CN113507237B - 一种优化变频器飞车启动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种优化变频器飞车启动的方法，属于电力电子变频器技术领域。该方法包括：S1：启动飞车功能，开始计时飞车运行时间，检测变频器输出电流；S2：判断飞车运行时间是否大于预设时间；S3：若大于，则认为变频器飞车启动失败，显示变频器飞车故障；S4：若小于等于，判断T_wait内，是否出现变频器输出电流大于倍的电机额定电流；S5：若没有出现，变频器正常运行飞车启动功能，时间清零；S6：若出现，停止飞车启动，变频器进行电机剩磁消除环节，重新返回步骤S1。本发明方法简便，无需增加额外的检测硬件，在不影响变频器原有飞车启动功能的情况下，能够有效辨别电机剩磁情况并进行消除，提高变频器飞车启动成功率。
Description
技术领域
本发明属于电力电子变频器技术领域，涉及一种优化变频器飞车启动的方法。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，以高效、节能为特点的变频器被广泛应用于冶金、炼钢等重要场合。一般情况下，变频器在电机静止状态下启动电机并控制其运行，但在某些特殊工况下，例如大型轧机停机再启动工况下，由于电机惯量巨大，等待转子停止需要较长时间，无法满足现场工艺要求。因此，飞车启动成为变频器不可缺少的功能。
飞车启动指在电机无供电、转子转速不确定情况下，变频器搜索电机转速并启动电机的功能，能够大大减少电机停机再启动所需时间。目前大部分变频器飞车启动功能建立在电机无剩磁或等待一定时间后默认电机剩磁消失的情况下，但电机剩磁消失时间与电机参数相关，时间不定，若变频器在电机仍有剩磁的情况下进行飞车启动，容易造成变频器过流，过压等故障，反而增加了电机停机再启动时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种优化变频器飞车启动的方法，在变频器原有飞车启动功能下使用本方法，能够有效辨别电机剩磁情况并进行消除，大大提高变频器飞车启动的成功率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种优化变频器飞车启动的方法，该方法包括以下步骤：
S1：飞车启动运行，开始计时飞车运行时间T_fly，检测变频器输出电流I_m；
S2：判断飞车运行时间T_fly是否大于预设时间T_motor；
S3：若T_fly>T_motor，则认为变频器飞车启动失败，显示变频器飞车故障；
S4：若T_fly≤T_motor，判断T_wait内，是否出现变频器输出电流I_m大于K倍的电机额定电流I_rate；
S5：若T_wait内，I_m≤K*I_rate，变频器正常运行飞车启动功能，时间T_fly清零；
S6：若T_wait内，出现I_m>K*I_rate，停止飞车启动，变频器进行电机剩磁消除环节，重新返回步骤S1。
可选的，所述S1中，飞车启动功能为交流异步电动机转子处于未知转速状态下变频器控制电机启动的功能。
可选的，所述S1中，从变频器飞车启动运行并输出三相电压后开始计时飞车运行时间T_fly。
可选的，所述S1中，变频器输出电流I_m为变频器三相输出电流有效值。
可选的，所述S2中，预设时间T_motor为：
T_motor＝3*Lm/Rm
其中Lm为电机励磁电抗，Rm为电机励磁电阻。
可选的，所述S4中，所述T_wait值为2～10ms。
可选的，所述S4中，所述K值为80％～100％。
可选的，所述S6中，电机剩磁消除环节为变频器每个控制周期内进行如下操作：
S601：变频器三相输出同等电压；
S602：判断变频器输出电流I_m是否大于第一设定值I_set1；
S603：若I_m>I_set1，变频器停止输出，计数器N清零；
S604：判断变频器输出电流I_m是否小于第二设定值I_set2，若满足，跳转至S601，否则跳转至S603；
S605：若I_m≤I_set1，计数值N自加1；
S606：若计数值N>设定次数N_set，跳出电机剩磁消除环节，否则跳转至S601。
可选的，所述S601中，变频器三相输出电压幅值为直流电压的0～50％。
可选的，所述S602中，第一设定值I_set1为80％电机额定电流；
所述步骤S604中，第二设定值I_set2为10％电机额定电流；
所述步骤S606中，设定次数N_set为10～200。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明方法不需要变频器额外增加检测硬件，在原有控制策略结构上直接增加本方法，能够保证变频器飞车启动效果的同时大大提高成功率，缩短电机停机再重启时间，有效提高变频器性能，能够适用于多种特殊工况。
(2)本发明方法通过变频器输出同等电压消除电机剩磁，时间短、效果佳，同时实时监控电机电流，防止电机出现过压、过电流现象。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为现有技术中一种变频器飞车启动的控制原理框图；
图2为本发明所述一种优化变频器飞车启动的方法原理流程图；
图3为本发明所述变频器消除电机剩磁方法流程图；
图4为现有技术中一种变频器飞车启动波形图；
图5为根据本发明优化后的变频器飞车启动波形图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本实施例中，采用380V/50Hz三相交流异步电机作为仿真实验对象，电机额定视在功率S＝200kVA，额定电流I_rate＝300A，电机励磁电感Lm＝12.9mH，励磁电阻Rm＝19.7mΩ。变频器控制芯片采用TI公司的TMS320C28346，软件中断周期即采样周期Ts＝1ms。
现有技术中一种变频器飞车启动控制原理框图如图1所示，飞车启动开始时，保持输出频率为电机额定频率的1.2倍，输出电压从0V线性增加，待电流到达设定值后恒压频比进行降速搜频，根据转矩电流判断是否搜索到正确转速。该通用技术在电机存在剩磁情况下，有可能出现电流冲击，其飞车启动实验波形如图4所示：
0～T1时：电机加速运行；
T1时刻：电机停机，变频器封锁输出，电机开始自由减速，但电机剩磁未知。
T2时刻：变频器使用现有飞车启动技术进行启动，由于电机剩磁存在，变频器输出电流到达400A，变频器过流故障。
基于该变频器飞车启动算法，在飞车启动初始阶段采用本发明所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其具体实施步骤如图2所示，包括以下六个步骤：
S1：变频器飞车启动运行，初始频率60Hz，输出电压从0线性上升，开始计时飞车运行时间T_fly，检测变频器输出电流I_m；
S2：根据电机参数，飞车预设时间T_motor取2s，判断飞车累积运行时间T_fly是否大于1.6s；
S3：若T_fly>2s，则认为变频器飞车启动失败，显示变频器飞车故障；
S4：若T_fly≤2s，K取值为100％，T_wait取值5ms，即5个控制周期内判断变频器输出电流I_m是否大于电机额定电流300A；
S5：若5ms内，变频器输出电流I_m≤300A，变频器正常运行飞车启动功能，时间T_fly清零；
S6：若5ms内，出现I_m>300A现象，变频器停止飞车启动功能，使用本发明方法进行电机剩磁消除，重新返回步骤S1。
所述电机剩磁消除环节框图如图3所示，在变频器每个控制周期内进行如下操作：
S601：变频器三相输出相同电平0V；
S602：第一设定值取0.8倍电机额定电流，即240A。判断变频器输出电流I_m是否大于256A；
S603：若I_m>240A，变频器停止输出，计数器N清零；
S604：I_set2取值0.1倍电机额定电流，即30A。判断变频器输出电流I_m是否小于30A，若满足，跳转至S601，否则跳转至S603；
S605：若I_m≤240A，计数值N自加1；
S606：设定次数取30，即30个控制中断周期。若计数值N>30，认为电机剩磁基本消除，跳出本电机剩磁消除环节，否则跳转至S601重复消除电机剩磁。
图5为采用本发明方法后的变频器飞车启动波形图：
0～T1时：电机加速运行；
T1时刻：电机停机，变频器封锁输出，电机开始自由减速，但电机剩磁未知。
T2时刻：变频器使用原有飞车技术进行启动，变频器输出电流大于额定电流值300A，判断电机存在剩磁，采用本发明提供的飞车启动优化方法。
T2～T3时：变频器三相输出0V，消除电机剩磁，因电流未超过第一设定值240A，因此变频器持续输出0V并开始计数，直至计数值N到达设定次数30。
T3时刻：跳出本发明提供的飞车启动优化方法，重新采用变频器原有飞车技术进行启动，变频器搜频成功并控制电机稳定运行。
采用本发明方法后，变频器能够有效分辨电机剩磁状态，消除电机剩磁对其飞车启动功能的干扰，避免该过程因电机反电动势存在造成变频器飞车失败，提高变频器飞车启动性能，扩宽其应用场景。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：飞车启动运行，开始计时飞车运行时间T_fly，检测变频器输出电流I_m；
S2：判断飞车运行时间T_fly是否大于预设时间T_motor；
S3：若T_fly>T_motor，则认为变频器飞车启动失败，显示变频器飞车故障；
S4：若T_fly≤T_motor，判断T_wait内，是否出现变频器输出电流I_m大于K倍的电机额定电流I_rate；
S5：若T_wait内，I_m≤K*I_rate，变频器正常运行飞车启动功能，时间T_fly清零；
S6：若T_wait内，出现I_m>K*I_rate，停止飞车启动，变频器进行电机剩磁消除环节，重新返回步骤S1；
所述S6中，电机剩磁消除环节为变频器每个控制周期内进行如下操作：
S601：变频器三相输出同等电压；有第一设定值I_set1>第二设定值I_set2；
S602：判断变频器输出电流I_m是否大于第一设定值I_set1；
S603：若I_m>I_set1，变频器停止输出，计数器N清零；
S604：判断变频器输出电流I_m是否小于第二设定值I_set2，若满足，跳转至S601，否则跳转至S603；
S605：若I_m≤I_set1，计数值N自加1；
S606：若计数值N>设定次数N_set，跳出电机剩磁消除环节，否则跳转至S601。
2.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S1中，飞车启动功能为交流异步电动机转子处于未知转速状态下变频器控制电机启动的功能。
3.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S1中，从变频器飞车启动运行并输出三相电压后开始计时飞车运行时间T_fly。
4.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S1中，变频器输出电流I_m为变频器三相输出电流有效值。
5.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S2中，预设时间T_motor为：
T_motor＝3*Lm/Rm
其中Lm为电机励磁电抗，Rm为电机励磁电阻。
6.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S4中，所述T_wait值为2～10ms。
7.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S4中，所述K值为80％～100％。
8.根据权利要求1所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S601中，变频器三相输出电压幅值为直流电压的0～50％。
9.根据权利要求8所述的一种优化变频器飞车启动的方法，其特征在于：所述S602中，第一设定值I_set1为80％电机额定电流；
所述步骤S604中，第二设定值I_set2为10％电机额定电流；
所述步骤S606中，设定次数N_set为10～200。
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