[发明专利]一种电机启动控制方法

权利要求书

1.一种三角形连接异步电动机投入电网的控制方法，采用永磁真空断路器将三角形连接异步电动机的三相分别投入电网，通过对电网相位实时检测，在最佳相位处分别将三角形连接异步电动机的三相投入电网，其特征在于：所述控制方法具体包括如下步骤：

步骤一、建立三角形连接异步电动机B、C相同时投入时电机的数学模型和电压方程，以获取电网B、C相线电压与三角形连接异步电动机定子侧瞬态电流的数学关系，推出永磁真空断路器投入时刻对应于电网B、C相线电压的相位，三角形连接异步电动机B、C两相同时投入实现过程步骤如下：

步骤a、异步电动机为三角形连接，在三角形连接异步电动机B、C两相同时投入电网的情况下，定子侧电流电压关系式为：

式中，i_a、i_b、i_c分别代表三角形连接异步电动机定子侧A、B、C相电流，I_B代表电网侧B相电流，u_a、u_b、u_c分别表示三角形连接异步电动机A相、B相、C相电压；

步骤b、经恒幅值变换建立三角形连接异步电动机在αβ0坐标系下的电压方程：

式中，i_sα、i_sβ表示αβ0坐标轴下的三角形连接异步电动机定子电流，i_rα＇、i_rβ＇表示αβ0坐标轴下三角形连接异步电动机转子电流在定子侧的归算值，u_sα、u_sβ表示αβ0坐标轴下的三角形连接异步电动机定子电压，R_s、R_r、L_s、L_r分别为三角形连接异步电动机定、转子每相电阻与电感，L_m为互感；p为微分算子，ω_r为投入瞬间三角形连接异步电动机的转子角速度；

步骤c、根据式(1)、(2)联立，得定子侧电流的复频域表达式，其表示为：

式中，T_r＝L_r/R_r、T_s＝L_s/R_s分别为转子时间常数、定子时间常数，引入漏抗系数σ＝1-L²_m/L_sL_r，即L²_m/L_sL_r＝(1-σ)T_sT_r，定子瞬态电感L′_s＝L_sσ+L_rσL_m/(L_rσ+L_m)＝σL_s，转子瞬态电感L′_r＝σL_r，即定转子瞬态时间常数T′_s＝σT_s，T′_r＝σT_r；

步骤d、电网B、C两相线电压表示为：

式中，β为电网B相电压的初相位，ζ₀为三角形连接异步电动机两相投入所需合闸相位，U_BC为电网侧B、C两相线电压，U_m为线电压的幅值，ω为电网角频率；

步骤f、三角形连接异步电动机B、C相投入时电动机转子转速为零，将式(4)代入式(3)经拉普拉斯反变换可得定子侧电流的时域表达式，其表示为：

μ＝ξ₀-arctanωT_σ (9)

步骤g、使定子瞬态电流能达到最佳抑制效果的相位，需满足投入后定子侧电流初始两个半波峰值的绝对值相等的条件，其表示为：

步骤k、式(10)代入式(5)求解可得三角形连接异步电动机B、C相投入的最佳相位ζ₀，对应的时刻为t_BC；

步骤二、根据永磁真空断路器固有动作时间与控制器计算时间，选择永磁真空断路器开始动作时对应于电网侧B、C两相线电压的零时刻，三角形连接异步电动机B、C两相同时投入控制的总时间T_t为：

T_t＝t_c+T_d+T_cls (11)

式中，t_c表示CPU计算时间，T_d表示永磁真空断路器B、C两相触点闭合时刻为t_BC所需的合闸时间，T_cls表示永磁真空断路器开关合闸固有时间，T_t表示B、C两相开关投入总时间；

步骤三、建立三角形连接异步电动机A相投入时电机空间向量电压方程，推出永磁真空断路器投入时刻对应于三角形连接异步电动机A相投入的相位，具体实现过程如下：

步骤a、三角形连接异步电动机A相投入后，电机定、转子电压方程可用空间向量表示为二阶复数变量形式的微分方程组：

式中，分别为三角形连接异步电动机定、转子电压与电流的空间向量，均是以A轴为实轴的复数变量，三角形连接异步电动机A相投入时，电源电压空间向量

步骤b、式(12)经拉普拉斯变换后，三角形连接异步电动机定、转子电压方程可用空间向量表示为二阶复数变量形式的微分方程组，其表示为：

步骤c、三角形连接异步电动机A相投入时电动机转子转速为零，式(13)经拉普拉斯反变换得到定子电流空间向量时域表达式，其表示为：

步骤d、使空间向量表示的三角形连接异步电动机定子瞬态电流能达到最佳抑制效果的相位，需满足电机首两相投入后到第三相投入时，电机的定子侧电流空间向量轨迹近似为四分之一圆周，其表示为：

步骤e、式(18)代入式(14)求解得到三角形连接异步电动机A相投入的最佳相位ζ₁，对应的时刻为t_A；

步骤四、根据永磁真空断路器固有动作时间与控制器计算时间，选择永磁真空断路器开始动作时对应于电网侧B、C两相线电压的零时刻，确定三角形连接异步电动机A相投入时电网B、C两相线电压所对应的相位，三角形连接异步电动机A相投入控制的总时间T_t1为：

T_t1＝t_c+T_d1+T_cls (19)

式中，T_d1表示永磁真空断路器A相触点闭合时刻为t_A所需的合闸时间，T_t1表示三角形连接异步电动机A相投入电网的总时间；

步骤五、根据期望控制目标，将电机参数T_r、T_s＇、T_r＇ω代入步骤一、三中式(5)、(14)求解，得到异步电动机在启动时产生最小瞬态冲击电流所对应的合闸相位，使投入相位误差减小，保证控制系统准确性；

完成控制。