變頻器及其頻率控制方法和起重的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種變頻器及其頻率控制方法和起重機，其中方法包括以下步驟：S1、檢測變頻器當前時刻母線電壓是否小于降速運行電壓，是則轉步驟S2啟動隨壓降速功能，否則轉步驟S4；S2、根據當前時刻母線電壓計算頻率，該計算出的頻率低于變頻器的額定頻率，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率運行；S3、檢測變頻器當前時刻母線電壓是否大于正常運行電壓，是則轉步驟S4退出隨壓降速功能，否則轉步驟S2；S4、將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。本發明可以根據變頻器的母線電壓情況自動調節輸出頻率，避免了變頻器因輸出能力下降而帶來的安全隱患。
【專利說明】變頻器及其頻率控制方法和起重機
【技術領域】
[0001]本發明涉及變頻器【技術領域】，更具體地說，涉及一種變頻器及其頻率控制方法和起重機。
【背景技術】
[0002]在變頻器的運行過程中，當外部供電電壓下降時，變頻器的輸出能力下降，若此時依然維持啟動的給定頻率運行則變頻器不能保證能夠輸出足夠的轉矩。這時，如果變頻器的負載很大，則存在很大的安全隱患。尤其在起重行業的現場應用中，由于現場一般都有很多工頻設備，因此外圍供電電壓非常不穩定，工頻設備啟動時供電電壓可以由380V突然下降到300V甚至更低。如果此時起重機承載的負載很大，則給現場帶來較大的安全隱患。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題在于，針對現有變頻器在供電電壓下降時依然維持啟動的給定頻率運行不能保證能夠輸出足夠的轉矩的缺陷，提供一種變頻器及其頻率控制方法和起重機。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種變頻器的頻率控制方法，包括以下步驟:
[0005]S1、檢測變頻器當前時刻母線電壓是否小于降速運行電壓，是則轉步驟S2啟動隨壓降速功能，否則轉步驟S4;
[0006]S2、根據當前時刻母線電壓計算頻率，該計算出的頻率低于變頻器的額定頻率，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率運行；
[0007]S3、檢測變頻器當前時刻母線電壓是否大于正常運行電壓，是則轉步驟S4退出隨壓降速功能，否則轉步驟S2;
[0008]S4、將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。
[0009]在根據本發明所述的變頻器的頻率控制方法中，所述步驟S2具體通過以下公式計算頻率F:
[0010]F = — *Fr 5
Ur
[0011]其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器額定頻率。
[0012]在根據本發明所述的變頻器的頻率控制方法中，所述步驟S2具體包括以下步驟:
[0013]S21、判斷當前時刻母線電壓相對上一時刻母線電壓是否下降，是則轉步驟S22，否則轉步驟S24 ；
[0014]S22、判斷當前時刻母線電壓是否低于轉折電壓，轉折電壓的初始值為所述降速運行電壓；
[0015]S23、根據變頻器的當前時刻母線電壓計算頻率f = 巧；其中，Uk為變頻器
UR的額定母線電壓，Fk為變頻器額定頻率；并記錄該當前時刻母線電壓為轉折電壓，轉步驟S21 ；
[0016]S24、保持頻率不變，轉步驟S3。
[0017]在根據本發明所述的變頻器的頻率控制方法中，所述正常運行電壓與降速運行電壓的比值范圍為105%至110%。
[0018]在根據本發明所述的變頻器的頻率控制方法中，所述正常運行電壓與降速運行電壓的比值為105%。
[0019]本發明還提供了一種變頻器，包括:
[0020]降速啟動模塊，用于判斷檢測變頻器當前時刻母線電壓是否小于降速運行電壓，是則發送降速運行指令給降速運行模塊，否則發送正常運行指令給正常運行模塊；
[0021]降速運行模塊，用于在接收降速運行指令時根據當前時刻母線電壓計算頻率，該計算出的頻率低于變頻器的額定頻率，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率運行，同時發送檢測指令給降速恢復模塊；
[0022]降速恢復模塊，用于在接收檢測指令時判斷檢測變頻器當前時刻母線電壓是否大于正常運行電壓，是則發送正常運行指令給正常運行模塊，否則發送降速運行指令給所述降速運行模塊；
[0023]正常運行模塊，用于在接收到正常運行指令時將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。
[0024]在根據本發明所述的變頻器中，所述降速運行模塊具體通過以下公式計算頻率F:
[0025]F = — *Fr ;
Ur
[0026]其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器額定頻率。
[0027]在根據本發明所述的變頻器中，所述降速運行模塊進一步包括:
[0028]電壓趨勢判斷單元，用于判斷當前時刻母線電壓相對上一時刻母線電壓是否下降，是則發送啟動信號給轉折電壓判斷單元，否則發送啟動信號給頻率保持單元；
[0029]轉折電壓判斷單元，用于判斷當前時刻母線電壓是否低于轉折電壓，轉折電壓的初始值為所述降速運行電壓，是則發送啟動信號給降速頻率計算單元，否則發送啟動信號給頻率保持單元；
[0030]降速頻率計算單元，用于根據變頻器的當前時刻母線電壓計算頻率F = ^*Fr ;
uR
其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fk為變頻器額定頻率；并將該當前時刻母線電壓作為轉折電壓發送給所述轉折電壓判斷單元，同時發送啟動信號給所述電壓趨勢判斷單元；
[0031]頻率保持單元，用于保持頻率不變，并發送檢測指令啟動所述降速恢復模塊。
[0032]在根據本發明所述的變頻器中，所述正常運行電壓與降速運行電壓的比值范圍為105% 至 110%。
[0033]本發明還提供了一種起重機，包括如前所述的變頻器。
[0034]實施本發明的變頻器及其頻率控制方法和起重機，具有以下有益效果:本發明可以根據變頻器的母線電壓情況實時調節輸出頻率，在母線電壓較低時以低于額定頻率的頻率運行，避免了變頻器因輸出能力下降而帶來的安全隱患。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0036]圖1為根據本發明優選實施例中變頻器的頻率控制方法流程圖；
[0037]圖2為根據本發明的變頻器的頻率控制方法中降速運行步驟流程圖；
[0038]圖3為根據本發明的變頻器的頻率控制方法中隨壓降速功能的具體執行時序示意圖；
[0039]圖4為根據本發明優選實施例的變頻器的模塊示意圖；
[0040]圖5為根據本發明的變頻器的降速運行模塊的框圖。
【具體實施方式】
[0041]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0042]請參閱圖1，為根據本發明優選實施例中變頻器的頻率控制方法流程圖。如圖1所示，該實施例提供的變頻器的頻率控制方法包括以下步驟:
[0043]在步驟SO中，流程開始。
[0044]在步驟SI中，檢測變頻器當前時刻母線電壓U是否小于降速運行電壓U1，是則轉步驟S2啟動隨壓降速功能，否則轉步驟S4。在該步驟中，變頻器實時監測變頻器當前時刻母線電壓U，當母線電壓U從額定母線電壓Uk下降，并低于降速運行電壓U1時，啟動隨壓降速功能。該降速運行電壓U1為隨壓降速功能的啟動電壓，可以通過以下公式獲得:
[0045]U1 = X% *UE ；
[0046]其中X%為預設的功能參數，且0〈X%〈I。
[0047]在步驟S2中，根據當前時刻母線電壓U計算頻率F，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率F運行。該計算出的頻率F低于變頻器的額定頻率FK。因此本發明可以在母線電壓較高時采用額定頻率Fk運行，而在母線電壓較低時采用低于額定頻率Fk的頻率F運行。
[0048]在步驟S3中，檢測變頻器當前時刻母線電壓U是否大于正常運行電壓U2，是則轉步驟S4退出隨壓降速功能，否則轉步驟S2。在本發明的一些實施例中，正常運行電壓U2與降速運行電壓U1相等，即U2 = Up在本發明的另一些實施例中，該正常運行電壓正常運行電壓與降速運行電壓的比值K為105%至110%，即U2 = KW1，且105%彡K ( 110%。優選地，K = 105%。
[0049]在步驟S4中，將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。變頻器根據內部算法，使變頻器輸出頻率從初始頻率逐漸平穩上升至額定頻率FK。
[0050]在本發明的一個優選實施例中，步驟S2具體通過以下公式計算頻率F:
[0051]F = — *Fr ;
Ur
[0052]其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器的額定頻率。
[0053]在本發明的另一個實施例中，步驟S2的降速運行步驟采用更優化的頻率計算方案。請結合參閱圖2，為根據本發明的變頻器的頻率控制方法中降速運行步驟流程圖。如圖2所示，該降速運行步驟具體包括以下步驟:
[0054]在步驟S20中，該降速運行步驟開始。
[0055]在步驟S21中，判斷當前時刻母線電壓U相對上一時刻母線電壓是否下降，是則轉步驟S22，否則轉步驟S24。
[0056]在步驟S22中，判斷當前時刻母線電壓U是否低于轉折電壓Ut，轉折電壓Ut的初始值為降速運行電壓U10如果低于則轉步驟S23，否則轉步驟S24。
[0057]在步驟S23中，通過以下公式根據變頻器的當前時刻母線電壓U計算頻率F:
[0058]F 二^Fr'
[0059]其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器額定頻率。
[0060]并記錄該當前時刻母線電壓U為轉折電壓Ut的值，轉步驟S21。
[0061]在步驟S24中，保持頻率F不變運行，轉步驟S25。該步驟中計算出的當前時刻的頻率F等于前一時刻的頻率。
[0062]在步驟S25中，該降速運行步驟結束。
[0063]請結合參閱圖3，為根據本發明的變頻器的頻率控制方法中隨壓降速功能的具體執行時序示意圖。如圖3中，曲線A為運行指令時序圖，曲線B為母線電壓隨時間變化的示意圖，曲線C為頻率隨時間變化的示意圖。
[0064]Dt1時刻:變頻器開始運行，檢測到變頻器當前時刻母線電壓U為母線額定電壓Uk，判斷其保持不變且大于降速運行電壓U1，因此不啟動隨壓降速功能，將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。變頻器根據內部算法，使變頻器輸出頻率從初始頻率O逐漸平穩上升至額定頻率FK。
[0065]2)t2時刻:檢測到變頻器當前時刻母線電壓U下降，且開始低于降速運行電壓U1啟動隨壓降速功能，將變頻器輸出頻率設定為1。隨后母線電壓持續下降，依然
UR
使用該公式根據變頻器的當前時刻母線電壓U計算F。并隨時使用母線電壓更新轉折電壓Ut。
[0066]3) t3時刻:當前時刻母線電壓U開始停止下降，即轉為上升或不變，此時得到轉折電壓Ut為轉折點的母線電壓。隨后母線電壓在上升趨勢時保持頻率F不變，在母線電壓維持不變時也保持頻率F不變，在母線電壓再次轉為下降趨勢但是未低于轉折電壓Ut時仍然保持頻率F不變。也就是說，即使母線電壓上升，頻率F也不會立即上升，這是避免母線電壓波動而造成的輸出頻率波動。
[0067]4)t4時刻:當前時刻母線電壓U為下降趨勢，并且開始低于轉折電壓Ut時根據變頻器的當前時刻母線電壓U計算頻率H =，并隨時更新轉折電壓υτ。
[0068]5)t5時刻:當前時刻母線電壓U隨后為保持不變或者持續上升趨勢，在其小于正常運行電壓U2之前，保持頻率F不變。
[0069]6) t6時刻:當前時刻母線電壓U升至大于正常運行電壓U2，是則退出隨壓降速功能，將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。變頻器根據內部算法，使變頻器輸出頻率從當前頻率逐漸平穩上升至額定頻率FK。
[0070]請參閱圖4，為根據本發明優選實施例的變頻器的模塊示意圖。如圖4所示，該變頻器100包括降速啟動模塊10、降速運行模塊20、降速恢復模塊30和正常運行模塊40。
[0071]其中，降速啟動模塊10用于判斷檢測變頻器當前時刻母線電壓U是否小于降速運行電壓U1,是則發送降速運行指令給降速運行模塊20，否則發送正常運行指令給正常運行模塊40。在該步驟中，降速啟動模塊10實時監測變頻器當前時刻母線電壓U，當母線電壓U從額定母線電壓Uk下降，并低于降速運行電壓U1時，啟動隨壓降速功能。該降速運行電壓U1為隨壓降速功能的啟動電壓，可以通過以下公式獲得:
[0072]U1 = X% *UE ；
[0073]其中X%為預設的功能參數，且0〈X%〈I。
[0074]降速運行模塊20用于在接收降速運行指令時根據當前時刻母線電壓U計算頻率F，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率運行。該計算出的頻率F低于變頻器的額定頻率FK。降速運行模塊20同時發送檢測指令給降速恢復模塊30。
[0075]降速恢復模塊30用于在接收檢測指令時，判斷檢測變頻器當前時刻母線電壓是否大于正常運行電壓，是則發送正常運行指令給正常運行模塊40，否則發送降速運行指令給降速運行模塊20。在本發明的一些實施例中，正常運行電壓U2與降速運行電壓U1相等，即U2 = U10在本發明的另一些實施例中，該正常運行電壓正常運行電壓與降速運行電壓的比值 K 為 105%至 110%，即 U2 = KW1，且 105%彡 K 彡 110%。優選地，K = 105%。
[0076]正常運行模塊40用于在接收到正常運行指令時將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。變頻器根據內部算法，使變頻器輸出頻率從初始頻率逐漸平穩上升至額定頻率Fk。
[0077]在本發明的一個優選實施例中，降速運行模塊20具體通過以下公式計算頻率F:
[0078]F = — *Fr ;
Ur
[0079]其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器的額定頻率。
[0080]在本發明的另一個實施例中，降速運行模塊20采用更優化的頻率計算方案。請結合參閱圖5，為根據本發明的變頻器的降速運行模塊的框圖。如圖5所示，該降速運行模塊20具體包括:電壓趨勢判斷單元21、轉折電壓判斷單元22、降速頻率計算單元23和頻率保持單元24。
[0081]其中電壓趨勢判斷單元21與降速啟動模塊10和降速恢復模塊30相連，用于在接收到降速運行指令時，判斷當前時刻母線電壓U相對上一時刻母線電壓是否下降，是則發送啟動信號給轉折電壓判斷單元22，否則發送啟動信號給頻率保持單元24。
[0082]轉折電壓判斷單元22與電壓趨勢判斷單元21和降速頻率計算單元23相連，用于判斷當前時刻母線電壓U是否低于轉折電壓Ut，轉折電壓Ut的初始值為降速運行電壓U10如果是則發送啟動信號給降速頻率計算單元23，否則發送啟動信號給頻率保持單元24。
[0083]降速頻率計算單元23與轉折電壓判斷單元22相連，用于根據變頻器的當前時刻母線電壓U計算頻率K =其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，匕為變頻器額定頻
UR率。降速頻率計算單元23還將該當前時刻母線電壓U作為轉折電壓Ut發送給轉折電壓判斷單元22，同時發送啟動信號給電壓趨勢判斷單元21。
[0084]頻率保持單元24與電壓趨勢判斷單元21和轉折電壓判斷單元22相連，用于保持頻率F不變，并發送檢測指令啟動降速恢復模塊30。
[0085]本發明還提供了一種起重機，該起重機包括前述的變頻器。本發明的起重機在變頻器中開發了前述隨壓降速功能，保障了變頻器能夠實時輸出足夠的轉矩滿足起重設備的使用要求。
[0086]本發明可以根據變頻器的母線電壓情況實時調節輸出頻率，在母線電壓較低時以低于額定頻率的頻率運行，且降頻后能夠保證變頻器始終輸出最大轉矩，避免了變頻器因輸出能力下降而帶來的安全隱患。
[0087]本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發明范圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對本發明進行諸多修改而不脫離其保護范圍。因此，本發明并不限于在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權利要求保護范圍的實施例。
【權利要求】
1.一種變頻器的頻率控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、檢測變頻器當前時刻母線電壓是否小于降速運行電壓，是則轉步驟S2啟動隨壓降速功能，否則轉步驟S4 ； 52、根據當前時刻母線電壓計算頻率，該計算出的頻率低于變頻器的額定頻率，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率運行； 53、檢測變頻器當前時刻母線電壓是否大于正常運行電壓，是則轉步驟S4退出隨壓降速功能，否則轉步驟S2 ； 54、將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。
2.根據權利要求1所述的變頻器的頻率控制方法，其特征在于，所述步驟S2具體通過以下公式計算頻率F: 廠
tjR 其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器額定頻率。
3.根據權利要求1所述的變頻器的頻率控制方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下步驟: 521、判斷當前時刻母線電壓相對上一時刻母線電壓是否下降，是則轉步驟S22，否則轉步驟S24 ； 522、判斷當前時刻母線電壓是否低于轉折電壓，轉折電壓的初始值為所述降速運行電壓； 523、根據變頻器的當前時刻母線電壓計算頻率P=;其中，Uk為變頻器的額定
UR母線電壓，Fk為變頻器額定頻率；并記錄該當前時刻母線電壓為轉折電壓，轉步驟S21 ； 524、保持頻率不變，轉步驟S3。
4.根據權利要求1所述的變頻器的頻率控制方法，其特征在于，所述正常運行電壓與降速運行電壓的比值范圍為105%至110%。
5.根據權利要求4所述的變頻器的頻率控制方法，其特征在于，所述正常運行電壓與降速運行電壓的比值為105%。
6.一種變頻器，其特征在于，包括: 降速啟動模塊，用于判斷檢測變頻器當前時刻母線電壓是否小于降速運行電壓，是則發送降速運行指令給降速運行模塊，否則發送正常運行指令給正常運行模塊； 降速運行模塊，用于在接收降速運行指令時根據當前時刻母線電壓計算頻率，該計算出的頻率低于變頻器的額定頻率，并將變頻器的輸出頻率設定為該計算出的頻率運行，同時發送檢測指令給降速恢復模塊； 降速恢復模塊，用于在接收檢測指令時判斷檢測變頻器當前時刻母線電壓是否大于正常運行電壓，是則發送正常運行指令給正常運行模塊，否則發送降速運行指令給所述降速運行模塊； 正常運行模塊，用于在接收到正常運行指令時將變頻器輸出頻率設定為正常供電時的給定頻率運行。
7.根據權利要求6所述的變頻器，其特征在于，所述降速運行模塊具體通過以下公式計算頻率F: F = ;* Frx
Ur 其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fe為變頻器額定頻率。
8.根據權利要求6所述的變頻器，其特征在于，所述降速運行模塊進一步包括: 電壓趨勢判斷單元，用于判斷當前時刻母線電壓相對上一時刻母線電壓是否下降，是則發送啟動信號給轉折電壓判斷單元，否則發送啟動信號給頻率保持單元； 轉折電壓判斷單元，用于判斷當前時刻母線電壓是否低于轉折電壓，轉折電壓的初始值為所述降速運行電壓，是則發送啟動信號給降速頻率計算單元，否則發送啟動信號給頻率保持單元； 降速頻率計算單元，用于根據變頻器的當前時刻母線電壓計算頻率P =其中，Uk為變頻器的額定母線電壓，Fk為變頻器額定頻率；并將該當前時刻母線電壓作為轉折電壓發送給所述轉折電壓判斷單元，同時發送啟動信號給所述電壓趨勢判斷單元； 頻率保持單元，用于保持頻率不變，并發送檢測指令啟動所述降速恢復模塊。
9.根據權利要求6所述的變頻器，其特征在于，所述正常運行電壓與降速運行電壓的比值范圍為105%至110%。
10.一種起重機，其特征在于，包括權利要求6-9中任意一項所述的變頻器。
【文檔編號】B66C13/22GK104129714SQ201410294972
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】殷杰, 邱志紅 申請人:蘇州匯川技術有限公司