专利名称：一种电机软起动与动态无功补偿方法
技术领域：
本发明涉及电机软起动及动态无功补偿控制技术领域，特别涉及一种电机软起动与动态无功补偿方法的设计。
背景技术：
在实际的应用中，电机的无功功率就地补偿，大多采用电容有级补偿，即只分重载、轻载等几个等级，不能跟踪负载变化实现动态补偿。而大多数电机运行时，负载随时都在变化。为提高电机的功率因数，减小电机运行对电网的影响，减小线路损耗，实现节能效果，有必要对电机进行动态无功补偿。现在使用的电机辅助起动方法，主要是新型电子式软起动方法，包括晶闸管交流调压软起动方法、分级交交变频软起动方法和通用变频器软起动方法。晶间管交流调压软起动方法，只能应用于电机空载或轻载起动的场合。分级交交变频软起动方法，基本可以解决电机的软起动问题，但它的谐波问题和频率过渡问题有待研究；通用变频器软起动方法可以完美地解决电机软起动问题，但它价格昂贵，用作软起动很不经济。如果将电机软起动与动态无功补偿结合起来，共同使用变频器中全控型器件。在启动时，全控型器件作变频器使用，待电机启动后，则作动态无功补偿用，这样可以完美地解决电机软起动和动态无功补偿的问题。专利申请号为201110004360. 5，公开了“一种兼无功补尝的电机软启动装置及控制方法”。该专利申请对电机的无功补尝和软启动是可行的，但该申请设有三相移相变压器和若干个整流模块，所以该装置耗电量大和安装成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机软起动与动态无功补偿方法，以克服目前此类装置达到相同效果，但成本高的缺点。为了实现上述的目的，本发明提供的一种电机软起动与动态无功补偿方法，具体技术方案是将电机的软起动和动态无功补偿结合在一起，共同使用一组全控型器件；所述的无功补偿由动态无功补偿和静态无功补偿两部分组成；所述的软起动由整流模块、滤波电路和逆变模块三部分组成；通过设置的控制器和信号检测模块，对逆变模块的控制，实现变频调压输出，使电机软起动达到电流小和转矩大的要求；在动态无功补偿时，将整流模块切除，根据无功情况控制全控型器件实现动态无功补偿；利用电力开关控制一组固定电容量的投入或切除实现静态无功补偿。本发明的结构包括三相电源Va、Vb和Vc的三个三相开关1、2和3和整流模块输出端的两个单相开关4和5，还设有整流模块、电容、逆变模块、静态无功补偿电容、滤波电感和信号检测模块和控制器；该整流模块是由电力二极管构成的全桥整流电路；该电容为电解电容；该逆变模块包含全桥连接的全控型器件和快速恢复的续流二极管；该全控型器件采用IGBT或IGCT等全控型电力电子器件；该静态无功补偿电容为电力电容；该开关可为接触器等电力开关；控制器的主芯片可使用TMS320F28335等数字信号处理芯片，具体方法步骤是
一 .起动时，控制器先将开关1、3断开和将开关2、4和5接通，信号检测模块对所需信号进行同步检测并送到控制器中，控制器根据检测到的数据，对逆变模块进行控制，实现变频调压输出，使电机实现电流小、转短大的软起动；
二 .控制器根据检测到的数据判断电机起动是否完成，若起动完成，该控制器将开关2断开和停止向逆变模块中的全控型器件发出驱动控制信号，同时将开关1接通，使电机进入正常的运行状态；
三.当电机进入正常运行状态后，开始对电机进行无功补偿；通过控制器先将开关3接通，投入静态无功补偿电容，实现静态无功补偿；然后将开关4和5断开，切除整流模块；待系统运行状态稳定，控制器根据检测到的数据计算出所需的动态无功补偿容量，并向逆变模块中的全控型器件发出驱动控制信号，实现动态无功补偿。
本发明的结构关系所述的三相电源通过开关1分别与三相开关3—端、三相滤波电感一端和电机M相连接；该三相开关3另一端与三相静态无功补偿电容相连接；又通过三相电源开关2与三相整流模块相连接；而整流模块输出两端通过单相开关4和5分别与电容两端和逆变模块7输入端相连接；该逆变模块的三相输出端分别与三相滤波电感另一端相连接；该信号检测模块将检测到的电压、电流、转速信号变送到控制器；控制器输出的控制信号连接到各开关和全控型器件中。
本发明的电路包括三相电源fejb和Uc上的第一、第二和第三三相接触器K1、K2 和Κ3和整流模块输出端的第四和第五单相接触器Κ4和Κ5，该三相电源Ua、Ub和Uc通过第一三相接触器Kl分别与第三三相接触器K3 —端、三相滤波电感L 一端和三相电机M相连接，而第三三相接触器K3另一端分别与星形连接的三相静态无功补偿电容C3相连接；该三相电源Va、Vb和Vc又通过第二三相接触器K2分别与三相整流模块6输入的第一、第二和第三个结点E、F和G相连接；而三相整流模块6输出的两端点A和B与第四和第五单相接触器K4和K5 —端相连接，单相接触器K4和K5的另一端与逆变模块7的输入两端点C 和D相连接；还有串联后又并联在逆变模块7输入两端点C和D的电容Cl和C2 ；该逆变模块7三相输出的第四、第五和第六结点H、J、和K分别与三相滤波电感L另一端相连接；运行时，三相电压互感器TVl将电网输入的电压变送到控制器的引脚8、9和10，三相电流互感器TAl将电网输入的电流变送到控制器的引脚11、12和13，三相电流互感器TA2将逆变模块7输出的电流变送到控制器的引脚沈、27和观，三相电压互感器TV2将逆变模块7输出的电压变送到控制器的引脚29、30和31，小模块MC将直流电容两端电压变送到控制器的引脚19，转速传感器S将电机转速送到控制器的引脚32 ；控制器的引脚14、15、16、17和18向各接触器发送控制信号；控制器的引脚20、21、22、23、M和25分别向六个全控型器件IGBT 发送驱动控制信号。
采用上述措施的本发明具有起动电流小、转矩大，起动安全可靠，无功补偿快速准确跟踪和降低整体装置成本的优点。
图1是本发明的结构框图2是本发明的电路图。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明
具体实施例方式本发明
具体实施例方式将电机的软起动和动态无功补偿结合在一起，共同使用一组全控型器件；该无功补偿由动态无功补偿和静态无功补偿两部分组成；该软起动由整流模块、滤波电路和逆变模块三部分组成；通过设置的控制器和信号检测模块，对逆变模块的控制实现变频调压输出，使电机软起动达到电流小和转矩大的要求；在动态无功补偿时，将整流模块切除，再根据无功情况控制全控型器件实现动态无功补偿；利用电力开关控制一组固定电容量的投入或切除实现静态无功补偿。参考图，图1是本发明的结构框图，从图中可看出本发明具体结构，包括三相电源 Va, Vb和Vc的三个三相开关1、2和3和整流模块输出端的两个单相开关4和5，还设有整流模块、电容、逆变模块、静态无功补偿电容、滤波电感和信号检测模块和控制器；该整流模块是由电力二极管构成的全桥整流电路；该电容为电解电容；该逆变模块包含全桥连接的全控型器件和快速恢复的续流二极管；该全控型器件采用IGBT或IGCT等全控型电力电子器件；该静态无功补偿电容为电力电容；该开关可为接触器等电力开关；控制器的主芯片可使用TMS320F28335等数字信号处理芯片。具体方法步骤是一 .起动时，控制器先将开关1和3断开和将开关2、4和5接通，信号检测模块对所需信号进行同步检测并送到控制器中，控制器根据检测到的数据，对逆变模块进行控制， 实现变频调压输出，使电机实现电流小、转矩大的软起动；二 .控制器根据检测到的数据判断电机起动是否完成，若起动完成，该控制器将开关2断开和停止向逆变模块中的全控型器件发出驱动控制信号，同时将开关1接通，使电机进入正常的运行状态；三.当电机进入正常运行状态后，开始对电机进行无功补偿。通过控制器先将开关3接通，投入静态无功补偿电容，实现静态无功补偿；然后控制将开关4和5断开，切除整流模块；待系统运行状态稳定，控制器根据检测到的数据计算出所需的动态无功补偿容量， 并向逆变模块中的全控型器件发出驱动控制信号，实现动态无功补偿。本发明的结构连接关系是该三相电源通过开关1分别与三相开关3—端、三相滤波电感一端和电机M相连接；该三相开关3另一端与三相静态无功补偿电容相连接；又通过三相电源开关2与三相整流模块相连接；而整流模块输出两端通过单相开关4和5分别与电容两端和逆变模块7输入端相连接；该逆变模块7的三相输出端分别与三相滤波电感另一端相连接；该信号检测模块将所需电压、电流、转速信号变送到控制器中；控制器输出的控制信号连接到各开关和全控型器件中。参考图2，图2是本发明的电路图，图中该控制器主芯片采用TMS320F28335数字信号处理芯片，整流模块6是用六个电力二极管VD构成的全桥电路实现，逆变模块7中的全控型器件Vl至V6可使用IGBT全控型器件，每个全控型器件都并有一个快速恢复的续流二极管VDl至VD6，TVl电压互感器为电网侧电压互感器，TAl为电网侧电流互感器，TA2为电机侧电流互感器，TV2为电机侧电压互感器，MC为直流电容电压检测模块，S为转速传感器。本发明的电路包括三相电源上的第一、第二和第三三相接触器K1、K2和K3和第四和第五单相接触器Κ4和Κ5，该三相电源Ua、Ub和Uc通过第一三相接触器Kl分别与第三三相接触器K3 —端、三相滤波电感L 一端和三相电机M相连接，而第三三相接触器K3另一端分别与星形连接的三相静态无功补偿电容C3相连接；该三相电源Va、Vb和Vc又通过第二三相接触器K2分别与三相整流模块6输入的第一、第二和第三个结点E、F和G相连接；而三相整流模块6输出的两端点A和B与第四和第五单相接触器K4和K5 —端相连接，单相接触器K4和K5的另一端与逆变模块7的输入两端点C和D相连接；还有串联后又并联在逆变模块7输入两端点C和D的电容Cl和C2 ；该逆变模块7三相输出的第四、第五和第六结点H、J、和K分别与三相滤波电感L另一端相连接；运行时，三相电压互感器TVl将电网输入的电压变送到控制器的引脚8、9和10，三相电流互感器TAl将电网输入的电流变送到控制器的引脚11、12和13，三相电流互感器TA2将逆变模块7输出的电流变送到控制器的引脚沈、27和观，三相电压互感器TV2将逆变模块7输出的电压变送到控制器的引脚四、30 和31，小模块MC将直流电容两端电压变送到控制器的引脚19，转速传感器S将电机转速送到控制器的引脚32 ；控制器的引脚14、15、16、17和18向各接触器发送控制信号；控制器的引脚20、21、22、23、M和25分别向六个全控型器件IGBT发送驱动控制信号。
电机在起动运行过程中，控制器对所需信号进行实时同步检测，以能实时地对各器件进行精确控制，实现电机安全经济稳定的运行。在起动时，控制器向各接触器发出控制信号，将三相接触器Kl和K3断开，三相接触器K2和单相接触器K4和K5分别接通，控制器再根据信号检测模块的数据向逆变模块7中的IGBT全控型器件发送驱动控制信号，达到电机软起动时所需的变频调压输出，实现电机的变频软起动。控制器根据电流互感器TA2、电压互感器TV2和转速传感器S送回信号判断起动是否完成，如果起动完成，控制器发出接通第一三相接触器Kl和断开第二三相接触器K2的控制信号，同时停止向六个IGBT发出驱动控制信号，电机M进入正常运行状态。完成起动转换后，向第三三相接触器K3发出接通控制信号，投入三相静态无功补偿电容C3，实现无功功率的静态补偿；在此同时，向单相接触器K4、K5发出断开控制信号，切除整流模块6，待测量的电压电流信号进入稳定状态后，控制器根据检测到的无功情况，向逆变模块7中的全控型器件IGBT发送驱动控制信号，通过电容Cl和C2实现动态无功功率的补偿。
本发明根据电机的不同容量可选择相应容量的器件配套构成经济实用的电机软起动及无功补偿装置。本发明的应用不局限于此例。
下面以额定功率为50KW、额定电压为220/380V的电机为例作进一步说明主电路各器件参数的选择，整流模块中二极管参数选择为额定电压600V，额定电流100A，能承受的最大电流为600A ；逆变模块7选择包含IGBT管、续流二极管和触发驱动电路的IPM模块， 其中的IGBT管的参数选择为额定电压为1200V，额定电流为300A ；滤波电容Cl和C2采用450V/10000 μ F的电解电容；静态无功补偿电容C3用的电容为电力自愈式电容，其容量为电机空载运行时的无功功率容量，动态无功补偿容量为电机满载动行时无功功率容量减去空载运行时的无功功率容量；电感每相容量为动态无功补偿容量的2%。
权利要求
1.一种电机软起动与动态无功补偿方法，其特征在于将电机的软起动和动态无功补偿结合在一起，共同使用一组全控型器件；该无功补偿由动态无功补偿和静态无功补偿两部分组成；该软起动由整流模块、滤波电路和逆变模块三部分组成；通过设置的控制器和信号检测模块，对逆变模块的控制实现变频调压输出，使电机软起动达到电流小和转矩大的要求；在动态无功补偿时，将整流模块切除，根据无功情况控制全控型器件实现动态无功补偿；利用电力开关控制一组固定电容量的投入或切除实现静态无功补偿。
2.根据权利要求1所述的一种电机软起动与动态无功补偿方法，包括三相电源(Va、Vb 和Vc)的三个三相开关(1、2和幻和整流模块输出端的两个单相开关0和幻，其特征在于还设有整流模块、电容、逆变模块，静态无功补偿电容、滤波电感和信号检测模块和控制器；该整流模块是由电力二极管构成的全桥整流电路；该电容为电解电容；该逆变模块包含全桥连接的全控型器件和快速恢复的续流二极管；该全控型器件采用IGBT或IGCT等全控型电力电子器件；该静态无功补偿电容为电力电容；该开关可为接触器等电力开关；控制器的主芯片可使用TMS320F28335等数字信号处理芯片，具体方法步骤是一.起动时，控制器先将开关(1和3)断开和将开关0、4和5)接通，信号检测模块对所需信号进行同步检测并送到控制器中，控制器根据检测到的数据，对逆变模块进行控制， 实现变频调压输出，使电机实现电流小、转矩大的软起动；二 .控制器根据检测到的数据判断电机起动是否完成，若起动完成，该控制器将开关 (2)断开和停止向逆变模块中的全控型器件发出驱动控制信号，同时将开关(1)接通，使电机进入正常的运行状态；三.当电机进入正常运行状态后，开始对电机进行无功补偿，通过控制器先将开关(3) 接通，投入静态无功补偿电容，实现静态无功补偿；然后控制将开关0和5)断开，切除整流模块；待系统运行状态稳定，控制器根据检测到的数据计算出所需的动态无功补偿容量，并向逆变模块中的全控型器件发出驱动控制信号，实现动态无功补偿。
3.根据权利要求1所述的一种电机软起动与动态无功补偿方法，其特征在于所述的三相电源通过开关⑴分别与三相开关⑶一端、三相滤波电感一端和电机(M)相连接； 该三相开关(3)另一端与三相静态无功补偿电容相连接；又通过三相电源开关(2)与三相整流模块相连接；而整流模块输出两端通过单相开关0和幻分别与电容两端和逆变模块 (7)输入端相连接；该逆变模块的三相输出端分别与三相滤波电感另一端相连接；该信号检测模块将所需电压、电流、转速信号变送到控制器中；控制器输出的控制信号连接到各开关和全控型器件中。
4.根据权利要求1所述的一种电机软起动与动态无功补偿方法，包括三相电源上的第一、第二和第三三相接触器(K1、K2和D)和整流模块输出的第四和第五单相接触器(Κ4和 Κ5)，其特征在于所述的三相电源(Ua、W3*UC)通过第一三相接触器(Kl)分别与第三三相接触器(D) —端、三相滤波电感(L) 一端和三相电机M相连接，而第三三相接触器(K3) 另一端分别与星形连接的三相静态无功补偿电容(C3)相连接；该三相电源(Va、Vb和Vc) 又通过第二三相接触器(以)分别与三相整流模块(6)输入的第一、第二和第三个结点E、F 和G相连接；而三相整流模块(6)输出的两端点A和B与第四和第五单相接触器(K4和K5) 一端相连接，而单相接触器(K4和K5)的另一端与逆变模块(7)的输入两端点C和D相连接；还有串联后又并联在逆变模块(7)输入两端点C和D的电容(Cl和C2)；该逆变模块(7)三相输出的第四、第五和第六结点H、J、和K分别与三相滤波电感(L)另一端相连接；运行时，三相电压互感器(TVl)将电网输入的电压变送到控制器的引脚(8、9和10)，三相电流互感器(TAl)将电网输入的电流变送到控制器的引脚(11、12和13)，三相电流互感器(TA2) 将逆变模块(7)输出的电流变送到控制器的引脚06、27和观)，三相电压互感器(TV2)将逆变模块(7)输出的电压变送到控制器的引脚O9、30和31)，小模块(MC)将直流电容两端电压变送到控制器的引脚(19)，转速传感器( 将电机转速送到控制器的引脚(3 ；控制器的引脚(14、15、16、17和18)向各接触器发送控制信号；控制器的引脚(20、21、22、23、24 和2 分别向六个全控型器件IGBT发送驱动控制信号。
全文摘要
本发明公开了一种电机软起动与动态无功补偿方法，其特征在于该方法是将电机的软起动和动态无功补偿结合在一起，共同使用一组全控型器件；该无功补偿由动态无功补偿和静态无功补偿两部分组成；该软起动由整流模块、滤波电路和逆变模块三部分组成；通过设置的控制器和信号检测模块，对逆变模块的控制实现变频调压输出，使电机软起动达到电流小和转矩大的要求；在动态无功补偿时，将整流模块切除，根据无功情况控制全控型器件实现动态无功补偿；利用电力开关控制一组固定电容量的投入或切除实现静态无功补偿。本发明具有起动电流小、转矩大，起动安全可靠，无功补偿快速准确跟踪和降低整体装置成本的优点。
文档编号H02J3/18GK102522927SQ201110400448
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月26日 优先权日2011年11月26日
发明者劳永浩, 姚普粮, 林朝光, 欧世文, 韦甘铭, 黄镜彬 申请人:北海市深蓝科技发展有限责任公司