一种变频启动方法及变频启动装置

★刘星，李平（北京中油瑞飞信息技术有限责任公司，北京 100044）

一种变频启动方法及变频启动装置

★刘星，李平（北京中油瑞飞信息技术有限责任公司，北京 100044）

风光等新能源控制逆变系统所接负载在启动时会产生超大启动电流，在信号处理器为主的控制电路以及驱动电路作用下，通过设置升压逆变电路实现的输出电压和输出频率电压实时满足负载启动所需最低要求电压和频率，实现变频启动并达到限制负载电动机的超大启动电流的目的。

变频启动；高频变压器；功率器件；启动电流

1 概述

当前偏远山区或牧区的无电用户使用控制逆变一体机发电来满足用电需要，他们利用风光采集的能量经过控逆一体机的转变使能量变为可以供用户使用的交流能量。目前家用电器的冰箱和空调的压缩机、微波炉的电机等负载都是感性负载，由静止状态启动时，需要克服静摩擦力和冰箱的压缩机驱动线圈的冲击。在负载启动的瞬间，由于电机定子和转子之间的相对运动几乎为0，即没有切割磁场的运动，就不会在电路中产生反电动势；当供电电压不变时，忽略线圈自感作用，所有的输出电压都加在了电路的电阻上，因此启动电流很大，为正常运行电流的7～8倍。

目前对超大启动电流的限制方法主要包括热敏电阻法和工频变压器法。前者通过在电路中串联热敏电阻限制负载启动瞬间会产生超大电流，热敏电阻需要一定时间达到工作状态电阻值，且关闭时热敏电阻需要一定冷却时间，频繁启动热敏电阻可能会失去限制作用，而工频变压器法是在用电器之间串联一个工频变压器，当电路中电机等负载启动产生超大启动电流时，工频变压器使输出电压下降，但输出频率保持不变。虽然相对稳态电压下的超大启动电流有所减小，但并未改变电机性负载的转速，因而超大启动电流仍然较大。本文则通过缓启动的方法实现限制超大启动电流的现象，使输出满足负载启动要求的同时，可以达到有效限制负载电动机的超大启动电流的目的。

2 装置架构图

变频启动装置包含控制驱动电路部分和主电路部分，如图1所示。

图1 变频启动装置

控制驱动电路部分包含信号处理器1、信号采集器2和驱动电路3；主电路部分为蓄电池（5）、升压逆变电路（61、62、63、64、65）和负载（7），升压逆变电路包括依次连接的升压逆变全桥、高频变压桥、整流桥和逆变桥。

信号处理器为数字信号处理器或专用集成电路，根据所述检测信号设置给定电压，之后根据所述给定电压计算给定频率和指令信号，并将所述指令信号输入所述驱动电路。

信号采集器检测输入端的输入电压和输入电流以及输出电路的负载电流和输出电压，并将检测信号输入所述信号处理器。

驱动电路根据所述指令信号驱动输出电路中的功率器件，使所述输出电路输出与所述给定电压和给定频率匹配的输出电压和输出频率。

3 控制过程

在蓄电池输出端设置升压逆变电路，信号采集器检测升压逆变电路输出端的负载电流，并将检测信号输入信号处理器中，作为调整所述升压逆变电路的的输出电压和输出频率的反馈要素；信号处理器还对升压电路进行反馈控制，以保证输出电压和输出频率满足负载正常运行的需要。

当检测到负载启动时，信号处理器将给定电压设置为所述负载的起跳电压并适时计算给定频率和指令信号，根据指令信号控制驱动功率器件（包含高频升压逆变全桥61和工频逆变桥64）的占空比以驱动升压逆变电路，使升压逆变电路输出所述给定电压对应的给定频率和指令信号；并按照预设的线性关系，逐渐抬升所述给定电压，并实时计算所述给定电压对应的给定频率和指令信号；

当给定电压达到负载的稳态电压范围，最终将给定电压设置为负载的额定电压并实时计算给定频率和指令信号。

4 软件设计

硬件电路中包含对升压逆变全桥61和逆变桥64进行控制。本设计需要实时计算给定频率和电压的信号指令，当负载启动时，信号控制器根据信号采集器的信号和反馈信号实时计算并向驱动电路3发出指令改变升压逆变全桥61和逆变桥64电路的功率器件功率型MOS管的占空比，从而主电路按预设的曲线（如图2所示）输出电压和频率。Utrip和ftrip和为预设的电压幅值和频率，Irlc为负载的电流。

图2

5 结论

利用本文所介绍的变频启动方法和装置可以使控制逆变系统所带负载电流缓慢、小幅上升，直至达到负载平稳运行时的额定电压和额定频率，将启动时的负载电流增幅限制在安全范围内，保护电路中的功率器件，保证了控制逆变系统的稳定运行，同时也减少了启动时的能源浪费，具有良好的经济价值。

Variable Frequency Starting Method and Device

The loads of wind, light and other new energy control inverter systems produces high starting current when they start. Based on the control circuit in the signal processor and driver circuit, the output voltage and frequency can meet the real-time load requirements of the minimum voltage and frequency by setting the boost inverter circuit. In this way, variable frequency starting is achieved, and the high starting current of the load motor is limited.

Variable frequency starting; High-frequency transformer; Power device; Starting current

刘星（1981-），男，北京人，学士学位，现就职于北京中油瑞飞信息技术有限公司，研究方向为风力、光伏发电控制。

B

1003-0492(2017)04-0098-02

TM921.51

李平（1986-），女，北京人，学士学位，现就职于北京中油瑞飞信息技术有限公司。