CN109660179B - 一种变频器检速启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器检速启动方法，利用变频器从初始检速频率值以频率减值为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压和电机母线的电流，当变频器检速频率值降低过程中电机母线的电压低于预设阈值同时电机母线的电流不变或增大，则变频器从零频开始启动电机；当变频器检速频率值从AHz时检测到电机母线的电压高于预设阈值同时电机母线的电流减小，在检测到的变频器检速频率值AHz上增加xHz作为变频器启动电机初始频率，使得变频器输出频率与电机的实际频率匹配，变频器输出频率从A+xHz提升输出电压到正常的V/F曲线电压，从而达到电机在原有的转速下稳定启动并加速的目的，不用增加硬件成本，不仅能节约成本，而且还能高效的满足不同应用场合的需求。

Description

一种变频器检速启动方法

技术领域

本发明属于变频器控制技术领域，具体涉及一种变频器检速启动方法。

背景技术

变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在使用变频器的过程中，由于不同的应用场合，电机的初始运行状态不同，比如风机水泵，由于风速和水流的影响，变频器在不工作的状态下电机仍有一定的转速，当变频器需要工作时，如果不能检测电机初始运行参数，直接上电启动运行的话，则可能会损坏变频器或电机。目前，市场上解决该问题的方法主要是通过检测母线电压来追踪启动频率，或者是通过转速追踪硬件电路检测电机反电动势来推算电机转速等，这两种方法的缺点，前者是只通过检测母线电压来进行判断，准确度低，后者是增加了额外的成本，占用了处理器的硬件I/O资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频器检速启动方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变频器检速启动方法，设定变频器初始检速频率值和频率减值n，变频器从初始检速频率值以频率减值n为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压和电机母线的电流，当变频器检速频率值降低过程中电机母线的电压低于预设阈值同时电机母线的电流不变或增大，则变频器从零频开始启动电机；当变频器检速频率值从AHz时检测到电机母线的电压高于预设阈值同时电机母线的电流减小，在检测到的变频器检速频率值AHz上增加xHz作为变频器启动电机初始频率，使得变频器输出频率与电机的实际频率匹配，变频器输出频率从A+xHz提升输出电压到正常的V/F曲线电压，完成检速启动。

进一步的，频率减值n通过加减速时间设定计算得到。

进一步的，X值大于或者等于频率减值n。

进一步的，变频器启动电流小于额定电流的50％。

进一步的，变频器从初始检速频率值以频率减值n为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压和电机母线的电流，当母线电压大于630V时，检测母线电流是否小于变频器启动电流的70％，如果母线电流值小于检速启动设定的电流值的70％，则检速启动小电流循环次数加1，变频器在当前检测频率上以频率减值n为递减值逐渐递减继续检测电机母线的电压和电机母线的电流，直至检速启动小电流循环次数大于阈值m次，保存当前变频器频率AHz，以A+xHz为当前实际的频率输出电压提升到正常V/F曲线的输出电压，完成检速启动；如果此时的电流值大于检速启动设定的电流值的70％，检速启动小电流循环次数清零，变频器继续以频率减值为递减值逐渐递减进行检测；

如果母线电压小于630V，判断当前变频器频率是否小于0.5Hz，如果当前变频器频率小于0.5Hz，变频器从零频启动电机；如果如果当前变频器频率大于0.5Hz，变频器继续以频率减值为递减值逐渐递减进行检测。

进一步的，检测电机母线的电压和电机母线的电流：

1)转差率公式：

S＝Δn/n₁＝(n₁-n₂)/n₁

其中，n₁为旋转磁场的转速，n₂为转子的转速，转差速度Δn＝n₁-n₂，即转差速度与同步转速的比值称为电动机的转差率S；

2)转子电流频率f₂：

f₂＝Sf₁

f₁为定子电流频率；

3)转子电动势：

E₂＝4.44f₂N₂K₂Φ＝4.44Sf₁N₂K₂Φ＝SE₂₀

式中，K₂为转子分布绕组系数，N₂为每相绕组匝数，E₂₀＝4.44f₁N₂K₂Φ为转子不动时的转子感应电动势，Φ为磁通；

4)转子每相绕组中的漏感抗：

转子电流产生漏磁通Φ_s2，它在转子每相绕组中产生漏磁电动势的有效值E_s2为：

E_s2＝I₂X_s2

X_s2＝W₂L_s2＝2лf₂L_s2＝2лsf₁L_s2

X_s2＝X₂₀s

I₂母线电流，X_s2为转子漏感抗，X₂₀＝2лf₁L_s2为转子不动时的漏感抗，L_s2为转子漏电感；

5)转子导体中的电流I₂和转子功率因数CosΦ₂

由公式可知，转子电流I₂和转子功率因数CosΦ₂都与转差率S有关，当S减小时，I₂减小，而CosΦ₂增大。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种变频器检速启动方法，利用变频器从初始检速频率值以频率减值为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压和电机母线的电流，当变频器检速频率值降低过程中电机母线的电压低于预设阈值同时电机母线的电流不变或增大，则变频器从零频开始启动电机；当变频器检速频率值从AHz时检测到电机母线的电压高于预设阈值同时电机母线的电流减小，在检测到的变频器检速频率值AHz上增加xHz作为变频器启动电机初始频率，使得变频器输出频率与电机的实际频率匹配，变频器输出频率从A+xHz提升输出电压到正常的V/F曲线电压，从而达到电机在原有的转速下稳定启动并加速的目的，不用增加硬件成本，不仅能节约成本，而且还能高效的满足不同应用场合的需求。

进一步的，在检测电压和电流过程中，检测母线电流是否小于变频器启动电流的70％，通过对检测电流的循环次数进行叠加和清零，从而保证检测过程中的准确性。

附图说明

图1本发明系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，本发明一种变频器检速启动方法，通过判断电机母线电压和母线电流的状态，来捕获电机的转速或频率，从而完成电机在原有的转速下稳定启动并加速的目的；

具体包括以下步骤：

设定变频器初始检速频率值和频率减值n，变频器从初始检速频率值以频率减值n为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压是否升高和电机母线的电流是否减小，当变频器检速频率值降低过程中没有检测到电机母线的电压升高同时电机母线的电流减小，则变频器从零频开始启动电机；当变频器检速频率值从AHz时检测到电机母线的电压升高同时电机母线的电流减小，在检测到的变频器检速频率值AHz上增加xHz作为变频器启动电机初始频率，使得变频器输出频率与电机的实际频率匹配，变频器输出频率从A+xHz提升输出电压到正常的V/F曲线电压，切换到正常运行模式，完成检速启动；X值大于或者等于频率减值n；

电机运行和控制过程中，涉及到以下计算：

1)转差率公式：

S＝Δn/n₁＝(n₁-n₂)/n₁

其中，n₁为旋转磁场的转速，n₂为转子的转速，转差速度Δn＝n₁-n₂，即转差速度与同步转速的比值称为电动机的转差率S；

转差率是分析异步电动机运行特性的一个重要参数，电动机由静止开始起动，n₂＝0，S＝1；如电动机初始转速不为零，n₂≠0，则0<S<1；随着n₂的上升，S不断下降，若n₂＝n₁，S＝0，称为理想空载；

(2)转子电流频率：

f₂＝Sf₁

若起动时电机转速为零，n₂＝0，S＝1，转子与旋转磁场的相对切割速度最大，转子电流频率f₂最高，f₂＝f₁，当转子转速逐渐提高时，变频器频率由50Hz开始往下减速，当变频器频率与电机频率相等时，电机转子的母线电流最小；

(3)转子电动势：

E₂＝4.44f₂N₂K₂Φ＝4.44Sf₁N₂K₂Φ＝SE₂₀

式中，K₂为转子分布绕组系数，N₂为每相绕组匝数，E₂₀＝4.44f₁N₂K₂Φ为转子不动时的转子感应电动势，由公式可知，转子旋转的越快，S越小，转子电动势E₂也越小，当变频器频率减小到小于电机频率时，电机由电动状态变为发电状态，这时，变频器母线电压会升高，以此作为减速追踪的标志，通过检测母线电压是否升高，可判断变频器是否捕获到电机的频率；

(4)转子每相绕组中的漏感抗：

和定子电流一样，转子电流除产生主磁通外，也还要产生漏磁通Φ_s2，它在转子每相绕组中产生漏磁电动势的有效值为：

E_s2＝I₂X_s2

X_s2＝W₂L_s2＝2лf₂L_s2＝2лsf₁L_s2

X_s2＝X₂₀s

X_s2为转子漏感抗，X₂₀＝2лf₁L_s2为转子不动时的漏感抗，由公式可知，转子旋转的越快，转子绕组中的漏感抗越小；

(5)转子导体中的电流I₂和转子功率因数CosΦ₂

由公式可知，转子电流I₂和转子功率因数CosΦ₂都与转差率S有关，当S减小时，I₂减小，而CosΦ₂增大。

nHz的大小决定了检速的快慢，以及检速成功的准确度，n越大检速越快完成，变频器对电机初始状态的影响就越小，n越小检速的准确度越高，则成功率也就越高。

检速启动开启后，变频器频率从50Hz以频率减值n开始逐渐减小进行检速，当变频器频率大于电机频率时，此时变频器处于电动状态，电机的转差率S较大；当变频器频率降到低于电机频率时，变频器此时处于发电状态，母线电压在发电状态下会升高，电机的转差率S减小，同时电流会减小，通过检测母线电压是否升高和电流是否同时减小，可判断变频器是否捕获到电机的频率，如果没有捕获到电机频率，则变频器从零频开始启动；如果捕获成功，在检测到的当前频率增加xHz，使得变频器输出频率与电机的实际频率匹配，最后快速提升输出电压到正常的V/F曲线电压，切换到正常运行模式，完成检速启动。

具体实施步骤：

步骤1)、变频器上电并开始检速；

步骤2)、检速启动电流计算，设置变频器启动电流小于额定电流的50％，有利于提高转速跟踪的准确度，避免了追踪时发生过流；

步骤3)、检速启动设定变频器频率减值nHz，检速启动开始，变频器从用户设定初始检速频率值开始以频率减值为递减值向低频递减检速，每拍会比上一拍减少nHz，频率减值nHz通过加减速时间设定计算得到；

步骤4)、计算变频器检速启动输出电压，通过检速启动V/F曲线来计算输出电压；

步骤5)、判断母线电压是否大于630V，当母线电压大于630V时，此时变频器检速频率值即为电机当前的转速频率，此时电流也会有明显减小，跳转至步骤6)，如果母线电压小于630V则执行步骤8)；

步骤6)、判断电机电流是否小于检速启动电流，当母线电压大于630V的同时，还要判断此时的电流值是否小于检速启动设定的电流值的70％，双重判断避免了由于母线电压的波动而引起误判，如果此时的电流大于检速启动设定的电流值，说明并没有捕获到电机的转速，跳转至步骤7)，如果此时的电流值小于检速启动设定的电流值的70％则跳转至步骤10)；

步骤7)、检速启动小电流循环次数清零，由于电流判断没有通过，所以对循环次数清零，避免累加发生误判，跳转到步骤3)继续检速；

步骤8)、判断当前变频器频率是否小于0.5Hz，检速过程中频率逐渐减小，如果此时的变频器频率已经小于0.5Hz，说明电机处于静止状态，变频器跳转到步骤9)从零频开始进入正常启动模式；如果当前变频器频率大于0.5Hz，则跳转到步骤3)继续检速；

步骤9)、零频启动，频率给定0Hz，跳转到步骤15)，结束检速启动，切换到正常启动模式；

步骤10)、检速启动小电流循环次数加1，如果电压大于630V且电流小于检速启动小电流值的70％，则计数加1；

步骤11)、判断检速启动小电流循环次数是否超过阈值m次，如果循环计数没有到达阈值m次，则跳转到步骤3)继续检速；当循环次数达到m次，本设计m取值为2；说明此时变频器检测到了电机的转速(频率)，执行步骤12)；

步骤12)、当循环次数达到m次，说明此时变频器检测到了电机的转速(频率)，频率捕获成功，保存当前变频器频率AHz；

步骤13)、在当前频率增加xHz，由于检速的过程会使电机的转速(频率)提高，如果按照步骤12)保存的频率切换到正常模式运行，此时电机的实际转速(频率)低于计算得到的转速(频率)，如果强行运行，会导致变频器过压，故在步骤12)的频率基础上增加xHz，即(A+x)Hz，作为当前实际的频率；

步骤14)、变频器从当前实际的频率输出电压提升到正常V/F曲线的输出电压；

步骤15)、检速结束，进入正常运行。

Claims (6)

1.一种变频器检速启动方法，其特征在于，设定变频器初始检速频率值和频率减值n，变频器从初始检速频率值以频率减值n为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压和电机母线的电流，当变频器检速频率值降低过程中电机母线的电压低于预设阈值同时电机母线的电流不变或增大，则变频器从零频开始启动电机；当变频器检速频率值从AHz时检测到电机母线的电压高于预设阈值同时电机母线的电流减小，在检测到的变频器检速频率值AHz上增加xHz作为变频器启动电机初始频率，使得变频器输出频率与电机的实际频率匹配，变频器输出频率从A+xHz提升输出电压到正常的V/F曲线电压，完成检速启动。

2.根据权利要求1所述的一种变频器检速启动方法，其特征在于，频率减值n通过加减速时间设定计算得到。

3.根据权利要求1或2所述的一种变频器检速启动方法，其特征在于，X值大于或者等于频率减值n。

4.根据权利要求1所述的一种变频器检速启动方法，其特征在于，变频器启动电流小于额定电流的50％。

5.根据权利要求3所述的一种变频器检速启动方法，其特征在于，变频器从初始检速频率值以频率减值n为递减值逐渐递减同时检测电机母线的电压和电机母线的电流，当母线电压大于630V时，检测母线电流是否小于变频器启动电流的70％，如果母线电流值小于检速启动设定的电流值的70％，则检速启动小电流循环次数加1，变频器在当前检测频率上以频率减值n为递减值逐渐递减继续检测电机母线的电压和电机母线的电流，直至检速启动小电流循环次数大于阈值m次，保存当前变频器频率AHz，以A+xHz为当前实际的频率输出电压提升到正常V/F曲线的输出电压，完成检速启动；如果此时的电流值大于检速启动设定的电流值的70％，检速启动小电流循环次数清零，变频器继续以频率减值为递减值逐渐递减进行检测；

如果母线电压小于630V，判断当前变频器频率是否小于0.5Hz，如果当前变频器频率小于0.5Hz，变频器从零频启动电机；如果如果当前变频器频率大于0.5Hz，变频器继续以频率减值为递减值逐渐递减进行检测。

6.根据权利要求1所述的一种变频器检速启动方法，其特征在于，检测电机母线的电压和电机母线的电流与电机转速关系：

1)转差率公式：

S＝Δn/n₁＝(n₁-n₂)/n₁

其中，n₁为旋转磁场的转速，n₂为转子的转速，转差速度Δn＝n₁-n₂，即转差速度与同步转速的比值称为电动机的转差率S；

2)转子电流频率f₂：

f₂＝Sf₁

f₁为定子电流频率；

3)转子电动势：

E₂＝4.44f₂N₂K₂Φ＝4.44Sf₁N₂K₂Φ＝SE₂₀

式中，K₂为转子分布绕组系数，N₂为每相绕组匝数，E₂₀＝4.44f₁N₂K₂Φ为转子不动时的转子感应电动势，Φ为磁通；

4)转子每相绕组中的漏感抗：

转子电流产生漏磁通Φ_s2，它在转子每相绕组中产生漏磁电动势的有效值E_s2为：

E_s2＝I₂X_s2

X_s2＝W₂L_s2＝2лf₂L_s2＝2лsf₁L_s2

X_s2＝X₂₀s

I₂母线电流，X_s2为转子漏感抗，X₂₀＝2лf₁L_s2为转子不动时的漏感抗，L_s2为转子漏电感；

5)转子导体中的电流I₂和转子功率因数CosΦ₂

由公式可知，转子电流I₂和转子功率因数CosΦ₂都与转差率S有关，当S减小时，I₂减小，而CosΦ₂增大。

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