CN103248309A - 用于控制变频器的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于控制变频器的方法，所述方法包括：计算最佳转速；当指令转速高于电机的额定转速值时，将最终转速确定为所述最佳转速；以及当所述指令转速低于或等于所述额定转速值，或者高于预定最佳转速值时，将所述最终转速确定为所述指令转速。

Description

用于控制变频器的方法

技术领域

本公开涉及一种用于控制变频器的方法。

背景技术

通常，功率变频器或变频器是一种电功率转换器，其通过被连接到三相商用AC（交流电）电源，经由PWM（脉冲宽度调制）切换操作将DC（直流电）转变为任何需要的电压和频率下的交流电以产生期望的功率，并且将功率供应至电机，其中，受变频器控制的电机又产生驱动负载的转矩。

通常，由电机驱动型变频器系统应用的负载大多可以被划分为鼓风机负载、升降机负载、牵引杆负载以及张力控制负载。升降机负载是指垂直地移动的机械系统，诸如起重机、升降机以及电梯，并且特别地起重机和升降机响应于电机的驱动转速而改变工作效率。也就是说，在使驱动起重机的电机以可允许的额定范围内的最大转速来运行的情况下，能够提高起重机的工作效率。

图1a和图1b为图示出根据现有技术的用于控制变频器的方法的流程图。在传统的变频器控制中，设定变频器的输出优化函数（S110）。升降机负载需要恒定速度运行所必要的转矩的减速/加速转矩（50～200%），并且在这种情况下，在减速/加速时间内，电机和驱动系统必须能够供应超过额定转矩150%的转矩。

在升降机负载中，产生电机的正向转矩和反向转矩，其中，检查转矩方向（S120）以设定正向的控制（S130）和设定反向的控制（S140）。

电机必须为系统的减速/加速产生正向转矩和反向转矩，并且电机必须能够改变正向和反向，这导致必须对正向转矩方向和反向转矩方向设定限制，其由上述的S120～S140执行。

此后，至负载的转矩被累加（S150），并且在设定的时间已经经过的情况下（S160），计算在设定的时间内累加的转矩个数和累加的转矩以获得平均转矩（S170）。接着，使用所计算的平均转矩、在S130和S140处设置的正向转矩限制和反向转矩限制以及变频器的额定转速来计算出最佳转速（S180）。此外，将在S180处计算出的最佳转速限制在最大频率范围内（S190），由此能够计算出最佳转速。假定图1a的全部操作是图1b的S100。

图1b为图示出电机的最终转速指令的设定的流程图。在S100处计算最佳转速的情况下，对是否将最佳转速用作最终转速指令进行确定（S210），并且如果最佳转速被用作最终转速指令，则将在S100处计算出的最佳转速确定为最终转速指令（S220），并且如果最佳转速未被用作最终转速指令，则将指令转速确定为最终转速指令（S230），然后输出最终转速（S240）。

图2为图示出电机转速的最大转矩曲线的曲线图，其中“a”是指预定的转矩维持在电机的额定转速以下的区域，“b”是指预定的转矩在额定转速以上的区域。在该图中，在“b”处由电机可输出的转矩与电机增加的转速成反比地减小。

如上所述，电机在减速/加速运行期间需要减速/加速转矩，并且在电机在保持减速/加速的同时持续加速至超过指令转速的情况下，最大转速是在减速/加速期间能够保持减速/加速转矩的转速，其能够由以下等式表示。

【等式1】

（最佳转速）=（额定转速）X（正向或反向转矩限制）/（转矩负载）

如图1b所示，使用由上述等式1计算出的最佳转速来将最佳转速或指令转速设定为最终转速指令，并且输出最终转速，由此优化输出。然而，参见图2，这存在的缺陷在于：在高于额定转速的运行期间经由输出优化而确定最佳转速，并且在小于额定转速的运行时提供预定转速，由此在小于额定转速的运行中无法实现输出优化。

因此，需要提供一种用于控制变频器的装置，其能够解决上述缺陷或问题。

发明内容

本部分提供本公开的总的概述，并且不是对其全部的范围和其所有特征的全面公开。

符合本公开的方法和系统提供一种用于控制变频器的方法，其配置为根据负载甚至在小于弱场运行区域的范围内也确定最大转速从而控制变频器在最佳输出。

然而，应该强调的是，本公开并不限于如上说明的特定公开。应该理解的是，本领域的技术人员可以领会这里未提及的其他技术主题。

在本公开的一个总的方案中，提供了一种用于控制变频器的方法，所述方法包括：计算最佳转速；当指令转速高于电机的额定转速值（level）时，将最终转速确定为所述最佳转速；以及当所述指令转速低于或等于所述额定转速值，或者高于预定的最佳转速值时，将所述最终转速确定为所述指令转速。

优选地，但非必要地，所述方法可以进一步包括当所述指令转速低于或等于所述最佳转速值时，检查所述电机是否处于人工模式。

优选地，但非必要地，所述方法可以进一步包括当所述电机处于人工模式时，将所述最终转速确定为所述指令转速。

优选地，但非必要地，所述方法可以进一步包括当所述电机不处于人工模式时，将所述最终转速确定为所述最佳转速。

优选地，但非必要地，所述计算最佳转速包括：设定转矩限制；在设定的时间内累加转矩；计算平均转矩；以及使用所述转矩限制、所述平均转矩和所述电机的额定转速来计算所述最佳转速。

优选地，但非必要地，通过将所述额定转速与所述转矩限制的乘积除以所述平均转矩来获得所述最佳转速。

优选地，但非必要地，所述转矩限制可以包括正向转矩限制和反向转矩限制。

优选地，但非必要地，所述计算最佳转速可以进一步包括：将所计算的最佳转速限制在最大频率范围内。

根据本公开的示例性实施例的用于控制变频器的方法具有的有益效果在于，在高于额定转速的区间执行输出优化，并且在小于额定转速的区间且在转速值高于由用户限定的最佳转速值时也执行输出优化，由此甚至在低于额定转速的区间也能够根据负载以最大转速驱动电机，从而提高工作效率。

另一有益效果在于，电机按照额定转速和最佳转速值两个基准（references）而被驱动，从而根据电机和电机的负载特性优化电机的驱动。

附图说明

为了说明本公开的原理，在下文中呈现了关于其优选实施例的一些附图用于图示、示例和描述的目的，但是它们并不旨在是详尽的。附图仅通过示例的方式而不是通过限制的方式描绘依照本构思的一个或者多个示例性实施例。在附图中，相似的附图标记表示相同或类似的元件。

因此，参照示例性的附图，经由下文的对特定示例性实施例的详细描述，将更容易地理解多种潜在实用的和有用的实施例，其中：

图1a和图1b为图示出根据现有技术的用于控制变频器的方法的流程图；

图2为图示出电机转速的最大转矩曲线的曲线图；

图3为根据本公开的变频器系统的结构图；

图4为图示出根据本公开的示例性实施例的用于控制变频器的方法的流程图；

图5为图示出根据本公开的示例性实施例的图4的最佳转速计算的详细流程图；以及

图6为图示出根据本公开的示例性实施例的控制序列的示意图。

具体实施方式

当审查下文的附图和详细描述时，所公开的实施例的特征和益处对于本领域的普通技术人员将是或将变成显而易见的。旨在所有这样的额外的特征和益处将被包括在所公开的实施例的范围内，并受到附图所保护。此外，图示出的附图仅为示例性的并且不旨在主张或暗示对关于可以实现不同实施例的环境、构造或过程的任何限制。因此，所描述的方案意图包括落入本发明的范围和新颖构思内的所有这样的变更、修改和改变。

在下文中，将参照附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的用于控制变频器的方法。

图3为根据本公开的变频器系统的结构图。

参见图3，变频器10用于驱动电机20，变频器10通过被连接到三相商用AC（交流电）电源将DC（直流电）转变为任何需要的电压和频率下的AC以产生期望的功率，并且将功率供应至电机20，其中，例如，受变频器10控制的电机20产生驱动升降机负载30的转矩。然而，负载不限于升降机负载30并且可以包括多个不同类型负载的主机（host）。用于控制变频器10的方法由控制器11执行，这以下文的方式被说明。

图4为图示出根据本公开的示例性实施例的用于控制变频器的方法的流程图。

参见图4，用于控制变频器的方法包括设定由用户限定的最佳转速值（level）（S41）。可以由用户限定本公开中的最佳转速值，其中，用户可以使用HMI（人机接口）来输入最佳转速值。接下来，控制器11计算最佳转速。

图5为图示出根据本公开的示例性实施例的图4的最佳转速计算的详细流程图。

参见图5，控制器11检查电机20的转矩方向（S51），并且如果转矩方向为正向则设定正向转矩限制（S52），并且如果转矩方向为反向则设定反向转矩限制（S53）。此后，控制器11累加所设定的预定期间（S55）内的转矩（S54），以使用所设定的预定期间内累加的转矩个数和累加的转矩来计算平均转矩（S56）。

然后，使用在S56中计算出的平均转矩、正向转矩限制、反向转矩限制以及电机20的额定转速来计算如等式1中的最佳转速（S57）。此外，将计算出的最佳转速限制在最大频率范围内（S58）。

再次参见图4，控制器11将电动机20的输入指令转速与额定转速值相比较（S43），以在指令转速高于额定转速值的情况下将最终转速设定为最佳转速（S44）。

如果在S43处指令转速低于或等于额定转速值，则控制器11将电机20的指令转速与最佳转速值相比较（S45）以在指令转速高于最佳转速值的情况下将最终转速设定为指令转速（S46）。

如果在S45处指令转速低于或等于最佳转速值，则控制器11检查变频器10是否处于人工模式（S47），并且在处于人工模式的情况下，将最终转速设定为指令转速（S46），而在不处于人工模式的情况下，将最终转速设定为最佳转速（S44）。然后，控制器11将最终转速输出为转速指令（S48）。

图6为图示出根据本公开的示例性实施例的控制序列的示意图，其中，起重机的升降机被用作升降机负载30。

参见图6，“A”指的是示出电机20的运行状态的运行指令信号，“B”指的是示出励磁电流的波形的励磁电流信号，“C”指的是示出升降机绳索通过栓在集装箱的闩锁处的起重机吊具而是否被固定至集装箱的解锁/锁定信号，“D”指的是示出用户已经将控制模式切换到人工模式的人工模式信号，“E”指的是示出电机20的运行转速的电机转速，“F”指的是来自外部的指令转速，“G”指的是在图5中计算出的最佳转速，而“H”指的是在图4中所选择的最终转速。

此外，“a”是指用于电机20磁化所需的时间，“b”是指保持励磁电流的区间，并且“c”是指为计算最佳转速而累加负载转矩的区间（S54）。

同时，由后续的运行限定了t1到t8，其中，t1是计算最佳转速时的时刻，t2是用户施加用于人工模式的信号时的时刻，t3是指令转速变为大于额定转速值时的时刻，t4是指令转速变为大于t3的指令转速时的时刻，t5是指令转速变为小于额定转速值时的时刻，t6是人工模式被关闭时的时刻，t7是指令转速变为小于最佳转速值时的时刻，而t8是电机20的运行指令信号被切断时的时刻。

在起重机的吊具被拴在集装箱的闩锁处以允许升降机绳索被固定至集装箱的情况下，解锁/锁定信号“C”被接通，并且在运行指令信号“A”被输入的情况下，施加励磁电流信号“B”以使电机20在“a”区间励磁。电机转速“E”随着作为最终转速的外部指令转速“F”而逐渐地增加。在“c”区间执行S54处的负载转矩的累加，“c”区间为达到最佳转速值之前的大约0.20～0.25秒。

在完成负载转矩累加的情况下，在t1处计算最终转速，其反映在最佳转速曲线“G”上。此后，将最佳转速用作最终转速指令来驱动电机转速。

在t2处施加人工模式信号的情况下，因为指令转速在S43、S45和S47处低于额定转速值但高于最佳转速值，所以利用被设定为最终转速的指令转速来驱动电机。

因为指令转速在t3、t4处高于额定转速值，所以利用被设定为最终转速的最佳转速来驱动电机20。因为指令转速在t5处低于额定转速值但高于最佳转速值，所以利用被设定为最终转速的指令转速来驱动电机20。

因为指令转速根据S43、S45和S47在t6处低于额定转速值，并且人工模式被关闭，所以利用被设定为最终转速的最佳转速来驱动电机20。

因为指令转速根据S43、S45和S47在t7处低于最佳转速值，所以利用被设定为最终转速的指令转速来驱动电机20。

如在上文中所显而易见的，本公开通过在高于额定转速的区间执行输出优化、通过在小于额定转速的区间且在值高于由用户限定的最佳转速值时执行输出优化以及通过在低于额定转速的区间根据负载以最大转速来驱动电机，能够提高工作效率。

此外，电机是基于额定转速和最佳转速值两个基准而被驱动，由此能够根据电机和负载特性而优化电机驱动。

虽然本公开已经参照其多个图示的实施例进行了描述，但是应当理解的是，本领域的技术人员能够想到将落入本公开的原理的精神和范围内的多种其他变型和实施例。

更特别地，在公开内容、附图以及随附权利要求的范围内可以对主题结合布置的组成部分和/或布置进行各种改变和变型。除了对组成部分和/或布置的改变和变型以外，替代使用对本领域的技术人员来说也将是明显的。

Claims (8)

1.一种用于控制变频器的方法，其通过预设最佳转速值来确定电机的最终转速，所述方法的特征在于：

计算最佳转速；

当指令转速高于所述电机的额定转速值时，将所述最终转速确定为所述最佳转速；以及

当所述指令转速低于或等于所述额定转速值，或者高于所述最佳转速值时，将所述最终转速确定为所述指令转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征进一步在于：

当所述指令转速低于或等于所述最佳转速值时，检查所述电机是否处于人工模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征进一步在于：

当所述电机处于人工模式时，将所述最终转速确定为所述指令转速。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征进一步在于：

当所述电机不处于人工模式时，将所述最终转速确定为所述最佳转速。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算最佳转速包括：

设定转矩限制；

在设定的时间内累加转矩；

计算平均转矩；以及

使用所述转矩限制、所述平均转矩和所述电机的额定转速来计算所述最佳转速。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过将所述额定转速与所述转矩限制的乘积除以所述平均转矩来获得所述最佳转速。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述转矩限制包括正向转矩限制和反向转矩限制。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述计算最佳转速进一步包括：将所计算的最佳转速限制在最大频率范围内。

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