CN105322843A - 一体式变频电机用逆风启动***及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一体式变频电机用逆风启动***及其工作方法，涉及一种启动***。目前无电机位置传感器的变频器，在启动条件较恶劣时，容易导致启动失败，甚至烧毁变频器。本发明包括设于电机上的变频器,所述的变频器设有主控模块、逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块，所述的逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块与主控模块相连；电流采样模块用于检测电机的电流，并将电流信息输出到主控模块；所述的逆风采样模块用于获得电机的旋转方向和速度；逆变器模块根据主控模块输出的PWM，将直流母线电压逆变输出三相交流电供电机运行。本技术方案具有成本较低，安全可靠的优点。

Description

一体式变频电机用逆风启动***及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种启动***，尤其涉及一体式变频电机用逆风启动***及其工作方法。

背景技术

目前随着高效节能等级要求的提高，风机用高效变频电机必然成为趋势。为了降低成本，去除变频器的电机位置传感器，由于无传感算法在逆风启动时无法准确获得逆风能量信息，在启动条件较恶劣时，容易导致启动失败，甚至烧毁变频器。同时，无传感矢量采用180°控制，与120°方波方式相比，180°矢量控制控制时三相都要导通，无法根据反电势采样转子位置和速度信息，特别是在逆风启动场合，由于无法检测到转子位置和转子速度，故给无传感矢量控制带来一定的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一体式变频电机用逆风启动***及其工作方法，以达到无位置传感器且在逆风环境下正常启动的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一体式变频电机用逆风启动***，包括设于电机上的变频器，其特征在于：所述的变频器设有主控模块、逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块，所述的逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块与主控模块相连；电源模块用于给主控模块提供电源；电流采样模块用于检测电机的电流，并将电流信息输出到主控模块；所述的逆风采样模块用于获得电机的旋转方向和速度，主控模块根据电机的旋转方向和速度大小进行可控刹车，保证在逆风条件且无传感器的模式下使电机正常启动；逆变器模块根据主控模块输出的PWM，将直流母线电压逆变输出三相交流电供电机运行。本发明***节省了位置传感器，控制时采用无传感矢量控制策略，这样可以保证输出转矩平稳，波动较小。为了在逆风环境下正常启动，设逆风采样模块；控制模块根据逆风采样模块，在逆风条件下可以准确检测到转子方向和速度大小，并可采用三相短路可控刹车方式，将电机转速控制到某一较小速度范围内；然后采用永磁同步电机无传感矢量控制方案，控制电机正常启动；与带位置传感器方式相比，本技术方案具有成本较低，安全可靠的优点。电机与变频器为一体式结构，为行业的转型升级提供了有效的保证；同时一体式变频电机***降低了通用变频器复杂的参数设置，便于操作和维护，同时成本低廉，为行业的普遍推广提供了有效的基础。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的变频器设于电机的后端，电机的轴端连接风机。具有整体体积较小的特点，对于维护和安装都提供了一定的便利。

所述的逆风采样模块包括采样电路，然后采样信号进入主控模块，经过计算获取转子方向和速度大小。该方案可以替代价格较贵的位置传感器。不仅电路简单，成本较低，且***可靠性高。

还包括报警模块，报警模块用于提示用户目前不能正常启动，在启动失败时进行故障自恢复，重新进行规定次数的启动，直到启动正常，若规定次数内不能启动，则报启动失败故障；在发生故障时，封锁***PWM输出，并采用通讯方式和LED闪烁方式通知用户***存在故障。提高***工作的安全性、可靠性。

所述的风机为轴流风机或离心类风机。

所述的电机为PMSM永磁同步电机，磁瓦采用稀土永磁材料。***提出的采用永磁稀土材料的超超高效电机工作在风机额定负载时，整机效率可达到90%以上，在效率指标上达到了现有异步电机无法实现的性能指标水平，且具有较宽的高效率输出功率区间和较高的高效率转速区间运行优势，既满足风机实际工况运行，又具有卓越的高效节能性能。

电流采样模块检测电机的电流，并将其输出到主控模块的内部AD单元，使主控模块根据获得的电流信息通过采用滑模方式计算无传感矢量控制PWM输出。

根据本发明的另一个方面，一体式变频电机用逆风启动***的逆风启动方法，包括以下步骤：

1）在逆风启动前，根据逆风采样模块获得当前的转向和速度；

2）判断电机是否处于停止状态：若电机停止，则进入步骤5）；否则进入步骤3）；

3）主控模块根据电机转速，采用三相短路的方式对电机进行制动，控制输出PWM占空比，达到控制电机电流在较小的范围内；

4）判断电机转速是否小于设定值；当电机转速大于设定值时，返回步骤3），否则进入步骤5)；

5）根据速度指令，采用无传感矢量，输出PWM控制电机运转，控制电机启动至正常运转。

在电机启动前，当电机不处于停止状态时，主控模块根据逆风采样模块提供的速度，采用三相短路的方式输出PWM，对电机进行刹车；在输出PWM时，根据电机转速，先输出较小的PWM，控制电机电流在较小的范围内；随着电机转速的下降，逐渐增大三相短路PWM输出，并保证电机电流在***能够承受的范围内，逐渐增大刹车力矩，保证刹车在较短时间内电机能够停止下来；当电机转速小于设定值时，按照三段式控制方案控制电机启动至正常运转。三段式控制方案为定位、加速、再切同步闭环工作。

还包括报警步骤，当电机无法正常启动，进行报警；在启动失败时进行故障自恢复：重新进行规定次数内的启动，直到启动正常，若在远见定次数内，无法正常启动，则报启动失败故障；在发生故障时，封锁PWM输出，并采用通讯方式和LED闪烁方式通知用户***存在故障。

有益效果：

本技术方案节省了位置传感器，控制时采用无传感矢量控制策略，保证输出转矩平稳性，波动较小。

设逆风采样模块以在逆风条件下可以准确检测到转子方向和速度大小，与带位置传感器方式相比，具有成本较低，安全可靠的优点。

电机与变频器为一体式结构，为行业的转型升级提供了有效的保证；同时一体式变频电机***降低了通用变频器复杂的参数设置，便于操作和维护，同时成本低廉，为行业的普遍推广提供了有效的基础。

附图说明

图1是本发明结构原理图。

图2是本发明逆风启动流程图。

图3是本发明另一种结构原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例一：

如图1所示，本发明包括设于电机上的变频器，所述的变频器设有主控模块、逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块，所述的逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块与主控模块相连；***采用交直交的拓扑结构，主控模块包含智能控制单元DSP，DSP根据速度指令输出PWM控制电机的运转。逆变器模块根据DSP输出的PWM，将直流母线电压逆变输出三相交流电供PMSM电机运行。电源模块用于给主控模块提供电源。电流采样模块用于检测PMSM电机的电流，并将其输出到主控模块DSP内部AD单元，用于采用滑模方式计算无传感矢量控制PWM输出。逆风采样模块用于在逆风启动时，准确获得当前的转向和速度信息。

其中逆风采样模块可采用高精度采样电阻，采取差分采样的方法来代替价格较贵的位置传感器；不仅电路简单，成本较低，且***可靠性高。

风机可为轴流风机或离心类风机。

为减少变频电机体积，变频器设于电机的后端，电机的轴端连接风机；具有整体体积较小的特点，对于维护和安装都提供了一定的便利。

为提高电机的性能，所述的电机为PMSM永磁同步电机，磁瓦采用稀土永磁材料。***提出的采用永磁稀土材料的超超高效电机工作在风机额定负载时，整机效率可达到90%以上，在效率指标上达到了现有异步电机无法实现的性能指标水平，且具有较宽的高效率输出功率区间和较高的高效率转速区间运行优势，既满足风机实际工况运行，又具有卓越的高效节能性能。

如图2所示，逆风启动***的工作步骤为：

1）在逆风启动前，根据逆风采样模块获得当前的转向和速度；

2）判断电机是否处于停止状态：若电机停止，则进入步骤5）；否则进入步骤3）；

3）主控模块根据电机转速，采用三相短路的方式对电机进行制动，控制输出PWM占空比，达到控制电机电流在较小的范围内；

4）判断电机转速是否小于设定值；当电机转速大于设定值时，返回步骤3），否则进入步骤5)；

5）根据速度指令，采用无传感矢量，输出PWM控制电机运转，控制电机启动至正常运转。

在电机启动前，当电机不处于停止状态时，主控模块根据逆风采样模块提供的速度，采用三相短路的方式输出PWM，对电机进行刹车；在输出PWM时，根据电机转速，先输出较小的PWM，控制电机电流在较小的范围内；随着电机转速的下降，逐渐增大三相短路PWM输出，并保证电机电流在***能够承受的范围内，逐渐增大刹车力矩，保证刹车在较短时间内电机能够停止下来；当电机转速小于设定值时，按照三段式控制方案控制电机启动至正常运转。

实施例二：

如图3所示，与实施例一不同之处在于，***还包括报警模块，报警模块与主控模块相连；报警模块用于提示用户目前不能正常启动，在启动失败时进行故障自恢复，重新进行规定次数的启动，直到启动正常，若规定次数内不能启动，则报启动失败故障；在发生故障时，封锁***PWM输出，并采用通讯方式和LED闪烁方式通知用户***存在故障。报警模块有助于提高***工作的安全性、可靠性。

对应的报警步骤为：在逆风较大时，指示用户目前无法正常启动。在启动失败时能够故障自恢复，重新进行规定次数内的启动，直到启动正常。否则，报启动失败故障。在发生故障时，封锁***PWM输出，并采用通讯方式和LED闪烁方式通知用户***存在故障。

以上图1、2、3所示的一体式变频电机用逆风启动***及其工作方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一体式变频电机用逆风启动***，包括设于电机上的变频器，其特征在于：所述的变频器设有主控模块、逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块，所述的逆变器模块、电流采样模块、逆风采样模块、电源模块、速度指令输入模块与主控模块相连；电源模块用于给主控模块提供电源；电流采样模块用于检测电机的电流，并将电流信息输出到主控模块；所述的逆风采样模块用于获得电机的旋转方向和速度，主控模块根据电机的旋转方向和速度大小进行可控刹车，保证在逆风条件且无传感器的模式下使电机正常启动；逆变器模块根据主控模块输出的PWM，将直流母线电压逆变输出三相交流电供电机运行。

2.根据权利要求1所述的一体式变频电机用逆风启动***，其特征在于：所述的变频器设于电机的后端，电机的轴端连接风机。

3.根据权利要求1所述的一体式变频电机用逆风启动***，其特征在于：所述的逆风采样模块包括采样电路，然后采样信号进入主控模块，经过计算获取转子方向和速度大小。

4.根据权利要求1所述的一体式变频电机用逆风启动***，其特征在于：还包括报警模块，报警模块用于提示用户目前不能正常启动，在启动失败时进行故障自恢复，重新进行规定次数的启动，直到启动正常，若规定次数内不能启动，则报启动失败故障；在发生故障时，封锁***PWM输出，并采用通讯方式和LED闪烁方式通知用户***存在故障。

5.根据权利要求2所述的一体式变频电机用逆风启动***，其特征在于：所述的风机为轴流风机或离心类风机。

6.根据权利要求2所述的一体式变频电机用逆风启动***，其特征在于：所述的电机为PMSM永磁同步电机，磁瓦采用稀土永磁材料。

7.根据权利要求1所述的一体式变频电机用逆风启动***，其特征在于：电流采样模块检测电机的电流，并将其输出到主控模块的内部AD单元，使主控模块根据获得的电流信息通过采用滑模方式计算无传感矢量控制PWM输出。

8.采用权利要求1-7任一权利要求所述的一体式变频电机用逆风启动***的逆风启动方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在逆风启动前，根据逆风采样模块获得当前的转向和速度；

2）判断电机是否处于停止状态：若电机停止，则进入步骤5）；否则进入步骤3）；

3）主控模块根据电机转速，采用三相短路的方式对电机进行制动，控制输出PWM占空比，达到控制电机电流在较小的范围内；

4）判断电机转速是否小于设定值；当电机转速大于设定值时，返回步骤3），否则进入步骤5)；

5）根据速度指令，采用无传感矢量，输出PWM控制电机运转，控制电机启动至正常运转。

9.根据权利要求8所述的逆风启动方法，其特征在于：在电机启动前，当电机不处于停止状态时，主控模块根据逆风采样模块提供的速度，采用三相短路的方式输出PWM，对电机进行刹车；在输出PWM时，根据电机转速，先输出较小的PWM，控制电机电流在较小的范围内；随着电机转速的下降，逐渐增大三相短路PWM输出，并保证电机电流在***能够承受的范围内，逐渐增大刹车力矩，保证刹车在较短时间内电机能够停止下来；当电机转速小于设定值时，按照三段式控制方案控制电机启动至正常运转。

10.根据权利要求9所述的逆风启动方法，其特征在于：还包括报警步骤，当电机无法正常启动，进行报警；在启动失败时进行故障自恢复：重新进行规定次数内的启动，直到启动正常，若在远见定次数内，无法正常启动，则报启动失败故障；在发生故障时，封锁PWM输出，并采用通讯方式和LED闪烁方式通知用户***存在故障。