CN106712588B - 一种变频启动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种变频启动装置及方法，涉及粉体研磨技术领域。该变频启动装置及方法首先通过获取惯性负载设备的运行状态值，接着通过判定所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内从而判断负载的运行状态，当所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成用于改变预设定频率极性的切换信号，从而改变电机的转动方向，为负载提供拖动力矩，使负载在自身惯性和变频设备拖动力矩的作用下反向转动，多次循环后能使得负载经过最大势能点，从而使负载正常启动。采用这种方式能节约成本，同时对于使用干磨方法的球磨机同样具有优异的效果，使得大惯性重负载的应用场景多样化。

Description

一种变频启动装置及方法

技术领域

本发明涉及粉体研磨技术领域，具体而言，涉及一种变频启动装置及方法。

背景技术

球磨机是在物料破碎后，再对物料进行粉碎的设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。当球磨机筒体内的物料和钢球在筒体回转时，受摩擦力和离心力作用被带到一定高度后，在重力作用下产生抛落，对物料进行冲击和研磨，达到粉碎物料的目的。启动时，随着筒体的转动，物料重心偏离筒体中心位置增加，负载转矩逐渐增大，若拖动装置不能提供足够的转矩，则球磨机不能顺利启动。

目前，启动该类设备的方法有：1)采用辅助电机低速启动，待物料均匀后，再切换到主机运行，该方法多用于研磨时加水的湿磨，对于干磨的应用场合效果不好，且需要增加辅助电机和高传动比的齿轮装置；2)增加主电机的功率，虽然球磨机启动转矩很大，但正常工作时，其负载并不重，该方案将显著增加成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频启动装置及方法，以通过节约成本、应用场景多样化的方式实现大惯性重负载的启动。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种变频启动装置，应用于惯性负载设备，所述变频启动装置包括：

运行状态信息获取单元，用于获取所述惯性负载设备的运行状态值；

判断单元，用于判断所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内；

信号生成单元，用于若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号；

频率极性切换单元，用于在检测到所述切换信号后切换预设定频率的极性。

第二方面，本发明实施例还提供了一种变频启动方法，应用于惯性负载设备，所述变频启动方法包括：

获取所述惯性负载设备的运行状态值；

判断所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内；

若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号；

在检测到所述切换信号后切换预设定频率的极性。

本发明实施例提供的变频启动装置及方法，首先通过获取惯性负载设备的运行状态值，接着通过判定所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内从而判断负载的运行状态，当所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成用于改变预设定频率极性的切换信号，从而改变电机的转动方向，为负载提供拖动力矩，使负载在自身惯性和变频设备拖动力矩的作用下反向转动，多次循环后能使得负载经过最大势能点，从而使负载正常启动。采用这种方式能节约成本，同时对于使用干磨方法的球磨机同样具有优异的效果，使得大惯性重负载的应用场景多样化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明较佳实施例提供的变频设备的功能框图。

图2示出了本发明较佳实施例提供的惯性负载设备中负载的结构示意图。

图3示出了本发明第一实施例提供的变频启动装置的功能模块图。

图4示出了本发明第二实施例提供的变频启动方法的一种流程图

图5示出了本发明第二实施例提供的变频启动方法的另一种流程图。

图标：100-惯性负载设备；110-电机；120-负载；200-变频设备；201-存储器；202-存储控制器；203-处理器；204-外设接口；205-显示屏；206-按键；300-变频启动装置；310-运行状态信息获取单元；320-判断单元；330-信号生成单元；340-频率极性切换单元；350-计数单元；运行状态控制单元360。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明较佳实施例提供的一种惯性负载设备100。惯性负载设备100包括变频设备200、电机110、负载120。其中，变频设备200分别与电机110电连接，电机110与负载120连接，变频设备200用于驱动电机110带动负载120运动。

在一种实施例中，惯性负载设备100可以为球磨机。

请参阅图1，示出了本发明较佳实施例提供的一种变频设备200的功能框图。所述变频设备200包括变频启动装置300、存储器201、存储控制器202、处理器203、显示屏205及按键206等。这些组件通过一条或多条通讯总线/信息线相互通讯。所述变频启动装置300包括至少一个由所述处理器203执行的软件功能模块。

存储器201可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的变频启动装置300及方法所对应的程序指令/模块、预设定电流、切换频率(本实施例可以理解为预设定频率阈值，下同)、预设定频率、预设定次数等信息。处理器203通过运行存储在存储器201内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的变频启动方法。

存储器201可包括高速随机存储器201，还可包括非易失性存储器201，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器201。处理器203以及其他可能的组件对存储器201的访问可在存储控制器202的控制下进行。

外设接口204将各种输入/输出装置耦合至处理器203以及存储器201。在一些实施例中，外设接口204、处理器203以及存储控制器202可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

按键206用于输入信息，按键206可包括返回键、确认键、向上键、向下键、本地/远程键、移位键、运行键、停止/复位键、多功能键等多种不同功能的按键206。用户可通过上述按键206设定预设定电流、切换频率、预设定频率、预设定次数等参数；此外，还可以通过按键206控制变频设备200的启动/关闭等状态。

显示屏205用于显示用户通过按键206输入的信息，例如预设定电流、切换频率、预设定频率、预设定次数等，显示屏205还能够显示变频设备200当前的输出电流、输出电压等值。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，变频设备200还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

第一实施例

请参阅图2，示出了本发明较佳实施例提供的一种变频启动装置300的功能模块图。该变频启动装置300应用于变频设备200，且所述变频启动装置300包括运行状态信息获取单元310、判断单元320、信号生成单元330、频率极性切换单元340、计数单元350以及运行状态控制单元360。

运行状态信息获取单元310用于获取所述惯性负载设备100的运行状态值。

运行状态值可以包括但不仅限于变频设备200的输出电流和输出频率。

惯性负载设备100开机后，变频设备200开始输出电流以及频率以驱动电机110运转，输出电流、输出频率经由运行状态信息获取单元310获取。

判断单元320用于判断所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内。

当运行状态值为变频设备200的输出电流以及输出频率时，判断单元320用于判断所述输出电流是否大于预设定电流，所述输出频率是否小于或等于切换频率，且输出频率的绝对值是否在减小。

在惯性负载设备100运转前，用户通过按键206设置预设定电流及切换频率。在惯性负载设备100的启动过程中，变频设备200的输出电流以及输出频率会不断变化，但当输出电流大于预设定电流且输出频率小于或等于切换频率时，说明负载120的速度正在减小并趋近于零。特殊地，若将切换频率设定为零，则输出频率等于零时，负载120的运行速度为零。

需要说明的是，预设定电流和切换频率可根据负载120的实际重量而设定不同的值，此外，当用户未设置预设定电流时，预设定电流默认为变频设备200的最大输出电流。例如，当负载120质量较大时，预设定电流的值可设置地相对较大，以避免出现负载120不能正常启动的状况；当负载120质量较小时，预设定电流的值可设置地相对较小，如此有利于减小不必要的功耗，节约运转成本。

此外，判断单元320还用于判断所述输出频率是否大于或等于预设定频率。

信号生成单元330用于若所述输出频率大于或等于所述预设定频率时，生成运行状态控制信号。

当输出频率大于或等于所述预设定频率时，说明惯性负载设备100已经启动成功，处于正常工作的状态下，此时生成运行状态控制信号，用于按照用户预设定的模式控制电机110运转。以这种方式控制惯性负载设备100运转，能够提高惯性负载设备100的工作效率、节约能源。

运行状态控制单元360用于检测到所述运行状态控制信息后按照预设定模式输出频率。

当运行状态控制单元360检测到运行状态控制信号后，说明惯性负载设备100已经启动成功，此时变频设备200只需要按照预设定模式输出频率即可。需要说明的是，预设定模式可以包括多个阶段，如第一阶段、第二阶段或第三阶段等，预设定模式的内容包括每个阶段的持续时间以及输出频率。例如，预设定模式包括第一阶段和第二阶段，其中第一阶段的输出频率为50Hz，持续时间为2小时；第二阶段的输出频率为40Hz，持续时间为1小时。则变频设备200成功启动以后先按输出频率为50HZ的状态工作2小时，再自动切换到输出频率为40Hz的状态工作1小时后自动停机。当运行状态值为负载120的运行速度时，判断单元320用于判断所述运行速度是否小于或等于预设定速度。

当运行速度小于或等于预设定速度时，说明负载120趋于或处于平衡状态。特别地，当预设定速度为零时，运行速度满足等于预设定速度这个条件时，便说明负载120处于平衡状态，且运行速度为零。

信号生成单元330用于若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号。

具体地，当运行状态值为变频设备200的输出电流以及输出频率时，若所述输出电流大于所述预设定电流、所述输出频率小于或等于所述切换频率，且所述输出频率的绝对值减小时，生成切换信号。

通过对输出电流是否大于预设定电流、输出频率是否小于或等于切换频率以及输出频率的绝对值是否在减小这三个条件的综合判断，可以较为精确的判断负载120的运转状态。具体地，当输出电流大于预设定电流，所述输出频率小于或等于切换频率，且输出频率的绝对值减小时，说明负载120的速度趋近于零，则信号生成单元330生成切换信号。

频率极性切换单元340用于在检测到所述切换信号后切换预设定频率的极性。

预设定频率是惯性负载设备100启动成功后，变频设备200稳定输出的频率，用户可以按照惯性负载设备100需求的的正常运转频率而设置不同的预设定频率。

请参阅图3，由于负载120的速度已经趋近于零，假设此时负载120转动到C1点，但在惯性的作用下，负载120会向A点方向运动，此时改变预设定频率的极性，变频设备200输出改变极性后的频率至电机110，电机110则反向运动，负载120在惯性和电机110提供的力矩的双重作用下运动到D点，需要说明的是，D点的位置高于C2点(C2点与C1点对称)，在预设定频率、预设定电流以及切换频率都设置得较为合理的情况下，在多次切换预设定频率的极性后便能正常启动惯性负载设备100。

此外，变频启动装置300的计数单元350用于记录检测到所述切换信号的次数。

判断单元320还用于判断检测到所述切换信号的次数是否大于预设定次数。

预设定次数同样是用户通过按键206设置，并且可根据实际应用情况有所调整。

信号生成单元330还用于若检测到所述切换信号的次数大于预设定次数时，生成停机信号。

计数单元350还用于检测到所述停机信号后将所述检测到切换信号的次数清零。信号生成单元330生成停机信号后，计数单元350将检测到切换信号的次数清零，便于下次启动时计数单元重新计数。

当检测到所述切换信号的次数大于预设定次数时，表明变频设备200和电机110不足以使得负载120正常启动，因而生成停机信号，停止启动过程，避免造成不必要的损耗。

第二实施例

本发明实施例还提供了一种变频启动方法，应用于变频设备200，需要说明的是，本发明实施例所提供的变频启动方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。在本实施例中，运行状态值为变频设备200的输出电流以及输出频率。

请参阅图4，变频启动方法可以包括：

步骤S501：获取所述变频设备200的输出电流以及输出频率。

可以理解地，通过运行状态信息获取单元310可以执行步骤S501。

步骤S502：判断所述输出电流是否大于预设定电流，所述输出频率是否小于或等于切换频率(本实施例可以理解为预设定频率阈值)，且输出频率的绝对值是否在减小。如果是，则执行步骤S503；如果否，则执行步骤S501。

可以理解地，通过判断单元320可以执行步骤S502。

步骤S503：生成切换信号。

可以理解地，通过信号生成单元330可以执行步骤S503。

步骤S504：切换预设定频率的极性。

可以理解地，通过频率极性切换单元340可以执行步骤S504。

步骤S505：记录检测到所述切换信号的次数。

可以理解地，通过计数单元350可以执行步骤S505。

步骤S506：判断检测到所述切换信号的次数是否大于预设定次数。如果是，则执行步骤S507；如果否，则执行步骤S505。

可以理解地，通过判断单元320可以执行步骤S506。

步骤S507：生成停机信号。

可以理解地，通过信号生成单元330可以执行步骤S507。

步骤S508：将检测到切换信号的次数清零。可以理解地，通过判断单元320可以执行步骤S508。

请参阅图5，变频启动方法的步骤S505、步骤S506、步骤S507及步骤S508可以被替换为步骤S509、步骤S510和步骤S511。其中，S509、步骤S510和步骤S511分别执行的操作如下所述：

步骤S509：判断所述输出频率是否大于或等于预设定频率。如果是，则执行步骤S510；如果否，则执行步骤S501。

可以理解地，通过判断单元320可以执行步骤S509。

步骤S510：生成运行状态控制信号。

可以理解地，通过信号生成单元330可以执行步骤S510。

步骤S511：按照预设定模式输出频率。

可以理解地，通过运行状态控制单元360可执行步骤S511。

表1

如表1所示，预设定电流为1.5倍额定电流，切换频率(本实施例可以理解为预设定频率阈值)为2.00Hz，预设定频率为50.00Hz，预设定次数为5次。

则变频设备200开始运行后，当其输出电流大于1.5倍额定电流、输出频率的绝对值减小且输出频率小于2.00Hz时，切换预设定频率的极性。若切换5次以后，输出频率还不满足大于或等于50.00Hz的条件，则变频设备200自动停机；若输出频率大于或等于50.00Hz时，表明惯性负载设备100启动成功，启动成功后，变频设备200在阶段1以50.00HZ运行两个小时，阶段2以45.00Hz运行2小时、阶段3以40.00Hz运行3小时后，自动停机。

综上所述：本发明提供的变频启动装置及方法首先通过获取惯性负载设备的运行状态值，接着通过判定所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内从而判断负载的运行状态，当所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成用于改变预设定频率极性的切换信号，从而改变电机的转动方向，为负载提供拖动力矩，使负载在自身惯性和变频设备拖动力矩的作用下反向转动，多次循环后能使得负载经过最大势能点，从而使负载正常启动。采用这种方式能节约成本，同时对于使用干磨方法的球磨机同样具有优异的效果，使得大惯性重负载的应用场景多样化。

需要说明的是，在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (6)

1.一种变频启动装置，其特征在于，应用于惯性负载设备所述变频启动装置包括：

运行状态信息获取单元，用于获取所述惯性负载设备的运行状态值；

判断单元，用于判断所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内；

信号生成单元，用于若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号；

频率极性切换单元，用于在检测到所述切换信号后切换预设定频率的极性；

所述惯性负载设备包括有变频设备，所述运行状态值为变频设备的输出电流以及输出频率，

所述判断单元用于判断所述输出电流是否大于预设定电流，所述输出频率是否小于或等于切换频率且所述输出频率的绝对值是否减小；

所述信号生成单元用于若所述输出电流大于所述预设定电流、所述输出频率小于或等于所述切换频率，且所述输出频率的绝对值减小时，生成切换信号。

2.根据权利要求1所述的变频启动装置，其特征在于，所述判断单元还用于判断所述输出频率是否大于或等于预设定频率；

所述信号生成单元还用于若所述输出频率大于或等于所述预设定频率时，生成运行状态控制信号；

所述变频启动装置还包括运行状态控制单元，用于检测到所述运行状态控制信息后按照预设定模式输出频率。

3.根据权利要求1所述的变频启动装置，其特征在于，所述变频启动装置还包括计数单元，用于记录检测到所述切换信号的次数；

所述信号生成单元还用于若检测到所述切换信号的次数大于预设定次数时，生成停机信号；

所述计数单元还用于检测到所述停机信号后将所述检测到切换信号的次数清零。

4.一种变频启动方法，其特征在于，应用于惯性负载设备，所述变频启动方法包括：

获取所述惯性负载设备的运行状态值；

判断所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内；

若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号；

在检测到所述切换信号后切换预设定频率的极性；

所述惯性负载设备包括有变频设备，所述运行状态值为所述变频设备的输出电流以及输出频率；

所述判断所述运行状态值是否在预设定的阈值范围内的步骤包括：判断所述输出电流是否大于预设定电流，所述输出频率是否小于或等于切换频率且所述输出频率的绝对值是否减小；

所述若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号的步骤包括：若所述输出电流大于所述预设定电流、所述输出频率小于或等于所述切换频率，且所述输出频率的绝对值减小时，生成切换信号。

5.根据权利要求4所述的变频启动方法，其特征在于，所述变频启动方法还包括步骤：

判断所述输出频率是否大于或等于预设定频率；

若所述输出频率大于或等于所述预设定频率时，生成运行状态控制信号；

检测到所述运行状态控制信息后按照预设定模式输出频率。

6.根据权利要求4所述的变频启动方法，其特征在于，所述若所述运行状态值在所述预设定的阈值范围内时，生成切换信号的步骤之后还包括：

记录检测到所述切换信号的次数；

若检测到所述切换信号的次数大于预设定次数时，生成停机信号；

将所述检测到切换信号的次数清零。

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