CN105720864A - 电机减速频率给定方法、变频器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机减速频率给定方法、变频器及系统。一种电机减速频率给定方法，包括：根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率；设置第一减速时刻以及第四减速时刻；控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。本发明，通过控制变频器的输出频率随时间的变化呈非线性变化，使得变频器的输出频率能够随着时间平缓变化，从而克服现有技术中容易使电机产生较大的制动电流，在制动过程对电机产生冲击从而导致的过流跳闸的技术问题。

Description

电机减速频率给定方法、变频器及系统

技术领域

本发明涉及电机驱动技术，尤其涉及一种电机减速频率给定方法、变频器及系统。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

电机的减速通常是在变频器的控制下实现，由变频器线性减小给定频率。由于电机的转子电压与变频器输出的给定频率成正比，随着给定频率的不断减小，电机的转子电压也不断减小，从而使电机的运转速度降低直至停止运转。

现有的驱动频率给定方法容易使电机产生较大的制动电流，在制动过程对电机产生冲击从而导致的过流跳闸。

发明内容

本发明提供一种电机减速频率给定方法、变频器及电机，以克服现有技术中容易使电机产生较大的制动电流，在制动过程对电机产生冲击从而导致的过流跳闸的技术问题。

本发明提供一种电机减速频率给定方法，包括：

根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率；

设置第一减速时刻以及第四减速时刻；

控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

进一步地，所述根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率，具体包括：

测量所述待驱动电机的转子当前的转速；

根据测量得到的所述转子当前的转速，确定所述待驱动电机的驱动电压频率；

将所述驱动电压频率作为所述初始给定频率。

进一步地，所述测量所述待驱动电机的转子当前的转速，包括转速测量装置包括以下测量装置中的至少一种：

利用旋转传感器和/或旋转变压器，测量所述待驱动电机的转子当前的转速。

进一步地，所述控制所述变频器的输出频率变化控制所述变频器的输出频率变化之前，还包括：

设置第二减速时刻以及在所述第二减速时刻之后的第三减速时刻，所述第二减速时刻和所述第三减速时刻均在所述第一减速时刻和所述第四减速时刻之间；

所述控制所述变频器的输出频率，具体包括：

在所述第一减速时刻到所述第二减速时刻内，根据第一函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第一函数为

在所述第二减速时刻到所述第三减速时刻内，根据第二函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第二函数为

在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第三函数为

其中：

freq为所述初始给定频率；

t₁为所述第一减速时刻；

t₂为所述第二减速时刻；

t₃为所述第三减速时刻；

t₄为所述第四减速时刻。

本发明还提供一种变频器，包括：

获得模块，用于根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率；

设置模块，用于设置第一减速时刻以及第四减速时刻；

控制模块，用于控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

进一步地，所述获得模块，具体用于：

测量所述待驱动电机的转子当前的转速；

根据测量得到的所述转子当前的转速，确定所述待驱动电机的驱动电压频率；

将所述驱动电压频率作为所述初始给定频率。

进一步地，所述设置模块，具体用于：

利用旋转传感器和/或旋转变压器，测量所述待驱动电机的转子当前的转速。

进一步地，所述设置模块，还用于：控制所述变频器的输出频率变化控制所述变频器的输出频率变化之前，设置第二减速时刻以及在所述第二减速时刻之后的第三减速时刻，所述第二减速时刻和所述第三减速时刻均在所述第一减速时刻和所述第四减速时刻之间；

所述控制模块，具体用于：

在所述第一减速时刻到所述第二减速时刻内，根据第一函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第一函数为

在所述第二减速时刻到所述第三减速时刻内，根据第二函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第二函数为

在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第三函数为

其中：

freq为所述初始给定频率；

t₁为所述第一减速时刻；

t₂为所述第二减速时刻；

t₃为所述第三减速时刻；

t₄为所述第四减速时刻。

本发明还提供一种电机减速频率给定系统，包括：

如上任一项所述的变频器以及动电机，所述变频器驱动所述电机。

本发明的技术效果是：通过控制变频器的输出频率随时间的变化呈非线性变化，使得变频器的输出频率能够随着时间平缓变化，从而克服现有技术中容易使电机产生较大的制动电流，在制动过程对电机产生冲击从而导致的过流跳闸的技术问题。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电机减速频率给定方法实施例一的流程图；

图2为本发明电机减速频率给定方法实施例二的流程图；

图3为本发明电机减速频率给定方法实施例三的输出频率-时间的函数曲线图；

图4为本发明电机减速频率给定方法实施例三的输出频率-时间的第一仿真图；

图5为本发明电机减速频率给定方法实施例三的输出频率-时间的第二仿真图；

图6为本发明变频器实施例的结构示意图；

图7为本发明电机减速频率给定系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

图1为本发明电机减速频率给定方法实施例一的流程图。如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率。

具体地，电机需要在变频器的控制下减速直至停机。在由变频器驱动电机降速的初始阶段，首先需要确定电机的转子的当前转速，由该转速计算得出变频器的初始给定频率。

步骤102、设置第一减速时刻以及第四减速时刻。

具体地，操作人员可根据需求设定电机的减速时间，其中，第一减速时刻为电机的减速开始时刻，第四减速时刻为电机的减速结束时刻。也即，电机在第一减速时刻开始速度逐渐降低，在到达第四减速时刻时电机的速度刚好降为零。

本领域技术人员可以理解的是：第一减速时刻在第四减速时刻前，第四减速时刻在第一减速时刻后。

步骤103、控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

具体地，变频器在第一减速时刻至第四减速时刻之间控制电机减速时，变频器输出的频率随时间的变化呈非线性变化。由于曲线变化比较柔和，使得输入到电机的驱动频率随时间的变化比较柔和，进而能够减少电机中因产生较大的制动电流所导致的过流跳闸的情况发生。

本实施例，通过控制变频器的输出频率随时间的变化呈非线性变化，使得变频器的输出频率能够随着时间平缓变化，从而克服现有技术中容易使电机产生较大的制动电流，在制动过程对电机产生冲击从而导致的过流跳闸的技术问题。

图2为本发明电机减速频率给定方法实施例二的流程图。如图2所示，本实施例的方法可以包括：

步骤1011、测量所述待驱动电机的转子当前的转速。

具体地，步骤1011至步骤1013是实施例一中步骤101的一种可实现方式，但步骤1011至步骤1013并不用于限制实施例一中步骤101。本领域技术人员也可以采用其它方法根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动待驱动电机的变频器的初始给定频率。

更加具体地，变频器通常包括旋转传感器和/或旋转变压器，变频器可以仅包括旋转传感器、变频器可以仅包括旋转变压器、变频器可以既包括旋转传感器又旋转变压器。变频器通过旋转传感器和/或旋转变压器可以测量得到待驱动电机的转子当前的转速。

步骤1012、根据测量得到的所述转子当前的转速，确定所述待驱动电机的驱动电压频率。

具体地，在测量得到待驱动电机的转子当前的转速后，根据电机转子的转速可以确定出电机的输入电压的变化频率，也即驱动电压频率。

步骤1013、将所述驱动电压频率作为所述初始给定频率。

具体地，将变频器的初始给定频率的数值设置为与驱动电压频率的数值相等。

步骤102、设置第一减速时刻以及第四减速时刻。

具体地，本实施例二中的步骤102与实施例一中的步骤102相同，此处不再赘述。

步骤103、控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

具体地，本实施例二中的步骤103与实施例一中的步骤103相同，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述控制所述变频器的输出频率变化控制所述变频器的输出频率变化之前，还包括：

设置第二减速时刻以及在所述第二减速时刻之后的第三减速时刻，所述第二减速时刻和所述第三减速时刻均在所述第一减速时刻和所述第四减速时刻之间；

所述控制所述变频器的输出频率，具体包括：

在所述第一减速时刻到所述第二减速时刻内，根据第一函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第一函数为

在所述第二减速时刻到所述第三减速时刻内，根据第二函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第二函数为

在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第三函数为

其中：

freq为所述初始给定频率；

t₁为所述第一减速时刻；

t₂为所述第二减速时刻；

t₃为所述第三减速时刻；

t₄为所述第四减速时刻。

具体地，第一函数、第二函数、第三函数可以形成如图3中所示出的曲线。其中，图3中横坐标为时间t，纵坐标为输出频率f。

第一函数、第二函数、第三函数的推导过程可以为：可将图3中的曲线分为三个阶段。第一阶段[t₁,t₂]为曲线减速阶段，在此阶段内加速度递增；[t₂,t₃]阶段为直线减速区，该阶段内加速度恒定；[t₃,t₄]阶段为曲线减速阶段，该阶段内加速度递减。在t₄时刻，输出频率为0，电机停止转动，电机减速过程结束。其中，曲线减速阶段的曲线可以看成是一段抛物线。

在[t₁,t₂]阶段，该曲线方程为开口向下的抛物线，由于曲线是以t₁为对称轴对称的，顶点为(t₁,freq)因此设曲线方程为：

f₁＝-a(t-t₁)²+freq(1)

在t₂时刻对方程(1)求导，得

k₁＝-2a(t₂-t₁)(2)

在[t₃,t₄]阶段，该曲线方程为开口向上的抛物线，顶点为(t₄,0),因此设曲线方程为：

f₂＝b(t-t₄)²(3)

在t₃时刻对公式(3)求导数，得

k₂＝2b(t₃-t₄)(4)

k₁，k₂分别对应曲线在该点的斜率。

设直线加速段，斜率为k，则可以得出：

k＝k₁＝k₂(5)

曲线在t₂、t₃时刻的坐标分别为(t₂,-a(t₂-t₁)²+freq)、(t₃，b(t₃-t₄)²)，

因此，可得

$k=\frac{b{(t_3-t_4)}^2+a{(t_2-t_1)}^2-\mathrm{freq}}{t_3-t_2}---\left(6\right)$

由式(2)、(4)、(5)、(6)，经化简整理得

$k=\frac{2\mathrm{freq}}{t_1+t_2-t_3-t_4}---\left(7\right)$

式(7)就是直线段斜率计算公式。将式(7)带回式(2)和式(4)，可得a和b的值，由此可以得出两条曲线加速段的方程以及直线段的方程。

最终可得到：

第一函数 $f=\frac{\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}{(t-t_1)}^2+\mathrm{freq}$

第二函数 $f=\frac{2\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}t-\frac{\mathrm{freq}(t_3+t_4)}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}$

第三函数 $f=\frac{\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)(t_3-t_4)}{(t-t_4)}^2$

通过在第一减速时刻到第二减速时刻内，根据第一函数控制变频器的输出频率变化、在第二减速时刻到第三减速时刻内，根据第二函数控制变频器的输出频率变化、在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化们可以进一步缩短电机的减速时间，提高负载速度的控制带宽。

图4为本发明电机减速频率给定方法实施例三的输出频率-时间的第一仿真图，图5为本发明电机减速频率给定方法实施例三的输出频率-时间的第二仿真图。图4以及图5示出了对上述第一函数、第二函数以及第三函数的仿真结果，其中图4中初始给定频率为50赫兹，设置整个减速时间为30秒，两曲线减速段时间为分别9秒，直线段减速度段为12秒。图5中初始给定频率为100赫兹，设置整个减速时间为

50秒，两曲线减速段时间为分别15秒，直线减速度段为30秒。

从图中可看出其频率曲线在减速过程中十分平滑，方法柔性度较好，并且适用范围广，容易实现。

图6为本发明变频器实施例的结构示意图。如图6所示，变频器可以包括：获得模块201、设置模块202以及控制模块203。

其中，获得模块201，用于根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率；

设置模块202，用于设置第一减速时刻以及第四减速时刻；

控制模块203，用于控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

本实施例的变频器，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述获得模块201，具体用于：

测量所述待驱动电机的转子当前的转速；

根据测量得到的所述转子当前的转速，确定所述待驱动电机的驱动电压频率；

将所述驱动电压频率作为所述初始给定频率。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述设置模块202，具体用于：

利用旋转传感器和/或旋转变压器，测量所述待驱动电机的转子当前的转速。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述设置模块202，还用于：控制所述变频器的输出频率变化控制所述变频器的输出频率变化之前，设置第二减速时刻以及在所述第二减速时刻之后的第三减速时刻，所述第二减速时刻和所述第三减速时刻均在所述第一减速时刻和所述第四减速时刻之间；

所述控制模块203，具体用于：

在所述第一减速时刻到所述第二减速时刻内，根据第一函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第一函数为

在所述第二减速时刻到所述第三减速时刻内，根据第二函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第二函数为

在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第三函数为

其中：

freq为所述初始给定频率；

t₁为所述第一减速时刻；

t₂为所述第二减速时刻；

t₃为所述第三减速时刻；

t₄为所述第四减速时刻。

本实施例的变频器，可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7为本发明电机减速频率给定系统实施例的结构示意图。如图7所示，电机减速频率给定系统可以包括：如上述实施例中的变频器1以及电机2。

具体地，变频器1与电机2电连接，变频器1用于驱动电机2使得电机2在第一减速时刻至第四减速时刻内连续减速直至减为零。

本实施例的电机减速频率给定系统，可以用于执行图1、图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电机减速频率给定方法，其特征在于，包括：

根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率；

设置第一减速时刻以及第四减速时刻；

控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率，具体包括：

测量所述待驱动电机的转子当前的转速；

根据测量得到的所述转子当前的转速，确定所述待驱动电机的驱动电压频率；

将所述驱动电压频率作为所述初始给定频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量所述待驱动电机的转子当前的转速，包括转速测量装置包括以下测量装置中的至少一种：

利用旋转传感器和/或旋转变压器，测量所述待驱动电机的转子当前的转速。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述变频器的输出频率变化控制所述变频器的输出频率变化之前，还包括：

设置第二减速时刻以及在所述第二减速时刻之后的第三减速时刻，所述第二减速时刻和所述第三减速时刻均在所述第一减速时刻和所述第四减速时刻之间；

所述控制所述变频器的输出频率，具体包括：

在所述第一减速时刻到所述第二减速时刻内，根据第一函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第一函数为 $f=\frac{\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}{(t-t_1)}^2+\mathrm{freq};$

在所述第二减速时刻到所述第三减速时刻内，根据第二函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第二函数为 $f=\frac{2\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}t-\frac{\mathrm{freq}(t_3+t_4)}{(t_1+t_2-t_3-t_4)};$

在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第三函数为 $f=\frac{\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)(t_3-t_4)}{(t-t_4)}^2;$

其中：

freq为所述初始给定频率；

t₁为所述第一减速时刻；

t₂为所述第二减速时刻；

t₃为所述第三减速时刻；

t₄为所述第四减速时刻。

5.一种变频器，其特征在于，包括：

获得模块，用于根据待驱动电机的转子的当前转速，获得当前驱动所述待驱动电机的变频器的初始给定频率；

设置模块，用于设置第一减速时刻以及第四减速时刻；

控制模块，用于控制所述变频器的输出频率变化，使所述输出频率从所述第一减速时刻起由所述初始给定频率连续减小，并在所述第四减速时刻达到零，其中，所述输出频率随时间的变化呈非线性变化。

6.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于，所述获得模块，具体用于：

测量所述待驱动电机的转子当前的转速；

根据测量得到的所述转子当前的转速，确定所述待驱动电机的驱动电压频率；

将所述驱动电压频率作为所述初始给定频率。

7.根据权利要求6所述的变频器，其特征在于，所述设置模块，具体用于：

利用旋转传感器和/或旋转变压器，测量所述待驱动电机的转子当前的转速。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的变频器，其特征在于，所述设置模块，还用于：控制所述变频器的输出频率变化控制所述变频器的输出频率变化之前，设置第二减速时刻以及在所述第二减速时刻之后的第三减速时刻，所述第二减速时刻和所述第三减速时刻均在所述第一减速时刻和所述第四减速时刻之间；

所述控制模块，具体用于：

在所述第一减速时刻到所述第二减速时刻内，根据第一函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第一函数为 $f=\frac{\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}{(t-t_1)}^2+\mathrm{freq};$

在所述第二减速时刻到所述第三减速时刻内，根据第二函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第二函数为 $f=\frac{2\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)}t-\frac{\mathrm{freq}(t_3+t_4)}{(t_1+t_2-t_3-t_4)};$

在所述第三减速时刻到所述第四减速时刻内，根据第三函数控制所述变频器的输出频率变化，所述第三函数为 $f=\frac{\mathrm{freq}}{(t_1+t_2-t_3-t_4)(t_3-t_4)}{(t-t_4)}^2;$

其中：

freq为所述初始给定频率；

t₁为所述第一减速时刻；

t₂为所述第二减速时刻；

t₃为所述第三减速时刻；

t₄为所述第四减速时刻。

9.一种电机减速频率给定系统，其特征在于，包括：

如权利要求5～8中任一项所述的变频器以及电机，所述变频器驱动所述电机。