CN109327179B - 一种变频器功率控制方法及变频器控制装置 - Google Patents

Abstract

一种变频器功率控制方法及变频器控制装置，其中，该方法包括：步骤一、获取变频器的当前输入功率；步骤二、根据当前输入功率以及预设功率阈值，判断是否需要采用预设功率限制模式来控制变频器的输出频率，其中，如果不需要，根据上位机传输来的电机目标转速来控制变频器的输出频率；如果需要，则启动预设功率限制模式，通过调节变频器的输出频率来调节其输出功率，并使得其输出功率与预设功率阈值的比值处于预设波动区间内。本方法能够平稳、快速、有效地对变频器的输出功率进行限制，并且在对变频器的输出功率进行限制的过程中并不会影响对电机的控制。

Description

一种变频器功率控制方法及变频器控制装置

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，具体地说，涉及一种变频器功率控制方法及变频器控制装置。

背景技术

现有技术通常采用螺杆机永磁变频传动系统来对螺杆式空气压缩机进行控制。其中，螺杆机永磁变频传动系统可以采用如图1所示的变频器来控制电机的转速。然而，对于该系统来说，其整流电路101为二极管不可控整流电路，这样该系统也就无法通过直接限制输入电流的方式来限制功率。另外，该系统通过直接限制逆变电路102的输出电流的方式来限制输出功率，这样会给永磁电机的控制带来更多困难，同时也容易造成变频器输出过流等故障的出现。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种变频器功率控制方法，所述方法包括：

步骤一、获取变频器的当前输入功率；

步骤二、根据所述当前输入功率以及预设功率阈值，判断是否需要采用预设功率限制模式来控制所述变频器的输出功率，其中，

如果不需要，根据上位机传输来的电机目标转速来控制所述变频器的输出频率，进而调节所述变频器的输出功率；如果需要，则启动预设功率限制模式，通过调节所述变频器的输出频率来调节其输出功率，并使得其输出功率与所述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，如果所述当前输入功率大于预设功率阈值且持续第一预设时长，则判定此时需要采用预设功率限制模式来控制所述变频器的输出频率。

根据本发明的一个实施例，所述预设波动区间为[98％，100％]。

根据本发明的一个实施例，在所述预设功率限制模式下，当所述当前输入功率大于所述预设功率阈值时，通过降低所述变频器的输出频率来降低所述变频器的输出功率，以使得其输出功率与所述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内。

根据本发明的一个实施例，在所述预设功率限制模式下，按照第一预设频率变化率降低所述变频器的输出频率，以使得与所述变频器连接的电机的转速线性降低。

根据本发明的一个实施例，在所述预设功率限制模式下，通过降低所述变频器的输出频率，使得所述电机的转速以10ms降低1转的变化率降低。

根据本发明的一个实施例，在所述预设功率限制模式下，当所述当前输入功率与预设功率阈值的比值小于所述预设波动区间的下限值并且持续第二预设时长时，通过提高所述变频器的输出频率来提高所述变频器的输出功率，以使得输出功率与所述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内。

根据本发明的一个实施例，在所述预设功率限制模式下，还判断电机的当前转速是否大于电机目标转速，其中，如果所述电机的当前转速大于电机目标转速，则退出所述预设功率限制模式，而改用根据所述电机目标转速来控制所述变频器的输出频率。

本发明还提供了一种变频器控制装置，其特征在于，所述装置采用如上任一项所述的方法来控制变频器的输出功率。

相较于现有的变频器控制方法，本发明所提供的方法能够平稳、快速、有效地对变频器的输出功率进行限制，并且在对变频器的输出功率进行限制的过程中并不会影响对电机的控制。同时，本方法利用开放的通信协议来把转速给定开放给上位机组，这样既能够保证正常工况下上位机对电机转速的控制权，又保证了在特殊情况下(例如实际功率超过功率限制)变频器可以有效地对自身的输出频率进行调节，从而达到平稳限制功率的目的。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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的附图做简单的介绍：

图1和图2是现有的螺杆机永磁变频传动系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的变频器功率控制方法的实现流程示意图；

图4是根据本发明一个实施例的采用预设功率限制模式来控制变流器的输出功率的实现流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

现有技术中的螺杆机永磁变频传动系统除了可以采用如图1所示的变频器来实现外，还可以采用如图2所示的结构形式来实现。对于图2所示的系统来说，变频传动系统控制器201会接收机组厂家主控制器202通过MODBUS所传输来的工作转速，并根据该工作转速来控制变流器模块203的输出频率。变流器模块203可以限制最大工作频率(即限制永磁电机的最大转速)，但是由于变流器模块203的负载是变化的，因此变流器模块203工作在最大输出频率时其输入功率既可能低于最大功率限制值，也可能高于最大功率限制值。这也就使得该系统无法仅仅通过最大转速限制来有效限制功率。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的变频器功率控制方法以及使用该方法控制变频器输出功率的变频器控制装置，该方法以及装置特别适用于对于螺杆机永磁变频传动系统中变频器的控制，其能够有效实现螺杆机永磁变频传动系统的功率限制。

图3示出了本实施例所提供的变频器功率控制方法的实现流程示意图。

如图3所示，本实施例中，该方法首先在步骤S301中获取变频器的当前输入功率。具体地，本实施例中，该方法在步骤S301中优选地获取变频器的输入电压以及输入电流，并根据其输入电压以及输入电流来计算得到该变频器的当前输入功率。当然，在本发明的其它实施例中，该方法还采用其它合理方式来获取变频器的当前输入功率，本发明不限于此。

随后，该方法会在步骤S302中根据变频器的当前输入功率以及预设功率阈值来判断是否需要采用预设功率限制模式来控制变流器的输出功率。其中，如果不需要采用预设功率限制模式来控制变流器的输出功率，那么该方法则会在步骤S303中根据上位机传输来的电机目标转速来控制变流器的输出频率，以使得电机的转速等于或接近上述电机目标转速。而如果需要采用预设功率限制模式来控制变流器的输出功率，那么该方法则会在步骤S304中启动预设功率限制模式，在预设功率限制模式下，该方法会通过调节变频器的输出频率来调节其自身的输出功率，以使得变频器的输出功率与上述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内。

本实施例中，上述预设波动区间优选地为[98％，100％]。当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，上述预设波动区间还可以为其它区间(例如[95％，100％]等)，本发明不限于此。

图4示出了本实施例中该方法采用预设功率限制模式来控制变流器的输出功率的实现流程示意图。

如图4所示，本实施例中，该方法在得到变频器的当前输入功率后，会在步骤S401中判断变频器的当前输入功率是否大于预设功率阈值且持续第一预设时长。本实施例中，上述第一预设时长优选地配置为3秒。需要指出的是，上述预设功率阈值和第一预设时长的具体取值可以根据实际需要配置为不同的合理值，本发明并不对上述预设功率阈值以及第一预设时长的具体取值进行限定。

如果变频器的当前输入功率大于预设功率阈值且持续第一预设时长，那么该方法则会判定此时需要采用预设功率限制模式来控制变频器的输出频率，从而在步骤S402中启动预设功率限制模式。否则该方法会根据上位机传输来的电机目标转速来控制变频器的输出频率，以使得电机的转速等于或接近上述电机目标转速。

本实施例中，在预设功率限制模式下，该方法不再使用上位机所传输来的电机目标转速来调节变频器的输出频率，而是进入输出频率自调节模式(即功率限制模式)，在功率限制模式下，该方法会通过根据预设功率阈值来调节变频器的输出频率，从而实现变频器的功率限制。即，在功率限制模式下，变频器可以视为取得了对自身输出频率的控制权，其不再根据接收到的电机目标转速指令来对自身输出频率进行调节。

具体地，如图4所示，本实施例中，如果变频器的当前输入功率大于预设功率阈值且持续第一预设时长，那么该方法会在步骤S402中启动预设功率限制模式，在功率限制模式下，该方法会在步骤S403中通过降低变频器的输出频率来降低变频器的输出功率，从而使得其输出功率与预设功率阈值的比值处于预设波动区间内。

由于变频器的负载是不断变化的，因此同转速下变频器的输出功率也是在不断变化的。当进入预设功率限制模式时，该方法会判断出此时变频器的实际输出功率要大于预设功率阈值，因此此时该方法将在步骤S403中降低变频器的输出频率，这样也就可以降低电机的转速。随着电机转速的下降，变频器的当前输出功率也就会降低。当变频器的当前输出功率降低至一定范围内(例如等于预设功率阈值)时，此时该方法会维持此时变频器的输出频率。

同时，当变频器的当前输出功率随着负载的增大而再次大于预设功率阈值时，该方法会再一次降低变频器的输出频率，即再一次降低电机转速，从而使得变频器的输出功率能够再次趋近于预设功率阈值。

本实施例中，在预设功率限制模式下，当变频器的当前输入功率大于预设功率阈值并持续第一预设时长时，该方法会在步骤S304中按照第一预设频率变化率来降低变频器的输出频率，以使得与变频器连接的电机的转速线性降低。具体地，本实施例中，优选地，该方法通过降低变频器的输出频率，使得电机的转速以10ms降低1转的变化率降低。

当然，在本发明的其它实施例中，该方法还可以控制电机的转速以其它合理变化率降低，本发明不限于此。

本实施例中，在功率限制模式下，如果负载变小而使得变频器的当前输出功率与预设功率阈值的比值小于预设波动区间的下限值，即变频器的当前输出功率小于预设功率阈值的98％，那么该方法则会通过提高变频器的输出频率来提高变频器的当前输出功率，以使得变频器的当前输出功率与预设功率阈值的比值再次落入预设波动区间内。

具体地，如图4所示，本实施例中，在预设功率限制模式下，该方法会在步骤S404中判断变频器的当前输出功率与预设功率阈值的比值是否小于预设波动区间的下限值且持续第二预设时长。如果时，那么该方法则会在步骤S405中提高变频器的输出频率，从而提高电机的转速并提高了变频器的当前输出功率，以使得变频器的当前输出功率与预设功率阈值的比值再次落入预设波动区间内。当变频器的当前输出功率与预设功率阈值的比值再次落入预设波动区间内时，该方法则会维持此时变频器的输出频率。

本实施例中，上述第二预设时长优选地同样配置为3秒。需要指出的是，在本发明的不同实施例中，上述第二预设时长可以根据实际需要配置为不同的合理值，本发明并不对上述第二预设时长的具体取值进行限定。

本实施例中，在预设功率限制模式下，当变频器的当前输入功率与预设功率阈值的比值小于预设波动区间的下限值并持续第二预设时长时，该方法会在步骤S405中按照第二预设频率变化率来提高变频器的输出频率，以使得与变频器连接的电机的转速线性提高。具体地，本实施例中，优选地，该方法通过提高变频器的输出频率，使得电机的转速以10ms升高1转的变化率提高。当然，在本发明的其它实施例中，该方法还可以控制电机的转速以其它合理变化率提高，本发明不限于此。

当变频器的负载变小时，变频器会不断提高自身输出频率，这样会导致电机的转速超过上位机所给定的电机目标转速。同时，当上位机所给定的电机目标转速降低时，变频器也可能导致电机的当前转速超过电机目标转速。

当变频器自身的输出频率使得电机的转速大于上位机传输来的电机目标转速时，此时该方法如果继续按照预设功率限制模式来控制电机的转速已经失去意义，因此本实施例中，此时该方法将会退出预设功率限制模式，而是改为根据上位机传输来的电机目标转速来控制变频器的输出频率，从而使得电机的转速能够趋近于上述电机目标转速。

具体地，如图3所示，本实施例中，在预设功率限制模式下，该方法还会在步骤S305中持续检测电机的当前转速并判断电机的当前转速是否大于电机目标转速。其中，如果电机的当前转速大于电机目标转速，那么该方法则会在步骤S306中退出预设功率限制模式，改用根据上位机传输来的电机目标转速来控制变频器的输出频率，进而通过控制变频器的输出频率来控制电机的当前转速趋近于电机目标转速。

从上述描述中可以看出，相较于现有的变频器控制方法，本发明所提供的方法能够平稳、快速、有效地对变频器的输出功率进行限制，并且在对变频器的输出功率进行限制的过程中并不会影响对电机的控制。同时，本方法利用开放的通信协议来把转速给定开放给上位机组，这样既能够保证正常工况下上位机对电机转速的控制权，又保证了在特殊情况下(例如实际功率超过功率限制)变频器可以有效地对自身的输出频率进行调节，从而达到平稳限制功率的目的。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (6)

1.一种变频器功率控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、获取变频器的当前输入功率；

步骤二、根据所述当前输入功率以及预设功率阈值，判断是否需要采用预设功率限制模式来控制所述变频器的输出频率，其中，

如果不需要，根据上位机传输来的电机目标转速来控制所述变频器的输出频率；如果需要，则启动预设功率限制模式，通过调节所述变频器的输出频率来调节其输出功率，并使得其输出功率与所述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内，其中，

在所述预设功率限制模式下，当所述当前输入功率大于所述预设功率阈值时，通过降低所述变频器的输出频率来降低所述变频器的输出功率，以使得其输出功率与所述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内；

在所述预设功率限制模式下，当所述当前输入功率与预设功率阈值的比值小于所述预设波动区间的下限值并且持续第二预设时长时，通过提高所述变频器的输出频率来提高所述变频器的输出功率，以使得输出功率与所述预设功率阈值的比值处于预设波动区间内；

在所述预设功率限制模式下，还判断电机的当前转速是否大于电机目标转速，其中，如果所述电机的当前转速大于电机目标转速，则退出所述预设功率限制模式，而改用根据所述电机目标转速来控制所述变频器的输出频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，如果所述当前输入功率大于预设功率阈值且持续第一预设时长，则判定此时需要采用预设功率限制模式来控制所述变频器的输出频率。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预设波动区间为[98％，100％]。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预设功率限制模式下，按照第一预设频率变化率降低所述变频器的输出频率，以使得与所述变频器连接的电机的转速线性降低。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述预设功率限制模式下，通过降低所述变频器的输出频率，使得所述电机的转速以10ms降低1转的变化率减低。

6.一种变频器控制装置，其特征在于，所述装置采用如权利要求1～5中任一项所述的方法来控制变频器的输出功率。

Images