CN103909587B - 密炼机变频装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密炼机变频装置，包含励磁电流控制器、转矩电流控制器、发生器、用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统给定的胶料的物理参数的采集控制模块、分别与转矩电流控制器和采集控制模块连接的转矩计算器。同现有技术相比，采集控制模块将采集到的胶料的物理参数输出给转矩计算器，转矩计算器将电机当前运转所需的转矩所对应的转矩电流输出给转矩电流控制器，由转矩电流控制器输出相应的转矩电流驱动电机；其中，所述电机当前运转所需的转矩由转矩计算器根据接收到的胶料的物理参数计算得到。由此可知，密炼机是通过变频装置直接对电机的转矩进行控制，使得电机的转速变化更为直接，不会出现滞后的现象。

Description

密炼机变频装置

技术领域

本发明涉及一种密炼机，特别涉及一种密炼机变频装置。

背景技术

目前密炼机的运行，大多采用使用双速电机或者直流电机拖动。其中双速电机因为其运行只能以两种速度运行，极大的限制了工艺生产，另外因为双速电机采用串电阻直接起动，会对电网产生较大的冲击和污染，同时也增加了电能的损耗。而直流电机拖动控制方案，同样存在诸多不便，并且由于采用直流电机时，为减少对电网的污染，需要增加无功补偿装置和滤波器，由此加大使用成本，所以直流电机维护困难且成本较高。

另外，有些工艺要求也不能很好的满足，比如带胶料启动等，密炼机工艺生产过程中，大概1/3左右的时间是空载或轻载运行，且负载往往急剧突变，所以整个过程电机及拖动装置存在较多不必要的损耗，使得损耗非常大较大，动态性能无法保证。

而为了克服上述问题，现有的解决方案是，通过采集胶料温度或胶料粘度等工艺所需的物理量，然后由密炼机的系统决定电机的运行速度或当前速度运行的时间。当这样的方案实时性非常差，控制也非常滞后，属于间接控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密炼机变频装置，能够很好的满足密炼机各种工艺的生产需求，提高生产效率、生产质量，同时还可降低生产成本以及密炼机和电机的维护成本，并且能大大减少密炼机在空载或轻载运行时的损耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种密炼机变频装置，包含励磁电流控制器、转矩电流控制器和发生器，所述密炼机变频装置还包含：

用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统给定的胶料的物理参数的采集控制模块、分别与所述转矩电流控制器和所述采集控制模块连接的转矩计算器；

所述采集控制模块将采集到的胶料的物理参数输出给所述转矩计算器，所述转矩计算器将电机当前运转所需的转矩所对应的转矩电流或转矩电压输出给所述转矩电流控制器，由所述转矩电流控制器输出相应的转矩电流或转矩电压驱动密炼机的电机。其中，所述电机当前运转所需的转矩由所述转矩计算器根据接收到的胶料的物理参数计算得到。且为了满足实际的工作需求，所述物理参数可采用胶料的温度、粘度或其他的物理量。

本发明的实施方式相对于现有技术而言，由于在变频装置内设有转矩计算器和采集控制模块，通过采集控制模块可对密炼机中胶料的物理参数进行实时采集，并将采集到的物理参数上传给转矩计算器，由转矩计算器结合该物理参数计算出电机当前相应的转矩值，并将该转矩所对应的转矩电流输出给转矩电流控制器，由转矩电流控制器输出相应的转矩电流驱动电机进行运转。由于是通过变频装置直接对电机的转矩进行控制，所以使得电机的转速变化更加直接，不会出现滞后的现象，可满足各种工艺的生产需求。

其中，为了满足不同的工艺需求，所述采集控制模块可集成在所述密炼机变频装置的壳体内，也可将所述采集控制模块设置在所述密炼机变频装置的壳体外，工作人员可根据实际的使用需求进行选择。

另外，所述密炼机变频装置还包含：用于限定所述电机转矩大小的转矩限幅控制器，所述转矩限幅控制器串接在所述转矩计算器和所述转矩电流控制器之间。其中，在所述转矩电流控制器输出转矩电流或转矩电压驱动所述电机进行运转时，由所述转矩限幅控制器判断所述电机当前的转速是否达到所述电机预设的最高转速。

在所述转矩限幅控制器判定所述电机当前的转速达到所述电机预设的最高转速时，所述转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压由所述转矩限幅控制器限定为所述电机当前的转速所对应的转矩电流或转矩电压；

在所述转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压未能驱动所述电机进行运转或驱动所述电机进行运转，但所述电机的转速未能达到所述电机预设的最低转速时，所述转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压由所述转矩限幅控制器限定为所述电机预设的最低转速所对应的转矩电流或转矩电压；或所述转矩限幅控制器限定所述转矩电流控制器不输出转矩电流或转矩电压。由于在转矩计算器和转矩电流控制器之间还连接有一个转矩限幅控制器，通过转矩限幅控制器可对电机在运转时的转矩进行限定，防止电机在工作时的转速超过电机预设的最高转速，避免电机超速而导致其密炼机出现损坏的情况，同时也能对密炼机的安全运行提供保障。并且还能够大大减少密炼机空载或轻载运行时的机械损耗，延长密炼机机械结构的寿命。

进一步的，所述密炼机变频装置还包含：用于调节所述电机励磁电流大小的励磁电流调节器，所述励磁电流调节器的信号输入端和输出端分别连接所述转矩限幅控制器的信号输出端和所述励磁电流控制器的信号输入端。

其中，在所述转矩限幅控制器输出的转矩电流小于或大于所述励磁电流控制器输出的励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于当前所述转矩限幅控制器输出的转矩电流。通过励磁电流调节器可保证在电机进行运转时，励磁电流与转矩电流具有相同的大小，避免励磁电流过大导致电机运行时出现不必要的损耗，或励磁电流过小导致电机运行时出现欠励磁的现象。

而在所述转矩限幅控制器输出的转矩电流小于所述电机预设的最小励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最小励磁电流。另外，在所述转矩限幅控制器输出的转矩电流大于所述电机预设的最大励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最大励磁电流。以此保证电机运行时的转矩电流不会小于或大于电机预先设置好的最小励磁电流电机或最大励磁电流，确保电机的正常运行。

另外，当变频装置内不包含转矩限幅控制器时，上述励磁电流调节器的信号输入端和信号输出端是分别连接所述转矩计算器的信号输出端和所述励磁电流控制器的信号输入端。

其中，在所述转矩计算器输出的转矩电流小于或大于所述励磁电流控制器输出的励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于当前所述转矩计算器输出的转矩电流。

而在所述转矩计算器输出的转矩电流小于所述电机预设的最小励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最小励磁电流。另外，在所述转矩计算器输出的转矩电流大于所述电机预设的最大励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最大励磁电流。

进一步的，所述采集控制模块包含：模拟量采集子模块、控制器子模块和模拟量输出子模块。其中，模拟量采集子模块是用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统给定的胶料的物理参数并以模拟量信号进行输出。控制器子模块是用于接收所述模拟量采集子模块输出的模拟量信号并给出相应的控制量。模拟量输出子模块是用于将控制器子模块所给出的控制量输出给所述转矩计算器，以便转矩计算器计算出相应的转矩值进行输出。

其中，所述模拟量采集子模块、所述控制器子模块和所述模拟量输出子模块集成在同一个控制器中。从而使得整个采集控制模块具有较高的集成度，便于对整个变频装置的电路设计进行优化。

另外，为了满足市场的需求，所述电机可采用异步电机或同步电机。而当采用异步电机时，由于异步电机本身就比直流电机更易维护、成本更低，且异步电机具有低速大转矩性能，从而可在密炼机中实现直接带胶料启动。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的密炼机变频装置的系统模块框图；

图2a为本发明第一实施方式的密炼机中采集控制模块设置变频装置壳体外的系统模块框图；

图2b为本发明第一实施方式的密炼机中采集控制模块集成在变频装置壳体内的系统模块框图；

图3为本发明第二实施方式的密炼机变频装置的系统模块框图；

图4为本发明第三实施方式的密炼机变频装置的系统模块框图；

图5为本发明第四实施方式的密炼机驱动电路的系统模块框图；

图6为本发明第五实施施方式的密炼机驱动电路的系统模块框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种密炼机变频装置，如图1所示，包含励磁电流控制器、转矩电流控制器和发生器。

本实施方式的密炼机变频装置还包含：用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统DCS给定的胶料的物理参数的采集控制模块、分别与转矩电流控制器的输入端和采集控制模块的输出端连接的转矩计算器。

本实施方式的密炼机变频装置的工作方式为，采集控制模块将采集到的胶料的物理参数输出给转矩计算器，转矩计算器将电机当前运转所需的转矩所对应的转矩电流或转矩电压输出给转矩电流控制器，由转矩电流控制器输出相应的转矩电流或转矩电压驱动密炼机的电机进行运转。其中，电机当前运转所需的转矩是由所述转矩计算器根据接收到的胶料的物理参数计算得到的。

由以上内容可知，在本实施方式中，密炼机是通过变频装置直接对电机的转矩进行控制，所以可使得电机的转速变化更加直接，不会出现滞后的现象，以此满足各种工艺的生产需求。

具体的说，在本实施方式中，密炼机内胶料的物理参数可采用胶料的温度、粘度或其他的物理量，工作人员可根据实际的工艺需求进行相应的选择。而采集控制模块，如图2a和图2b所示，可集成在所述密炼机变频装置的壳体内，也可将其设置在所述密炼机变频装置的壳体外，工作人员可根据实际的使用需求进行选择。

并且，上述的采集控制模块包含：模拟量采集子模块、控制器子模块和模拟量输出子模块。

其中，模拟量采集子模块是用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统给定的胶料的物理参数并以模拟量信号进行输出。控制器子模块是用于接收模拟量采集子模块输出的模拟量信号并给出相应的控制量。而模拟量输出子模块是用于将控制器子模块所给出的控制量输出给转矩计算器，以便转矩计算器计算出相应的转矩值进行输出。并且，在本实施方式中，模拟量采集子模块、控制器子模块和模拟量输出子模块是集成在同一个控制器中。从而使得整个采集控制模块具有较高的集成度，便于对整个变频装置的电路设计进行优化。

另外，值得一提的是，本实施方式的密炼机变频装置可通过计算机软件控制将励磁电流控制器和转矩电流控制器输出的在三相坐标系abc中的交流电转换成两相坐标系dq进行输出。从而简化了整个变频装置电流输出时的波形，使得工作人员便于对变频装置输出的电流进行控制。

并且，在采用本实施方式变频装置的密炼机中，为了满足市场的需要，该密炼机的电机可采用异步电机或同步电机，工作人员可根据实际的需求进行选择。而当采用异步电机时，由于异步电机本身就比直流电机更易维护、成本更低，且异步电机具有低速大转矩性能，从而可在密炼机中实现直接带胶料启动。

本发明的第二实施方式涉及一种密炼机变频装置，第二实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，其主要改进在于：如图3所示，本实施方式的密炼机变频装置还包含：用于限定电机转矩大小的转矩限幅控制器。其中，转矩限幅控制器串接在转矩计算器和转矩电流控制器之间。

该转矩限幅控制器的工作方式为，在转矩电流控制器输出转矩电流或转矩电压驱动电机进行运转时，可由转矩限幅控制器来判断电机当前的转速是否已达到电机预设的最高转速。

具体的说，在转矩限幅控制器判定电机当前的转速达到电机预设的最高转速时，由转矩限幅控制器控制转矩电流控制器的转矩输入电流不再增加，转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压由转矩限幅控制器限定为电机当前的转速所对应的转矩电流或转矩电压，使得转矩电流控制器根据此转矩电流或转矩电压继续驱动电机。

而在转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压未能驱动电机进行运转或驱动电机进行运转，但该电机的转速未能达到该电机预设的最低转速时，此时转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压由转矩限幅控制器限定为电机预设的最低转速所对应的转矩电流或转矩电压，使得转矩电流控制器根据此转矩电流或转矩电压驱动该电机进行运转，或者也可由转矩限幅控制器限定转矩电流控制器不输出转矩电流或转矩电压，直到转矩计算器计算出的转矩达到能使电机进行运转的转矩时才输出转矩电流或转矩电压。

由此可知，在本实施方式中，由于在转矩计算器和转矩电流控制器之间还连接有一个转矩限幅控制器，通过转矩限幅控制器可对电机在运转时的转矩进行限定，防止电机在工作时的转速超过电机预先设定的最高转速，避免电机超速而导致密炼机内部出现损坏的情况，同时也能对密炼机的安全运行提供保障。并且由于当转矩计算器计算出的转矩无法带动电机运转时，通过转矩限幅控制器可限制转矩电流控制器转矩电流的输出，从而能够大大减少密炼机空载或轻载运行时的机械损耗，延长了密炼机机械结构的寿命。

本发明的第三实施方式涉及一种密炼机变频装置，第三实施方式是在第二实施方式的基础上做了进一步改进，其主要改进在于：如图4所示，本实施方式的密炼机变频装置还包含：用于调节电机励磁电流大小的励磁电流调节器。其中，励磁电流调节器的信号输入端和信号输出端分别连接转矩限幅控制器的信号输出端和励磁电流控制器的信号输入端。

该励磁电流调节器的具体工作方式为：在转矩限幅控制器输出的转矩电流小于励磁电流控制器输出的励磁电流时(即密炼机处于轻载或空载时)，由励磁电流调节器适当减少励磁电流控制器输出的励磁电流，一般将其励磁电流减少至等于当前转矩限幅控制器输出的转矩电流。以避免励磁电流过大导致电机运行时出现不必要的损耗。

而在转矩限幅控制器输出的转矩电流大于励磁电流控制器输出的励磁电流时(即密炼机处于重载时)，由励磁电流调节器适当增加励磁电流控制器输出的励磁电流，一般将其励磁电流增加至等于当前转矩限幅控制器输出的转矩电流。以避免励磁电流过小导致电机运行时出现欠励磁的现象。

而在转矩限幅控制器输出的转矩电流小于电机预设的最小励磁电流时，可由励磁电流调节器限定励磁电流控制器输出的励磁电流等于电机预设的最小励磁电流。而在转矩限幅控制器输出的转矩电流大于电机预设的最大励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最大励磁电流。从而保证了电机在运行时的转矩电流不会小于或大于电机预先设置好的最小励磁电流电机或最大励磁电流，以此确保电机的正常运行。

本发明的第四实施方式涉及一种密炼机变频装置，第四实施方式与第三实施方式大致相同，其主区别在于：如图5所示，在本实施方式中，可取消转矩限幅控制器的设计，当本实施方式的密炼机变频装置不包含转矩限幅控制器时，该励磁电流调节器的信号输入端和信号输出端是分别连接转矩计算器的信号输出端和励磁电流控制器的信号输入端。

该励磁电流调节器的具体工作方式为：在转矩计算器输出的转矩电流小于励磁电流控制器输出的励磁电流时(即密炼机处于轻载或空载时)，由励磁电流调节器适当减少励磁电流控制器输出的励磁电流，一般将其励磁电流减少至等于当前转矩计算器输出的转矩电流。

而在转矩计算器输出的转矩电流大于励磁电流控制器输出的励磁电流时(即密炼机处于重载时)，由励磁电流调节器适当增加励磁电流控制器输出的励磁电流，一般将其励磁电流增加至等于当前转矩计算器输出的转矩电流。

而在转矩计算器输出的转矩电流小于电机预设的最小励磁电流时，由励磁电流调节器限定励磁电流控制器输出的励磁电流等于电机预设的最小励磁电流。而在转矩计算器输出的转矩电流大于电机预设的最大励磁电流时，由励磁电流调节器限定励磁电流控制器输出的励磁电流等于电机预设的最大励磁电流。

不难发现，由于本实施方式与第三实施方式大致相同，所起到的效果与第三实施方式也基本相同，在此就不再进行阐述。需要说明的是，由于本实施方式中取消了转矩限幅控制器的设计，所以使得本实施方式所保护的密炼机变频装置是无法对转矩电流的大小进行限定。

本发明的第五实施方式涉及一种密炼机变频装置，第五实施方式与第三实施方式大致相同，其主区别在于：如图6所示，在本实施方式中，可将转矩计算器替换成转矩发生器，从而使得转矩限副控制器和励磁电流调节器同样适用于现有密炼机的电机驱动机构。

不难发现，由于本实施方式与第三实施方式大致相同，所起到的效果与第三实施方式也基本相同，在此就不再进行阐述。需要说明的是，由于本实施方式中将转矩计算器替换成转矩发生器，所以使得本实施方式所保护的密炼机变频装置的转矩是由密炼机的系统所给定的，无法根据密炼机内胶料的物料参数计算得出。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种密炼机变频装置，包含励磁电流控制器、转矩电流控制器和发生器，其特征在于：所述密炼机变频装置还包含：

用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统给定的胶料的物理参数的采集控制模块、分别与所述转矩电流控制器和所述采集控制模块连接的转矩计算器；

所述采集控制模块将采集到的胶料的物理参数输出给所述转矩计算器，所述转矩计算器将电机当前运转所需的转矩所对应的转矩电流或转矩电压输出给所述转矩电流控制器，由所述转矩电流控制器输出相应的转矩电流或转矩电压驱动密炼机的电机；

其中，所述电机当前运转所需的转矩由所述转矩计算器根据接收到的胶料的物理参数计算得到。

2.根据权利要求1所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述密炼机变频装置还包含：用于限定所述电机转矩大小的转矩限幅控制器，所述转矩限幅控制器串接在所述转矩计算器和所述转矩电流控制器之间；

在所述转矩电流控制器输出转矩电流或转矩电压驱动所述电机进行运转时，由所述转矩限幅控制器判断所述电机当前的转速是否达到所述电机预设的最高转速；

在所述转矩限幅控制器判定所述电机当前的转速达到所述电机预设的最高转速时，所述转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压由所述转矩限幅控制器限定为所述电机当前的转速所对应的转矩电流或转矩电压；

在所述转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压未能驱动所述电机进行运转或驱动所述电机进行运转，但所述电机的转速未能达到所述电机预设的最低转速时，所述转矩电流控制器输出的转矩电流或转矩电压由所述转矩限幅控制器限定为所述电机预设的最低转速所对应的转矩电流或转矩电压；或所述转矩限幅控制器限定所述转矩电流控制器不输出转矩电流或转矩电压。

3.根据权利要求1所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述密炼机变频装置还包含：用于调节所述电机励磁电流大小的励磁电流调节器，所述励磁电流调节器的信号输入端和输出端分别连接所述转矩计算器的信号输出端和所述励磁电流控制器的信号输入端；

在所述转矩计算器输出的转矩电流小于或大于所述励磁电流控制器输出的励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于当前所述转矩计算器输出的转矩电流；

在所述转矩计算器输出的转矩电流小于所述电机预设的最小励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最小励磁电流；

在所述转矩计算器输出的转矩电流大于所述电机预设的最大励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最大励磁电流。

4.根据权利要求2所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述密炼机变频装置还包含：用于调节所述电机励磁电流大小的励磁电流调节器，所述励磁电流调节器的信号输入端和输出端分别连接所述转矩限幅控制器的信号输出端和所述励磁电流控制器的信号输入端；

在所述转矩限幅控制器输出的转矩电流小于或大于所述励磁电流控制器输出的励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于当前所述转矩限幅控制器输出的转矩电流；

在所述转矩限幅控制器输出的转矩电流小于所述电机预设的最小励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最小励磁电流；

在所述转矩限幅控制器输出的转矩电流大于所述电机预设的最大励磁电流时，由所述励磁电流调节器限定所述励磁电流控制器输出的励磁电流等于所述电机预设的最大励磁电流。

5.根据权利要求1所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述采集控制模块集成在所述密炼机变频装置的壳体内；

或所述采集控制模块设置在所述密炼机变频装置的壳体外。

6.根据权利要求1所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述采集控制模块包含：

用于采集密炼机内胶料的物理参数或采集密炼机系统给定的胶料的物理参数并以模拟量信号进行输出的模拟量采集子模块、接收所述模拟量采集子模块输出的模拟量信号并给出相应控制量的控制器子模块、用于将控制器子模块所给出的控制量输出给所述转矩计算器的模拟量输出子模块；

所述模拟量采集子模块、所述控制器子模块和所述模拟量输出子模块集成在同一个控制器中。

7.根据权利要求1所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述物理参数为胶料的温度或粘度。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的密炼机变频装置，其特征在于：所述电机为异步电机或同步电机。