別通過(guò)旁路接觸器SU、SV、SW與電機(jī)的U、V、W三相連接。

電網(wǎng)電壓間接給電機(jī)供電、需要變頻軟起動(dòng)器控制時(shí)，旁路接觸器Sa、Sb、Sc斷開(kāi)，旁路接觸器SA、SB、SC、SU、SV及SW閉合。

電網(wǎng)電壓直接給電機(jī)供電、需要將變頻軟起動(dòng)器旁路時(shí)，旁路接觸器Sa、Sb、Sc閉合，旁路接觸器SA、SB、SC、SU、SV及SW斷開(kāi)。

一種具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器的控制方法，包括以下步驟：

三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端的旁路接觸器閉合，電網(wǎng)和電機(jī)之間的旁路接觸器斷開(kāi)，三相整流橋?qū)㈦娋W(wǎng)的交流電壓變換為直流電壓，三相逆變橋再將直流母線的直流電壓變換為幅值、頻率、相位可調(diào)的交流電壓給電機(jī)供電，控制器對(duì)電機(jī)進(jìn)行連續(xù)變頻的軟起動(dòng)控制；控制器控制電容支路充放電，保留脈動(dòng)電壓并提供能量回饋回路；軟起動(dòng)完成后，通過(guò)相位調(diào)節(jié)使逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓同頻同相，調(diào)制方式由高頻互補(bǔ)導(dǎo)通的多脈寬調(diào)制方式轉(zhuǎn)變?yōu)?20度導(dǎo)通的單脈寬調(diào)制，轉(zhuǎn)換過(guò)渡過(guò)程以過(guò)調(diào)制的方式完成；此后，通過(guò)電流電壓檢測(cè)找到變頻軟起動(dòng)器旁路時(shí)機(jī)，三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端的旁路接觸器斷開(kāi)，電網(wǎng)和電機(jī)之間的旁路接觸器閉合，在電機(jī)正常運(yùn)行的同時(shí)退出變頻軟起動(dòng)器。

電容充放電回路控制方法具體步驟為：

控制器根據(jù)直流母線的電壓值來(lái)判斷電容充放電回路應(yīng)處的通斷狀態(tài)：控制器采集的直流母線電壓值大于控制器閾值時(shí)，主回路通過(guò)電容C形成續(xù)流回路，功率開(kāi)關(guān)管VTCVTC導(dǎo)通形成負(fù)載續(xù)流回路，此時(shí)三相逆變橋的入口側(cè)電壓高于三相整流橋入口側(cè)電壓，電網(wǎng)能量不流入電容C；

控制器采集的直流母線電壓值低于控制器閾值時(shí)，判斷此時(shí)不需要電容形成續(xù)流回路，關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)管VTCVTC，電網(wǎng)能量流入三相逆變橋中；斷開(kāi)電容C的充電回路，電網(wǎng)能量流入到逆變橋中，不流入到電容中，在續(xù)流時(shí)儲(chǔ)存在電容C中能量則可以通過(guò)續(xù)流二極管VDC釋放到逆變橋中；整個(gè)過(guò)程電網(wǎng)和電容C無(wú)能量流動(dòng)，直流母線電壓無(wú)濾波，直流母線保留了直接來(lái)自電網(wǎng)線的脈動(dòng)電壓。

調(diào)制方式的轉(zhuǎn)變具體步驟為：當(dāng)變頻軟起動(dòng)器輸出為50Hz、電機(jī)變頻起動(dòng)完成后，增大調(diào)制比，將給定調(diào)制波的幅值逐步提升，使其過(guò)調(diào)制至：當(dāng)電網(wǎng)中某相電壓值的絕對(duì)值在三相中最大時(shí)的120度時(shí)間段內(nèi)，持續(xù)觸發(fā)該相對(duì)應(yīng)的上下橋臂；再通過(guò)相位調(diào)節(jié)將其他時(shí)刻的多脈寬轉(zhuǎn)換為低電平，完成調(diào)制方式的轉(zhuǎn)變。

變頻軟起動(dòng)器旁路時(shí)機(jī)為：當(dāng)軟起動(dòng)完成后不需要變頻調(diào)速時(shí)，通過(guò)相位調(diào)制使三相逆變橋輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相，然后改變調(diào)制方式，讓三相逆變橋工作于與三相整流橋同步的兩相導(dǎo)通工作模式；通過(guò)控制器對(duì)電壓電流進(jìn)行檢測(cè)，找到一段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)的A、B相分別與電機(jī)的U、V直接相接，電網(wǎng)C相未導(dǎo)通電流為零，且這段時(shí)間內(nèi)能夠找到一個(gè)時(shí)刻電機(jī)W相電流衰減到零。

變頻軟起動(dòng)器旁路的具體控制方法為：三相整流橋的二極管VD1和二極管VD6導(dǎo)通，電網(wǎng)A、B相間的壓差最大，在母線上形成電壓Uab，三相逆變橋中IGBT管VT1、IGBT管VT6開(kāi)通，電網(wǎng)的A相與電機(jī)的U相相連，B相與電機(jī)的V相相連，兩邊電壓一致；將旁路接觸器Sa、Sb閉合，旁路接觸器SA、SB與SU斷開(kāi)，讓電網(wǎng)的A、B相分別與電機(jī)的U、V相直接相連，旁路掉變頻軟起動(dòng)器中的兩相，同時(shí)觸發(fā)IGBT管VT2使電機(jī)W相電流以W相、IGBT管VT2、二極管VD6、V相回路通過(guò)內(nèi)部能耗沿著原電流曲線變化趨勢(shì)衰減過(guò)零，電網(wǎng)中只有A、B兩相導(dǎo)通，C相的相電流也為零，此時(shí)斷開(kāi)旁路接觸器SV，再閉合旁路接觸器Sc，然后斷開(kāi)旁路接觸器SC、SW，電機(jī)的W相和電網(wǎng)的C相直接相接，將變頻軟起動(dòng)器旁路。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：

本次發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)變頻逆變器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在直流母線上的電容支路上串入帶有續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管，對(duì)電容C充放電回路的通斷進(jìn)行控制。其在交-直-交變頻軟起動(dòng)器兩端串入旁路接觸器，形成新的交流-直流-交流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)并接在逆變器直流母線側(cè)的電容充放電回路進(jìn)行控制，這種新結(jié)構(gòu)因在直流母線上保留了來(lái)至電網(wǎng)的6波頭脈動(dòng)電壓，使變頻軟起動(dòng)器輸出端與電網(wǎng)具有直接連接關(guān)系而可以實(shí)現(xiàn)旁路，因此可以很好的應(yīng)用到電機(jī)的變頻調(diào)速和軟起動(dòng)領(lǐng)域。整體結(jié)構(gòu)上保持整流和逆變兩部分，已有的逆變變頻原理和控制方式在這種結(jié)構(gòu)上仍然適用，且輸出效果可以達(dá)到傳統(tǒng)變頻軟起動(dòng)器性能，而且改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)旁路。將其應(yīng)用于電機(jī)軟起動(dòng)可以很好的實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)。在不要變頻調(diào)速的工業(yè)場(chǎng)所，起動(dòng)完成后將其退出，還可以應(yīng)用于其他電機(jī)的軟起動(dòng)或者調(diào)速生產(chǎn)中。如此實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，大幅度降低成本，而且其優(yōu)越的性能也完好地解決了異步電機(jī)起動(dòng)問(wèn)題，跨越了軟起動(dòng)器與變頻逆變器界線，形成了具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)。

本次發(fā)明的控制方法先通過(guò)三相整流橋?qū)㈦娋W(wǎng)的交流電壓變換為直流電壓，再將直流母線的電壓通過(guò)三相逆變橋變換為幅值、頻率、相位可調(diào)的交流電壓，同樣以交-直-交變頻的方式給異步電動(dòng)機(jī)供電，并進(jìn)行變頻調(diào)速及軟起動(dòng)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在不影響原有逆變變頻控制算法運(yùn)行結(jié)果的情況下，使其實(shí)現(xiàn)旁路。

通過(guò)帶有續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管，對(duì)電容充放電回路的通斷進(jìn)行控制。這樣做的優(yōu)勢(shì)是相對(duì)于傳統(tǒng)的變頻結(jié)構(gòu)，這種新型結(jié)構(gòu)同樣可以削平電感續(xù)流時(shí)刻母線上的尖峰電壓，在使逆變輸出電壓的相位、頻率同電網(wǎng)電壓保持一致時(shí)，保證任何一個(gè)PWM調(diào)制周期內(nèi)，電網(wǎng)經(jīng)過(guò)整流橋的二極管和逆變橋的IGBT后與異步電機(jī)定子端有直接的鏈接關(guān)系，給旁路帶來(lái)了很大的便利。

在三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端以及電網(wǎng)和電機(jī)之間都串入旁路接觸器。這樣做的優(yōu)勢(shì)是相對(duì)于傳統(tǒng)的變頻結(jié)構(gòu)，這種新型結(jié)構(gòu)在電網(wǎng)電壓間接供電時(shí)(需要變頻軟起動(dòng)或是需要變頻調(diào)速的工業(yè)場(chǎng)所)，閉合相應(yīng)的旁路接觸器，可以正常進(jìn)行變頻調(diào)速或者軟起動(dòng)控制。當(dāng)軟起動(dòng)完成后不需要變頻調(diào)速時(shí)，調(diào)節(jié)相位使三相逆變橋輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相并改變調(diào)制方式，由于三相整流橋的工作特性，電網(wǎng)電壓是兩相導(dǎo)通的，這種調(diào)制方式就是讓三相逆變橋工作于與三相整流橋同步的兩相導(dǎo)通工作模式。這樣可以通過(guò)控制器對(duì)電壓電流進(jìn)行檢測(cè)，找到一段時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)的A、B相分別與電機(jī)的U、V直接相接，電網(wǎng)C相未導(dǎo)通電流為零，且這段時(shí)間內(nèi)能夠找到一個(gè)時(shí)刻電機(jī)W相電流衰減到零，那么在這段時(shí)間按照一定順序閉合與斷開(kāi)旁路接觸器，將變頻軟起動(dòng)器旁路，過(guò)渡到電網(wǎng)直接供電。

【附圖說(shuō)明】

圖1為傳統(tǒng)三相晶閘管反并聯(lián)軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明使用的改進(jìn)后的交-直-交變頻軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖。

圖3a為電網(wǎng)三相相電壓波形圖，圖3b為電網(wǎng)三相線電壓波形圖，圖3c為母線電壓波形對(duì)比圖，圖中Uab、Uac、Uba、Uca、Ucb脈動(dòng)電壓為母線無(wú)濾波電容時(shí)的電壓波形，Ludc為母線濾波電容無(wú)窮大是時(shí)的電壓波形。

圖4用來(lái)分析旁路時(shí)機(jī)的母線無(wú)濾波電容時(shí)的電壓波形圖。

圖5脈寬調(diào)制方式轉(zhuǎn)變過(guò)渡過(guò)程示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖2所示，本發(fā)明一種具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器，包括三相整流橋、電容支路、三相逆變橋和控制器；所述三相整流橋的出線端與三相逆變橋的進(jìn)線端通過(guò)直流母線連接，所述的電容支路并聯(lián)在直流母線上；三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端分別與電網(wǎng)和電機(jī)連接形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端以及電網(wǎng)和電機(jī)之間都串聯(lián)有旁路接觸器；所述的控制器采集電網(wǎng)輸出端、直流母線上、三相逆變橋輸出端的電壓和電流，且控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制旁路接觸器連接。

整體結(jié)構(gòu)上保持整流和逆變兩部分，先通過(guò)三相整流橋?qū)㈦娋W(wǎng)的交流電壓變換為直流電壓，再將直流母線的電壓通過(guò)三相逆變橋變換為幅值、頻率、相位可調(diào)的交流電壓，同樣以交-直-交變頻的方式給異步電動(dòng)機(jī)供電，并進(jìn)行變頻調(diào)速及軟起動(dòng)控制。

優(yōu)選的，結(jié)構(gòu)上對(duì)傳統(tǒng)交-直-交變頻結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對(duì)并在直流母線上的電容C支路上串入帶有續(xù)流二極管VDC的功率開(kāi)關(guān)管VTC，利用功率管VTC對(duì)并接在逆變器直流母線側(cè)的電容充放電回路的通斷進(jìn)行控制。這樣的結(jié)構(gòu)消除了某個(gè)電感續(xù)流時(shí)刻母線電壓產(chǎn)生的尖峰，同時(shí)不對(duì)母線電壓濾波，保留了來(lái)至電網(wǎng)的6波頭脈動(dòng)電壓使變頻軟起動(dòng)器輸出端與電網(wǎng)具有直接連接關(guān)系而可以實(shí)現(xiàn)旁路。

優(yōu)選的，在三相整流橋的進(jìn)線端、三相逆變橋的出線端以及電網(wǎng)和電機(jī)之間都串入旁路接觸器SA、SB、SC、SU、SV、SW、Sa、Sb、Sc。使本發(fā)明具有電機(jī)變頻調(diào)速控制功能，也具有控制電機(jī)連續(xù)變頻軟起動(dòng)后的自旁路功能。

本發(fā)明的控制方案具體如下：

通過(guò)傳統(tǒng)變頻調(diào)速理論對(duì)電機(jī)進(jìn)行連續(xù)變頻的軟起動(dòng)控制，在電機(jī)零轉(zhuǎn)速時(shí)控制變頻軟起動(dòng)器輸出到其定子的電壓頻率為3Hz，此后以0.01Hz步進(jìn)提升同步轉(zhuǎn)速，直至工頻，從低頻啟動(dòng)提升轉(zhuǎn)矩，降低起動(dòng)電流。

起動(dòng)完成后，以相位調(diào)節(jié)和過(guò)調(diào)制的方法，使輸出方式與電網(wǎng)同頻同相后，變頻軟起動(dòng)器調(diào)制方式由高頻互補(bǔ)導(dǎo)通的多脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)?20度導(dǎo)通的單脈寬，調(diào)制轉(zhuǎn)換過(guò)渡過(guò)程以過(guò)調(diào)制的方式完成。逆變橋的導(dǎo)通方式與電網(wǎng)側(cè)同步，開(kāi)關(guān)頻率降低，為控制器尋找旁路時(shí)機(jī)做準(zhǔn)備。

根據(jù)“兩相電壓一致，一相電流同時(shí)為零”原則，通過(guò)電流電壓檢測(cè)的方法找到變頻軟起動(dòng)器旁路時(shí)機(jī)，通過(guò)合理的控制SA、SB、SC、SU、SV、SW、Sa、Sb、Sc的開(kāi)閘合閘順序，在電機(jī)正常運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)器旁路退出，電機(jī)由電網(wǎng)直接供電，旁路過(guò)程轉(zhuǎn)速擾動(dòng)不大。

下面將從直流母線電容C的PWM調(diào)制原理、變頻軟起動(dòng)的運(yùn)行原理、變頻軟起動(dòng)器的旁路時(shí)機(jī)選擇來(lái)介紹這種以新結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的具有旁路功能的交流變頻軟起動(dòng)器的工作過(guò)程。

1、母線電容C的充放電回路控制原理

在傳統(tǒng)交-直-交變頻結(jié)構(gòu)中，這個(gè)電容C的作用是濾波穩(wěn)壓和提供續(xù)流回路，吸收掉電感續(xù)流時(shí)刻在直流母線上產(chǎn)生的尖峰電壓。如圖3a、3b和3c所示，不可控的三相整流橋每次只將電網(wǎng)的相電壓壓差最大的兩相導(dǎo)通，且其自然換相點(diǎn)為各相線電壓的交點(diǎn)，所以交流電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)整流橋后輸出的是6個(gè)波頭的脈動(dòng)電壓，如圖3b中的電壓曲線。經(jīng)過(guò)并接在直流母線上的電容C濾波之后，其對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，使母線電壓波動(dòng)變緩，當(dāng)容值非常大時(shí)，母線電壓近似為一條直線，如圖3c中的直線Ludc所示。為了實(shí)現(xiàn)旁路的目的，在直流母線保留源至于電網(wǎng)的6波頭脈動(dòng)電壓，需要斷開(kāi)電容的充放電回路。但是在正常的變頻過(guò)程中負(fù)載往往呈現(xiàn)感性，會(huì)有電感續(xù)流的狀態(tài)，在逆變橋的調(diào)制過(guò)程中續(xù)流方式分為兩種。

如圖2可見(jiàn)，一種續(xù)流方式是電機(jī)兩相直接相接的續(xù)流，例如電機(jī)U相->IGBT管VT4->IGBT管VT6->電機(jī)V相，續(xù)流能量由電機(jī)自身消耗。另一種續(xù)流方式是通過(guò)兩個(gè)二極管將能量送到直流母線，在母線上形成高壓尖峰，由于整流橋的結(jié)構(gòu)是無(wú)法將續(xù)流的能量回饋到電網(wǎng)的，此時(shí)通過(guò)電容形成續(xù)流回路，來(lái)儲(chǔ)存電感中的能量，吸收尖峰高壓。由此可見(jiàn)，在這種續(xù)流狀態(tài)時(shí)電容是必不可少的。

為了解決這一矛盾，在電容支路上串入功率開(kāi)關(guān)管VTC，根據(jù)直流母線的電壓值來(lái)判斷電容充放電回路應(yīng)處的通斷狀態(tài)。當(dāng)電感處于第二種續(xù)流方式時(shí)，例如通過(guò)二極管VL4和二極管VL3續(xù)流時(shí)，直流母線的末端即三相逆變橋的進(jìn)線端電壓值會(huì)升高，在控制器中設(shè)定一個(gè)閾值，采集母線的電壓，當(dāng)其大于這個(gè)閾值就判斷為此時(shí)主回路處于第二種續(xù)流狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管VTCVTC導(dǎo)通形成:負(fù)載->二極管VL3->功率開(kāi)關(guān)管VTC->電容C->二極管VL4->負(fù)載續(xù)流回路，這也是電容的充電回路，此時(shí)逆變橋的入口側(cè)電壓是高于整流橋入口側(cè)電壓的，因此電網(wǎng)中沒(méi)有能量流入電容，其他的續(xù)流狀態(tài)同理。當(dāng)采集到的電壓值低于閾值時(shí)，判斷此時(shí)不需要電容提供續(xù)流回路，關(guān)斷功率管，斷開(kāi)電容的充電回路，電網(wǎng)能量只能流入到逆變橋中，不會(huì)流入到電容中。而在續(xù)流時(shí)儲(chǔ)存在電容C中能量則可以通過(guò)續(xù)流二極管VDC釋放到逆變橋中。整個(gè)過(guò)程電網(wǎng)和電容并不存在能量流動(dòng)，所以電容并未發(fā)揮其濾波穩(wěn)壓作用，使母線保留了直接來(lái)至電網(wǎng)線的脈動(dòng)電壓，為旁路提供便利，同時(shí)保留了完整的續(xù)流回路，保證了逆變變頻工作過(guò)程的正常進(jìn)行。

2、變頻軟起動(dòng)的運(yùn)行原理與起動(dòng)完成后的調(diào)制方式轉(zhuǎn)換

變頻軟起動(dòng)就是控制變頻軟起動(dòng)器的輸出頻率，使電機(jī)定子磁場(chǎng)頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步提升，提升轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)差率，降低起動(dòng)電流，最后過(guò)渡至工頻，電機(jī)完成起動(dòng)。比如，在電機(jī)零轉(zhuǎn)速時(shí)控制變頻軟起動(dòng)器輸出到電機(jī)定子的電壓頻率為3Hz，此后以0.01Hz步進(jìn)提升同步轉(zhuǎn)速，每次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后切換頻率。雖然直流母線上沒(méi)有了電源的濾波作用而存在電壓脈動(dòng)，但是在一般的控制算法中PWM占空比α＝Uset/Udc，其中Uset為每個(gè)采樣周期期望的輸出電壓，在母線電壓波動(dòng)時(shí)，只要根據(jù)每次采集母線電壓實(shí)時(shí)改變Udc，調(diào)節(jié)占空比就可以得到期望輸出，因此這種新拓?fù)洳粫?huì)影響逆變橋的輸出，已經(jīng)成熟的變頻算法在這種新型的結(jié)構(gòu)上依然適用。變頻起動(dòng)的過(guò)程可以根據(jù)需要采用恒壓頻比、矢量控制或轉(zhuǎn)矩控制，非常的靈活，而且其頻率幅值可以連續(xù)變化，使電機(jī)起動(dòng)過(guò)程無(wú)縫銜接，平滑的提升轉(zhuǎn)速，整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)差率都不大，很好的解決電機(jī)起動(dòng)的問(wèn)題。

在電機(jī)起動(dòng)完成后，通過(guò)相位調(diào)節(jié)使逆變橋輸出與電網(wǎng)同相位，然后將高頻互補(bǔ)導(dǎo)通的多脈寬調(diào)制方式轉(zhuǎn)變?yōu)?20度導(dǎo)通的單脈寬調(diào)制。調(diào)制方式的轉(zhuǎn)變過(guò)程如圖5所示，當(dāng)變頻軟起動(dòng)器輸出為50Hz即電機(jī)變頻起動(dòng)完成后，增大調(diào)制比，將給定調(diào)制波的幅值逐步提升，使其過(guò)調(diào)制至：當(dāng)電網(wǎng)中某相電壓值的絕對(duì)值在三相中最大時(shí)的120度時(shí)間段內(nèi)，持續(xù)觸發(fā)該相對(duì)應(yīng)的上下橋臂(以A相為例，A相正向電壓值最大即整流橋輸入端為電網(wǎng)流向?yàn)锳B或AC的120度時(shí)間段使三相逆變橋的IGBT管VT1觸發(fā)，A相反向電壓值最大即整流橋入端為電網(wǎng)流向?yàn)锽A或CA的120度時(shí)間段使三相逆變橋的IGBT管VT4觸發(fā))。再將其他時(shí)刻的多脈寬轉(zhuǎn)換為低電平，完成調(diào)制方式的轉(zhuǎn)變。由于母線電壓沒(méi)有電容的濾波穩(wěn)壓作用后，其波形為圖3c所示的Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb六波頭脈動(dòng)電壓，所以此時(shí)的調(diào)制方式轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)電網(wǎng)A、B相導(dǎo)通(Uab)時(shí)，觸發(fā)IGBT管VT1、IGBT管VT6，在電機(jī)端形成電壓矢量u_AB；電網(wǎng)A、C相導(dǎo)通(Uac)時(shí)，觸發(fā)IGBT管VT1、IGBT管VT2，在電機(jī)端形成電壓矢量u_AC；電網(wǎng)B、C相導(dǎo)通(Ubc)時(shí)，觸發(fā)IGBT管VT3、IGBT管VT2，在電機(jī)端形成電壓矢量u_BC；電網(wǎng)B、A相導(dǎo)通(Uba)時(shí)，觸發(fā)IGBT管VT3、IGBT管VT4，在電機(jī)端形成電壓矢量u_BA；電網(wǎng)C、A相導(dǎo)通(Uca)時(shí)，觸發(fā)IGBT管VT5、IGBT管VT4，在電機(jī)端形成電壓矢量u_CA；電網(wǎng)C、B相導(dǎo)通(Ucb)時(shí)，觸發(fā)IGBT管VT5、IGBT管VT6，在電機(jī)端形成電壓矢量u_CB。形成了50Hz的正六邊形磁場(chǎng)，電機(jī)正常運(yùn)行且定子端電壓與電網(wǎng)一致。

3、旁路時(shí)機(jī)選擇

本次發(fā)明的新型交-直-交變頻結(jié)構(gòu)通過(guò)直流母線電容充放電回路控制的方法在保證主回路正常續(xù)流的同時(shí)，在直流母線上保留了直接來(lái)至電網(wǎng)與三相線電壓一致的脈動(dòng)電壓。雖然這樣可以使電網(wǎng)電壓通過(guò)整流橋的二極管和逆變橋的IGBT直接作用到負(fù)載上，但還是需要尋找一個(gè)最佳的時(shí)機(jī)和自然過(guò)渡到電網(wǎng)的切換策略才能使電機(jī)原本的電流與電網(wǎng)的電流無(wú)縫銜接，做到擾動(dòng)較小的變頻軟起動(dòng)器旁路。

本次發(fā)明的變頻軟起動(dòng)器在電機(jī)變頻起動(dòng)完成，通過(guò)相位調(diào)節(jié)和調(diào)制轉(zhuǎn)換的方法使逆變橋輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相后，選擇的旁路策略的原則是“兩相電壓一致，一相電流同時(shí)為零”，即電機(jī)定子中的兩相通過(guò)整流橋中的兩個(gè)二極管和逆變橋其中兩個(gè)IGBT直接與電網(wǎng)中某兩相相連，且定子的另一相和電網(wǎng)的另一相電流同時(shí)過(guò)零的時(shí)刻。以圖4所示的情況為例來(lái)尋找這一旁路時(shí)機(jī)。如上節(jié)所述，調(diào)制方式轉(zhuǎn)變后，存在一段時(shí)長(zhǎng)為3.33ms(六分之一個(gè)工頻周期)的時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)，圖2中整流橋的二極管VD1和二極管VD6導(dǎo)通，即此時(shí)電網(wǎng)AB相間的壓差最大，在母線上形成電壓Uab，逆變橋中的IGBT開(kāi)關(guān)狀態(tài)正好處于IGBT管VT1、IGBT管VT6開(kāi)通，那么此時(shí)電網(wǎng)的A相與電機(jī)的U相相連，B相與電機(jī)的V相相連，兩邊電壓一致，在這段時(shí)間最左側(cè)的自然換相點(diǎn)將旁路接觸器Sa、Sb閉合，SA、SB與Su斷開(kāi)，讓電網(wǎng)的A、B相分別與電機(jī)的U、V相直接相連，旁路掉變頻軟起動(dòng)器中的兩相。同時(shí)觸發(fā)IGBT管VT6使電機(jī)W相電流以W相->V相->IGBT管VT6->二極管VD2->W相回路通過(guò)內(nèi)部能耗沿著原電流曲線變化趨勢(shì)衰減過(guò)零，在過(guò)零點(diǎn)的這一時(shí)刻t，由于整流橋的工作特性電網(wǎng)中只有A、B兩相導(dǎo)通，C相的相電流也為零，此時(shí)斷開(kāi)旁路接觸器SV，再閉合旁路接觸器Sc，然后斷開(kāi)SC、SW，電機(jī)的W相和電網(wǎng)的C相直接相接，電流是無(wú)擾動(dòng)的與電網(wǎng)銜接的。電機(jī)的磁場(chǎng)突變很小，轉(zhuǎn)速波動(dòng)不大，成功將變頻軟起動(dòng)器旁路。

盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方案，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說(shuō)明書的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護(hù)之列。