CN103701401A - 涡流电机的控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种涡轮电机的控制方法、装置及系统，该方法包括：根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，脉冲宽度调制波的占空比是根据输出频率计算得到的；根据脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将工作电压输出给涡轮电机，以控制涡轮电机输出与工作电压对应的制动力。本发明通过将变频器的输出频率转换为相应占空比的脉冲宽度调制波，再根据相应占空比的脉冲宽度调制波对电源电压进行分压处理，进而通过分压处理后得到的工作电压来控制涡轮电机输出的制动力，可以实现对涡流电机的全电压范围内的无级调节；不会将多余的电压施加在涡轮电机上，避免了涡轮电机因发热而缩短使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及变频控制领域，尤其涉及一种涡流电机的控制方法、装置及系统。
背景技术
目前，塔式起重机（又称塔机）行业中，回转应用基本都已经使用了涡流电机。对涡流电机的控制便成为回转机构运行效果的关键。
控制涡流电机其实就是控制加在涡流电机上的电压，涡流电机根据外部施加的不同电压输出不同大小的制动力。目前市场上普遍使用的涡流电机控制方法有两种，分别为：使用可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）控制涡流电机；使用模拟量信号控制涡流电机。这两种方法均存在不足之处，具体如下。
1、使用PLC控制涡流电机：
（1）PLC的价格较昂贵，额外增加一个PLC会增加塔机的成本。
（2）PLC一般都采集变频器的输出档位信号，根据档位信号进行内部逻辑处理后输出数字量信号控制涡流电机的电压。这样只能实现“有级调节”。例如，变频器一共有5个档位，涡流电机的电压范围是0～24V，利用这种方法对涡流电机进行调试，施加在涡轮电机上的电压只能实现0V、4.8V、9.6V、14.4V、19.2V和24V这六个值，不能进行连续调节，必然会影响涡流的输出效果。
2、使用模拟量信号控制涡流电机：
（1）变频器的模拟量输出一般都是0～10V，用这个范围的电压去调节0～24V的涡流电机电压，精度不够，因此也会在一定程度上影响控制效果。
（2）模拟量调节的最大弊端就是发热问题。例如，当前变频器的模拟量输出为4V，由于模拟量输出信号的占空比为100%，所以10V电源剩余的6V电压产生的热量也必定施加在涡流电机上，这会严重影响涡流电机的使用寿命。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，针对现有技术中涡轮电机的控制方式成本较高、调节精度较低、以及容易因发热而影响涡轮电机寿命的缺陷，提供一种涡轮电机的控制方法、装置及系统，可降低成本、调节精度较高、且不易使涡轮电机发热。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种涡轮电机的控制方法，包括：
根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的；
根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
其中，所述根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波的步骤包括：
实时地采集变频器的输出频率；
根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比；
根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
其中，所述根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比的步骤包括：
预先设置起始占空比y1、中端占空比y2、第一调节频率x1和第二调节频率x2；
当变频器的输出频率x小于x1时，将所述当前占空比y设置为y=y1；
当变频器的输出频率x不小于x1且不大于x2时，将所述当前占空比y设置为y=k1*x，其中k1=（y2－y1）/（x2－x1）；
当变频器的输出频率x大于x2时，将所述高速脉冲占空比数据y设置为y=k2*x，其中k2=（0－y2）/（f－x2），其中f为所述变频器的最大输出频率。
其中，所述根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理的步骤包括：
依次读取所述脉冲宽度调制波的占空比；
将所读取的占空比与所述电源电压相乘，得到工作电压。
相应地，本发明还提供了一种涡轮电机的控制装置，包括：
脉冲宽度调制波输出模块，用于根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的；
分压电路，用于根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
其中，所述脉冲宽度调制波输出模块包括：
频率采集模块，用于实时地采集变频器的输出频率；
占空比计算模块，用于根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将所述频率采集模块采集到的输出频率转换为当前占空比；
生成模块，用于根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
其中，所述占空比计算模块包括：
预置模块，用于预先设置起始占空比y1、中端占空比y2、第一调节频率x1和第二调节频率x2；
第一计算模块，用于当变频器的输出频率x小于x1时，将所述当前占空比y设置为y=y1；
第二计算模块，用于当变频器的输出频率x不小于x1且不大于x2时，将所述当前占空比y设置为y=k1*x，其中k1=（y2－y1）/（x2－x1）；
第三计算模块，用于当变频器的输出频率x大于x2时，将所述高速脉冲占空比数据y设置为y=k2*x，其中k2=（0－y2）/（f－x2），其中f为所述变频器的最大输出频率。
其中，所述分压电路包括：
占空比读取单元，用于依次读取所述脉冲宽度调制波的占空比；
乘法单元，用于将所读取的占空比与所述电源电压相乘，得到工作电压。
输出单元，用于将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
另外，本发明还提供了一种变频器，所述变频器经由一分压电路与涡轮电机电连接，所述变频器包括脉冲宽度调制波输出模块，用于根据变频器的输出频率向所述分压电路输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的；所述分压电路用于根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压，并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
此外，本发明还提供了一种涡轮电机的控制系统，包括分压电路以及如上所述的变频器，所述变频器经由所述分压电路与涡轮电机电连接。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：通过将变频器的输出频率转换为相应占空比的脉冲宽度调制波，再根据相应占空比的脉冲宽度调制波对电源电压进行分压处理，进而通过分压处理后得到的工作电压来控制涡轮电机输出的制动力，可以实现对涡流电机的全电压范围内的无级调节；由于脉冲宽度调制波的占空比是根据调节需求而变化的，不再是固定的100%，因此不会将多余的电压施加在涡轮电机上，避免了涡轮电机因发热而缩短使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的涡轮电机的控制方法的第一实施例流程图；
图2是本发明提供的涡轮电机的控制方法的第二实施例流程图；
图3是本发明中使用的占空比-输出频率的示例性曲线图；
图4是本发明提供的涡轮电机的控制方法的第三实施例流程图；
图5是本发明提供的涡轮电机的控制装置的第一实施例结构示意图；
图6是本发明提供的涡轮电机的控制装置的第二实施例结构示意图；
图7是本发明提供的涡轮电机的控制装置的第三实施例结构示意图；
图8是本发明提供的涡轮电机的控制系统的示例性结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，是本发明提供的涡轮电机的控制方法的第一实施例流程图，该方法包括：
S101、根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的。具体地，变频器的输出频率范围为0～最高输出频率，可以通过逻辑转换将变频器的输出频率转换为0～100%占空比的脉冲宽度调制波。由于变频器的输出频率是连续，因此计算得到的占空比也可以连续的。
S102、根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。具体地，电源电压的值可以根据涡流电机的最大输入电压进行调节，通常，电源电压的值等于涡流电机的最大输入电压。电源电压可以由大功率开关电源提供。
本发明实施例提供的涡轮电机的控制方法，通过将变频器的输出频率转换为相应占空比的脉冲宽度调制波，再根据相应占空比的脉冲宽度调制波对电源电压进行分压处理，进而通过分压处理后得到的工作电压来控制涡轮电机输出的制动力，可以实现对涡流电机的全电压范围内的无级调节；由于脉冲宽度调制波的占空比是根据调节需求而变化的，不再是固定的100%，因此不会将多余的电压施加在涡轮电机上，避免了涡轮电机因发热而缩短使用寿命。
请参见图2，是本发明提供的涡轮电机的控制方法的第二实施例流程图，该方法包括：
S201、实时地采集变频器的输出频率。
S202、根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比。具体地，采集到的输出频率越大，当前占空比越小。例如，可以根据最大占空比ymax和变频器的最大输出频率f来计算当前占空比y，即根据公式y=（ymax/f）x来计算当前占空比y，其中x是采集到的输出频率。当然，还可以根据变频器与涡轮电机的性能和参数，采用其他公式来表示输出频率与占空比之间的关系。例如，步骤S202可以包括：预先设置起始占空比y1、中端占空比y2、第一调节频率x1和第二调节频率x2；当变频器的输出频率x小于x1时，将所述当前占空比y设置为y=y1；当变频器的输出频率x不小于x1且不大于x2时，将所述当前占空比y设置为y=k1*x，其中k1=（y2－y1）/（x2－x1）；当变频器的输出频率x大于x2时，将所述高速脉冲占空比数据y设置为y=k2*x，其中k2=（0－y2）/（f－x2），以上各式中的“－”表示减号，f为所述变频器的最大输出频率。另外，还可以预先绘制输出频率-占空比的曲线图，根据采集到的输出频率在曲线图中查找相应的占空比数据作为当前占空比，图3就是一个示例性的输出频率-占空比的曲线图。
S203、根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
S204、根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
请参见图4，是本发明提供的涡轮电机的控制方法的第三实施例流程图，该方法包括：
S401、实时地采集变频器的输出频率。
S402、根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比。
S403、根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
S404、依次读取所述脉冲宽度调制波的占空比。
S405、将所读取的占空比与所述电源电压相乘，得到工作电压。例如，若电源电压是24V，所读取的当前占空比是40%，则工作电压为24V*40%=9.6V。
S406、将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
图4所示的实施例是采用软件的方法、根据脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，在实际应用中，还可以采用本领域技术人员熟知的硬件开关管电路、根据脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，同时，开关管电路还可以对脉冲宽度调制波进行滤波处理，在此不再赘述。
请参见图5，是本发明提供的涡轮电机的控制装置500的第一实施例结构示意图，该装置500包括：
脉冲宽度调制波输出模块510，用于根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的。具体地，变频器的输出频率范围为0～最高输出频率，可以通过逻辑转换将变频器的输出频率转换为0～100%占空比的脉冲宽度调制波。由于变频器的输出频率是连续的，因此计算得到的占空比也可以连续的。
分压电路520，用于根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。具体地，电源电压的值可以根据涡流电机的最大输入电压进行调节，通常，电源电压的值等于涡流电机的最大输入电压。电源电压可以由大功率开关电源提供。
本发明实施例提供的涡轮电机的控制装置，通过将变频器的输出频率转换为相应占空比的脉冲宽度调制波，再根据相应占空比的脉冲宽度调制波对电源电压进行分压处理，进而通过分压处理后得到的工作电压来控制涡轮电机输出的制动力，可以实现对涡流电机的全电压范围内的无级调节；由于脉冲宽度调制波的占空比是根据调节需求而变化的，不再是固定的100%，因此不会将多余的电压施加在涡轮电机上，避免了涡轮电机因发热而缩短使用寿命。
请参见图6，是本发明提供的涡轮电机的控制装置500的第二实施例结构示意图。其中，脉冲宽度调制波输出模块510包括：
频率采集模块610，用于实时地采集变频器的输出频率。
占空比计算模块620，用于根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比。具体地，频率采集模块610采集到的输出频率越大，占空比计算模块620计算得到的当前占空比越小。例如，占空比计算模块620可以根据最大占空比ymax和变频器的最大输出频率f来计算当前占空比y，即根据公式y=（ymax/f）x来计算当前占空比y，其中x是采集到的输出频率。当然，占空比计算模块620还可以根据变频器与涡轮电机的性能和参数，采用其他公式来表示输出频率与占空比之间的关系。例如，占空比计算模块620可以包括：预置模块，用于预先设置起始占空比y1、中端占空比y2、第一调节频率x1和第二调节频率x2；第一计算模块，用于当变频器的输出频率x小于x1时，将所述当前占空比y设置为y=y1；第二计算模块，用于当变频器的输出频率x不小于x1且不大于x2时，将所述当前占空比y设置为y=k1*x，其中k1=（y2－y1）/（x2－x1）；第三计算模块，用于当变频器的输出频率x大于x2时，将所述高速脉冲占空比数据y设置为y=k2*x，其中k2=（0－y2）/（f－x2），以上各式中的“－”表示减号，f为所述变频器的最大输出频率。另外，占空比计算模块620还可以预先绘制输出频率-占空比的曲线图，根据频率采集模块610采集到的输出频率在曲线图中查找相应的占空比数据作为当前占空比，图3就是一个示例性的输出频率-占空比的曲线图。
生成模块630，用于根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
请参见图7，是本发明提供的涡轮电机的控制装置500的第三实施例结构示意图。其中，分压电路520包括：
占空比读取单元710，用于依次读取所述脉冲宽度调制波的占空比。
乘法单元720，用于将所读取的占空比与所述电源电压相乘，得到工作电压。例如，若电源电压是24V，所读取的当前占空比是40%，则工作电压为24V*40%=9.6V。
输出单元730，用于将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
图7所示的实施例中，采用软件的方法来实施分压电路520，使其根据脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，在实际应用中，还可以采用本领域技术人员熟知的硬件开关管电路来实施分压电路520，使其根据脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，同时，开关管电路还可以对脉冲宽度调制波进行滤波处理，在此不再赘述。
图5～7所示的涡轮电机的控制装置500可以集成在变频器中，还可以仅仅将脉冲宽度调制波输出模块510集成在变频器中，而将分压电路520以单独的电子设备或电路的形式连接在变频器与涡轮电机之间。图8就示出了涡轮电机的控制系统的示例性结构示意图，如图8所示，脉冲宽度调制波输出模块510集成在变频器810中，变频器810经由分压电路520与涡轮电机820电连接，变频器810向分压电路520输出高速的脉冲宽度调制波，大功率开关电源830为分压电路520提供电源电压，分压电路520根据脉冲宽度调制波对电源电压进行分压处理后，向涡轮电机820输出直流电压，以驱动涡轮电机820。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种涡轮电机的控制方法，其特征在于，包括：
根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的；
根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
2.如权利要求1所述的涡轮电机的控制方法，其特征在于，所述根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波的步骤包括：
实时地采集变频器的输出频率；
根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比；
根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
3.如权利要求2所述的涡轮电机的控制方法，其特征在于，所述根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将采集到的输出频率转换为当前占空比的步骤包括：
预先设置起始占空比y1、中端占空比y2、第一调节频率x1和第二调节频率x2；
当变频器的输出频率x小于x1时，将所述当前占空比y设置为y=y1；
当变频器的输出频率x不小于x1且不大于x2时，将所述当前占空比y设置为y=k1*x，其中k1=（y2－y1）/（x2－x1）；
当变频器的输出频率x大于x2时，将所述高速脉冲占空比数据y设置为y=k2*x，其中k2=（0－y2）/（f－x2），其中f为所述变频器的最大输出频率。
4.如权利要求1所述的涡轮电机的控制方法，其特征在于，所述根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理的步骤包括：
依次读取所述脉冲宽度调制波的占空比；
将所读取的占空比与所述电源电压相乘，得到工作电压。
5.一种涡轮电机的控制装置，其特征在于，包括：
脉冲宽度调制波输出模块，用于根据变频器的输出频率输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的；
分压电路，用于根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压；并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
6.如权利要求5所述的涡轮电机的控制装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制波输出模块包括：
频率采集模块，用于实时地采集变频器的输出频率；
占空比计算模块，用于根据预先设置的变频器的输出频率与占空比的对应关系将所述频率采集模块采集到的输出频率转换为当前占空比；
生成模块，用于根据所述当前占空比输出脉冲宽度调制波。
7.如权利要求6所述的涡轮电机的控制装置，其特征在于，所述占空比计算模块包括：
预置模块，用于预先设置起始占空比y1、中端占空比y2、第一调节频率x1和第二调节频率x2；
第一计算模块，用于当变频器的输出频率x小于x1时，将所述当前占空比y设置为y=y1；
第二计算模块，用于当变频器的输出频率x不小于x1且不大于x2时，将所述当前占空比y设置为y=k1*x，其中k1=（y2－y1）/（x2－x1）；
第三计算模块，用于当变频器的输出频率x大于x2时，将所述高速脉冲占空比数据y设置为y=k2*x，其中k2=（0－y2）/（f－x2），其中f为所述变频器的最大输出频率。
8.如权利要求5所述的涡轮电机的控制装置，其特征在于，所述分压电路包括：
占空比读取单元，用于依次读取所述脉冲宽度调制波的占空比；
乘法单元，用于将所读取的占空比与所述电源电压相乘，得到工作电压。
输出单元，用于将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
9.一种变频器，其特征在于，所述变频器经由一分压电路与涡轮电机电连接，所述变频器包括脉冲宽度调制波输出模块，用于根据变频器的输出频率向所述分压电路输出脉冲宽度调制波，所述脉冲宽度调制波的占空比是根据所述输出频率计算得到的；所述分压电路用于根据所述脉冲宽度调制波的占空比对电源电压进行分压处理，得到工作电压，并将所述工作电压输出给涡轮电机，以控制所述涡轮电机输出与所述工作电压对应的制动力。
10.一种涡轮电机的控制系统，其特征在于，包括分压电路以及如权利要求9所述的变频器，所述变频器经由所述分压电路与涡轮电机电连接。
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