CN101383588B - 变频器跟踪电机转速的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频器跟踪电机转速的方法，包括如下步骤：a、控制变频器输出设定频率的电流，所述输出电流的幅值固定；b、根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值；c、判断变频器的输出电压是否大于或等于所述电机的V/F曲线的电压值，如是，进入步骤d，否则，进入步骤e；d、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束搜索；e、改变所述设定频率，并执行步骤a。本发明还提供一种对应的装置。本发明省略了转速跟踪电路的成本，提高了***的可靠性，使***在成本与可靠性上都具有明显的优势。

Description

变频器跟踪电机转速的方法及其装置

技术领域

本发明涉及转速跟踪方法，更具体地说，涉及一种变频器跟踪电机转速的方法及装置。

背景技术

变频器是驱动交流电动机的一种设备，近些年在工业领域的应用越来越广泛。变频器的广泛应用，不仅可以提高我国装备制造业的水平，也可以在某些行业达到明显节能的效果。

在变频器驱动电机运行之前，电机有可能处于旋转状态，例如风机可能在环境风力作用下以不小的转速旋转；或者在变频器驱动电机高速运行时突然出现电网跌落，变频器因为欠压而失去对电机的控制，从而出现电机在惯性的作用下高速旋转。如果电机处于旋转状态，则变频器必须先获取电机的转速，然后才可以正常控制电机，否则变频器会出现过电流、过电压故障报警，或者因变频器长时间处于失速过流状态而损坏电机。

转速跟踪就是指变频器在开始驱动电机之前，先自动检测电机的实际转速，这种检测电机转速的方法称为转速跟踪方法。

从当前本行业的技术文献以及市场产品上看，有如下几个转速跟踪的方法：

A、利用直流母线电流方法

变频器直流母线电流的大小可以反映电机输出转矩的大小，当电机输出转矩为0时，变频器直流母线上的电流为0。利用这一特点，变频器在转速跟踪过程中，不停修改输出频率，当变频器输出频率与电机转速相同时，电机输出转矩应该为0，此时母线电流上可以体现出来。

该方法具体实现方法是：采用闭环控制器闭环控制直流电流，给定电流为0，则闭环控制器输出为变频器输出频率，闭环控制稳定状态下的变频器输出频率就是电机的实际转速。

该方法不容易在产品上实现，主要的两个问题是：

一、变频器直流母线电流上有很大的电流纹波，该纹波使判断直流母线电流是否为0是一个非常有难度的技术。二、变频器中一般只有三相输出电流检测，直流母线上没有电流检测装置，采用实现该方法需要增加一套电流检测装置，增加的成本，并降低了产品的可靠性。

B、利用硬件电路，检测电机反电动势的方法

该方法主要思路是利用电机的反电动势检测电机的转速，该方法是利用专门的硬件电路检测电机的反电动势，反电动势的频率即是电机转速频率。

该方法的主要缺点是需要专门的硬件电路，该电路在产品化中不仅增加了成本，还降低了***的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种变频器跟踪电机转速的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种变频器跟踪电机转速的方法，包括如下步骤：

a、控制变频器输出设定频率的电流，所述输出电流的幅值固定；

b、根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值；

c、判断变频器的输出电压是否大于或等于所述电机的V/F曲线的电压值，如是，进入步骤d，否则，进入步骤e；

d、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束跟踪；

e、改变所述设定频率，并执行步骤a。

在一优选实施例中，所述步骤e中进一步包括：

e1、判断变频器的母线电压是否上升，如果是，执行步骤e2；否则执行步骤e3；

e2、使所述设定频率快速变化并执行步骤a；

e3、以正常速度改变所述设定频率，并执行步骤a。

在另一优选实施例中，所述设定频率的初始值为0Hz，所述步骤e中进一步包括：

e1’、判断所述设定频率是否为变频器最大频率，若是，则执行步骤e3’；否则执行步骤e2’；

e2’、使所述设定频率上升，并执行步骤a；

e3’、结束搜索。

在再一优选实施例中，所述设定频率的初始值为变频器最大频率或前一次变频器的停机频率，所述步骤e中进一步包括：

e1”、判断所述设定频率是否为0Hz，若是，则执行步骤e3”；否则执行步骤e2”；

e2”、使所述设定频率下降，并执行步骤a；

e3”、结束搜索。

在本发明所述的变频器跟踪电机转速的方法中，在步骤b中，如果所述变频器的输出频率为0～5Hz时，以0Hz进行处理。

在本发明所述的变频器跟踪电机转速的方法中，所述变频器的输出电流的幅值与所述电机的额定电流的幅值相等。

本发明进一步提供一种变频器跟踪电机转速的装置，包括：

用于控制变频器输出设定频率电流的第一控制装置，所述输出电流的幅值固定；

用于根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值的运算装置；

用于将变频器的输出电压与所述电机的V/F曲线的电压值进行比较的第一比较装置；

用于在所述比较装置确定变频器输出电压与电机的V/F曲线的电压值相同时，保持输出电压和输出频率不变并结束跟踪的第二控制装置；

用于在所述比较装置确定变频器输出电压与电机的V/F曲线的电压值不同时改变所述设定频率的变频装置。

在一优选实施例中，所述变频装置包括：

用于判断变频器的母线电压是否上升的第一比较器；

用于在所述第一比较器确定变频器母线电压上升时，使所述设定频率快速变化的第一变频器；

用于在所述第一比较器确定变频器母线电压未上升时，以正常速度改变所述设定频率的第二变频器。

在另一优选实施例中，所述设定频率的初始值为0Hz，所述变频装置包括：

用于判断所述设定频率是否为变频器最大频率的第二比较器；

用于在所述第二比较器确认设定频率非变频器最大频率时，使所述设定频率上升的第三变频器。

在再一优选实施例中，所述设定频率的初始值为变频器最大频率或前一次变频器的停机频率，所述变频装置包括：

用于判断所述设定频率是否为0Hz的第三比较器；

用于在所述第三比较器确认设定频率不等于0Hz时，使所述设定频率下降的第四变频器。

实施本发明的变频器跟踪电机转速的方法，具有以下有益效果：与采用硬件检测反电动势的方法对比，该方法省略了转速跟踪电路的成本，并避免了上述硬件电路带来的***故障点，提高了***的可靠性，使***在成本与可靠性上都具有明显的优势。与采用母线电流的方法相比该方法有两个优势，一是节省了母线电流的检测电路，节约了成本并提高了可靠性。二是速度跟踪的效果更好，提高了***的性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明变频器跟踪电机转速的方法的流程图；

图2是图1中改变设定频率步骤的一优选实施例流程图；

图3是图1中改变设定频率步骤的另一优选实施例流程图；

图4是图1中改变设定频率步骤的再一优选实施例流程图。

具体实施方式

本发明利用电机反电动势进行转速跟踪，基本思路是变频器输出不同频率但幅值固定的电流，为此变频器必须不断调节所输出的电压值，而当电机转速与变频器输出电流频率对应时，变频器输出电压与电机的V/F额定参数一致，根据变频器是否输出了正确的电压可以判断目前输出的电流频率是否与电机转速一致。

本发明通过将变频器输出频率从0Hz逐渐增加到最大频率(或者从最大频率逐渐下降到0，或者从上次的变频器停机频率逐渐下降到0)，此过程中利用闭环控制器(例如PID调节器)闭环控制变频器输出电流为电机额定电流，闭环输出为变频器输出电压的大小，然后判断该输出电压是否与电机的V/F曲线相一致，当两者一致时认为电机转速与变频器输出频率一致。

在图1所示的一种变频器跟踪电机转速的方法中，包括如下步骤：

S11、控制变频器输出设定频率的电流，上述输出电流的幅值固定。

在本步骤中，变频器通过调节所输出的电压值改变输出电流的大小。理论上讲，变频器输出电流(即上述的设定电流的幅值)与电机负载电流幅值相同最好，但是由于负载电流幅值不可知，所以在实际应用中，变频器输出电流的幅值采用电机额定电流幅值。

S12、根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值。通过变频器的功能码设置电机的V/F曲线，并根据该曲线计算不同频率下电机的电压，该电压与闭环控制器的电压对比，如果该电压小于等于闭环控制器的电压，则认为电机转速就是当前变频器的输出频率。

S13、判断变频器的输出电压是否大于或等于所述电机的V/F曲线的电压值，如是，进入步骤S14，否则，进入步骤S15。

S14、保持变频器的输出电压和输出频率不变，将此时的变频器输出频率作为电机转速，结束跟踪。

在实际操作中，上述方法获得的电机转速可能存在偏差，偏差的大小与变频器输出电流的副值、频率变化快慢以及电机的实际转速有关。速度偏差的存在会使***在过渡过程中出现过流或过压等报警，所以应尽量避免。针对该问题：在搜索完毕后需要增加一个过渡过程，保证电机平滑过渡到变频器控制运行状态。该过渡过程即为保持变频器的输出电压和输出频率不变，而取消电流闭环控制器的作用。

S15、改变所述设定频率，并执行步骤S11。变频器输出频率从0Hz逐渐增加到最大频率(或者从最大频率逐渐下降到0，或者从上次的变频器停机频率逐渐下降到0)。

在具体实现时，变频器控制电流的设定频率按10Hz/秒的速度进行变换。当然上述变换速度也可根据实际需要调整，变换越慢，精度越高。

在实现本发明的上述方法时，可采用TI公司的TMS320F240X系列DSP芯片，作为变频器的主控制CPU，采用电流传感器检测两相输出电流，并计算出第三相电流，利用三相电流计算出变频器输出电流的合成有效值。利用PI调节器作为电流闭环调节器，电流参考值选电机额定电流，但是如果变频器额定电流小于电机额定电流，则选择变频器最大可以长时间输出的电流作为电流参考值，三相电流的合成值作为反馈，闭环控制器的输出为变频器输出电压。

在变频器输出电流的频率接近电机转速时，由于需要的电压急剧上升，而实际闭环控制器可能满足不了这种要求，导致实际电机电流小于设定电流，此时停止频率的变化，等电流上升到设定电流后再进行输出频率的调整。在上述思路基础上，采用先快后慢的搜索思路，可以使电流调节器的效果非常好。如图2所示的优选实施例中，所述步骤S15中进一步包括：

S21、判断变频器的母线电压是否上升，如果是，执行步骤S22；否则执行步骤S23；

S22、使所述设定频率快速变化并执行步骤S11，此时频率值的变化率可以选择为正常变化率的3倍左右；

S23、以正常速度改变所述设定频率，并执行步骤S11。

由于变频器输出电压受定子电阻影响，因此在电机低速运行时，获得的结果误差很大。为解决上述问题，可控制变频器输出频率从4Hz开始到变频器最大频率(或者从最大频率逐渐下降到4Hz，或者从上次的变频器停机频率逐渐下降到4Hz)。

如图3所示的另一优选实施例中，所述设定频率的初始值为4Hz，所述步骤S15中进一步包括：

S31、判断所述设定频率是否为变频器最大频率，若是，则执行步骤S33；否则执行步骤S32；

S32、使所述设定频率上升，并执行步骤S11；

S33、结束搜索。

如图4所示的再一优选实施例中，所述设定频率的初始值为变频器最大频率或前一次变频器的停机频率，所述步骤S15中进一步包括：

S41、判断所述设定频率是否为4Hz，若是，则执行步骤S43；否则执行步骤S42；

S42、使所述设定频率下降，并执行步骤S11；

S43、结束搜索。

此外，为避免低频定子电阻的影响，还可在计算电机的V/F曲线电压值时，将5HZ以下当作0HZ处理，同时通过参数辨识或用户功能码设置，变频器可以获取定子电阻具体值(该值不必要精确)，从而在考虑VF曲线电压时，在闭环控制器的输出电压中将定子电阻上的电压降去除。

本发明进一步提供一种变频器跟踪电机转速的装置，包括：用于控制变频器输出设定频率电流的第一控制装置，所述输出电流的幅值固定；用于根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值的运算装置；用于将变频器的输出电压与所述电机的V/F曲线的电压值进行比较的第一比较装置；用于在所述比较装置确定变频器输出电压与电机的V/F曲线的电压值相同时，保持输出电压和输出频率不变并结束跟踪的第二控制装置；用于在所述比较装置确定变频器输出电压与电机的V/F曲线的电压值不同时改变所述设定频率的变频装置。

在一优选实施例中，所述变频装置包括：用于判断变频器的母线电压是否上升的第一比较器；用于在所述第一比较器确定变频器母线电压上升时，使所述设定频率快速变化的第一变频器；用于在所述第一比较器确定变频器母线电压未上升时，以正常速度改变所述设定频率的第二变频器。

在另一优选实施例中，所述设定频率的初始值为4Hz，所述变频装置包括：用于判断所述设定频率是否为变频器最大频率的第二比较器；用于在所述第二比较器确认设定频率非变频器最大频率时，使所述设定频率上升的第三变频器。

在再一优选实施例中，所述设定频率的初始值为变频器最大频率或前一次变频器的停机频率，所述变频装置包括：用于判断所述设定频率是否为4Hz的第三比较器；用于在所述第三比较器确认设定频率不等于4Hz时，使所述设定频率下降的第四变频器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变频器跟踪电机转速的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、控制变频器输出设定频率的电流，所述输出电流的幅值固定；

b、根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值；

c、判断变频器的输出电压是否大于或等于所述电机的V/F曲线的电压值，如是，进入步骤d，否则，进入步骤e；

d、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束搜索；

e、改变所述设定频率，并执行步骤a。

2.根据权利要求1所述的变频器跟踪电机转速的方法，其特征在于，所述步骤e中进一步包括：

e1、判断变频器的母线电压是否上升，如果是，执行步骤e2；否则执行步骤e3；

e2、使所述设定频率快速变化并执行步骤a；

e3、以正常速度改变所述设定频率，并执行步骤a。

3.根据权利要求1或2所述的变频器跟踪电机转速的方法，其特征在于，所述变频器的输出电流的幅值与所述电机的额定电流的幅值相等。

4.一种变频器跟踪电机转速的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、控制变频器输出设定频率的电流，所述设定频率的初始值为0Hz，所述输出电流的幅值固定；

b、根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值；

c、判断变频器的输出电压是否大于或等于所述电机的V/F曲线的电压值，如是，进入步骤d，否则，进入步骤e1’；

d、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束搜索；

e1’、判断所述设定频率是否为变频器最大频率，若是，则执行步骤e3’；否则执行步骤e2’；

e2’、使所述设定频率上升，并执行步骤a；

e3’、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束搜索。

5.根据权利要求4所述的变频器跟踪电机转速的方法，其特征在于，在步骤b中，如果所述变频器的输出频率为0～5Hz时，以0Hz进行处理。

6.一种变频器跟踪电机转速的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、控制变频器输出设定频率的电流，所述设定频率的初始值为变频器最大频率或前一次变频器的停机频率，所述输出电流的幅值固定；

b、根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值；

c、判断变频器的输出电压是否大于或等于所述电机的V/F曲线的电压值，如是，进入步骤d，否则，进入步骤e1”；

d、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束搜索；

e1”、判断所述设定频率是否为0Hz，若是，则执行步骤e3”；否则执行步骤e2”；

e2”、使所述设定频率下降，并执行步骤a；

e3”、保持变频器的输出电压和输出频率不变，结束搜索。

7.一种变频器跟踪电机转速的装置，其特征在于，包括：

用于控制变频器输出设定频率电流的第一控制装置，所述输出电流的幅值固定；

用于根据变频器的输出频率，计算电机的V/F曲线的电压值的运算装置；

用于将变频器的输出电压与所述电机的V/F曲线的电压值进行比较的第一比较装置；

用于在所述比较装置确定变频器输出电压与电机的V/F曲线的电压值相同时，保持输出电压和输出频率不变并结束跟踪的第二控制装置；

用于在所述比较装置确定变频器输出电压与电机的V/F曲线的电压值不同时改变所述设定频率的变频装置。

8.根据权利要求7所述的变频器跟踪电机转速的装置，其特征在于，所述变频装置包括：

用于判断变频器的母线电压是否上升的第一比较器；

用于在所述第一比较器确定变频器母线电压上升时，使所述设定频率快速变化的第一变频器；

用于在所述第一比较器确定变频器母线电压未上升时，以正常速度改变所述设定频率的第二变频器。

9.根据权利要求7所述的变频器跟踪电机转速的装置，其特征在于，所述设定频率的初始值为0Hz，所述变频装置包括：

用于判断所述设定频率是否为变频器最大频率的第二比较器；

用于在所述第二比较器确认设定频率非变频器最大频率时，使所述设定频率上升的第三变频器。

10.根据权利要求7所述的变频器跟踪电机转速的装置，其特征在于，所述设定频率的初始值为变频器最大频率或前一次变频器的停机频率，所述变频装置包括：

用于判断所述设定频率是否为0Hz的第三比较器；

用于在所述第三比较器确认设定频率不等于0Hz时，使所述设定频率下降的第四变频器。

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