CN110581675B - 一种智能电机驱动控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电机驱动控制装置，该装置连接电网电源与电机，该装置包括有复合变频器、控制器与检测器，复合变频器设置在电网电源与电机之间，并分别与电网电源和电机连接；检测器分别对电网电源和电机设置检测端，检测器与控制器连接；控制器还与复合变频器连接，复合变频器受控选通。本发明还提供一种智能电机驱动控制方法，该方法为：电机启动时，所述控制器控制软启动单元对电机进行软启动；电机启动后，使用可变电压可变频率调节模式调节、调压调速模式调节、旁路接触开关接通三种方式运行，所述电机直接与电网电源连接。以上装置与方法简化了电路、减少了主回路的谐波污染、控制方便。

Description

一种智能电机驱动控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于电机驱动技术领域，特别涉及一种电机的智能化控制方法。

背景技术

电机，是指以电磁感应定律为基础，实现机械能与电能之间的特性转换的机械装置。电机一般包括有变压器与旋转电机两大类。电机在具体应用时，受其具体应用场景、源动力状况、负载状况、性能需求等因素影响，常需对电机进行驱动控制。其中最常见的，往往是电机启动过程的控制，及电机工作过程中变速控制。

电机的启动过程往往伴随有启动大电流，这样的启动大电流容易冲击电网和电机，影响电机的使用寿命，对电网稳定运行不利。传统的电机控制技术中，为解决启动大电流的问题，常使用全压直接启动、自耦减压启动、y-δ启动、软启动器启动以及变频器启动等方法启动电机，而这其中，以软启动器启动以及变频器启动适用范围最为广泛、可控性最强、应用价值最高。

使用软启动器启动电机时需要用到软启动器，软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，使得电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免电路中因为出现启动大电流而发生跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，此时软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，将电机定子正常接入电源，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，同时可避免电网避免了谐波污染。

软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，电机转数逐渐下降到零，避免硬停车引起的转矩冲击。

交流异步电机中应用软启动器时，通常采用移相减压的控制方法，利用晶闸管移相减压的方法来限制电流并以此启动电机。但是，由于交流异步电机的的电压与转矩的平方呈正比，因此传统的电机软启动器无法带载启动，产业机械、机床行业无法使用，只能应用在流体机械负载中，但即使应用在流体机械负载情况下，如负载中存在回风或摩擦性负载，使用软启动器仍然难以顺利启动。

使用变频器控制电机的启动与变速运行也是一种常用的电机驱动控制方法，变频器是应用变频技术与微电子技术，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。传统的变频器一般由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成，是将交流电变为直流电、再变为交流电的技术。将变频器设置在电源与电机之间，可将电机与电源连接起来，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

然而，使用变频器往往为电网带来电流谐波污染和EMI干扰，为电机带来PWM电机噪声干扰，并因此带来增大驱动系统的损耗，降低电能效率等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种智能电机控制装置，利用该装置控制电机可适应多种类型负载，不对电网产生谐波污染，在极大地简化电机控制装置的同时，降低了装置成本。

本发明的另一个目的在于提供一种智能电机控制方法，该方法能有效降低电机启动电流、并在后续电机的工作过程中，针对电机不同的转速情况分级控制电机，保证电机运行平稳，控制方便。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种智能电机驱动控制装置，该装置连接电网电源与电机，该装置包括有复合变频器、控制器与检测器，复合变频器设置在电网电源与电机之间，并分别与电网电源和电机连接；检测器分别对电网电源和电机设置检测端，检测器与控制器连接；控制器还与复合变频器连接，复合变频器受控选通。

本发明提供智能电机驱动控制装置适用于单相或三相的电机，其适用的电压范围包括有低压及中高压。本发明提供的智能电机驱动控制装置设置有复合变频器，该变频器不仅在电机启动过程中起软启动器的作用，还在电机运行过程中，复合变频器还起到了变频或变压功能。本发明中设置的控制器为本控制装置的的控制中心，技术人员可根据控制需求，对控制器中烧录对应的控制程序，以此实现电机的自动智能化控制。

复合变频器包括有软启动单元，软启动单元包括有的第一晶闸管和第二晶闸管，第一晶闸管和第二晶闸管反向并联；第一晶闸管与第二晶闸管的其中一个公共端连接电网电源，第一晶闸管和第二晶闸管另一个公共端连接电机。

复合变频器还包括有旁路接触开关，旁路接触开关与软启动单元并联，且旁路接触开关与控制器连接，旁路接触开关受控选通。

检测器包括有电源电压检测单元、电机电流故障检测单元和电机温度检测单元，电源电压检测单元设置在电网电源与控制器之间，检测电网电源的电压情况；电机电流故障检测单元设置在电机与控制器之间，检测电机的电流故障情况；电机温度检测单元设置在电机与控制器之间，检测电机的温度变化情况。

设置多种传感器可有效为控制器的控制提供实时参数，方便控制器根据电机的实时运行情况控制复合变频器。

应该强调的是，本发明中涉及的控制器、电源电压检测单元、电机电流故障检测单元和电机温度检测单元，所有可以实现逻辑控制、电压检测、电流检测、温度检测的器件或器件组合，均可应用在本发明中，并包括在本发明的保护范围内。

本发明还提供一种智能电机驱动控制方法，该方法为：电机启动时，所述控制器控制软启动单元对电机进行软启动；电机启动后，如电机运行在低速状态，则使用可变电压可变频率调节模式调节；如电机运行在中高速状态，则使用调压调速模式调节；如电机运行在全速状态，则控制器控制的旁路接触开关接通，所述电机直接与电网电源连接。

进一步地，可变电压可变频率模式具体为：控制器移相触发软启动单元，在需求时间内，分时选通电网电源输送的电压，得到需求的电压积分结果，以此控制电机，将其转速调节到需求转速处。

调压调速模式具体为：控制器控制软启动单元，改变电机定子电压以此实现调速的技术。

基于现有的交流电机研究可以得知：交流异步电机中的电压为其中，V为定子电压，f为电网电源的频率，N为定子线圈匝数，/>为电机的磁通。/>与电机转矩直接相关。如电机制造成型，则定子线圈匝数固定且可知，那么可推导得知/>其中K为常数。

由上式可知：对于交流异步电机只要同时正比例的调整电压与频率就能够得到恒磁通，进而实现恒转矩输出的启动特性。

当电机需要运行在低速状态下时，电机的工作频率与工频像差较大，但由于频率是时间的倒数，因此获取得到频率即可求得时间。在设定的频率下把该段时间内，利用移相触发晶闸管角度的方式控制通过的电压周波数来得到积分电压，最终得到需求幅值的电压，实现电机的调节。

当电机需要运行在中高速状态下时，电机的工作频率接近工频，控制器控制软启动单元，利用调压调速的方法调节电机。

当电机需要全速运行时，控制器控制旁路解除开关接通，电机直接接入电网。

使用以上的电机驱动控制装置及其控制方法，一方面在电路架构上极大地简化了电路，另一方面还由于主回路中没有容性及感性负载，极大地降低了电路的谐波污染，该驱动电路在运行过程中不产生无线电干扰、不产生PWM电磁噪声干扰，其装置运行效率高、损耗小，体积小，成本低。

附图说明

图1是本发明所实现的智能电机驱动控制装置遇到电网电源和电机组合的电路架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

参见图1所示，在本具体实施方式中提供一种智能电机驱动控制装置，该装置连接电网电源与电机，该装置包括有复合变频器、控制器与检测器，复合变频器设置在电网电源与电机之间，并分别与电网电源和电机连接；检测器分别对电网电源和电机设置检测端，检测器与控制器连接；控制器还与复合变频器连接，复合变频器受控选通。

本具体实施方式提供的智能电机驱动控制装置适用于单相或三相的电机，其适用的电压范围包括有低压及中高压。本发明提供的智能电机驱动控制装置设置有复合变频器，该变频器不仅在电机启动过程中起软启动器的作用，还在电机运行过程中，复合变频器还起到了变频或变压功能。本发明中设置的控制器为本控制装置的的控制中心，技术人员可根据控制需求，对控制器中烧录对应的控制程序，以此实现电机的自动智能化控制。

复合变频器包括有软启动单元，软启动单元包括有的第一晶闸管和第二晶闸管，第一晶闸管和第二晶闸管反向并联；第一晶闸管与第二晶闸管的其中一个公共端连接电网电源，第一晶闸管和第二晶闸管另一个公共端连接电机。

复合变频器还包括有旁路接触开关，旁路接触开关与软启动单元并联，且旁路接触开关与控制器连接，旁路接触开关受控选通。

检测器包括有电源电压检测单元、电机电流故障检测单元和电机温度检测单元，电源电压检测单元设置在电网电源与控制器之间，检测电网电源的电压情况；电机电流故障检测单元设置在电机与控制器之间，检测电机的电流故障情况；电机温度检测单元设置在电机与控制器之间，检测电机的温度变化情况。

设置多种传感器可有效为控制器的控制提供实时参数，方便控制器根据电机的实时运行情况控制复合变频器。

应该强调的是，本发明中涉及的控制器、电源电压检测单元、电机电流故障检测单元和电机温度检测单元，所有可以实现逻辑控制、电压检测、电流检测、温度检测的器件或器件组合，均可应用在本发明中，并包括在本发明的保护范围内。

本发明还提供一种智能电机驱动控制方法，该方法为：电机启动时，所述控制器控制软启动单元对电机进行软启动；电机启动后，如电机运行在低速状态，则使用可变电压可变频率调节模式调节；如电机运行在中高速状态，则使用调压调速模式调节；如电机运行在全速状态，则控制器控制的旁路接触开关接通，所述电机直接与电网电源连接。

进一步地，可变电压可变频率模式具体为：控制器移相触发软启动单元，在需求时间内，分时选通电网电源输送的电压，得到需求的电压积分结果，以此控制电机，将其转速调节到需求转速处。

调压调速模式具体为：控制器控制软启动单元，改变电机定子电压以此实现调速的技术。

基于现有的交流电机研究可以得知：交流异步电机中的电压为其中，V为定子电压，f为电网电源的频率，N为定子线圈匝数，/>为电机的磁通。/>与电机转矩直接相关。如电机制造成型，则定子线圈匝数固定且可知，那么可推导得知/>其中K为常数。

由上式可知：对于交流异步电机只要同时正比例的调整电压与频率就能够得到恒磁通，进而实现恒转矩输出的启动特性。

当电机需要运行在低速状态下时，电机的工作频率与工频像差较大，但由于频率是时间的倒数，因此获取得到频率即可求得时间。在设定的频率下把该段时间内，利用移相触发晶闸管角度的方式控制通过的电压周波数来得到积分电压，最终得到需求幅值的电压，实现电机的调节。

当电机需要运行在中高速状态下时，电机的工作频率接近工频，控制器控制软启动单元，利用调压调速的方法调节电机。

当电机需要全速运行时，控制器控制旁路解除开关接通，电机直接接入电网。

使用以上的电机驱动控制装置及其控制方法，一方面在电路架构上极大地简化了电路，另一方面还由于主回路中没有容性及感性负载，极大地降低了电路的谐波污染，该驱动电路在运行过程中不产生无线电干扰、不产生PWM电磁噪声干扰，其装置运行效率高、损耗小，体积小，成本低。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能电机驱动控制装置，该装置连接电网电源与电机，其特征在于，该装置包括有复合变频器、控制器与检测器，所述复合变频器设置在电网电源与电机之间，并分别与电网电源和电机连接；所述检测器分别对电网电源和电机设置检测端，所述检测器与控制器连接；所述控制器还与变频器连接，所述复合变频器受控选通；

所述复合变频器还包括有旁路接触开关，所述旁路接触开关与软启动单元并联，且所述旁路接触开关与控制器连接，所述旁路接触开关受控选通；

该智能电机驱动控制装置用于对电机进行软启动控制和运行状态控制调节，电机启动后，在低速运行状态进行保持恒磁通的连续变压变频模式调节，在中高速运行状态进行调压调速模式调节，在全速运行状态控制电机直接连接电网电源；

所述调压调速模式为：控制器控制软启动单元，改变电机定子电压以此实现调速的技术。

2.如权利要求1所述的智能电机驱动控制装置，其特征在于，所述复合变频器包括有软启动单元，所述软启动单元包括有的第一晶闸管和第二晶闸管，所述第一晶闸管和第二晶闸管反向并联；所述第一晶闸管与第二晶闸管的其中一个公共端连接电网电源，所述第一晶闸管和第二晶闸管另一个公共端连接电机。

3.如权利要求1所述的智能电机驱动控制装置，其特征在于，所述检测器包括有电源电压检测单元、电机电流故障检测单元和电机温度检测单元，所述电源电压检测单元设置在电网电源与控制器之间，检测电网电源的电压情况；所述电机电流故障检测单元设置在电机与控制器之间，检测电机的电流故障情况；所述电机温度检测单元设置在电机与控制器之间，检测电机的温度变化情况。

4.一种智能电机驱动控制方法，其特征在于，该方法为：电机启动时，控制器控制软启动单元对电机进行软启动；所述电机启动后，如电机运行在低速状态，则使用可变电压可变频率调节模式调节；如电机运行在中高速状态，则使用调压调速模式调节；如电机运行在全速状态，则控制器控制的旁路接触开关接通，所述电机直接与电网电源连接；

所述调压调速模式具体为：控制器控制软启动单元，改变电机定子电压以此实现调速的技术。

5.如权利要求4所述的智能电机驱动控制方法，其特征在于，

所述可变电压可变频率模式具体为：控制器移相触发软启动单元，在需求时间内，分时选通电网电源输送的电压，得到需求的电压积分结果，以此控制电机，将其转速调节到需求转速处。