專利名稱：一種變頻器實現飛車啟動的方法及其變頻器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻器實現飛車啟動的方法及其變頻器。
背景技術：
一般變頻器都是在電機靜止的情形下啟動電機，但在某些特殊情況下需要啟動仍處于高速旋轉狀態中的電機時，變頻器如果按照普通的V/F=常數(或2次方等)方式控制電機，由于電機實際轉速未知及受電機反電勢的影響，在啟動過程中極易出現過流、過壓故障，導致生產受影響或變頻器損壞。在電機仍處于高速旋轉狀態時也要求啟動電機的應用場合，需要解決飛車啟動過程中出現的過流過壓問題。在現有的ー種飛車啟動方法中，變頻器啟動時，變頻器直接輸出目標頻率并一直 保持輸出這個目標頻率，但輸出的電壓不按V/F曲線輸出，而是從OV開始在預設的“電壓升速時間”內逐漸增加直至最終達到目標電壓。在電壓上升期間任意時刻送出的電壓可表示為V (N) =V (N-I) +Delta。該方法在啟動過程中只改變變頻器的電壓，在大慣量應用場合時，如果設定時間較短，則在啟動過程中容易過載、過流；在大負載應用場合，如果設的時間較長，會導致電機轉速降至很低。采用該方法吋，“電壓升速時間”是ー個很敏感的參數，需要根據エ況設定合適的值，過大或過小都會導控制效果不好。另外，飛車啟動期間其輸出的頻率恒為目標頻率不能變化，如果目標速度小于電機的實際速度，則啟動過程中電機處于再生發電狀態，會導致變頻器過壓保護而啟動失敗。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種變頻器實現飛車啟動的方法及實現該方法的變頻器，其在變頻器驅動高速旋轉電機的過程中，能防止電機過勵磁。本發明提供了一種變頻器實現飛車啟動的方法，包括以下步驟
設定變頻器的上限輸出電流Iset ；
根據電機自由旋轉可能達到的最大速度設定變頻器的上限調節頻率Fset ；
對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于所述的上限輸出電流Iset，并計算出與該實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql ；
使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到搜索到電機的轉子頻率Fr ；
在使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小的過程中，根據V/F曲線計算得到與Frql相對應的電壓值Vl以及與Frq3相對應的電壓值V2;比較Vl和V2，選擇Vl和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V ；
根據電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機；
在搜索到電機的轉子頻率Fr后，使變頻器的輸出頻率Frq3按照預設的針對給定的目標頻率Ftrg進行加減速和圓角處理的運行曲線，從轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg,之后保持Ftrg運行；
在從轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg、之后保持Ftrg運行的過程中，根據V/F曲線計算與Frq3相對應的電壓值V2，作為施加給電機的電壓V ；
根據電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機。本發明還提供了ー種用于實現上述方法的變頻器，包括上限輸出電流設定單元、上限調節頻率設定單元、電流調節單元、頻率搜索単元、曲線處理単元、電壓處理單元和PWM處理單元，其中
上限輸出電流設定單元，用于設定變頻器的上限輸出電流Iset ； 上限調節頻率設定單元，用于根據電機自由旋轉可能達到的最大速度設定變頻器的上限調節頻率Fset ；
電流調節單元，用于對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于所述的上限輸出電流Iset，并計算出與該實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql ；
頻率搜索単元，用于使頻率搜索單元的輸出頻率Frq2根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到搜索到電機的轉子頻率Fr ；
曲線處理単元，用于在頻率搜索單元搜索到電機的轉子頻率Fr前，使變頻器輸出頻率Frq3等于所述的頻率搜索単元的輸出頻率Frq2，在頻率搜索單元搜索到電機的轉子頻率Fr后，使變頻器的輸出頻率Frq3按照預設的針對給定的目標頻率Ftrg進行加減速和圓角處理的運行曲線，從所述的轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg，并將變頻器的輸出頻率Frq3發送至所述的電壓處理単元和所述的PWM處理單元；
電壓處理單元，用于根據V/F曲線計算得到與Frql相對應的電壓值Vl以及與Frq3相對應的電壓值V2;在飛車啟動階段，比較Vl和V2，選擇Vl和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V ;在正常運行階段，選擇V2作為施加給電機的電壓V ；
PWM處理單元，用于根據接收到的電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機。本發明的有益效果是
1、當電機長期處于過勵磁狀態時，容易導致電機損壞。為了保護電機，在本發明中，根據與變頻器的實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql和變頻器的輸出頻率Frq3，結合V/F特性曲線計算得到兩個相應的電壓信號，為了避免電機過勵磁，取這兩個電壓信號中的較小者作為飛車啟動過程中實際施加的電壓V，從而避免了電機因長期頻繁處于過勵磁狀態而損壞；
2、當電機實際轉向和目標速度方向不一致時，通常還需要在另ー個方向上再次進行飛車啟動過程，為了解決這ー問題，在本發明中，在變頻器的輸出頻率減小到某個閾值時(如電機額定頻率的10%)，若飛車啟動過程還未結束，則維持輸出頻率不變，并維持變頻器輸出電機驅動信號，拖動電機使電機實際轉向和目標速度方向一致。通過該方法，可使得電機實際轉向和目標速度方向不一致時，不必在另ー個方向上再次進行飛車啟動過程。
圖I是根據本發明ー種變頻器實現飛車啟動的方法的一個實施例的流程圖。
圖2是根據本發明ー個實施例的變頻器的原理框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做出進ー步說明。根據本發明一個實施例的一種變頻器實現飛車啟動的方法，包括以下步驟
步驟a，設定變頻器的上限輸出電流Iset。其中，選擇變頻器額定電流和電機額定電流
中的較小者，并以該較小者的60°/Γ 20%作為上限輸出電流Iset。步驟b，根據電機自由旋轉可能達到的最大速度設定變頻器的上限調節頻率Fset0 步驟C，對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于所述的上限輸出電流Iset,并計算出與該實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql。在一種實施方式中,所述的對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，是指對Iset和Idtc進行比較，然后將Iset與Idtc的差值進行PID調節。步驟d，使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到捜索到電機的轉子頻率Fr。在飛車啟動期間，當Frq3持續小于等于(例如
O.2秒以上)Frql吋，Frq3即為搜索到的電機轉子頻率Fr。在一種實施方式中，該預設的頻率變化曲線為具有斜坡波形的頻率變化曲線。當電機的旋轉方向與目標速度的方向不一致時，使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，當Frq3減小到ー設定的閾值吋，維持變頻器的輸出頻率Frq3不變，并維持變頻器電機驅動信號，拖動電機使電機實際轉向和目標速度方向一致。由于變頻器的輸出頻率維持不變，經過一段時間后，電機的實際轉速會和變頻器的輸出頻率保持一致，此時Frq3會持續小于等于Frql0步驟e，在使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小的過程中，根據V/F曲線計算得到與Frql相對應的電壓值Vl以及與Frq3相對應的電壓值V2;比較Vl和V2，選擇Vl和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V。步驟f，根據電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc,并輸出給電機。步驟g，在捜索到電機的轉子頻率Fr后，使變頻器的輸出頻率Frq3按照預設的針對給定的目標頻率Ftrg進行加減速和圓角處理的運行曲線，從所述的轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg,之后保持Ftrg運行。步驟h，在從轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg、之后保持Ftrg運行的過程中，根據V/F曲線計算與Frq3相對應的電壓值V2，作為施加給電機的電壓V。步驟i，根據電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc,并輸出給電機。如圖2所示，根據本發明一實施例的用于實現上述方法的變頻器，包括上限輸出電流設定單元I、上限調節頻率設定單元2、電流調節單元3、頻率搜索単元4、曲線處理単元
5、電壓處理單元6和PWM處理單元7。其中，上限輸出電流設定單元I用于設定變頻器的上限輸出電流Iset。上限調節頻率設定單元2用于根據電機自由旋轉可能達到的最大速度設定變頻器的上限調節頻率Fset0電流調節單元3用于對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于所述的上限輸出電流Iset，并計算出與該實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql。頻率搜索単元4用于使頻率搜索單元4的輸出頻率Frq2根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到搜索到電機的轉子頻率Fr。飛車啟動期間，頻率搜索單元4在Fset基礎上根據預設的具有斜坡波形的頻率變化曲線來控制減小運行頻率。曲線處理単元5用于在頻率搜索單元搜索到電機的轉子頻率Fr前，使變頻器輸出頻率Frq3等于所述的頻率搜索単元的輸出頻率Frq2，在頻率搜索單元搜索到電機的轉子頻率Fr后，使變頻器的輸出頻率Frq3按照預設的針對給定的目標頻率Ftrg進行加減速和圓角處理的運行曲線，從所述的轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg，并將變頻器的輸出頻率Frq3發送給電壓處理單元6和PWM處理單元7。飛車啟動期間頻率搜索単元4運行的實時頻率為Frq2，并且，Frq3與Frq2保持一致；飛車啟動結束后Frq3根據設定的加減速和圓角處理的運行曲線變化最終達到給定的目標頻率Ftrg。電壓處理單元6用于根據V/F曲線計算得到與Frql相對應的電壓值Vl以及與Frq3相對應的電壓值V2;在飛車啟動階段，比較Vl和V2，選擇Vl和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V ;在正常運行階段，選擇V2作為施加給電機的電壓V。飛車啟動階段對應的是變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小、直到捜索到電機的轉子頻率Fr的這個階段；正常運行階段對應的是從轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg、之后保持Ftrg運行的階段。PWM處理單元7用于根據接收到的電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機。以下用ー個具體的實施例對上述的方法進行舉例說明。在變頻器驅動風機吋，由于風力作用，啟動前電機處于自由旋轉狀態，這時其對應的實際運行頻率為Fr (該值是確實存在的，但是不知道具體值，為方便描述，假設為10Hz)。飛車啟動時的變頻器的上限輸出電流Iset例如設為電機額定電流值的80%，上限調節頻率Fset根據電機自由旋轉的最大速度設定，例如其最大速度為40Hz，則Fset設為40Hz。目標頻率Ftrg設定為30Hz。整個啟動過程可分為飛車啟動階段和正常運行階段。在飛車啟動階段，從上限調節頻率Fset開始搜索，即頻率搜索單元4根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率40Hz開始運行并自動減小，追蹤實際運行頻率Fr。在正常運行階段，曲線處理単元5按照預設的 對給定的目標頻率進行加減速和圓角處理后的運行曲線，從追蹤到的實際運行頻率平穩運行到30Hz，而非突變。電流調節單元3根據當前搜索過程的電流自動調節，并得到與搜索過程相對應的頻率Frql，并將該頻率Frql和曲線處理單元5輸出的頻率Frq3 —起送到電壓處理單元6，電壓處理單元6在保證電機不會過勵磁的前提下，計算獲得飛車啟動過程中實際施加給電機的電壓V，PWM處理單元7根據接收到的電壓V與頻率Frq3，得到三相驅動信號，實現飛車啟動過程的電機控制過程。如果飛車啟動前，電機旋轉的方向和實際給定運行方向不一致時，則頻率搜索單元4的輸出頻率減小到某個閾值(例如電機額定頻率的10%)時，保持不變直至捜索成功后，才退出飛車啟動過程以正常的方式控制電機。
權利要求
1.一種變頻器實現飛車啟動的方法，其特征在于，包括以下步驟 設定變頻器的上限輸出電流Iset ； 根據電機自由旋轉可能達到的最大速度設定變頻器的上限調節頻率Fset ； 對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于所述的上限輸出電流Iset，并計算出與該實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql ； 使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到搜索到電機的轉子頻率Fr ； 在使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小的過程中，根據V/F曲線計算得到與Frql相對應的電壓值Vl以及與Frq3相對應的電壓值V2;比較Vl和V2，選擇Vl和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V ； 根據電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機； 在搜索到電機的轉子頻率Fr后，使變頻器的輸出頻率Frq3按照預設的針對給定的目標頻率Ftrg進行加減速和圓角處理的運行曲線，從所述的轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg,之后保持Ftrg運行； 在從轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg、之后保持Ftrg運行的過程中，根據V/F曲線計算與Frq3相對應的電壓值V2，作為施加給電機的電壓V ； 根據電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機。
2.如權利要求I所述的變頻器實現飛車啟動的方法，其特征在于，所述的設定變頻器的上限輸出電流Iset是指，選擇變頻器額定電流和電機額定電流中的較小者，并以該較小者的60% 120%作為上限輸出電流Iset。
3.如權利要求I所述的變頻器實現飛車啟動的方法，其特征在干， 所述的對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，是指對Iset和Idtc進行比較，然后將Iset與Idtc的差值進行PID調節。
4.如權利要求I所述的變頻器實現飛車啟動的方法，其特征在于，所述的預設的頻率變化曲線為具有斜坡波形的頻率變化曲線。
5.如權利要求I所述的變頻器實現飛車啟動的方法，其特征在于，當電機的旋轉方向與目標速度的方向不一致時，使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，當Frq3減小到一設定的閾值時,維持變頻器的輸出頻率Frq3不變，并維持變頻器輸出電機驅動信號，拖動電機使電機實際轉向和目標速度方向一致。
6.ー種用于實現如權利要求I所述的方法的變頻器，其特征在于，包括上限輸出電流設定單元、上限調節頻率設定單元、電流調節單元、頻率搜索単元、曲線處理単元、電壓處理單元和PWM處理單元，其中 上限輸出電流設定單元，用于設定變頻器的上限輸出電流Iset ； 上限調節頻率設定單元，用于根據電機自由旋轉可能達到的最大速度設定變頻器的上限調節頻率Fset ； 電流調節單元，用于對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于所述的上限輸出電流Iset，并計算出與該實際輸出電流Idtc相對應的頻率Frql ；頻率搜索単元，用于使頻率搜索單元的輸出頻率Frq2根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到搜索到電機的轉子頻率Fr ； 曲線處理単元，用于在頻率搜索單元搜索到電機的轉子頻率Fr前，使變頻器輸出頻率Frq3等于所述的頻率搜索単元的輸出頻率Frq2，在頻率搜索單元搜索到電機的轉子頻率Fr后，使變頻器的輸出頻率Frq3按照預設的針對給定的目標頻率Ftrg進行加減速和圓角處理的運行曲線，從所述的轉子頻率Fr運行到給定的目標頻率Ftrg，并將變頻器的輸出頻率Frq3發送至所述的電壓處理単元和所述的PWM處理單元； 電壓處理單元，用于根據V/F曲線計算得到與Frql相對應的電壓值Vl以及與Frq3相對應的電壓值V2;在飛車啟動階段，比較Vl和V2，選擇Vl和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V ;在正常運行階段，選擇V2作為施加給電機的電壓V ； PWM處理單元，用于根據接收到的電壓V與變頻器的輸出頻率Frq3，得到電機的三相驅動信號Va、Vb、Vc，并輸出給電機。
7.如權利要求6所述的變頻器，其特征在于，所述的對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，是指對Iset和Idtc進行比較，然后將Iset與Idtc的差值進行PID調節。
8.如權利要求6所述的變頻器，其特征在干，所述的預設的頻率變化曲線為具有斜坡波形的頻率變化曲線。
全文摘要
本發明提供了一種變頻器實現飛車啟動的方法，包括以下步驟設定變頻器的上限輸出電流Iset；設定變頻器的上限調節頻率Fset；對變頻器的實際輸出電流Idtc進行調節，使其不得大于Iset，并計算出與Idtc相對應的頻率Frq1；使變頻器的輸出頻率Frq3根據預設的頻率變化曲線從上限調節頻率Fset開始減小，直到搜索到電機的轉子頻率Fr；根據V/F曲線計算得到與Frq1相對應的電壓值V1以及與Frq3相對應的電壓值V2;選擇V1和V2中的較小者作為施加給電機的電壓V；根據接收到的電壓V與Frq3，得到電機的三相驅動信號，并輸出給電機。本發明還提供了一種實現上述方法的變頻器。本發明在變頻器驅動高速旋轉電機的過程中，能防止電機過勵磁。
文檔編號H02P1/30GK102868330SQ20121040740
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者王文宇, 葉青, 金辛海, 葛鵬遙 申請人:上海新時達電氣股份有限公司, 上海辛格林納新時達電機有限公司