蒸呢機變頻器頻率輸出方法、蒸呢機變頻器及蒸呢的制造方法
【專利摘要】一種蒸呢機變頻器頻率輸出方法，通過測算卷輥卷徑的變化來改變變頻器輸出頻率，以保持材料的線速度恒定，不需要額外增加測速輥和測速編碼器，降低了硬件和軟件開發成本，還降低了蒸呢機的結構設計難度。本發明還公開一種蒸呢機變頻器和蒸呢機。
【專利說明】蒸呢機變頻器頻率輸出方法、蒸呢機變頻器及蒸呢機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及變頻器領域，特別涉及一種蒸呢機變頻器頻率輸出方法、蒸呢機變頻 器及蒸呢機。
【背景技術】
[0002] 在蒸呢機中，需要布料在蒸輥和包布輥之間進行收放，當蒸輥作為放卷輥時，包布 輥作為于收卷輥；當包布輥作為放卷輥時，蒸輥作為收卷輥；兩卷輥均由電機帶動。在一些 蒸呢機中，兩輥的電機均由變頻器控制。在收放過程中，一卷輥變頻器控制布料收放速度， 另一卷輥的變頻器控制布料張力恒定。大部分蒸呢機中，控制收放速度的變頻器僅控制電 機運行轉速恒定，但由于繞卷在卷輥上的布料的變化，導致布料卷徑（卷輥加上布料的直 徑）發生變化，從而導致在卷輥轉速恒定的情況下，布料實際的線速度并不恒定。少部分蒸 呢機為了達到布料線速度的恒定，額外增加了測速輥和測速編碼器，將測速編碼器的信號 反饋給PLC或變頻器，由PLC或變頻器進行恒線速度控制。但是這樣會增加測速輥和測速 編碼器的硬件成本，增加測速輥也給整個蒸呢機的結構設計增加了難度，同時PLC的程序 開發也增加了蒸呢機的開發難度。
【發明內容】
[0003] 基于此，有必要提供一種低成本的用于控制布料線速度恒定的蒸呢機變頻器頻率 輸出方法，以及提供一種蒸呢機變頻器和蒸呢機。
[0004] -種蒸呢機變頻器頻率輸出方法，材料的所需線速度為V，變頻器所需輸出頻率為 F，電機旋轉頻率為H)，機械傳動比為K，單層材料厚度為d，初始時卷輥加上所述材料的直 徑為D0,電機極對數為P，包括步驟：
[0005] 獲取當前的電機轉速V1 ;
[0006] 獲取變頻器運行時間T ;
[0007] 獲取材料的當前線速度v0,其中：
[0008] ν0 = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*V1/K ;
[0009] 通過ν和ν0得到頻率調節量Fd ;
[0010] 獲取并輸出變頻器所需輸出頻率F，其中：F = RHFd。
[0011] 在其中一個實施例中，所述獲取當前的電機轉速VI的步驟包括：
[0012] 獲取電機參數；
[0013] 檢測變頻器的輸出電流值；
[0014] 通過克拉克變換將所述輸出電流值變換為二相靜止坐標系下的電流值；
[0015] 通過矢量控制算法獲取電機旋轉頻率和當前的電機轉速VI。
[0016] 在其中一個實施例中，所述電機參數包括：額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻 率、額定轉速、電機定子電阻、轉子電阻、漏感、互感、空載電流。
[0017] 在其中一個實施例中，所述輸出電流值為電機的三相電流值。
[0018] 在其中一個實施例中，所述變頻器運行時間T通過定時中斷方法獲取。
[0019] 一種蒸呢機變頻器，材料的所需線速度為V，變頻器所需輸出頻率為F，電機旋轉 頻率為R)，機械傳動比為Κ，單層材料厚度為d，初始時卷輥加上所述材料的直徑為D0,包括 速度辨識模塊，計時模塊，計算模塊和頻率輸出模塊，所述速度辨識模塊、所述計時模塊、所 述頻率輸出模塊分別和所述計算模塊通信連接；
[0020] 所述速度辨識模塊用于獲取當前的電機轉速VI ;
[0021] 所述計時模塊用于獲取變頻器運行時間T ;
[0022] 所述計算模塊用于計算材料的當前線速度vO和頻率調節量Fd，其中：
[0023] ν0 = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K ;
[0024] 所述計算模塊用于獲取變頻器所需輸出頻率F，其中：F = RHFd ;
[0025] 所述頻率輸出模塊用于輸出變頻器所需輸出頻率F。
[0026] 在其中一個實施例中，所述速度辨識模塊包括參數獲取單元、檢測單元和計算單 元，所述參數獲取單元、所述檢測單元分別和所述計算單元通信連接；
[0027] 所述參數獲取單元用于獲取電機參數；
[0028] 所述檢測單元用于檢測變頻器的輸出電流值；
[0029] 所述計算單元用于通過克拉克變換將所述輸出電流值變換為二相靜止坐標系下 的電流值；
[0030] 所述計算單元還用于通過矢量控制算法獲取電機旋轉頻率和當前的電機轉速 VI。
[0031] 在其中一個實施例中，所述計時模塊包括定時器。
[0032] -種蒸呢機，包括上述的蒸呢機變頻器。
[0033] 在其中一個實施例中，上述蒸呢機還包括空間矢量脈寬調制設備和智能功率模塊 設備，所述蒸呢機變頻器用于為所述空間矢量脈寬調制設備提供所述蒸呢機變頻器所需輸 出頻率F，所述空間矢量脈寬調制設備用于根據所述蒸呢機變頻器所需輸出頻率F控制所 述智能功率模塊設備，所述智能功率模塊設備用于控制電機。
[0034] 上述蒸呢機變頻器頻率輸出方法、蒸呢機變頻器和蒸呢機，通過測算卷輥卷徑的 變化來改變變頻器輸出頻率，以保持材料的線速度恒定，不需要額外增加測速輥和測速編 碼器，降低了硬件和軟件開發成本，還降低了蒸呢機的結構設計難度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035] 圖1為一實施例的蒸呢機變頻器頻率輸出方法的流程圖；
[0036] 圖2為一實施例的獲取當前的電機轉速VI的流程圖；
[0037] 圖3為一實施例的蒸呢機變頻器的模塊圖；
[0038] 圖4為一實施例的速度辨識模塊的模塊圖；
[0039] 圖5為一實施例的蒸呢機的模塊圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述。在下面描述中，符號*代 表乘號，符號/代表除號。
[0041] 圖1為一實施例的蒸呢機變頻器頻率輸出方法的流程圖。
[0042] 見圖1，材料的所需線速度為V，變頻器所需輸出頻率為F，電機旋轉頻率為F0,機 械傳動比為K，單層材料厚度為d，初始時卷輥加上所述材料的直徑為D0, 一種蒸呢機變頻 器頻率輸出方法，包括步驟：
[0043] 步驟S100 :獲取當前的電機轉速VI。通過當前的電機轉速VI獲取當前的卷輥轉 速V2,其中V2 = Vl/Κ。當前的電機轉速VI和當前的卷輥轉速V2都是以"轉數/時間"為 單位的，時間可以是分。
[0044] 步驟S200 :獲取變頻器運行時間T。
[0045] 步驟S300 :獲取材料的當前線速度vO,其中：
[0046] νΟ = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*V1/K。
[0047] 步驟S400 :通過v和vO得到頻率調節量Fd。
[0048] 步驟S500 :獲取并輸出變頻器所需輸出頻率F，其中：F = RHFd。
[0049] 步驟S300中vO的獲取過程如下：獲取卷繞在卷輥上的材料的層數C，其中C = V2*T。接著獲取卷輥加上材料的直徑D，其中D = D0+2*d*C。然后通過公式v0= Ji*D*V2， 得到 vO = π *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K。
[0050] 電機旋轉頻率為FO在剛開始時，可以通過公式FO = 0來得到。
[0051] 上述蒸呢機變頻器頻率輸出方法，通過測算卷輥卷徑的變化來改變變頻器輸出頻 率，以保持材料的線速度恒定，不需要額外增加測速輥和測速編碼器，降低了硬件和軟件開 發成本，還降低了蒸呢機的結構設計難度。
[0052] 卷輥在本實施例中為收卷輥，，電機為帶動卷輥轉動的電機。在其他實施例中，可 以按照實際的需求來選擇是收卷輥或者放卷輥。在本實施例中單層材料厚度為d可以預先 測定。
[0053] 步驟S100中，見圖2,獲取當前的電機轉速VI的步驟包括：
[0054] 步驟S110 :獲取電機參數。電機參數包括：額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻 率、額定轉速、電機定子電阻、轉子電阻、漏感、互感、空載電流。剛開始時，可以通過變頻器 操作面板輸入電機的銘牌值，例如額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉速。然 后通過內置于變頻器的參數自整定功能獲得電機的定子電阻、轉子電阻、漏感、互感、空載 電流等參數。
[0055] 步驟S120 :檢測變頻器的輸出電流值。通過相電流檢測電路將電機二相電流檢測 出來，然后根據三相電流總和為零，求出第三相電流。
[0056] 步驟S130 :通過克拉克變換將輸出電流值變換為二相靜止坐標系下的電流值。
[0057] 步驟S140 :通過矢量控制算法獲取電機旋轉頻率R)以及當前的電機轉速VI。將 二相靜止坐標系下的電流輸入矢量控制模塊，通過矢量控制算法辨識電機旋轉頻率，得到 電機旋轉頻率以及當前的電機轉速VI。
[0058] 步驟S200中，變頻器運行時間T可以通過定時中斷方法獲取。
[0059] 本發明還公開一種蒸呢機變頻器和蒸呢機。
[0060] 見圖3, 一種蒸呢機變頻器，材料的所需線速度為V，變頻器所需輸出頻率為F，電 機旋轉頻率為H)，機械傳動比為K，單層材料厚度為d，初始時卷輥加上所述材料的直徑為 D0,包括速度辨識模塊100,計時模塊200,計算模塊300和頻率輸出模塊400,速度辨識模塊 100、計時模塊200、400頻率輸出模塊分別和計算模塊200通信連接。
[0061] 速度辨識模塊100用于獲取當前的電機轉速VI。還用于獲取當前的卷輥轉速V2， 其中 V2 = V1/K。
[0062] 計時模塊200用于獲取變頻器運行時間T。計時模塊200在本實施例中包括定時 器。
[0063] 計算模塊300用于計算材料的當前線速度vO和頻率調節量Fd，其中：
[0064] vO = Ji*(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K。vO的獲取過程如下：獲取卷繞在卷輥上的材料 的層數C，其中C = V2*T。接著獲取卷輥加上材料的直徑D，其中D = D0+2*d*C。然后通過公 式 vO = Ji *D*V2,得到 νΟ = π * (D0+2*d*Vl*T/K) *V1/K。計算模塊 300包括PID (Proportion Integration Differentiation)調節器，將材料的所需線速度為v和材料的當前線速度v0 輸入PID調節器，即可得到頻率調節量Fd。
[0065] 計算模塊300用于獲取變頻器所需輸出頻率F，其中：F = RHFd。電機旋轉頻率 為在剛開始時，可以通過公式= 〇來得到。
[0066] 頻率輸出模塊400用于輸出變頻器所需輸出頻率F。
[0067] 見圖4,速度辨識模塊100包括參數獲取單元110、檢測單元120和計算單元130， 參數獲取單元110、檢測單元120分別和計算單元130通信連接。
[0068] 參數獲取單元110用于獲取電機參數。
[0069] 檢測單元120用于檢測變頻器的輸出電流值。
[0070] 計算單元130用于通過克拉克變換將輸出電流值變換為二相靜止坐標系下的電 流值。
[0071] 計算單元130還用于通過矢量控制算法獲取電機旋轉頻率R)和獲取當前的電機 轉速VI。
[0072] 見圖5, 一種蒸呢機，包括上述的蒸呢機變頻器10、空間矢量脈寬調制（SVPWM， Space Vector Pulse Width Modulation)設備 20 和智能功率模塊（IPM，Intelligent Power Module)設備30,蒸呢機變頻器10用于為空間矢量脈寬調制設備20提供蒸呢機變 頻器10所需輸出頻率F，空間矢量脈寬調制設備20用于根據蒸呢機變頻器10所需輸出頻 率F控制智能功率模塊設備30,智能功率模塊設備30用于控制電機40。步驟S140中的矢 量控制模塊即包括空間矢量脈寬調制設備20。
[0073] 上述蒸呢機變頻器和蒸呢機，通過測算卷輥卷徑的變化來改變變頻器輸出頻率， 以保持材料的線速度恒定，不需要額外增加測速輥和測速編碼器，降低了硬件和軟件開發 成本，還降低了蒸呢機的結構設計難度。
[0074] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種蒸呢機變頻器頻率輸出方法，材料的所需線速度為V，變頻器所需輸出頻率為 F，電機旋轉頻率為H)，機械傳動比為K，單層材料厚度為d，初始時卷輥加上所述材料的直 徑為DO，其特征在于，包括步驟： 獲取當前的電機轉速VI ; 獲取變頻器運行時間T ; 獲取材料的當前線速度v〇,其中： vO = Ji *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K ; 通過v和vO得到頻率調節量Fd ; 獲取并輸出變頻器所需輸出頻率F，其中：F = RHFd。
2. 根據權利要求1所述的蒸呢機變頻器頻率輸出方法，其特征在于，所述獲取當前的 電機轉速VI的步驟包括： 獲取電機參數； 檢測變頻器的輸出電流值； 通過克拉克變換將所述輸出電流值變換為二相靜止坐標系下的電流值； 通過矢量控制算法獲取電機旋轉頻率和當前的電機轉速VI。
3. 根據權利要求2所述的蒸呢機變頻器頻率輸出方法，其特征在于，所述電機參數包 括：額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉速、電機定子電阻、轉子電阻、漏感、互 感、空載電流。
4. 根據權利要求2所述的蒸呢機變頻器頻率輸出方法，其特征在于，所述輸出電流值 為電機的三相電流值。
5. 根據權利要求1所述的蒸呢機變頻器頻率輸出方法，其特征在于，所述變頻器運行 時間T通過定時中斷方法獲取。
6. -種蒸呢機變頻器，材料的所需線速度為V，變頻器所需輸出頻率為F，電機旋轉頻 率為H)，機械傳動比為K，單層材料厚度為d，初始時卷輥加上所述材料的直徑為D0,其特征 在于，包括速度辨識模塊，計時模塊，計算模塊和頻率輸出模塊，所述速度辨識模塊、所述計 時模塊、所述頻率輸出模塊分別和所述計算模塊通信連接； 所述速度辨識模塊用于獲取當前的電機轉速VI ; 所述計時模塊用于獲取變頻器運行時間T ; 所述計算模塊用于計算材料的當前線速度v〇和頻率調節量Fd，其中： vO = Ji *(D0+2*d*Vl*T/K)*Vl/K ; 所述計算模塊用于獲取變頻器所需輸出頻率F，其中：F = RHFd ; 所述頻率輸出模塊用于輸出變頻器所需輸出頻率F。
7. 根據權利要求6所述的蒸呢機變頻器，其特征在于，所述速度辨識模塊包括參數獲 取單元、檢測單元和計算單元，所述參數獲取單元、所述檢測單元分別和所述計算單元通信 連接； 所述參數獲取單元用于獲取電機參數； 所述檢測單元用于檢測變頻器的輸出電流值； 所述計算單元用于通過克拉克變換將所述輸出電流值變換為二相靜止坐標系下的電 流值； 所述計算單元還用于通過矢量控制算法獲取電機旋轉頻率Η)和當前的電機轉速VI。
8. 根據權利要求6所述的蒸呢機變頻器，其特征在于，所述計時模塊包括定時器。
9. 一種蒸呢機，其特征在于，包括權利要求6?8任一項所述的蒸呢機變頻器。
10. 根據權利要求9所述的蒸呢機，其特征在于，還包括空間矢量脈寬調制設備和智能 功率模塊設備，所述蒸呢機變頻器用于為所述空間矢量脈寬調制設備提供所述蒸呢機變頻 器所需輸出頻率F，所述空間矢量脈寬調制設備用于根據所述蒸呢機變頻器所需輸出頻率 F控制所述智能功率模塊設備，所述智能功率模塊設備用于控制電機。
【文檔編號】H02P21/00GK104143944SQ201410327751
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】張寧, 王國鋒, 袁飛平 申請人:深圳市海浦蒙特科技有限公司