本實用新型屬于直流環(huán)節(jié)無電解電容的變頻軟起動器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相交流異步電動機起動電路。

背景技術(shù)：

交流電機在額定電壓直接空載起動時電流通常為額定電流4～7倍，過大的沖擊電流不僅會加速繞阻絕緣老化，縮短電機壽命，還可能導(dǎo)致同電網(wǎng)負(fù)荷不能正常工作。受交流電動機運行機理的制約，當(dāng)采用工頻(50Hz)直接起動時不但電機起動電流大，而且起動轉(zhuǎn)矩卻比運行時要小。因此，在對電機的起動過程進(jìn)行控制，限制其起動電流的同時，希望增加起動轉(zhuǎn)矩。這是一個矛盾但在現(xiàn)實中又希望解決和改善的問題。

從20世紀(jì)60年代至今，交流電機軟起動技術(shù)有定子串電阻/電抗軟起動、頻敏變阻器軟起動、水電阻/液阻軟起動、Y/△軟起動、自耦變壓器軟起動、延邊三角形起動、磁控軟起動、三相晶閘管調(diào)壓軟起動、兩相(或三相)斬波調(diào)壓軟起動、離散分級變頻軟起動、基于空間電壓矢量軟起動和變頻器用作軟起動器等方法。

電子串電阻/電抗軟起動、頻敏電阻器軟起動、水電阻/液態(tài)電阻軟起動屬于同一原理。它們是在三相交流異步電動機的定子繞組回路串聯(lián)電阻器或電抗器，通過增加定子回路總的阻抗，在三相交流異步電動機定子端電壓一定的情況下，達(dá)到降低定子電流的目的，待起動完成后切除串聯(lián)的電阻器或電抗器。Y/△軟起動是通過改變?nèi)嘟涣鳟惒诫妱訖C定子繞組的連接形式來改變?nèi)噍斎刖€電壓間的輸入阻抗，從而達(dá)到降低起動電流的目的。自耦變壓器軟起動是通過變壓器降壓來降低三相交流異步電動機定子繞組回路的供電電壓，達(dá)到降壓起動的目的。該方法可連續(xù)調(diào)節(jié)定子端電壓，起動過程平緩，但自耦變壓器體積大、重量大、占用空間大、成本高。延邊三角形起動是在起動時將三相鼠籠異步電動機的一部分定子繞組連接成星形(Y)，另外一部分接成三角形(△)，通過改變輸入線電壓直接等效阻抗來降低起動電流。磁控軟起動原理與定子串電抗器軟起動原理相同，只是磁控軟起動串入定子繞組回路的電抗器是可變的，它是通過改變電抗器勵磁線圈的電流大小來改變電抗器的大小。三相晶閘管調(diào)壓軟起動在三相交流異步電動機定子回路串聯(lián)雙反并聯(lián)的晶閘管，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來改變?nèi)嘟涣鳟惒诫妱訖C的定子端電壓，從而達(dá)到降低起動電流的目的。因晶閘管是半控器件，在晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后不再受觸發(fā)脈沖控制，直到電流下降到零并承受反向電壓才能關(guān)斷。目前三相晶閘管調(diào)壓軟起動占據(jù)市場份額的80％以上。兩相(或三相)斬波調(diào)壓軟起動在三相交流異步電動機的兩相(或三相)定子回路串聯(lián)雙反變了的雙極型晶體管(IGBT)，利用IGBT的全控特性，通過斬波調(diào)壓原理，降低輸出電壓，從而達(dá)到降低起動電流的目的。離散分級變頻軟起動其原理是在晶閘管調(diào)壓軟起動控制的基礎(chǔ)上，通過控制導(dǎo)通的周波數(shù)和每個工頻周期內(nèi)導(dǎo)通電壓的波形來實現(xiàn)三相交流異步電動機的軟起動控制?；诳臻g電壓矢量的三相交流異步電動機軟起動控制原理上也屬于離散分級變頻軟起動，只是控制策略和方法不同。離散分級變頻軟起動由于可選周波有限，輸出電壓頻率只能是離散值(50/nHz，n＝1，2，3…),導(dǎo)通后波形不受控制，負(fù)序磁場的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩震動較大，起動電流的降低效果有限。目前市場上基于離散分級變頻軟起動控制的產(chǎn)品較少。變頻器在主電路結(jié)構(gòu)上采取整流-濾波-逆變控制，在電壓形式上為交流-直流-交流。變頻器首先對三相工頻(50Hz)輸入電壓進(jìn)行整流得到脈動直流電壓，經(jīng)過電解電容器的濾波后得到近似恒定直流電壓，最后借助正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)或空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)輸出等高不等寬的三相脈沖電壓，在數(shù)學(xué)上其等效為三相正弦交流電壓。變頻器通過對三相交流異步電動機輸入電壓的連續(xù)變壓變頻調(diào)節(jié)，可達(dá)到起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩大的目的，是理想的軟起動控制方式。但變頻器受中間直流環(huán)節(jié)的限制，輸出電壓與輸入電壓在相位上完全不同，起動完成后如果直接把三相交流異步電動機切換到工頻電源上，最壞情況下(定子端電壓與輸入電壓反向)，將產(chǎn)生兩倍于正常直接起動的沖擊電流。雖然可以在變頻器結(jié)構(gòu)上增加三相鎖相環(huán)技術(shù)完成同步切換操作，但是變頻器本身技術(shù)復(fù)雜，價格昂貴，再額外增加復(fù)雜的三相鎖相環(huán)技術(shù)，目的只是為了完成三相交流異步電動機的軟起動控制，這在成本上、效率上都是不可取的。因而實際使用中很少有變頻器僅僅用作三相交流異步電機軟起動控制的。

綜上所述，傳統(tǒng)軟起動技術(shù)以及普通電子式軟起動技術(shù)受調(diào)壓調(diào)速理論的限制都存在著起動電流大、起動轉(zhuǎn)矩低的問題。分級變頻軟起動雖然能離散的改變輸出電壓頻率，但是受到晶閘管為半控型器件的限制導(dǎo)致分級變頻軟起動控制方法有限，實際輸出電壓頻率有限，導(dǎo)通后波形不受控制，轉(zhuǎn)矩震動較大，而較大的諧波電流也使起動電流的降低效果受到影響。變頻器用作軟起動器不能直接切換到工頻電源，而且受到變頻器價格高昂的限制，實際中很少有變頻器用作交流異步電動機的案例。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種三相交流異步電動機起動電路。

為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本實用新型實施例提供一種三相交流異步電動機起動電路，該電路包括整流橋、逆變橋，工頻三相輸入電壓Ua、Ub、Uc經(jīng)整流橋整流后得到脈動直流電壓，所述脈動直流電壓經(jīng)逆變橋逆變輸出三相交流電壓UA、UB、UC。

上述方案中，該電路還包括依次連接的高頻濾波電路、能耗電路、母線電壓檢測電路，所述高頻濾波電路、能耗電路、母線電壓檢測電路設(shè)置在整流橋和逆變器之間。

上述方案中，所述整流橋由二極管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6組成，所述逆變橋由功率開關(guān)器件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6及反向二極管VL1、VL2、VL3、VL4、VL5、VL6組成。

上述方案中，所述高頻濾波電路由電阻R1和薄膜電容C組成，所述能耗電路由功率開關(guān)器件VT7及保護(hù)二極管VD7與功率電阻R4組成，所述母線電壓檢測電路由電阻R2和電阻R3組成。

上述方案中，所述能耗電路、母線電壓檢測電路之間的一端連接有母線電流檢測元件IM。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：

本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)三相交流異步電動機的連續(xù)變壓變頻起動控制，具有起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，轉(zhuǎn)矩震動小的優(yōu)點，同時在起動完成后切換到工頻電壓時具有操作簡單，切換沖擊小的特點，可用于大功率三相交流異步電動機的重載起動。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供一種三相交流異步電動機起動電路的主電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為空間電壓矢量及扇區(qū)分布圖；

圖3為空間電壓矢量合成原理圖；

圖4為變頻軟起動器波形分析圖；

圖5為Ud等于Uab、V1作用時等效電路圖；

圖6為Ud等于Uab、V2作用時等效電路圖；

圖7為Ud等于Uac、V3作用時等效電路圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型實施例提供一種三相交流異步電動機起動電路，如圖1所示，該電路包括整流橋、逆變橋，工頻三相輸入電壓Ua、Ub、Uc經(jīng)整流橋整流后得到脈動直流電壓，所述脈動直流電壓經(jīng)逆變橋逆變輸出三相交流電壓UA、UB、UC。

該電路還包括依次連接的高頻濾波電路、能耗電路、母線電壓檢測電路，所述高頻濾波電路、能耗電路、母線電壓檢測電路設(shè)置在整流橋和逆變器之間。

所述整流橋由二極管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6組成，所述逆變橋由功率開關(guān)器件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6及反向二極管VL1、VL2、VL3、VL4、VL5、VL6組成。

所述高頻濾波電路由電阻R1和薄膜電容C組成，所述能耗電路由功率開關(guān)器件VT7及保護(hù)二極管VD7與功率電阻R4組成，所述母線電壓檢測電路由電阻R2和電阻R3組成。

所述能耗電路、母線電壓檢測電路之間的一端連接有母線電流檢測元件IM。

本實用新型實施例還提供一種三相交流異步電動機的連續(xù)變壓變頻起動控制方法，該方法為：在變頻軟起動器完成三相交流異步電動機的軟起動功能后，通過當(dāng)前逆變電壓所在扇區(qū)和逆變器的開關(guān)狀態(tài)確定切換三相負(fù)載中的兩相，再接下來的可切換時間段內(nèi)依次判別是否符合剩余的那一相切換條件，當(dāng)滿足時即可完成該相輸入電壓的切換操作。空間電壓矢量定義及合成方法。

基于空間電壓矢量的基本原理，定義VT1至VT6導(dǎo)通時狀態(tài)為1，關(guān)斷時狀態(tài)為0。因為逆變器的上橋臂和下橋臂的開關(guān)狀態(tài)互補，所以只用上橋臂的三個功率開關(guān)器件來描述逆變器的工作狀態(tài)就足夠了，以上橋臂VT1、VT3、VT5的狀態(tài)為變量(S_A、S_B、S_C)定義8個空間電壓矢量V0～V7，如表1所示，分別為：V0＝(S_A＝0，S_B＝0，S_C＝0)，簡記為V0或V0(000)，V1＝(S_A＝1，S_B＝0，S_C＝0)，簡記為V1或V1(100)，V2＝(S_A＝1，S_B＝1，S_C＝0)，簡記為V2或V2(110)，V3＝(S_A＝0，S_B＝1，S_C＝0)，簡記為V3或V3(010)，V4＝(S_A＝0，S_B＝1，S_C＝1)，簡記為V4或V4(011)，V5＝(S_A＝0，S_B＝0，S_C＝1)，簡記為V5或V5(001)，V6＝(S_A＝1，S_B＝0，S_C＝1)，簡記為V6或V6(101)，V7＝(S_A＝1，S_B＝1，S_C＝1)，簡記為V7或V7(111)。

表1八種開關(guān)狀態(tài)下的空間電壓矢量

當(dāng)期望電壓矢量Uref在第一扇區(qū)時，矢量合成示意圖如圖3所示，期望電壓矢量Uref可由空間電壓矢量V1和V2合成得到。Tp為VT1至VT6的開關(guān)周期，T1為V1工作時間大小，T2為V2工作時間大小。按相同方法可以實現(xiàn)對其它扇區(qū)期望矢量進(jìn)行合成。

無電解電容變頻軟起動工作原理及切換方法：

三相工頻(50Hz)輸入線電壓波形如圖4中虛線及實線所示，經(jīng)三相整流后直流脈動電壓Ud波形如圖4中實線部分所示。在t1至t2時間段，Uab最大，VD1和VD6導(dǎo)通，其余二極管承受反壓關(guān)閉，Ud此時等于Uab波形。SVPWM控制器通過檢測輸入電壓Ua正向過零時刻來觸發(fā)一個定時器，從而計算出t1至t2時間段給定參考電壓矢量所在扇區(qū)。由此可以判斷t1至(t1+t2)/2時段內(nèi)為第一扇區(qū)，(t1+t2)/2至t2時段內(nèi)為第2扇區(qū)。在第1扇區(qū)，根據(jù)空間電壓矢量合成原理，采用電壓矢量V1(100)和V2(110)進(jìn)行矢量合成(如附圖3所示)。在空間電壓矢量V1作用時，主電路逆變橋?qū)ǖ拈_關(guān)器件為VT1、VT6和VT2。也就是輸入線電壓Uab同時加在負(fù)載A B相和AC相，此時等效電路如附圖5所示。因此，A相、B相負(fù)載的相電壓分別與輸入電壓A相、B相電壓同相位，幅值上負(fù)載A相電壓UA大小為2/3的Uab，B相、C相電壓大小為1/3的Uab。在空間矢量電壓V2工作時，主電路逆變橋?qū)ǖ拈_關(guān)器件為VT1、VT3和VT2。即輸入電壓Uab同時加在負(fù)載AC相和BC相上，此時等效電路如圖附圖6所示。負(fù)載A相電壓與輸入電壓a相的相位相同，大小為1/3的Uab。負(fù)載B相、C相電壓與輸入電壓的b相、c相的相位不同。

同理可分析在(t1+t2)/2至t2時間段內(nèi)，期望電壓矢量在第2扇區(qū)，合成矢量選擇電壓矢量V2(110)和V3(010)。V2工作時前面已經(jīng)分析。V3工作時主電路逆變橋?qū)ǖ拈_關(guān)器件為VT4、VT3和VT2，等效電路如附圖7所示。此時負(fù)載電壓與電源電壓相位均不相同。

按相同分析方法，可依次對圖3中t2至t7的各個時間段進(jìn)行分析。由此可知，把每個工頻周期分為12等分，有6個彼此相隔的時間段內(nèi)(如圖4中的M1到M6區(qū)域)，逆變輸出電壓有兩相與工頻輸入電壓保持同相。因此，可選擇其中的兩個時間段分兩次完成三相負(fù)載從變頻軟起動器到工頻輸入電壓的切換。具體方法是，在變頻軟起動器完成三相交流異步電動機的軟起動功能后，通過當(dāng)前逆變電壓所在扇區(qū)和逆變器輸出狀態(tài)決定切換三相負(fù)載中的哪兩相，在接下來的可切換時間段內(nèi)依次判別是否符合剩余的那一相切換條件，當(dāng)滿足時即可完成該相輸入電壓的切換操作。

綜上可知，變頻軟起動可切換工頻輸入電壓的條件為：Ud等于Uab，參考電壓矢量Uref在第一扇區(qū)(圖4的M1時間段內(nèi))，逆變器開關(guān)狀態(tài)為V1時(100)可進(jìn)行切換；Ud等于Uac，參考電壓矢量Uref在第二扇區(qū)(圖4的M2時間段內(nèi))，逆變器開關(guān)狀態(tài)為V2時(110)可進(jìn)行切換；Ud等于Ubc，參考電壓矢量Uref在第三扇區(qū)(圖4的M3時間段內(nèi))，逆變器開關(guān)狀態(tài)為V3時(010)可進(jìn)行切換；Ud等于Uba，參考電壓矢量Uref在第四扇區(qū)(圖4的M4時間段內(nèi))，逆變器開關(guān)狀態(tài)為V4時(011)可進(jìn)行切換；Ud等于Uca，參考電壓矢量Uref在第五扇區(qū)(圖4的M5時間段內(nèi))，逆變器開關(guān)狀態(tài)為V5時(001)可進(jìn)行切換；Ud等于Ucb，參考電壓矢量Uref在第六扇區(qū)(圖4的M6時間段內(nèi))，逆變器開關(guān)狀態(tài)為V6時(011)可進(jìn)行切換。每個切換狀態(tài)持續(xù)時間為0.02/12秒，如圖4中M1、M2、M3、M4、M5、M6所在區(qū)域?qū)挾人?。其它區(qū)域為不可切換狀態(tài)。

以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍。