CN107681926B9 - 电机启动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种电机启动控制方法及装置，涉及变频驱动技术领域。该方法及装置通过判断转速实际值是否大于第一预设转速且小于第二预设转速，并依据比较结果确定转矩电流幅值波形，从而在电机的转速实际值较小时，使得转矩电流幅值波形保持为恒定状态，待电机的转速实际值达到第二预设转速后，才使得转矩电流幅值波形随交流输入电压相位变化而变化，从而使电机既能在启动低速阶段转速平稳、正常启动，有较高的可靠性，又能够在电机高速运转时保证电机启动控制系统具备较高的功率因素；此外，由于转矩电流幅值波形从恒定状态切换为波动状态的过程较为平缓，提高了电机工作的稳定性。

Description

电机启动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及变频驱动技术领域，具体而言，涉及一种电机启动控制方 法及装置。

背景技术

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，而压缩 机工作需要电机的带动。

在现有技术中，交流电压经整流环节，给逆变模块供电，逆变模块由 功率开关管及其驱动电路构成，控制模块可以控制逆变模块输出三相交流 电压，驱动电机运行，在整流模块和逆变模块之间设有电容器，电容器的 电容较小。为保证交流输入端有较高的功率因数，电机运行功率必须随交 流输入电压相位变化，电机转矩电流幅值为波动量，在电机启动阶段，因 转速比较低电机运行稳定性差，电机转矩电流幅值为波动可能会导致电机 启动失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机启动控制方法及装置，以解决上述问 题。

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电机启动控制方法，所述电机启 动控制方法包括：

接收交流电流及输入至一电机的相电流；

基于所述相电流计算所述电机的转速实际值；

基于所述交流电流计算波动转矩电流幅值波形；

将所述转速实际值分别与第一预设转速及第二预设转速进行比较；

依据比较结果、所述波动转矩电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流 幅值波形确定实际转矩电流幅值波形。

进一步地，所述依据比较结果、所述波动转矩电流幅值波形及预设定 的恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形的步骤包括：

依据所述比较结果确定切换参数；

依据所述切换参数、所述波动转矩电流幅值波形及预设定恒定转矩电 流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形。

进一步地，所述依据比较结果确定切换参数的步骤包括：

当所述转速实际值小于或等于第一预设转速时，确定所述切换参数为 0；

当所述转速实际值大于或等于第二预设转速时，确定所述切换参数为 1；

当所述转速实际值大于所述第一预设转速且小于所述第二预设转速 时，确定所述切换参数按照预设定的函数曲线变化，所述切换参数大于等 于0且小于等于1。

进一步地，所述依据所述切换参数、所述波动转矩电流幅值波形及预 设定恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形的步骤包括：

当所述切换参数为0时，确定所述实际转矩电流幅值波形为预设定的 恒定转矩电流幅值波形；

当所述切换参数为1时，确定所述实际转矩电流幅值波形为波动转矩 电流幅值波形。

进一步地，所述依据比较结果、所述波动转矩电流幅值波形及预设定 的恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形的步骤包括：

通过算式I_{q_Waveform}＝WaveformSEL*Waveform1+(1-WaveformSEL)*Waveform2 确定所述实际转矩电流幅值波形，其中，I_{q_Waveform}为转矩电流幅值波形， WaveformSEL为切换参数，Waveform1为波动转矩电流幅值波形，Waveform2为 恒定转矩电流幅值波形。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电机启动控制装置，所述电机 启动控制装置包括：

参数接收单元，用于接收交流电流及输入至一电机的相电流；

转速确定单元，用于基于所述相电流计算所述电机的转速实际值；

波动转矩电流幅值波形确定单元，用于基于所述交流电流计算波动转 矩电流幅值波形；

比较单元，用于将所述转速实际值分别与第一预设转速及第二预设转 速进行比较；

实际转矩电流幅值波形确定单元，用于依据比较结果、所述波动转矩 电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值 波形。

进一步地，所述实际转矩电流幅值波形确定单元用于依据比较结果确 定切换参数；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于依据所述切换参数、所述 波动转矩电流幅值波形及预设定恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电 流幅值波形。

进一步地，所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述转速实 际值小于或等于第一预设转速时，确定所述切换参数为0；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述转速实际值大于 或等于第二预设转速时，确定所述切换参数为1；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述转速实际值大于 所述第一预设转速且小于所述第二预设转速时，确定所述切换参数按照预 设定的函数曲线变化，所述切换参数大于等于0且小于等于1。

进一步地，所述实际转矩电流幅值波形确定单元用于当所述切换参数 为0时，确定实际转矩电流幅值波形为预设定的恒定转矩电流幅值波形；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述切换参数为1时， 确定实际转矩电流幅值波形为波动转矩电流幅值波形。

进一步地，所述实际转矩电流幅值波形确定单元用于通过算式

I_{q_Waveform}＝WaveformSEL*Waveform1+(1-WaveformSEL)*Waveform2确定所述 实际转矩电流幅值波形，其中，I_{q_Waveform}为转矩电流幅值波形，WaveformSEL 为切换参数，Waveform1为波动转矩电流幅值波形，Waveform2为恒定转矩电 流幅值波形。

本发明实施例提供的电机启动控制方法及装置，通过判断转速实际值 是否大于第一预设转速且小于第二预设转速，并依据比较结果确定转矩电 流幅值波形，从而在电机的转速实际值较小时，使得转矩电流幅值波形保 持为恒定状态，待电机的转速实际值达到第二预设转速后，才使得转矩电 流幅值波形随交流输入电压相位变化而变化，从而使电机既能在启动低速 阶段转速平稳、正常启动，有较高的可靠性，又能够在电机高速运转时保 证电机启动控制系统具备较高的功率因素；此外，由于转矩电流幅值波形 从恒定状态切换为波动状态的过程较为平缓，提高了电机工作的稳定性。

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示出了本发明实施例提供的电机启动控制系统的电路结构框图。

图2示出了本发明实施例提供的电机启动控制系统的电路图。

图3示出了本发明实施例提供的电机启动控制方法的流程图。

图4示出了图3中步骤S305的具体流程图。

图5示出了本发明实施例提供的电机启动控制装置的功能模块图。

图标：100-电机启动控制系统；110-电路参数采集模块；120-驱动模 块；122-电源电路；124-整流电路；126-逆变电路；130-电机；140-脉宽 调制模块；150-控制模块；200-电机启动控制装置；210-参数接收单元； 220-转速确定单元；230-波动转矩电流幅值波形确定单元；240-比较单元； 250-实际转矩电流幅值波形确定单元。

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。

请参阅图1，示出了本发明实施例提供的电机启动控制系统100的电 路结构框图。该电机启动控制系统100包括电路参数采集模块110、驱动 模块120、控制模块150以及电机130。控制模块150分别与电路参数采 集模块110以及驱动模块120电连接。

其中，电路参数采集模块110用于采集母线电压以及输入至电机130 的相电流，并将母线电压、相电流传输至控制模块150。

请参阅图2，本发明实施例提供的电机启动控制系统100的电路图。 功率变换控制系统包括电源电路122、整流电路124、直流母线电容以及 逆变电路126。其中，电源电路122、整流电路124、直流母线电容以及 逆变电路126依次电连接，升压电路与第一控制模块150电连接，逆变电 路126与第二控制模块150电连接。

其中，电源电路122为电路提供交流电；整流电路124用于将交流电 变换为直流电；直流母线电容用于过滤经整流电路124整流后仍然存在的 交流电；逆变电路126与控制模块150电连接，用于在脉宽调制信号的控 制下，输出电压至电机130，实现对电机130的控制。

控制模块150用于依据母线电压、输入至电机130的相电流生成脉宽 调制信号。

脉宽调制模块140用于响应脉宽调制信号而通过调整逆变模块的导 通状态实现对电机130三相电压的控制。

第一实施例

本发明实施例提供了一种电机130启动控制方法，应用于电机启动控 制系统100，用于在电机130启动阶段，增强电机130运行的稳定性，使 得电机130成功启动。请参阅图3，为本发明实施例提供的电机130启动 控制方法的流程图。该电机130启动控制方法包括：

步骤S301：接收交流电流及输入至一电机130的相电流。

可以理解地，该交流电流及输入至电机130的相电流均为电路参数采 集模块110采集并传输的；此外，输入至电机130的相电流包括u相电流 i_u以及v相电流i_v。

步骤S302：基于相电流计算电机130的转速实际值。

具体地，通过算式计算电机130的转速实际值。

其中，ω_r为电机130的转速实际值，θ为电机130转子永磁体磁链的 角度。

而电机130转子永磁体磁链的角度θ可通过传统的位置估算法进行计 算，具体计算过程如下：

首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：

其中，估算角度与实际角度的误差

从而，电机130转子永磁体磁链的角度由为：

θ(n)＝θ(n-1)+Δθ

其中，i_d及i_q分别为d轴转矩电流、q轴转矩电流，其计算过程如下：

首先通过u相电流i_u以及v相电流i_v计算w相电流i_w：

i_w＝-i_u-i_v

接着通过u相电流i_u、v相电流i_v以及w相电流i_w计算α轴电流及β轴 电流，算式如下所示：

i_α＝i_u

则q轴转矩电流的计算公式为：

i_q＝i_βcosθ-i_αsinθ

d轴转矩电流的计算公式为：

i_d＝i_αcosθ+i_βsinθ

步骤S303：基于交流电流计算波动转矩电流幅值波形。

具体地，通过交流电流计算波动转矩电流幅值波形可采用以下算式：

其中，U_ac为交流电流，U_{ac_Peak}为交流电流峰值，Waveform1为波动转 矩电流幅值波形。

可以理解地，由于交流电流的相位在一直不停发生变化，因此基于交 流电流计算出的波动转矩电流幅值波形也在不停变化。

步骤S304：将转速实际值分别与第一预设转速及第二预设转速进行 比较。

通过判断转速实际值是否大于第一预设转速且小于第二预设转速，可 以获知电机130当前的运转状态。

例如，当转速实际值小于等于第一预设转速时，表明电机130的转速 实际值较低，此时电机130处于启动阶段，运行稳定性较差；当转速实际 值大于第二预设转速时，此时电机130可能已经成功启动，运行稳定性较 高。

需要说明的是，第一预设转速及第二预设转速均为预设定的转速及滞 环决定的。

具体地，第一预设转速＝预设定的转速-滞环；

第二预设转速＝预设定的转速+滞环。

步骤S305：依据比较结果、波动转矩电流幅值波形及预设定的恒定 转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形。

具体地，请参阅图4，为步骤S305的具体流程图。该步骤S305包括：

子步骤S3051：依据比较结果确定切换参数。

具体地，当转速实际值小于或等于第一预设转速时，确定切换参数为 0；当转速实际值大于或等于第二预设转速时，确定切换参数为1；当转 速实际值大于第一预设转速且小于第二预设转速时，确定切换参数按照预 设定的函数曲线变化，切换参数大于等于0且小于等于1。

需要说明的是，切换参数变化，则实际转矩电流幅值波形随之切换； 此外，为保证实际转矩电流幅值波形的切换过程较为平滑，使电机130能 够平稳地启动成功，预设定的函数曲线的变化率应当较小，从而使得当转 速实际值大于第一预设转速且小于第二预设转速时，切换参数在0到1的 范围内缓慢变化。

子步骤S3052：依据切换参数、波动转矩电流幅值波形及预设定恒定 转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形。

具体地，当切换参数为0时，确定实际转矩电流幅值波形为预设定的 恒定转矩电流幅值波形。由于当转速实际值小于或等于第一预设转速时， 电机130的转速实际值较低，此时电机130处于启动阶段，运行稳定性较 差，从而确定实际转矩电流幅值波形为预设定的恒定转矩电流幅值波形， 使得实际转矩电流幅值波形稳定为某一恒定的常数，从而增强了电机130 启动过程中的稳定性，大大提高了电机130成功启动的几率。

当切换参数为1时，确定实际转矩电流幅值波形为波动转矩电流幅值 波形。由于当转速实际值大于第二预设转速时，此时电机130可能已经成 功启动，运行稳定性较高，因此将实际转矩电流幅值波形确定为波动转矩 电流幅值波形，使得电机130具有较高的功率因素，工作效率更高。

当切换参数大于0且小于1时，实际转矩电流幅值波形随切换参数的 变换而缓慢地从恒定转矩电流幅值波形切换为波动转矩电流幅值波形。由 于切换参数在0到1的范围内缓慢变化，因此实际转矩电流幅值波形从恒 定转矩电流幅值波形切换为波动转矩电流幅值波形的过程也是缓慢的，因 此避免了实际转矩电流幅值波形从恒定转矩电流幅值波形直接跳变至波 动转矩电流幅值波形，使得电机130的启动过程更加平稳，增强了电机 130启动过程中的稳定性，大大提高了电机130成功启动的几率。

结合上述内容可知，步骤S305、子步骤S3051以及子步骤S3052满 足以下算式：

I_{q_Waveform}＝WaveformSEL*Waveform1+(1-WaveformSEL)*Waveform2

其中，I_{q_Waveform}为转矩电流幅值波形，WaveformSEL为切换参数， Waveform1为波动转矩电流幅值波形，Waveform2为恒定转矩电流幅值波形。

第二实施例

请参阅图5，图5为本发明较佳实施例提供的一种电机启动控制装置 200。需要说明的是，本实施例所提供的电机启动控制装置200，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。该电机启动控制装置200包 括参数接收单元210、转速确定单元220、波动转矩电流幅值波形确定单 元230、比较单元240以及实际转矩电流幅值波形确定单元250。

其中，参数接收单元210用于接收交流电流及输入至一电机130的相 电流。

可以理解地，参数接收单元210可用于执行步骤S301。

转速确定单元220用于基于相电流计算电机130的转速实际值。

可以理解地，转速确定单元220可用于执行步骤S302。

波动转矩电流幅值波形确定单元230用于基于交流电流计算波动转 矩电流幅值波形。

具体地，波动转矩电流幅值波形确定单元230用于通过以下算式计算 波动转矩电流幅值波形：

其中，U_ac为交流电流，U_{ac_Peak}为交流电流峰值，Waveform1为波动转 矩电流幅值波形。

可以理解地，由于交流电流的相位在一直不停发生变化，因此基于交 流电流计算出的波动转矩电流幅值波形也在不停变化。

可以理解地，波动转矩电流幅值波形确定单元230可用于执行步骤 S303。

比较单元240用于将转速实际值分别与第一预设转速及第二预设转 速进行比较。

可以理解地，比较单元240可用于执行步骤S304。

实际转矩电流幅值波形确定单元250用于依据比较结果、波动转矩电 流幅值波形及预设定的恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值波 形。

具体地，实际转矩电流幅值波形确定单元250用于依据比较结果确定 切换参数；实际转矩电流幅值波形确定单元250还用于依据切换参数、波 动转矩电流幅值波形及预设定恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流 幅值波形。

此外，实际转矩电流幅值波形确定单元250依据比较结果、波动转矩 电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值 波形的过程满足以下算式：

I_{q_Waveform}＝WaveformSEL*Waveform1+(1-WaveformSEL)*Waveform2

其中，I_{q_Waveform}为转矩电流幅值波形，WaveformSEL为切换参数， Waveform1为波动转矩电流幅值波形，Waveform2为恒定转矩电流幅值波形。

可以理解地，实际转矩电流幅值波形确定单元250可用于执行步骤 S305、子步骤S3051以及子步骤S3052。

综上，本发明实施例提供的电机启动控制方法及装置，通过判断转速 实际值是否大于第一预设转速且小于第二预设转速，并依据比较结果确定 转矩电流幅值波形，从而在电机的转速实际值较小时，使得转矩电流幅值 波形保持为恒定状态，待电机的转速实际值达到第二预设转速后，才使得 转矩电流幅值波形随交流输入电压相位变化而变化，从而使电机既能在启 动低速阶段转速平稳、正常启动，有较高的可靠性，又能够在电机高速运 转时保证电机启动控制系统具备较高的功率因素；此外，由于转矩电流幅 值波形从恒定状态切换为波动状态的过程较为平缓，提高了电机工作的稳 定性。

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 (10)

1.一种电机启动控制方法，其特征在于，所述电机启动控制方法包括：

接收交流电流及输入至一电机的相电流；

基于所述相电流计算所述电机的转速实际值；

基于所述交流电流计算波动转矩电流幅值波形；

将所述转速实际值分别与第一预设转速及第二预设转速进行比较；

依据比较结果、所述波动转矩电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流 幅值波形确定实际转矩电流幅值波形。

2.如权利要求1所述的电机启动控制方法，其特征在于，所述依据比 较结果、所述波动转矩电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流幅值波形确 定实际转矩电流幅值波形的步骤包括：

依据所述比较结果确定切换参数；

依据所述切换参数、所述波动转矩电流幅值波形及预设定恒定转矩电 流幅值波形确定实际转矩电流幅值波形。

3.如权利要求2所述的电机启动控制方法，其特征在于，所述依据比 较结果确定切换参数的步骤包括：

当所述转速实际值小于或等于第一预设转速时，确定所述切换参数为 0；

当所述转速实际值大于或等于第二预设转速时，确定所述切换参数为 1；

当所述转速实际值大于所述第一预设转速且小于所述第二预设转速 时，确定所述切换参数按照预设定的函数曲线变化，所述切换参数大于等 于0且小于等于1。

4.如权利要求3所述的电机启动控制方法，其特征在于，所述依据所 述切换参数、所述波动转矩电流幅值波形及预设定恒定转矩电流幅值波形 确定实际转矩电流幅值波形的步骤包括：

当所述切换参数为0时，确定所述实际转矩电流幅值波形为预设定的 恒定转矩电流幅值波形；

当所述切换参数为1时，确定所述实际转矩电流幅值波形为波动转矩 电流幅值波形。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的电机启动控制方法，其特征在于， 所述依据比较结果、所述波动转矩电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流 幅值波形确定实际转矩电流幅值波形的步骤包括：

通过算式I_{q_Waveform}＝WaveformSEL*Waveform1+(1-WaveformSEL)*Waveform2 确定所述实际转矩电流幅值波形，其中，I_{q_Waveform}为转矩电流幅值波形， WaveformSEL为切换参数，Waveform1为波动转矩电流幅值波形，Waveform2为 恒定转矩电流幅值波形。

6.一种电机启动控制装置，其特征在于，所述电机启动控制装置包括：

参数接收单元，用于接收交流电流及输入至一电机的相电流；

转速确定单元，用于基于所述相电流计算所述电机的转速实际值；

波动转矩电流幅值波形确定单元，用于基于所述交流电流计算波动转 矩电流幅值波形；

比较单元，用于将所述转速实际值分别与第一预设转速及第二预设转 速进行比较；

实际转矩电流幅值波形确定单元，用于依据比较结果、所述波动转矩 电流幅值波形及预设定的恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电流幅值 波形。

7.如权利要求6所述的电机启动控制装置，其特征在于，所述实际转 矩电流幅值波形确定单元用于依据比较结果确定切换参数；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于依据所述切换参数、所述 波动转矩电流幅值波形及预设定恒定转矩电流幅值波形确定实际转矩电 流幅值波形。

8.如权利要求7所述的电机启动控制装置，其特征在于，所述实际转 矩电流幅值波形确定单元还用于当所述转速实际值小于或等于第一预设 转速时，确定所述切换参数为0；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述转速实际值大于 或等于第二预设转速时，确定所述切换参数为1；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述转速实际值大于 所述第一预设转速且小于所述第二预设转速时，确定所述切换参数按照预 设定的函数曲线变化，所述切换参数大于等于0且小于等于1。

9.如权利要求8所述的电机启动控制装置，其特征在于，所述实际转 矩电流幅值波形确定单元用于当所述切换参数为0时，确定实际转矩电流 幅值波形为预设定的恒定转矩电流幅值波形；

所述实际转矩电流幅值波形确定单元还用于当所述切换参数为1时， 确定实际转矩电流幅值波形为波动转矩电流幅值波形。

10.如权利要求6-9中任意一项所述的电机启动控制装置，其特征在 于，所述实际转矩电流幅值波形确定单元用于通过算式

I_{q_Waveform}＝WaveformSEL*Waveform1+(1-WaveformSEL)*Waveform2确定所述 实际转矩电流幅值波形，其中，I_{q_Waveform}为转矩电流幅值波形，WaveformSEL 为切换参数，Waveform1为波动转矩电流幅值波形，Waveform2为恒定转矩 电流幅值波形。