本實(shí)用新型涉及無刷雙饋電動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置。

背景技術(shù)：

無刷雙饋電動機(jī)作為近年來的一種新型交流調(diào)速電機(jī)，它由兩套相互獨(dú)立的定子繞組(功率繞組和控制繞組)和轉(zhuǎn)子組成，利用可逆變頻器調(diào)節(jié)控制繞組的電源頻率實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。傳統(tǒng)的大功率無刷雙饋電動機(jī)啟動裝置采用控制繞組串聯(lián)電阻或者變頻器內(nèi)部的驅(qū)動電路中串聯(lián)電阻的方法，小功率無刷雙饋電動機(jī)采用直接短接控制繞組的方法。傳統(tǒng)的這些方法，電機(jī)的電流峰值很大，大電流會對電源產(chǎn)生沖擊，也會在電機(jī)內(nèi)部和供電線路上產(chǎn)生損耗而大量發(fā)熱。

又有一些方法采用首先短接功率繞組，變頻器驅(qū)動控制繞組啟動，然后再切入功率繞組電源。此類方法在切入功率繞組電源時(shí)依然會帶來數(shù)倍額定電流的沖擊，并且電機(jī)轉(zhuǎn)速會劇烈變化，對負(fù)載運(yùn)行極為不利。

目前，現(xiàn)有技術(shù)的無刷雙饋電動機(jī)啟動裝置無法降低沖擊電流對電機(jī)造成的危害，而且操作流程復(fù)雜，容易出現(xiàn)操作失靈情況，造成運(yùn)行故障；而且需要增加短接電阻等配套部件，增加成本；而且體積一般較大，過多占用現(xiàn)場空間，給安裝施工及維護(hù)帶來不便。

而且，現(xiàn)有技術(shù)方案在無刷雙饋電動機(jī)運(yùn)行時(shí)不能實(shí)現(xiàn)全頻段控制，在某些運(yùn)行頻段內(nèi)，會出現(xiàn)失步故障，導(dǎo)致無刷雙饋電動機(jī)的運(yùn)行頻率范圍受限；而且現(xiàn)有技術(shù)方案控制無刷雙饋電動機(jī)運(yùn)行時(shí)脈動及噪聲較大，降低了無刷雙饋電動機(jī)壽命及影響負(fù)載運(yùn)行的平穩(wěn)；現(xiàn)有無刷雙饋電動機(jī)升降頻過程中需要較長時(shí)間，不能滿足對響應(yīng)時(shí)間要求較高的場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，體積小，成本低，不會出現(xiàn)沖擊電流對電機(jī)造成危害，而且可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)全頻段平滑、高動態(tài)響應(yīng)控制的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置，包括接觸器K1、接觸器K2、接觸器K3、信號采集模塊、變流模塊和控制模塊，所述接觸器K1連接在電源Ⅰ與電動機(jī)的功率繞組之間，所述接觸器K2連接在電源Ⅱ和所述變流模塊之間，所述接觸器K3連接在短接回路和電動機(jī)的控制繞組之間，所述電動機(jī)的控制繞組連接所述短接回路的一端連接在所述變流模塊上，所述信號采集模塊連接無刷雙饋電動機(jī)，所述控制模塊連接所述信號采集模塊和所述變流模塊。

進(jìn)一步的，還包括人機(jī)界面和通訊模塊，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊與所述控制模塊連接，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊用于接收外部的操作指令及反饋系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

進(jìn)一步的，所述接觸器K1的控制回路與所述控制模塊連接，所述控制模塊用于控制所述接觸器K1的通斷。

進(jìn)一步的，所述接觸器K2的控制回路與所述控制模塊連接，所述控制模塊用于控制所述接觸器K2的通斷。

進(jìn)一步的，所述接觸器K3的控制回路與所述控制模塊連接，所述控制模塊用于控制所述接觸器K3的通斷。

進(jìn)一步的，所述信號采集模塊包括電流采集電路和電壓采集電路。

進(jìn)一步的，所述電流采集電路包括濾波電路和轉(zhuǎn)換電路。

進(jìn)一步的，所述電壓采集電路包括濾波電路和轉(zhuǎn)換電路。

采用上述技術(shù)方案本實(shí)用新型得到的有益效果為：控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，控制方法實(shí)現(xiàn)容易，運(yùn)行安全可靠，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測無刷雙饋電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，避免了沖擊電流對無刷雙饋電動機(jī)的危害，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷雙饋電動機(jī)的全頻段的平滑、高動態(tài)響應(yīng)控制。而且控制裝置適應(yīng)性強(qiáng)，能夠使用在各種型號的無刷雙饋電動機(jī)。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制方法的流程框圖；

圖3為本實(shí)用新型繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制方法中矢量自適應(yīng)算法的控制流程圖；

圖4為一種傳統(tǒng)的25kW功率的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制繞組短接后啟動電機(jī)時(shí)功率繞組電流波形；

圖5為與圖4同一臺電機(jī)的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制繞組短接后啟動電機(jī)時(shí)控制繞組電流波形；

圖6為與圖4同一臺電機(jī)的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)使用本實(shí)用新型的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置進(jìn)行啟動過程中的功率繞組電流波形；

圖7為與圖4同一臺電機(jī)的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)使用本實(shí)用新型的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置進(jìn)行啟動過程中的控制繞組電流波形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限定。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為一實(shí)施例中繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括接觸器K1，用于功率繞組的供電的通斷，功率繞組側(cè)電源Ⅰ可以為380V、690V、1140V、6kV、10kV三相工頻交流電源中的一種；還包括接觸器K2，用于控制裝置的供電的通斷，該實(shí)用新型的電源Ⅱ可以為380V、690V、1140V、6kV、10kV三相工頻交流電源中的一種或者580V、1150V的持續(xù)直流電的一種；還包括接觸器K3，用于控制繞組側(cè)短接回路的通斷，在控制裝置故障時(shí)保證電動機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；還包括信號采集模塊，用于采集無刷雙饋電動機(jī)功率繞組和控制繞組的電壓和電流信號；還包括變流模塊，用于對無刷雙饋電動機(jī)輸出所需的控制電流；還包括控制模塊，用于接收所述信號采集模塊的信號，根據(jù)所述信號采集模塊的信號進(jìn)行計(jì)算并控制所述變流模塊電流的輸出；還包括人機(jī)界面和通訊模塊，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊與所述控制模塊連接，所述人機(jī)界面和所述通訊模塊用于接收外部的操作指令及反饋系統(tǒng)的運(yùn)行情況；所述信號采集模塊包括電流采集電路和電壓采集電路；電流采集電路和電壓采集電路包括濾波電路和轉(zhuǎn)換電路。

圖2為一實(shí)施例中繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制方法的流程圖，包括以下步驟：

(1)接通控制裝置的電源，控制裝置就緒；

(2)控制裝置就緒后，在人機(jī)界面上設(shè)定參數(shù)；

(3)執(zhí)行啟動操作；

(4)接通功率繞組電源；

(5)控制裝置中的控制模塊根據(jù)檢測到的電機(jī)信號，執(zhí)行矢量自適應(yīng)控制算法；

(6)控制模塊驅(qū)動變流模塊實(shí)現(xiàn)對控制繞組的輸出；

(7)控制裝置控制電機(jī)達(dá)到自然同步速后，完成無沖擊啟動過程；

(8)啟動完成后，控制裝置根據(jù)設(shè)定的頻率和轉(zhuǎn)矩參數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行矢量自適應(yīng)控制算法，控制電機(jī)升降速運(yùn)行；

(9)控制裝置發(fā)生故障時(shí)，控制裝置退出工作，同時(shí)接通控制繞組側(cè)的短接回路。

本控制方法中的控制模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o刷雙饋電動機(jī)運(yùn)行過程中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及及時(shí)改變變流模塊對無刷雙饋電動機(jī)提供的電流。

圖3是一實(shí)施例中繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制方法中矢量自適應(yīng)算法的控制流程圖。本實(shí)用新型中的矢量自適應(yīng)算法流程包括以下步驟：

(1)根據(jù)設(shè)定的電機(jī)參數(shù)中的額定電壓和額定功率，計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)矩Te1；

(2)將信號采集模塊獲取的功率繞組三相電流由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括pM軸和pT軸，得到功率繞組在pM軸和pT軸上的電流分量i_pM、i_pT，i_pM和i_pT初始值為默認(rèn)給定值；

(3)將信號采集模塊獲取的控制繞組三相電流由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系包括cM軸和cT軸，得到控制繞組在cM軸和cT軸上的電流分量i_cM、i_cT，i_cM和i_cT初始值為默認(rèn)給定值；

(4)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Te1及設(shè)定的運(yùn)行電流上限，計(jì)算出控制繞組的電流給定值i^*_cM、i^*_cT；

(5)根據(jù)i_pM、i_pT、i^*_cM、i^*_cT，通過自適應(yīng)算法計(jì)算出控制繞組的三相電壓U_cU、U_cV、U_cW，并通過驅(qū)動變流模塊使控制繞組的三相電壓為U_cU、U_cV、U_cW；

(6)通過自適應(yīng)算法中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)計(jì)算過程，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速由0提升至自然同步速；

(7)電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)自然同步速后，根據(jù)設(shè)定的頻率和轉(zhuǎn)矩參數(shù)，重復(fù)上述過程，控制電機(jī)到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)速。

圖4為一種傳統(tǒng)的25kW功率的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制繞組短接后啟動電機(jī)時(shí)功率繞組電流波形，圖5為與圖4同一臺電機(jī)的無刷雙饋電動機(jī)控制繞組短接后啟動電機(jī)時(shí)控制繞組電流波形，在無刷雙饋電動機(jī)啟動過程中，功率繞組的電流峰值在110A左右，是空載電流的4-5倍，控制繞組的電流峰值在90A左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的額定電流。這么大的電流對供電電源產(chǎn)生很大沖擊，也會在電機(jī)內(nèi)部和供電線路上產(chǎn)生損耗而大量發(fā)熱。

圖6為與圖4同一臺電機(jī)的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)，在使用本實(shí)用新型的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置進(jìn)行啟動過程中的功率繞組電流波形，圖7為與圖4同一臺電機(jī)的無刷雙饋電動機(jī)，在使用本實(shí)用新型的繞線式轉(zhuǎn)子無刷雙饋電動機(jī)控制裝置進(jìn)行啟動過程中的控制繞組電流波形，跟傳統(tǒng)的短接控制繞組的啟動方式不一樣的是，功率繞組電流和控制繞組電流的峰值被控制在分別是25A和15A左右，大大低于之前傳統(tǒng)的啟動方法。

本實(shí)用新型的控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，控制方法實(shí)現(xiàn)容易，運(yùn)行安全可靠，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測無刷雙饋電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，避免了沖擊電流對無刷雙饋電動機(jī)的危害，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷雙饋電動機(jī)的全頻段的平滑、高動態(tài)響應(yīng)控制。而且該控制方法控制無刷雙饋電動機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲較小，提高了無刷雙饋電動機(jī)的壽命。升降頻過程中不需要較長時(shí)間，能夠滿足對響應(yīng)時(shí)間要求較高的場合。而且該控制方法和控制裝置適應(yīng)性強(qiáng)，能夠使用在各種型號的無刷雙饋電動機(jī)。

以上結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型不限于所描述的實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型原理和精神的情況下，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。