CN102701081B - 变频器超载保护***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频器超载保护***，包括输出控制单元、转矩计算单元、输出检测单元以及超载保护单元；所述输出控制单元，用于在变频器执行提升操作时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间；所述输出检测单元，用于检测变频器的输出电压和电流；所述转矩计算单元，用于根据所述输出电压和电流计算变频器的输出转矩；所述超载保护单元，用于在所述输出转矩超过设定的最大输出转矩时确认超载并使所述变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令。本发明还提供一种对应的方法。本发明通过检测变频器匀速运行时的转矩判断变频器是否超载，超载判断的准确率高且成本极低。

Description

变频器超载保护***及方法

技术领域

本发明涉及机电安全领域，更具体地说，涉及一种变频器超载保护***及方法。

背景技术

目前，起重机被广泛应用于施工现场、码头、仓库、车间等场合，用于吊装建筑材料、机器设备、货物等，其工作特点是启动频繁、起重量不确定，在工作过程中经常会出现超载的情况。当起重机超载运行时，会引发安全事故并对起重机的部件造成损坏。为了避免起重机的安全事故，并延长起重机的使用寿命，需要对起重机进行超载限制。例如，目前起重行业在提升机构上都要求安装超载限制器。该超载限制器件通过机械形变来检测起重机提升机构所拉的负载。根据负载情况输出给控制机构一个数字量信号用来限制起重机提升机构的超载运行。

然而，上述超载限制器价格昂贵，许多起重机制造厂商都不安装或使用劣质、成本较低的超载限制器，这样造成市面上的起重机普遍存在超载运行的安全隐患。此外，目前国内起重行业普遍存在超载使用的现象，即使厂家使用标准、合格的超载限制器，使用方为了让起重机超载运行会想法设法解除超载限制器对提升机构的限制。基于以上两个原因，机械式的超载限制器在限制起重机超载运行的功能上存在一定的缺陷，甚至在一定情况下不能起到任何限制作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述起重机超载限制器价格昂贵问题，提供一种变频器超载保护***及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种变频器超载保护***，包括输出控制单元、转矩计算单元、输出检测单元以及超载保护单元；所述输出控制单元，用于在变频器执行提升操作时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间；所述输出检测单元，用于检测变频器的输出电压和电流；所述转矩计算单元，用于根据所述输出电压和电流计算变频器的输出转矩；所述超载保护单元，用于在所述输出转矩超过设定的最大输出转矩时确认超载并使所述变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令。

在本发明所述的变频器超载保护***中，所述***还包括紧急停车单元，用于在所述超载保护单元确认超载时输出制动器关闭指令直到变频器停车。

在本发明所述的变频器超载保护***中，所述***还包括紧急下放单元，用于在所述紧急停车单元执行紧急停车后使所述变频器执行下放操作并在变频器的下放转矩小于最小输出转矩时解除禁止提升指令。

在本发明所述的变频器超载保护***中，所述转矩计算单元通过以下公式计算变频器的输出转矩T：T＝a×V×I，其中a＝9550/N，为常数，N为电机转速是固定值，V为变频器的输出电压，I为变频器的输出电流。

在本发明所述的变频器超载保护***中，所述设定频率小于变频器的额定频率，所述指定时间不小于0.3秒。

本发明还提供一种变频器超载保护方法，包括以下步骤：

(a)在变频器执行提升操作时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间；

(b)检测变频器的输出电压和电流，并根据所述输出电压和电流计算变频器的输出转矩；

(c)判断所述输出转矩是否超过设定的最大输出转矩，若是则确认变频器超载并使所述变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令。

在本发明所述的变频器超载保护方法中，所述步骤(c)之后包括以下步骤：

(d1)输出制动器关闭指令直到变频器停车；

(d2)使所述变频器执行下放操作。

在本发明所述的变频器超载保护方法中，所述步骤(d2)之后包括以下步骤：

(d3)判断变频器的下放转矩是否小于最小输出转矩，若是则解除所述禁止提升指令，否则返回步骤(d2)。

在本发明所述的变频器超载保护方法中，所述步骤(b)中通过以下公式计算变频器的输出转矩T：T＝a×V×I，其中a＝9550/N，为常数，N为电机转速是固定值，V为变频器的输出电压，I为变频器的输出电流。

在本发明所述的变频器超载保护方法中，所述步骤(a)中的设定频率小于变频器的额定频率，所述指定时间不小于0.3秒。

本发明的变频器超载保护***及方法，通过检测变频器匀速运行时的转矩判断变频器是否超载，超载判断的准确率高且成本极低。本发明可通过集成到变频器的软件实现，不易被制造厂商弃用。

附图说明

图1是本发明变频器超载保护***第一实施例的示意图。

图2是本发明变频器超载保护***第二实施例的示意图。

图3是本发明变频器超载保护方法第一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明变频器超载保护***第一实施例的示意图。在本实施例中，***包括输出控制单元11、转矩计算单元13、输出检测单元12以及超载保护单元14。上述各单元可由集成到变频器的软件实现，并利用变频器内原有的硬件设备进行相应操作；当然上述各单元也可采用独立于变频器的设备实现。

输出控制单元11用于在变频器执行提升操作(例如起重机将重物向上提升)时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间。此时，变频器处于匀速运行状态，其输出转矩即为该变频器拉动负载的转矩。上述设定频率及指定时间都可根据实际需要设定，设定频率通常小于变频器的额定频率，指定时间例如为0.3秒以上。

输出检测单元12用于在变频器匀速运行指定时间后检测变频器的输出电压V和输出电流I，其可直接从变频器的输出端获取上述检测值。

转矩计算单元13用于根据输出检测单元12测得的输出电压V和输出电流I计算该变频器的输出转矩。根据电机学的理论可以得知，功率P＝力×速度，即：P＝F×v   (1)

其中F为作用在物体上的力，v为物体运行的速度。

而转矩T＝扭力F×作用半径R，即：

F＝T/R   (2)

线速度v＝2πR×每秒转速n，则可以推导出：

v＝πR×N/30   (3)

其中N为每分转速。将公式⑵和公式⑶代入公式⑴可以得到：

P＝F*v＝T/R×πRN/30＝π/30×T×N   (4)

其中P是功率，单位为W；T是转矩，单位为Nm；N是每分钟的电机转速，单位为r/min。如果将P的单位转换为kW，则以上公式可以推导为：

P×1000＝π/30×T×N

30000/3.1415926×P＝T×N

9549.297×P＝T×N

最终得到转矩计算公式：T＝9550*P/N   (5)

由于电机转速：N＝60F/p(p为电机极对数，例如四级电机的p＝2)，因此当输出频率为固定值时，电机转速N也为固定值。从而只需获知变频器的输出功率P即可得到变频器的输出转矩：T＝9550×V×I/N，即T＝a×V×I(其中a＝9550/N，为常数)。

超载保护单元14用于在输出转矩超过设定的最大输出转矩(该值可根据变频器的额定功率等设定)时确认超载并使变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令，即禁止变频器再执行提升操作。

当然，在实际应用中，也可直接通过比较设定频率匀速运行的功率与设定最大功率来判断是否超载。

上述***中，由于变频器从执行提升操作到加速至设定频率并匀速运行的时间很短，因此重物提升的距离不大，一旦发现超载即减速停车，从而消除了安全隐患。当上述各个单元集成到变频器时，无需增加硬件成本，并且不易被生产厂商弃用。

如图2所示，是本发明变频器超载保护***第二实施例的示意图。该***除了包括输出控制单元21、转矩计算单元23、输出检测单元22以及超载保护单元24外，还包括紧急停车单元25以及紧急下放单元26。

紧急停车单元25用于在超载保护单元确认超载时输出制动器关闭指令直到变频器停车。紧急下放单元26用于在紧急停车单元25执行紧急停车后使变频器执行下放操作并在变频器的下放转矩小于最小输出转矩(此时提升的重物已落地)时解除禁止提升指令，从而变频器可在减重后再次执行提升操作并进行超载判断。上述下放转矩在变频器执行下放操作过程中实时检测，并可直接使用公式(5)计算。虽然实际转矩相对公式(5)的计算结果可能有误差，但并不影响重物落地判断。

如图3所示，是本发明变频器超载保护方法第一实施例的流程图，该方法可由集成到变频器的软件或独立于变频器的设备实现，包括以下步骤：

步骤S31：在变频器执行提升操作时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间。此时，变频器处于匀速运行状态，其输出转矩即为该变频器拉动负载的转矩。上述设定频率及指定时间都可根据实际需要设定，设定频率通常小于变频器的额定频率，指定时间例如为0.3秒以上。

步骤S32：检测变频器的输出电压和电流，并根据输出电压和电流计算变频器的输出转矩。该步骤中，具体可采用以下方式计算变频器的输出转矩T：T＝a×V×I，其中a为常数，V为变频器的输出电压，I为变频器的输出电流。

步骤S33：判断输出转矩是否超过设定的最大输出转矩，若是则执行步骤S35，否则执行步骤S34。

步骤S34：使变频器恢复正常运行，例如加速到额定频率执行相应操作。

步骤S35：确认变频器超载并使变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令。

在上述步骤S35之后，还包括：输出制动器关闭指令直到变频器停车；使变频器执行下放操作。在执行下放操作过程中，通过判断变频器的下放转矩是否小于最小输出转矩来判断重物是否落地，若是则解除禁止提升指令，从而变频器可在减重后再次执行提升操作并进行超载判断。

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)

1.一种变频器超载保护***，其特征在于：包括输出控制单元、转矩计算单元、输出检测单元以及超载保护单元；所述输出控制单元，用于在变频器执行提升操作时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间；所述输出检测单元，用于检测变频器的输出电压和电流；所述转矩计算单元，用于根据所述输出电压和电流计算变频器的输出转矩；所述超载保护单元，用于在所述输出转矩超过设定的最大输出转矩时确认超载并使所述变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令。

2.根据权利要求1所述的变频器超载保护***，其特征在于：所述***还包括紧急停车单元，用于在所述超载保护单元确认超载时输出制动器关闭指令直到变频器停车。

3.根据权利要求2所述的变频器超载保护***，其特征在于：所述***还包括紧急下放单元，用于在所述紧急停车单元执行紧急停车后使所述变频器执行下放操作并在变频器的下放转矩小于最小输出转矩时解除禁止提升指令。

4.根据权利要求1所述的变频器超载保护***，其特征在于：所述转矩计算单元通过以下公式计算变频器的输出转矩T：T＝a×V×I，其中a＝9550/N，为常数，N为电机转速是固定值，V为变频器的输出电压，I为变频器的输出电流。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的变频器超载保护***，其特征在于：所述设定频率小于变频器的额定频率，所述指定时间不小于0.3秒。

6.一种变频器超载保护方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)在变频器执行提升操作时，使变频器运行到设定频率并在该设定频率运行指定时间；

(b)检测变频器的输出电压和电流，并根据所述输出电压和电流计算变频器的输出转矩；

(c)判断所述输出转矩是否超过设定的最大输出转矩，若是则确认变频器超载并使所述变频器执行减速停车操作，同时生成禁止提升指令。

7.根据权利要求6所述的变频器超载保护方法，其特征在于：所述步骤(c)之后包括以下步骤：

(d1)输出制动器关闭指令直到变频器停车；

(d2)使所述变频器执行下放操作。

8.根据权利要求7所述的变频器超载保护方法，其特征在于：所述步骤(d2)之后包括以下步骤：

(d3)判断变频器的下放转矩是否小于最小输出转矩，若是则解除所述禁止提升指令，否则返回步骤(d2)。

9.根据权利要求6所述的变频器超载保护方法，其特征在于：所述步骤(b)中通过以下公式计算变频器的输出转矩T：T＝a×V×I，其中a＝9550/N，为常数，N为电机转速是固定值，V为变频器的输出电压，I为变频器的输出电流。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的变频器超载保护方法，其特征在于：所述步骤(a)中的设定频率小于变频器的额定频率，所述指定时间不小于0.3秒。