CN103580453A - 一种具有转速追踪功能的变频器及应用其的转速追踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变频器技术领域，具体涉及一种具有转速追踪功能的变频器及其转速追踪方法，本发明包括：与电机的输出电路中任意两相相接的采样电路，以及按电路流向顺序依次连接的放大调整电路、整形电路、隔离输出电路；所述放大调整电路中，将残压信号进行差分放大与波形变换后，通过整形电路进行整形；再通过控制处理器计算出脉冲信号的频率；本发明通过硬件电路对电机的残压频率检测与处理，得到较为准确的电压值，再利用该电压值实现电机的转速追踪，得到电机转速，由于其电机的残压信号可以从电机上直接获得，其不需要进行多次尝试，极大的减短了反应时间，也减少了电流对设备的冲击，大大提高效率、降低设备误报电流故障及延长设备寿命。

Description

一种具有转速追踪功能的变频器及应用其的转速追踪方法
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，具体涉及一种具有转速追踪功能的变频器及应用其的转速追踪方法。
背景技术
在工业领域的的很多负荷都是由感应电动机组成，在实际的工作中，由于电机工作需要、工业现场工艺需要以及电源短时故障等问题，会引起电机的工作状态在启动与停机之间频繁切换，而由于失电残压的存在，导致变频器恢复启动时可能会引起大的冲击电流以及冲击转矩。冲击电流可能会引起变频系统母线电压骤降，从而可能导致电力线路保护装置动作，导致电机启动失败。冲击转矩可能会对电机定子线圈、负载等造成损坏，同时谐波成分丰富也会导致电能质量下降，危及同一供电线路上的电力电子设备工作的稳定性。因此，其需要变频器具有对电动机的转速进行追踪的功能，而在现有的技术中，其变频器主要是利用软件基于尝试法对转速进行追踪，其对于电机的转速的追踪是经过多次尝试后才能得到较为准确的转速，其反应时间较长。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种具有转速追踪功能的变频器及应用其的转速追踪方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种具有转速追踪功能的变频器，其与电机的输出电路连接，包括：与电机的输出电路中任意两相相接的采样电路，以及按电路流向顺序依次连接的放大调整电路、整形电路、隔离输出电路；
所述采样电路用于将从电机的输出电路所接收到的电机残压信号进行降压后输入到放大调整电路；
所述放大调整电路包括：运算放大器和过零比较器，所述电机残压信号在所述放大调整电路中，先通过运算放大器进行差分放大，再通过过零比较器完成所述电机残压信号的放大以及波形变换，得到脉冲信号；
所述整形电路用于对脉冲信号进行分析，获取脉冲信号的上升沿与下降沿，并分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内，得到整形后的脉冲信号；
所述隔离输出电路与控制处理器连接，用于将整形后的脉冲信号输出值控制处理器上；
所述控制处理器用于计算整形后的脉冲信号中每个上升沿之间或每个下降沿之间的时间间隔，根据该时间间隔求得脉冲信号的频率。
进一步，所述整形电路为非门电路。
进一步，所述隔离输出电路为光耦隔离电路。
进一步，所述采样电路由两路串联的电阻组相并联组成。
本发明一种应用变频器的转速追踪方法，包括：
从电机的输出电路的任意两相中，采集电机残压信号；
对该电机残压信号进行降压后，依次进行差分放大与波形变换，得到脉冲信号；
对所述脉冲信号进行分析，获取脉冲信号的上升沿与下降沿，并分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内，得到整形后的脉冲信号；
计算整形后的脉冲信号中每个上升沿之间或每个下降沿之间的时间间隔，根据该时间间隔求得脉冲信号的频率。
进一步，所述分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内包括：
将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到小于100微秒。
本发明通过硬件电路对电机的残压频率检测与处理，得到较为准确的电压值，再利用该电压值实现电机的转速追踪，得到电机转速，由于其电机的残压信号可以从电机上直接获得，其不需要进行多次尝试，极大的减短了反应时间。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
图1为本发明的一种具有转速追踪功能的变频器的逻辑结构示意图；
图2为本发明中的采样电路的电路结构图；
图3为本发明中的放大调整电路的电路结构图；
图4为本发明中的隔离输出电路的电路结构图；
图5为本发明一种应用变频器的转速追踪方法的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图4，本发明为一种具有转速追踪功能的变频器，其与电机的输出电路连接，包括：与电机的输出电路U/V/W中任意两相相接的采样电路，以及按电路流向顺序依次连接的放大调整电路、整形电路、隔离输出电路；
所述采样电路用于将从电机的输出电路所接收到的电机残压信号进行降压后输入到放大调整电路；由于电机在失电后的自由旋转状态为发电状态，此时电机的输出电路中任意两相所产生的残压信号相当于正弦信号；
所述放大调整电路包括：运算放大器和过零比较器，所述电机残压信号在所述放大调整电路中，先通过运算放大器进行差分放大，再通过过零比较器完成所述电机残压信号的放大以及波形变换，得到脉冲信号；此处将将电机残压的正弦信号变成对应的脉冲信号，在变换的过程中，频率保持不变，从而转换为可识别的脉冲信号；
所述整形电路用于对脉冲信号进行分析，获取脉冲信号的上升沿与下降沿，并分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内，得到整形后的脉冲信号；其使得经过整形后的脉冲信号的上升沿、下降沿变得陡峭；
所述隔离输出电路与控制处理器连接，用于将整形后的脉冲信号输出值控制处理器上； 
所述控制处理器用于计算整形后的脉冲信号中每个上升沿之间或每个下降沿之间的时间间隔，根据该时间间隔求得脉冲信号的频率，通过两个脉冲时间间隔T，求得脉冲信号的频率F即为：F=1/T。
本发明可实现残压幅值最小Vp-p(min)=0.5V，残压频率最小Fmin=2HZ的电机残压信号的检测和准确测量，从而实现超低频、超低幅的残压信号的检测。
进一步，所述整形电路为非门电路。
进一步，所述隔离输出电路为光耦隔离电路；由于控制处理器的工作电压为3.3V，此处采用光耦隔离电路完成信号的隔离输出到变频器的控制处理器，其保证控制处理器工作的可靠性。
进一步，所述采样电路由两路串联的电阻组相并联组成。
请参阅图5，本发明一种应用变频器的转速追踪方法，包括：
1.采集电机残压信号
从电机的输出电路的任意两相中，采集电机残压信号；
2.获得脉冲信号
对该电机残压信号进行降压后，依次进行差分放大与波形变换，得到脉冲信号；
3.对脉冲信号进行整形
对所述脉冲信号进行分析，获取脉冲信号的上升沿与下降沿，并分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内，得到整形后的脉冲信号；
4.计算脉冲信号的频率
计算整形后的脉冲信号中每个上升沿之间或每个下降沿之间的时间间隔，根据该时间间隔求得脉冲信号的频率。
在本发明的基础上，结合变频器工作的状态来判断出此时电机的运转方向，即可实现电机的平滑启动；在一些工业场合如自然旋转的电机、离心设备等可以先检测其转速，然后在其转速的基础上实施启动，与原来从零速直接启动相比，电机的电流冲击更小，对设备的冲击也就更小，可大大提高效率、降低设备误报电流故障及延长设备寿命等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有转速追踪功能的变频器，其与电机的输出电路连接，其特征在于，包括：与电机的输出电路中任意两相相接的采样电路，以及按电路流向顺序依次连接的放大调整电路、整形电路、隔离输出电路；
所述采样电路用于将从电机的输出电路所接收到的电机残压信号进行降压后输入到放大调整电路；
所述放大调整电路包括：运算放大器和过零比较器，所述电机残压信号在所述放大调整电路中，先通过运算放大器进行差分放大，再通过过零比较器完成所述电机残压信号的放大以及波形变换，得到脉冲信号；
所述整形电路用于对脉冲信号进行分析，获取脉冲信号的上升沿与下降沿，并分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内，得到整形后的脉冲信号；
所述隔离输出电路与控制处理器连接，用于将整形后的脉冲信号输出值控制处理器上；
所述控制处理器用于计算整形后的脉冲信号中每个上升沿之间或每个下降沿之间的时间间隔，根据该时间间隔求得脉冲信号的频率。
2.根据权利要求1所述的具有转速追踪功能的变频器，其特征在于，所述整形电路为非门电路。
3.根据权利要求2所述的具有转速追踪功能的变频器，其特征在于，所述隔离输出电路为光耦隔离电路。
4.根据权利要求3所述的具有转速追踪功能的变频器，其特征在于，所述采样电路由两路串联的电阻组相并联组成。
5.一种应用如权利要求1所述的变频器的转速追踪方法，其特征在于，包括：
从电机的输出电路的任意两相中，采集电机残压信号；
对该电机残压信号进行降压后，依次进行差分放大与波形变换，得到脉冲信号；
对所述脉冲信号进行分析，获取脉冲信号的上升沿与下降沿，并分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内，得到整形后的脉冲信号；
计算整形后的脉冲信号中每个上升沿之间或每个下降沿之间的时间间隔，根据该时间间隔求得脉冲信号的频率。
6.根据权利要求5所述的应用如权利要求1所述的变频器转速追踪的方法，其特征在于，所述分别将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到预设时长内包括：
将该上升沿与下降沿的上升时长与下降时长调整到小于100微秒。
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