CN107231114B - 变频器的节能控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频器的节能控制方法和系统，包括将速度环的输出作为电机的转矩电流参考值，将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，若励磁电流参考值大于转矩电流参考值，将转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值，根据新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动电机；根据电机的当前旋转频率和目标旋转频率获取反应其实际运行情况的转矩电流参考值，并将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，当励磁电流参考值较转矩电流参考值大时，将励磁电流参考值调整到与转矩电流参考值一致，在转矩电流参考值动态调整的同时，降低励磁电流参考值的大小；以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

Description

变频器的节能控制方法和系统

技术领域

本发明涉及变频器控制领域，特别是涉及一种变频器的节能控制方法和系统。

背景技术

变频器是一种集控制、驱动于一体的电机控制装置，广泛应用于电机控制领域。变频器驱动电机，其能量消耗主要分为两种，一种是负载消耗，即实际转换为机械能的这部分能量，这是实际应用所需要的。另一部分是空载消耗，即在电机内部存在着铁损、铜损能消耗，这部分消耗是我们不希望的。

目前，变频器一般采用固定电压频率比的方式进行电机驱动。在很多场合，尤其是电机负载不断变化的场合，只要求电机的运行速度恒定，那么变频器的输出电压也就是恒定的，导致电机空载或轻载时变频器的输出能量大部分成为空载损耗浪费掉了。

发明内容

基于此，有必要提供一种变频器的节能控制方法和系统，以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

一方面，本发明提出一种变频器的节能控制方法，包括：

获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率；

将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制所述电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值；

将电机的空载电流作为所述电机的励磁电流参考值；

比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若所述励磁电流参考值大于所述转矩电流参考值，将所述转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值；

根据所述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动所述电机。

上述种变频器的节能控制方法，包括将电机的当前旋转频率和目标旋转频率带入控制电机的速度环，将速度环的输出作为电机的转矩电流参考值，将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，若励磁电流参考值大于转矩电流参考值，将转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值，根据新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动电机；根据电机的当前旋转频率和目标旋转频率获取反应其实际运行情况的转矩电流参考值，并将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，当励磁电流参考值较转矩电流参考值大时，将励磁电流参考值调整到与转矩电流参考值一致，在转矩电流参考值动态调整的同时，降低励磁电流参考值的大小；以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

在其中一个实施例中，所述比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的步骤之前，还包括：

获取电机的当前转矩电流和当前励磁电流；

所述根据所述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动所述电机的步骤具体为：

将所述转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的转矩电压；

将所述新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的励磁电压；

根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机。

在其中一个实施例中，根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机的步骤具体为：

合成所述转矩电压和励磁电压，得到所述电机的驱动电压；

获取变频器的当前直流母线电压和额定直流母线电压；

根据所述驱动电压、当前直流母线电压和额定直流母线电压得到所述变频器的输出电压；

将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机。

在其中一个实施例中，所述驱动电压、当前直流母线电压、额定直流母线电压和变频器的输出电压满足公式：

U＝Udcf*Uout/Udcrate；

其中，U为所述变频器的输出电压，Udcf为所述当前直流母线电压，Uout为所述驱动电压，Udcrate为所述额定直流母线电压。

在其中一个实施例中，将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机的步骤具体为：

将所述变频器的输出电压进行空间矢量脉宽调制后得到驱动智能功率模块的驱动信号，以根据所述智能功率模块的输出驱动所述电机。

另一方面，本发明提出一种变频器的节能控制系统，包括：

频率获取模块，用于获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率；

转矩参考电流获取模块，用于将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制所述电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值；

励磁参考电流获取模块，用于将电机的空载电流作为所述电机的励磁电流参考值；

比较模块，用于比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若所述励磁电流参考值大于所述转矩电流参考值，将所述转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值；

驱动模块，用于根据所述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动所述电机。

在其中一个实施例中，还包括：

当前电流获取模块，用于获取电机的当前转矩电流和当前励磁电流；

所述驱动模块包括：

转矩电压获取模块，用于将所述转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的转矩电压；

励磁电压获取模块，用于将所述新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的励磁电压；

电压驱动模块，用于根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机。

在其中一个实施例中，所述电压驱动模块包括：

电压合成模块，用于合成所述转矩电压和励磁电压，得到所述电机的驱动电压；

母线电压获取模块，用于获取变频器的当前直流母线电压和额定直流母线电压；

输出电压获取模块，用于根据所述驱动电压、当前直流母线电压和额定直流母线电压得到所述变频器的输出电压；

电压变换模块，用于将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机。

在其中一个实施例中，所述输出电压获取模块具体用于：

根据公式U＝Udcf*Uout/Udcrate得到变频器的输出电压；

其中，U为所述变频器的输出电压，Udcf为所述当前直流母线电压，Uout为所述驱动电压，Udcrate为所述额定直流母线电压。

在其中一个实施例中，所述电压变换模块具体用于：

将所述变频器的输出电压进行空间矢量脉宽调制后得到驱动智能功率模块的驱动信号，以根据所述智能功率模块的输出驱动所述电机。

附图说明

图1为一实施例中变频器的节能控制方法的方法流程图；

图2为另一实施例中变频器的节能控制方法的方法流程图；

图3为一实施例中变频器的节能控制系统的系统方框图；

图4为另一实施例中变频器的节能控制系统的系统方框图。

具体实施方式

参见图1，图1为一实施例中变频器的节能控制方法的方法流程图。

在本实施例中，该变频器的节能控制方法包括：

S101，获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率。

S102，将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值。

电机的旋转频率与转速呈线性关系，转速与转矩电流呈线性关系，通过电机的旋转频率可以得到其转矩电流。通过外部人机界面给定电机的目标旋转频率Fset，通过变频器辨识得到电机的当前旋转频率Ffed，计算得到速度误差Errf＝Fset-Ffed，将该速度误差带入变频器内部的速度环PID，将速度环PID的输出作为电机的转矩电流参考值。

通过该速度环PID可以将电机的转速保持在目标转速，保障其运行效果。当负载加大时，电机转速降低，转矩电流参考值变大，转速回升；当负载减小时，电机转速增加，转矩电流参考值减小，转速下降。根据电机的实际运行情况给出转矩电流参考值，根据该转矩电流参考值驱动电机运转，减小了电机的功耗，节省了变频器的输出能量。

S103，将电机的空载电流作为电机的励磁电流参考值。

电机在运行的过程中其电流的一部分用于产生旋转磁场，该电流为励磁电流，另一部分用于驱动电机转动，该电流为转矩电流。当电机处于空载状态时，负载为零，转矩电流很小，空载电流的主要成分为励磁电流，将此时的空载电流作为电机的励磁电流参考值。

在电机的型号固定后，其空载电流是定量。

S104，比较励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若励磁电流参考值大于转矩电流参考值，进入步骤S105。

S105，将转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值。

S106，根据新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动电机。

转矩电流参考值根据电机的实际运行情况处于动态变化过程中，当励磁电流参考值大于转矩电流参考值时，减小励磁电流参考值的大小，将此时的转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值。

例如，当电机处于空载状态时，电机的转矩电流参考值很小，在未调整之前励磁电流参考值不变，和负载很大的情况一致。将此时的转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值，即大幅度的减小励磁电流参考值，根据转矩电流参考值和新的励磁电流参考值驱动电机运转，由于无需带动负载，并不会影响电机的正常运行，同时可以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

当电机处于轻载状态时同理上述过程。

上述种变频器的节能控制方法，根据电机的当前旋转频率和目标旋转频率获取反应其实际运行情况的转矩电流参考值，并将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，当励磁电流参考值较转矩电流参考值大时，将励磁电流参考值调整到与转矩电流参考值一致，尤其是在空载和轻载的情况下，可以大幅度的减小励磁电流参考值，进而根据新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动电机。可以实现根据电机的实际运行情况动态调整驱动电机的驱动电流和励磁电流的目的，以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

参见图2，图2为另一实施例中变频器的节能控制方法的方法流程图。

在本实施例中，该变频器的节能控制方法包括：

S201，获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率。

S202，将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值。

S203，将电机的空载电流作为所述电机的励磁电流参考值。

S204，获取电机的当前转矩电流和当前励磁电流。

通过检测获取电机的三相定子电流Iu、Iw、Iv，通过Clark变换，将三相静止坐标系下的电流Iu、Iv、Iw变换到两相静止坐标系下的电流Iα、Iβ，对电机的旋转频率进行积分得到坐标变换角度θ，再通过PARK变换，将两相静止坐标系下的电流Iα、Iβ变换到两相旋转坐标系下的电流ImFed、ItFed。其中ImFed为电机在实际运行过程中的当前励磁电流，ItFed为当前转矩电流，且，

ImFed＝Iα*cosθ+Iβ*sinθ；

ItFed＝Iβ*cosθ-Iα*sinθ。

S205，比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若励磁电流参考值大于转矩电流参考值，进入步骤S206，若励磁电流参考值小于等于转矩电流参考值，进入步骤S207。

S206，将所述转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值。

S207，保持所述励磁电流参考值不变。

S208，将所述转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的转矩电压。

S209，将所述新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的励磁电压。

将转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制电机运转的电流环PID，将该电流环PID的输出作为电机的转矩电压，将新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制电机运转的电流环PID，将该电流环PID的输出作为电机的励磁电压。

S210，合成转矩电压和励磁电压，得到电机的驱动电压。

S211，获取变频器的当前直流母线电压和额定直流母线电压。

S212，根据驱动电压、当前直流母线电压和额定直流母线电压得到所述变频器的输出电压。

驱动电压、当前直流母线电压、额定直流母线电压和变频器的输出电压满足公式：

U＝Udcf*Uout/Udcrate；

其中，U为所述变频器的输出电压，Udcf为所述当前直流母线电压，Uout为所述驱动电压，Udcrate为所述额定直流母线电压。

S213，将变频器的输出电压进行空间矢量脉宽调制后得到驱动智能功率模块的驱动信号，以根据智能功率模块的输出驱动电机。

由于驱动电机的电压经过上述过程计算得到，最终电机将按照上述转矩电压和励磁电压运转，且其电流将调节至转矩电流参考值和新的励磁电流参考值。

上述变频器的节能控制方法，根据电机的速度环PID获取电机的转矩电流参考值，将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，获取电机实际运行过程中的当前励磁电流和当前转矩电流。当励磁电流参考值较转矩电流参考值大时，将励磁电流参考值调整到与转矩电流参考值一致。将该励磁电流参考值、转矩电流参考值、当前励磁电流和当前转矩电流带入电机的速度环得到电机的励磁电压和转矩电压，对该励磁电压和转矩电压进行变换后给出控制智能功率模块的驱动信号，进而控制电机按照上述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值运转。在空载和轻载的情况下，可以大幅度的减小励磁电流参考值，可以实现根据电机的实际运行情况动态调整电机的驱动电流和励磁电流的目的，以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

参见图3，图3为一实施例中变频器的节能控制系统的系统方框图。

在本实施例中，该变频器的节能控制系统包括：

频率获取模块10，用于获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率。

转矩参考电流获取模块11，用于将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制所述电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值。

励磁参考电流获取模块12，用于将电机的空载电流作为所述电机的励磁电流参考值。

比较模块13，用于比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若所述励磁电流参考值大于所述转矩电流参考值，将所述转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值。

驱动模块14，用于根据所述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动所述电机。

参见图4，该变频器的节能控制系统还包括：

当前电流获取模块15，用于获取电机的当前转矩电流和当前励磁电流。

上述驱动模块14包括：

转矩电压获取模块141，用于将所述转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的转矩电压。

励磁电压获取模块142，用于将所述新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的励磁电压。

电压驱动模块143，用于根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机。

在其中一个实施例中，电压驱动模块143包括：

电压合成模块1431，用于合成所述转矩电压和励磁电压，得到所述电机的驱动电压。

母线电压获取模块1432，用于获取变频器的当前直流母线电压和额定直流母线电压。

输出电压获取模块1433，用于根据所述驱动电压、当前直流母线电压和额定直流母线电压得到所述变频器的输出电压。

电压变换模块1434，用于将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机。

在其中一个实施例中，输出电压获取模块1433具体用于：

根据公式U＝Udcf*Uout/Udcrate得到变频器的输出电压；

其中，U为所述变频器的输出电压，Udcf为所述当前直流母线电压，Uout为所述驱动电压，Udcrate为所述额定直流母线电压。

在其中一个实施例中，电压变换模块1434具体用于：

将所述变频器的输出电压进行空间矢量脉宽调制后得到驱动智能功率模块的驱动信号，以根据所述智能功率模块的输出驱动所述电机。

上述变频器的节能控制系统，根据电机的速度环PID获取电机的转矩电流参考值，将电机的空载电流作为其励磁电流参考值，获取电机实际运行过程中的当前励磁电流和当前转矩电流。当励磁电流参考值较转矩电流参考值大时，将励磁电流参考值调整到与转矩电流参考值一致。将该励磁电流参考值、转矩电流参考值、当前励磁电流和当前转矩电流带入电机的速度环得到电机的励磁电压和转矩电压，对该励磁电压和转矩电压进行变换后给出控制智能功率模块的驱动信号，进而控制电机按照上述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值运转。在空载和轻载的情况下，可以大幅度的减小励磁电流参考值，可以实现根据电机的实际运行情况动态调整电机的驱动电流和励磁电流的目的，以减小电机的空载损耗，节省变频器的输出能量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种变频器的节能控制方法，其特征在于，包括：

获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率；

将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制所述电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值；

将电机的空载电流作为所述电机的励磁电流参考值；

获取所述电机的当前转矩电流和当前励磁电流；

比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若所述励磁电流参考值大于所述转矩电流参考值，将所述转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值；

将所述转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的转矩电压；

将所述新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的励磁电压；

根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机。

2.根据权利要求1所述的节能控制方法，其特征在于，根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机的步骤具体为：

合成所述转矩电压和励磁电压，得到所述电机的驱动电压；

获取变频器的当前直流母线电压和额定直流母线电压；

根据所述驱动电压、当前直流母线电压和额定直流母线电压得到所述变频器的输出电压；

将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机。

3.根据权利要求2所述的节能控制方法，其特征在于，所述驱动电压、当前直流母线电压、额定直流母线电压和变频器的输出电压满足公式：

U＝Udcf*Uout/Udcrate；

其中，U为所述变频器的输出电压，Udcf为所述当前直流母线电压，Uout为所述驱动电压，Udcrate为所述额定直流母线电压。

4.根据权利要求2所述的节能控制方法，其特征在于，将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机的步骤具体为：

将所述变频器的输出电压进行空间矢量脉宽调制后得到驱动智能功率模块的驱动信号，以根据所述智能功率模块的输出驱动所述电机。

5.一种变频器的节能控制系统，其特征在于，包括：

频率获取模块，用于获取电机的当前旋转频率和目标旋转频率；

转矩参考电流获取模块，用于将所述当前旋转频率和目标旋转频率带入控制所述电机的速度环，将所述速度环的输出作为所述电机的转矩电流参考值；

励磁参考电流获取模块，用于将电机的空载电流作为所述电机的励磁电流参考值；

当前电流获取模块，用于获取电机的当前转矩电流和当前励磁电流；

比较模块，用于比较所述励磁电流参考值和转矩电流参考值的大小，若所述励磁电流参考值大于所述转矩电流参考值，将所述转矩电流参考值作为新的励磁电流参考值；

驱动模块，用于根据所述新的励磁电流参考值和转矩电流参考值驱动所述电机；

其中，所述驱动模块包括：

转矩电压获取模块，用于将所述转矩电流参考值和当前转矩电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的转矩电压；

励磁电压获取模块，用于将所述新的励磁电流参考值和当前励磁电流带入控制所述电机的电流环，将所述电流环的输出作为电机的励磁电压；

电压驱动模块，用于根据所述转矩电压和励磁电压驱动所述电机。

6.根据权利要求5所述的节能控制系统，其特征在于，所述电压驱动模块包括：

电压合成模块，用于合成所述转矩电压和励磁电压，得到所述电机的驱动电压；

母线电压获取模块，用于获取变频器的当前直流母线电压和额定直流母线电压；

输出电压获取模块，用于根据所述驱动电压、当前直流母线电压和额定直流母线电压得到所述变频器的输出电压；

电压变换模块，用于将所述变频器的输出电压进行变换后驱动所述电机。

7.根据权利要求6所述的节能控制系统，其特征在于，所述输出电压获取模块具体用于：

根据公式U＝Udcf*Uout/Udcrate得到变频器的输出电压；

其中，U为所述变频器的输出电压，Udcf为所述当前直流母线电压，Uout为所述驱动电压，Udcrate为所述额定直流母线电压。

8.根据权利要求6所述的节能控制系统，其特征在于，所述电压变换模块具体用于：

将所述变频器的输出电压进行空间矢量脉宽调制后得到驱动智能功率模块的驱动信号，以根据所述智能功率模块的输出驱动所述电机。