CN102233304B - 离心分离机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心分离机驱动装置，其对在高速运行中短暂停电时和惯性较大的负载停止时的，变频器的速度搜索功能进行改善，从而能够使离心分离机平稳驱动。所述离心分离机驱动装置，包括：电动机，其用于转动离心分离配件；变频器，其根据外部控制信号，对上述电动机的转速进行控制；微控制器，当上述变频器以预先设定的频率运行中，电源短暂被断开/接通时，该微控制器以执行速度搜索功能之前的频率为基准，利用减速时间和负载惯性比计算出Δ频率后，从基准频率中减去计算出的Δ频率，从而降低频率，并在电动机的额定电流基准范围内，增大输出电压，从而搜索并控制至电源被断开之前的速度。

Description

离心分离机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种离心分离机，尤其涉及离心分离机驱动装置，其改善了变频器的速度搜索功能，从而能够平稳地驱动离心分离机。

背景技术

离心分离机(Centrifugal Separator)，作为利用离心力将测试液分离成各组分的装置，通常将测试液装入试管里，通过高速转动，按照粒子的大小和密度，对各个物质进行分离。例如，当分离对象为血液时，在离心分离机上装入测试液(血液)后，通过变频器使液体高速旋转。

此时，变频器通过RS-485通信方式，接收微控制器所提供的运行/停止指令和有关运行频率的数据。

如图1所示，在初始阶段，变频器以预先设定的目标频率正常进行加速。

当达到最高速度后，如果发生停电等情况而导致电源短暂被断开(Poweroff)时，由变频器而驱动的电动机，由于惯性而减速运行。

此时，当电源被接通(Power on)时，变频器再次被接通电源，通过速度搜索功能搜索停电之前的频率，从而能够在不发生脱扣(Trip)的情况下继续运行。

然而，如图1所示，当电源被断开并再次被接通后，搜索电源被断开之前的原来速度时，即电动机速度和变频器速度之间存在转差(Slip Error)时，现有的变频器，因防止过载电流引起的脱扣或变频器过载的功能启动，因此离心分离机无法继续运行，而被停止。

另外，当正常减速时，因离心分离机的惯性太大，因此即使在30rpm时变频器停止，电动机即离心分离机还继续运行。

因此，需要改善变频器的功能，从而在高速运行中停电时和惯性大的负载停止时，使离心分离机在所希望的时间内停止。

发明内容

本发明提供一种离心分离机的驱动装置，其目的在于，改善变频器的速度搜索功能，从而在高速运行中发生停电时以及惯性大的负载停止时，平稳地驱动离心分离机的同时，在减速过程中，利用直流制动功能使变频器和离心分离机的停止频率一致。

为达到上述目的，本发明的离心分离机驱动装置，其特征在于，包括：电动机，其用于转动离心分离构件；变频器，其根据外部控制信号，对上述电动机的转速进行控制；微控制器，当上述变频器在预先设定的频率运行过程中，电源短暂被断开/接通时，该微控制器以执行速度搜索功能之前的频率为基准，通过减速时间和负载惯性比，计算出Δ频率(delta frequency：dF)后，从基准频率中减去计算出的Δ频率，从而降低频率，并在电动机的额定电流基准范围内，增大输出电压，从而搜索并控制至电源断开之前的速度。

具体是，本发明的离心分离机驱动装置，其特征在于，上述微控制器包括：dF计算单元，其以执行速度搜索功能之前的频率为基准，利用减速时间和负载惯性比，计算出Δ频率；加法器，其将上述dF计算单元输出的Δ频率，和每隔预先设定的时间所反馈的速度搜索频率进行相加，从而输出更新(Update)后的速度搜索频率；减法器，其从外部输入的目标频率即基准频率中，减去从上述加法器输入的速度搜索频率，从而降低频率；输出选择单元，其对上述速度搜索频率和基准频率进行比较，从而将从减法器输入的频率或速度搜索频率作为最终频率进行输出。

另外，本发明的离心分离机驱动装置，其特征在于，当速度搜索频率SearchSpd大于基准频率RefFreq时，输出选择单元将速度搜索频率SearchSpd作为最终频率Fout进行输出。

另外，本发明的离心分离机驱动装置，其特征在于，上述微控制器包括：减法器，其从对应于电动机的额定电流基准的信号中，减去在变频器的输出端所检测出的电流；比例运算器，其将规定比例系数k，乘以从上述减法器输入的信号，从而输出Δ频率dF；加法器，其将从上述比例运算器输入的Δ频率和所反馈的速度搜索频率进行相加，从而输出更新后的速度搜索频率；以及电压输出单元，其将预先设定的额定电流V除以基准频率Fbase所得的值，乘以从上述加法器输入的速度搜索频率，从而输出用于控制变频器的最终电压。

附图说明

以下参照附图，通过不限定本发明的实施例，对本发明进行详细说明，图中同一要素用同一符号表示。

图1为现有离心分离机的电源被接通/断开时的变频器驱动信号显示图。

图2为本发明的离心分离机的具体结构示意图

图3为根据本发明的用于生成输出频率的微控制器的功能框图。

图4为根据本发明的用于生成输出电压的微控制器的功能框图。

图5为根据本发明的离心分离机的电源被接通/断开时的变频器驱动信号显示图。

附图符号说明

100：离心分离机          110：离心分离构件

120：电动机              130：变频器

140：微控制器            141：dF计算单元

143：加法器              145：减法器

147：输出选择单元        151：减法器

153：比例运算器          155：加法器

157：电压输出单元        160：操作单元

170：直流转换器

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明，以便更简单明了地说明本发明的原理和概念。

图2为适用于本发明的离心分离机的具体结构示意图。

如图2所示，离心分离机100包括：离心分离构件110、电动机120、变频器130、微控制器140、操作单元160以及直流转换器170等。

上述离心分离构件110，其通过旋转对试管内的测试液进行离心分离；电动机120，其通过供电而进行旋转，从而转动上述离心分离构件110；变频器130，其根据外部控制信号，对电动机120的转速进行控制。

微控制器140，其根据外部输入的命令和通过变频器130的输出端所反馈的电流及频率，将运行和停止的命令输出至变频器130，并在预先设定的时间将预先设定的运行频率输出至变频器130，从而对电动机120的转速进行控制。

另外，当上述变频器130正在以预先设定的频率运行中发生停电而电源短暂被断开/接通时，微控制器140以执行速度搜索功能之前的频率为基准，通过减速时间和负载惯性比，计算Δ频率后，从基准频率中减去计算出的Δ频率，从而降低频率，并在电动机120的额定电流基准范围内，增大输出电压，从而搜索并控制至电源断开之前的速度。

另外，操作单元160，用于用户输入离心分离机100的运行和停止以及转速；直流转换器170，其将外部供给的民用交流电源(例如，AC 220V)转换成规定的直流电压，并将转换的直流电压提供给离心分离机的各个电路部。

当离心分离机100的电动机120根据变频器130的控制达到最高转速后，由于发生停电而电源被断开(Power off)时，由变频器130驱动的电动机120，由于惯性而被减速。

此时，电源重新被接通(Power on)时，变频器130上再次被供电，微控制器140通过速度搜索功能，搜索停电之前的频率，从而避免发生脱扣的情况下控制变频器130。

其中，为了通过改善变频器130的速度搜索功能而使离心分离机100平稳驱动，微控制器140需要在电动机120减速过程中，使变频器130和离心分离机110的停止频率一致。

图3为根据本发明的用于生成输出频率的微控制器的功能框图，其包括，dF计算单元141、加法器143、减法器145以及输出选择单元147。

dF计算单元141，其以执行速度搜索功能之前的频率为基准，使用减速时间和负载惯性比，计算出Δ频率并进行输出。上述Δ频率为电源被断开时和电源被接通时的速度之差。

加法器143，其将从dF计算单元141输入的Δ频率，和每隔预先设定的时间(1ms中断)反馈的速度搜索频率SearchSpd进行相加，从而输出更新后的速度搜索频率SearchSpd；减法器145，其从外部输入的目标频率即基准频率RefFreq中，减去从上述加法器143输入的速度搜索频率SearchSpd，从而降低频率。

输出选择单元147，其对速度搜索频率SearchSpd和基准频率RefFreq进行比较，从而将从减法器145输入的频率或速度搜索频率SearchSpd作为最终频率Fout进行输出。即，当速度搜索频率SearchSpd大于基准频率RefFreq时，输出选择单元147将速度搜索频率SearchSpd作为最终频率进行输出，而当速度搜索频率SearchSpd小于基准频率RefFreq时，输出选择单元147将减法器所输出的频率作为最终频率进行输出。

即，如图3所示，微控制器通过累计增加电源被断开时和电源被接通时的速度之差，即Δ频率(delta frequency)，从而生成实际的输出频率。

电源被断开时电动机120处于高速运行的状态，电源被断开后频率将逐步降低，当电源再次被接通时，此时的频率比断开时的频率低，因此通过持续相加该频率之差，不断提高频率，从而逐步搜寻电源被断开时的频率。因此，称为速度搜索。

上述Δ频率，其根据减速时间和惯性比(Inertia rate)进行变化，当减速时间和惯性比较大时，Δ频率变小，而当减速时间和惯性比较小时，Δ频率则变大。

在这里，当不是恢复模式时，加法器143将从dF计算单元141输入的Δ频率，和由加法器143输出并反馈的速度搜索频率SearchSpd，进行相加后，将更新后的速度搜索频率SearchSpd输出至减法器145。减法器145，从目标频率即基准频率RefFreq中，减去速度搜索频率SearchSpd后，作为最终频率Fout，通过输出选择单元147进行输出。

另外，当恢复模式时，即当速度搜索频率SearchSpd大于基准频率RefFreq时，将速度搜索频率SearchSpd作为最终频率Fout，通过输出选择单元147进行输出。

计算输出频率时，以执行速度搜索功能之前的频率为基准，通过减速时间和负载惯性比计算出Δ频率，并在每1ms中断时，将频率进行相加后，从基准频率RefFreq中减去，从而降低频率。

本发明为了快速搜索到停电之前的速度，而将减速时间和惯性比设定为可调参数，从而计算出Δ频率，当减速时间和惯性比较大时，因Δ频率减小而速度搜索量减少，从而速度搜索时间会变长。

尤其在高速(8000rpm)运行中，进行速度搜索时，需要快速进行速度搜索，若搜索时间较长时，在此期间，高电流会施加至电动机120，会导致电动机120损坏或过载电流故障。

图4为根据本发明的用于生成输出电压的微控制器的功能框图，其包括，减法器151、比例运算器153、加法器155以及电压输出单元157。

减法器151，从对应于电动机120的额定电流基准的信号(FlyingStartPerc：速度搜索的抑制电流电平的比率)中，减去设置在变频器130输出端的变流器(CT：Current Transformer)所检测出的信号(CurrMag：在变频器输出端的变流器中，将三相进行DQ转换后的电流大小)，并进行输出。

比例运算器153，其将规定比例系数k乘以从上述减法器151输入的信号，从而输出Δ频率；加法器155，其将从比例运算器153输入的Δ频率，和反馈的速度搜索频率SearchSpd进行相加，从而输出更新后的速度搜索频率SearchSpd。

电压输出单元157，将预先设定的额定电压V除以基准频率Fbase所得的值V/Fbase，乘以从上述加法器155输入的速度搜索频率SearchSpd，从而输出用于控制变频器的最终电压Vout。

另外，当上述FlyingStartPerc信号小于CurrMag信号时，电压输出单元157将预先设定的额定电压V除以基准频率Fbase所得的值V/Fbase，乘以上述图3中获得的速度搜索频率SearchSpd，从而输出用于控制变频器的最终电压Vout。

即，在图3中求得用于控制变频器的频率，在图4中求得与频率成比例的电压V/F，并进行输出。

输出电压从‘0’增大到执行速度搜索功能之前的电压，在增大电压时，保证当前的电流小于预先设定的FlyingStartPerc值的前提下，在最短时间到达。

微控制器140，为了控制的简单化和增益调整的方便而不执行I控制(I term)，只执行P控制。

即，以下参照图3及图4，简单介绍微控制器140的各个动作。

图3中，对电源被断开时和电源被接通时的速度之差，即Δ频率dF进行累计增加，从而生成实际的输出频率。其中，电源被断开时电动机120处于速度高的状态，电源被断开后频率逐渐降低。

此时，当电源再次被接通时，此时的频率小于电源被断开时的频率，因此以这种频率之差，继续增加频率而搜索电源被断开时的频率。

另外，通过成比例地控制FlyingStartPerc信号和CurrMag信号之差，并基于图3中获得的输出频率，获得与输出频率成比例的输出电压并进行输出。

上述输出电压从零增大至执行速度搜索功能之前的电压，增加电压时，在保证当前流过的电流小于预先设定的FlyingStartPerc值的前提下，在最短时间内到达。

通常，电动机的额定电流V和基准频率Fbase均不同，因此很难控制实际输出电压，因电动机上流过过载电流，故无法进行加速。而在本发明中，设定额定电流和基准频率之比，并将其反映于输出电压。

如图5所示，在速度搜索中，当输出电流过于增大时，将输出电压控制为0，从而对电压上升进行抑制的同时，对输出电流也进行抑制。

一般，速度搜索达到目标频率后，速度搜索就会停止，在此过程中，通过PI(Proportional-Integral Control：比例积分控制)控制达到高的频率后，控制模式切换至一般加速方式时，由于过载电流或过载电压引起的脱扣等而无法继续运行。

然而，在本发明中，对当前速度进行估计时，立即停止在低频的速度搜索，并通过一般加速率增加至目标频率，从而能够避免发生故障，并缩短速度搜索时间。

如上所述，本发明所具有的优点在于，对在高速运行中电源被断开时和具有较大惯性的负载停止时的，变频器的速度搜索功能进行改善的同时，在减速过程中，利用直流制动功能，使变频器和离心分离机的停止频率一致，从而能够平稳地驱动离心分离机。

以上通过理想实施例对本发明做了详细的说明，本领域的普通技术人员根据所述的实施例，在不超出本发明的范围内可以进行多种变形。故本发明的权利范围不限于说明的实施例，不仅包括本发明的权利要求范围，还应包括这些变形。

Claims (2)

1.一种离心分离机驱动装置，其包括：

电动机，其用于转动离心分离构件；

变频器，其根据外部控制信号，对所述电动机的转速进行控制；

微控制器，当所述变频器以预先设定的频率运行中，电源短暂被断开/接通时，该微控制器以执行速度搜索功能之前的频率为基准，利用减速时间和负载惯性比计算出△频率后，从基准频率中减去计算出的△频率、即电源被断开时和电源被接通时的频率之差，从而降低频率，并在电动机的额定电流基准范围内，增大输出电压，从而搜索并控制至电源被断开之前的速度；

其中，所述微控制器包括：

dF计算单元，其以执行速度搜索功能之前的频率为基准，利用减速时间和负载惯性比，计算△频率；

第一加法器，其将从所述dF计算单元输入的△频率，和每隔预先设定的时间所反馈的速度搜索频率进行相加，从而输出更新后的速度搜索频率；

第一减法器，其从外部输入的目标频率即基准频率中，减去从所述第一加法器输入的速度搜索频率，从而降低频率；

输出选择单元，其对所述速度搜索频率和基准频率进行比较，从而将从第一减法器输入的频率或速度搜索频率作为最终频率进行输出；以及

其中，所述微控制器还包括：

第二减法器，其从对应于电动机的额定电流基准的信号中，减去在变频器的输出端所检测出的电流；

比例运算器，其将规定比例系数，乘以从所述第二减法器输入的信号，从而输出△频率；

第二加法器，其将从所述比例运算器输入的△频率和所反馈的速度搜索频率进行相加，从而输出更新后的速度搜索频率；

电压输出单元，其将预先设定的额定电压除以基准频率所得的值，乘以从所述第二加法器输入的速度搜索频率，从而输出用于控制变频器的最终电压。

2.如权利要求1所述的离心分离机驱动装置，其中，

当速度搜索频率大于基准频率时，所述输出选择单元将速度搜索频率作为最终频率进行输出。