一種變頻啟動方法及變頻啟動裝置

★劉星，李平（北京中油瑞飛信息技術有限責任公司，北京 100044）

一種變頻啟動方法及變頻啟動裝置

★劉星，李平（北京中油瑞飛信息技術有限責任公司，北京 100044）

風光等新能源控制逆變系統所接負載在啟動時會產生超大啟動電流，在信號處理器為主的控制電路以及驅動電路作用下，通過設置升壓逆變電路實現的輸出電壓和輸出頻率電壓實時滿足負載啟動所需最低要求電壓和頻率，實現變頻啟動并達到限制負載電動機的超大啟動電流的目的。

變頻啟動；高頻變壓器；功率器件；啟動電流

1 概述

當前偏遠山區或牧區的無電用戶使用控制逆變一體機發電來滿足用電需要，他們利用風光采集的能量經過控逆一體機的轉變使能量變為可以供用戶使用的交流能量。目前家用電器的冰箱和空調的壓縮機、微波爐的電機等負載都是感性負載，由靜止狀態啟動時，需要克服靜摩擦力和冰箱的壓縮機驅動線圈的沖擊。在負載啟動的瞬間，由于電機定子和轉子之間的相對運動幾乎為0，即沒有切割磁場的運動，就不會在電路中產生反電動勢；當供電電壓不變時，忽略線圈自感作用，所有的輸出電壓都加在了電路的電阻上，因此啟動電流很大，為正常運行電流的7～8倍。

目前對超大啟動電流的限制方法主要包括熱敏電阻法和工頻變壓器法。前者通過在電路中串聯熱敏電阻限制負載啟動瞬間會產生超大電流，熱敏電阻需要一定時間達到工作狀態電阻值，且關閉時熱敏電阻需要一定冷卻時間，頻繁啟動熱敏電阻可能會失去限制作用，而工頻變壓器法是在用電器之間串聯一個工頻變壓器，當電路中電機等負載啟動產生超大啟動電流時，工頻變壓器使輸出電壓下降，但輸出頻率保持不變。雖然相對穩態電壓下的超大啟動電流有所減小，但并未改變電機性負載的轉速，因而超大啟動電流仍然較大。本文則通過緩啟動的方法實現限制超大啟動電流的現象，使輸出滿足負載啟動要求的同時，可以達到有效限制負載電動機的超大啟動電流的目的。

2 裝置架構圖

變頻啟動裝置包含控制驅動電路部分和主電路部分，如圖1所示。

圖1 變頻啟動裝置

控制驅動電路部分包含信號處理器1、信號采集器2和驅動電路3；主電路部分為蓄電池（5）、升壓逆變電路（61、62、63、64、65）和負載（7），升壓逆變電路包括依次連接的升壓逆變全橋、高頻變壓橋、整流橋和逆變橋。

信號處理器為數字信號處理器或專用集成電路，根據所述檢測信號設置給定電壓，之后根據所述給定電壓計算給定頻率和指令信號，并將所述指令信號輸入所述驅動電路。

信號采集器檢測輸入端的輸入電壓和輸入電流以及輸出電路的負載電流和輸出電壓，并將檢測信號輸入所述信號處理器。

驅動電路根據所述指令信號驅動輸出電路中的功率器件，使所述輸出電路輸出與所述給定電壓和給定頻率匹配的輸出電壓和輸出頻率。

3 控制過程

在蓄電池輸出端設置升壓逆變電路，信號采集器檢測升壓逆變電路輸出端的負載電流，并將檢測信號輸入信號處理器中，作為調整所述升壓逆變電路的的輸出電壓和輸出頻率的反饋要素；信號處理器還對升壓電路進行反饋控制，以保證輸出電壓和輸出頻率滿足負載正常運行的需要。

當檢測到負載啟動時，信號處理器將給定電壓設置為所述負載的起跳電壓并適時計算給定頻率和指令信號，根據指令信號控制驅動功率器件（包含高頻升壓逆變全橋61和工頻逆變橋64）的占空比以驅動升壓逆變電路，使升壓逆變電路輸出所述給定電壓對應的給定頻率和指令信號；并按照預設的線性關系，逐漸抬升所述給定電壓，并實時計算所述給定電壓對應的給定頻率和指令信號；

當給定電壓達到負載的穩態電壓范圍，最終將給定電壓設置為負載的額定電壓并實時計算給定頻率和指令信號。

4 軟件設計

硬件電路中包含對升壓逆變全橋61和逆變橋64進行控制。本設計需要實時計算給定頻率和電壓的信號指令，當負載啟動時，信號控制器根據信號采集器的信號和反饋信號實時計算并向驅動電路3發出指令改變升壓逆變全橋61和逆變橋64電路的功率器件功率型MOS管的占空比，從而主電路按預設的曲線（如圖2所示）輸出電壓和頻率。Utrip和ftrip和為預設的電壓幅值和頻率，Irlc為負載的電流。

圖2

5 結論

利用本文所介紹的變頻啟動方法和裝置可以使控制逆變系統所帶負載電流緩慢、小幅上升，直至達到負載平穩運行時的額定電壓和額定頻率，將啟動時的負載電流增幅限制在安全范圍內，保護電路中的功率器件，保證了控制逆變系統的穩定運行，同時也減少了啟動時的能源浪費，具有良好的經濟價值。

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

劉星（1981-），男，北京人，學士學位，現就職于北京中油瑞飛信息技術有限公司，研究方向為風力、光伏發電控制。

B

1003-0492(2017)04-0098-02

TM921.51

李平（1986-），女，北京人，學士學位，現就職于北京中油瑞飛信息技術有限公司。