专利名称：一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法
技术领域：
本发明涉及一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，属于电气技术领域。
背景技术：
高压变频器飞车启动，是在电机定子与变频器或工频电网都脱离时，电机定子“无源”，电机转子处于转动状态，但转速随机不确知情况下，将高压变频器接入电机定子，使电机定子从“无源”到“有源”，电机定子旋转磁场从无到有，最后电机定子旋转磁场拖动电机转子进入正常驱动的过程。由电机原理知，当电机定子速度与电机转子速度相差较大即转差较大时，变频器会出现过电流、过电压故障报警或者因为变频器长时间处于失速过流状态而损坏电机，因此如何快速准确的搜索到转子的频率，输出和转子频率相同的频率成为飞车启动的关键。目前，转子频率的搜索有两种方法第一种方法是定子输入恒定额定电流的V/F 曲线电压比较法，该实现方法是搜索频率时始终保持定子为恒定额定电流，比较变频器输出电压与V/F曲线上的电压值，二者相等时的输出频率就是转子频率；以上方法理论上可行，但实际上V/F曲线与定子额定电流的关系物理概念不明确，低频时又加入作为电压补偿的提升电压，使得借V/F曲线比较电压的精度难以保证，另外，恒定额定电流控制的动态响应问题也直接影响电压比较和频率的搜索精度。第二种方法是直流母线最小电流法，该实现方法是根据定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时变频器直流母线电流最�。杓觳庵绷髂赶叩缌骷浣蛹觳庾悠德剩桓梅椒ǖ牟蛔阒κ潜淦灯髦绷髂赶叩缌魃嫌泻艽蟮奈撇ǎ梦撇ㄊ古卸现绷髂噶魇欠裎闶且桓龇浅Ｓ心讯鹊奈侍猓云德仕阉鞯木仍斐煞浅４蟮挠跋臁Ｏ钟械恼饬街肿悠德仕阉鞣椒ù嬖诙煊λ俣嚷阉骶炔桓叩热毕�。《变频器世界》第74-79页公开了一种高压变频器“飞车启动”功能的实现，该文对无速度传感器VVVF控制高压变频调速系统实现“飞车启动”的方法进行了分析，提出了变频器输出频率递降、降压限流的转子频率搜索方法，以转矩电流分量间接观测转子频率来达到定子旋转磁场与转子转速同步的目的，实现转子非静止条件下电动机的平滑启动。该高压变频器为多电平单元串联电压源型高压变频器，该方法是通过比较电机定子电流实时采样值小于等于设定的最小转矩电流时搜索到转子的频率，效果不是很理想。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术上的上述缺陷，提出一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，采用该方法搜索电机转子频率，动态响应速度快，搜索精度
尚ο为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案为一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述搜索方法包括初始化步骤，首先设置与设备性能相应的参数，计算并确定V/F曲线，然后再给定预测系数K0、频率减少量Δ Π、频率减少量Δ f2、预测系数增加量AkOO和预测系数减少量 AkOl，预测系数KO的初值为零；
V/F计算步骤，根据初始化步骤的参数，由变频器的输出频率计算电机的输出电压值； 标志位计算步骤，检测高压变频器的输出电流计算出合成电流的有效值，与额定电流比较得到相关的标志位；
转子频率搜索步骤，按照PWM. Vout=KO^V (f)，判断预测系数KO是否大于0. 99且Iover 标志位是否等于0，或高压变频器的输出频率小于1Hz，如果是，则结束搜索，并进行PWM处理；
否则，如果Iover标志位等于0，以预测系数增量Δ kOO来增加预测系数KO进行搜索， 当Iover标志位等于1时，保持输出电压不变以频率减少量△ f 1来降低频率进行搜索；
然后检测IOverl20标志位是否等于1，当IOverl20标志位等于1时，以频率减少量 Δ f2来降低频率并以预测系数减少量△ k01来降低预测系数KO进行搜索，再进行PWM处理。 作为上述技术方案的进一步改进
所述初始化步骤中设置与设备性能相应的系统参数包括设置电机的Irms、Irmsl20, IrmslSO、转矩提升截止点的频率K1、恒转矩切换点的频率K2和额定输出电压Κ4。
所述V/F计算步骤包括
判断变频器的输出频率是否小于恒功率转折点的频率；如果是，则进入步骤S203 ；否则，进入步骤S204;
在步骤S203，判断变频器的输出频率是否小于转矩提升截止点频率Kl ；如果是，则进入步骤S205 ；否则，进入步骤S206 ；
在步骤S204，输出电机额定电压，进入步骤S207 ； 在步骤S205，执行转矩提升控制，然后进入步骤S207 ； 在步骤S206，执行恒转矩控制，然后进入步骤S207 ； 在步骤S207，输出V/F曲线电压。
所述标志位计算步骤包括
利用变频器的三相电流计算出变频器输出电流的合成有效值out-I，然后进入步骤 S304 ；
在步骤S304，判断有效值out-I是否大于Irmsl80 ；如果是，进入步骤S305 ；否则，进入步骤S306 ；
在步骤S305，电机过电流标志位置1，然后进入步骤S306 ；
在步骤S306，判断out-I是否大于Irmsl20 ；如果是，进入步骤S307 ；否则，进入步骤 S308 ；
在步骤S307，将IOVerl20标志位置1，然后进入步骤S309 ； 在步骤S308，将Ioverl20标志位置0，然后进入步骤S309 ；
在步骤S309，判断out-I是否大于Irms ；如果是，进入步骤S310 ；否则，进入步骤 S311 ；
在步骤S310，将Iover标志位置1，然后进入步骤S312 ；在步骤S311，将Iover标志位置0，然后进入步骤S312 ； 流程结束于步骤S312。所述标志位计算步骤中，霍尔电流传感器检测变频器的两相输出电流，进入步骤 S302 ；
在步骤S302，对两相输出电流进行隔离整理，进入步骤S303 ；
在步骤S303，滤波平滑处理后计算出第三相电流，再计算出变频器输出电流的合成有效值out-I。所述标志位计算步骤中，霍尔电流传感器检测变频器的三相输出电流，对两相输出电流进行隔离整理，滤波平滑处理，再计算出变频器输出电流的合成有效值out-I。本发明采用以上技术方案，与现有技术方案相比，具有以下优点将由最大输出频率递减的频率给定方式来给定频率，经V/F计算出V/F曲线的输出电压值；检测高压变频器的输出电流计算出合成电流的有效值与额定电流比较得到相关的标志位，以限制频率搜索过程中的过电流；当预测系数KO大于0. 99时，在本发明中将KO近似地认为是1，高压变频器的输出电压跟踪上电机V/F曲线的输出电压即PWEVout= V(f)，此时的频率即为要搜索的转子频率。可以快速准确的搜索到转子的频率，动态响应速度快，搜索精度高。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
附图1为本发明实施例中搜索方法的流程图； 附图2为本发明实施例中V/F计算步骤的流程图； 附图3为本发明实施例中标志位计算步骤的流程图； 附图4为本发明实施例中频率搜索的控制逻辑图。
具体实施例方式实施例，一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，包括初始化步骤、 V/F计算步骤、标志位计算步骤和转子频率搜索步骤；
在本发明中，电机额定电流通常用Irms表示，额定电流的120%用Irms 120表示，额定电流的180%用Irmsl80表示，额定电流标志位用Iover表示，额定电流的120%标志位用 Ioverl20 表不。如图1所示，为搜索方法的流程图，该流程开始于步骤S101。然后，在步骤S102， 根据系统的需求和设备的工艺负荷要求，对系统参数进行初始化首先，设置电机的Irms、 Irmsl20、Irmsl80、转矩提升截止点的频率Kl、恒转矩切换点的频率K2、额定输出电压K4， 然后计算并确定V/F曲线；通过人机界面给定预测系数K0、频率减少量ΔΠ、频率减少量 Af2、预测系数增加量AkOO、预测系数减少量AkOl，初始化预测系数KO的初值为零；
电流值数量的选取根据电机能承受的过电流程度来选定，一般选取额定电流值、最大过电流值和两者之间的一个或两个电流值，本例中选定额定电流值、最大过电流值和两者之间的一个电流值。在步骤S103，根据步骤S102中初始化的系统参数，根据变频器的输出频率计算电机的V/F曲线的电压值，然后进入步骤S104;在步骤S104，判断电机在给定频率下是否过电流，在步骤S104中采样变频器输出的两相电流，得到电流标志位的值；
在步骤S105，判断是否进行转子频率搜索。如果是，即接收到转子频率搜索的启动信号，则进入步骤S106 ；如果否，则进入步骤S113 ；
在步骤S106，高压变频器的输出电压PWM. Vout与V/F曲线的输出电压V(f)满足以下关系:PWM. Vout=K0*V (f)；
判断预测系数KO是否大于0. 99且Iover标志位是否等于0，当从最大输出频率开始搜索转子频率时，预测系数KO从零开始变化，当增加到0. 99时，且输出电流没有过电流即 Iover等于零，高压变频器的输出电压跟踪上V/F曲线的输出电压，搜索到转子的频率；
或者高压变频器的输出频率小于1Hz，即从最大输出频率到最小输出频率都没有搜索到转子的频率；
如果以上两个条件满足其一，进入步骤S107，如果都不满足，则进入步骤S108 ； 在步骤S113，电机停止转动后，以直接启动或能耗制动启动方式启动，然后进入步骤 S114 ；
在步骤S107，结束搜索，然后进入步骤S114 ；
在步骤S108，判断Iover标志位是否为O。如果否，进入步骤S109 ；如果是，则进入步骤 SllO ；
在步骤S109，按照函数式f- =Afl,以频率减少量Δ Π来降低频率进行搜索，然后进入步骤Slll ；
在步骤S110，按照函数式KO+ =AkOO,以预测系数增量AkOO来增加预测系数进行搜索，然后进入步骤Slll ；
在步骤S111，判断IOVerl20标志位是否为1。如果是，进入步骤S112 ；否则，进入步骤 S114 ；
在步骤S112，按照函数式f- =Af2,以频率减少量Δ f2来降低频率，同时按照函数式 KO- =AkOl,以预测系数减少量AkOl来降低预测系数进行搜索。当PWM. Vout=V(f)时，高压变频器的输出电压跟踪上V/F曲线的输出电压且输出电流没有过电流时，此时搜索到的频率即为转子的频率，然后进入步骤S114 ； 在步骤Sl 14，进行PWM处理； 流程结束于步骤S115。如图2所示，为V/F计算步骤。图1中的步骤S103包括步骤S201至207。流程开始于步骤S201。在步骤S202，判断变频器的输出频率是否小于恒功率转折点的频率，如果是，则进入步骤S203 ；否则，进入步骤S204 ；
在步骤S203，判断变频器的输出频率是否小于转矩提升截止点频率K1。如果是，则进入步骤S205 ；否则，进入步骤S206 ；
在步骤S204，输出电机额定电压，进入步骤S207 ； 在步骤S205，执行转矩提升控制，然后进入步骤S207 ； 在步骤S206，执行恒转矩控制，然后进入步骤S207 ； 在步骤S207，输出V/F曲线电压。如图3所示，为标志位计算步骤，图1中的步骤S104包括步骤S301至312，开始于
7步骤S301，霍尔电流传感器检测变频器的两相输出电流，进入步骤S302 ； 在步骤S302，对两相输出电流进行隔离整理，进入步骤S303 ；
在步骤S303，滤波平滑处理后计算出第三相电流，利用三相电流计算出变频器输出电流的合成有效值out-I，然后进入步骤S304 ；
在步骤S304，判断有效值out-I是否大于Irmsl80。如果是，进入步骤S305，否则，进入步骤S306 ；
在步骤S305，电机过电流标志位置1，然后进入步骤S306 ；
在步骤S306，判断out-I是否大于Irmsl20。如果是，进入步骤S307，否则，进入步骤 S308 ；
在步骤S307，将IOVerl20标志位置1，然后进入步骤S309 ； 在步骤S308，将Ioverl20标志位置0，然后进入步骤S309 ；
在步骤S309，判断out-I是否大于Irms。如果是，进入步骤S310，否则，进入步骤S311 ； 在步骤S310，将Iover标志位置1，然后进入步骤S312 ； 在步骤S311，将Iover标志位置0，然后进入步骤S312 ； 流程结束于步骤S312。如图4所示，本发明中实施例采用多电平单元串联电压源型高压变频器，启动“飞车启动”功能后，将由最大输出频率递减的频率给定方式来给定频率，经V/F计算出V/F曲线的输出电压值。检测高压变频器的输出电流计算出合成电流的有效值与额定电流比较得到相关的标志位，以限制频率搜索过程中的过电流。当预测系数KO大于0. 99时，在本发明中将KO近似地认为是1，高压变频器的输出电压跟踪上电机V/F曲线的输出电压即PWM. Vout= V(f)，此时的频率即为要搜索的转子频率。本发明V/F计算步骤S104中，合成有效值out-I还可以通过霍尔电流传感器检测到的三相电流计算出。将本发明搜索方法与V/F曲线电压比较法、直流母线最小电流法应用于相同转子的频率搜索试验，应用到模拟系统中，模拟系统中的电机为6KW，用光电测速编码器进行校对，频率搜索偏差小于0.3 Hz，频率减少量Δ Π取值为0.03、频率减少量Af2取值为 0.06、预测系数增加量AkOO取值为0.02、预测系数减少量AkOl取值为0.08，针对不同系统的电机，频率减少量ΔΠ、频率减少量ΔΩ、预测系数增加量AkOO、预测系数减少量 AkOl的取值会有所不同，本领域的技术人员在本发明技术方案的基础上，可以根据试验测得与其相应的最优化数值。经多次试验后的平均结果如下表
权利要求
1.一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述搜索方法包括初始化步骤，首先设置与设备性能相应的参数，计算并确定V/F曲线，然后再给定预测系数K0、频率减少量Δ Π、频率减少量Δ f2、预测系数增加量AkOO和预测系数减少量 AkOl，预测系数KO的初值为零；V/F计算步骤，根据初始化步骤的参数，由变频器的输出频率计算电机的输出电压值； 标志位计算步骤，检测高压变频器的输出电流计算出合成电流的有效值，与额定电流比较得到相关的标志位；转子频率搜索步骤，按照PWM. Vout=KO^V (f)，判断预测系数KO是否大于0. 99且Iover 标志位是否等于0，或高压变频器的输出频率小于1Hz，如果是，则结束搜索，并进行PWM处理；否则，如果Iover标志位等于0，以预测系数增量Δ kOO来增加预测系数KO进行搜索， 当Iover标志位等于1时，保持输出电压不变以频率减少量△ f 1来降低频率进行搜索；然后检测IOverl20标志位是否等于1，当IOverl20标志位等于1时，以频率减少量 Δ f2来降低频率并以预测系数减少量△ k01来降低预测系数KO进行搜索，再进行PWM处理。
2.如权利要求1所述的高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述初始化步骤中设置与设备性能相应的系统参数包括设置电机的Irms、Irmsl20、IrmslSO、转矩提升截止点的频率Kl、恒转矩切换点的频率 K2和额定输出电压K4。
3.如权利要求1或2所述的高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述V/F计算步骤包括判断变频器的输出频率是否小于恒功率转折点的频率；如果是，则进入步骤S203 ；否则，进入步骤S204 ；在步骤S203，判断变频器的输出频率是否小于转矩提升截止点频率Kl ；如果是，则进入步骤S205 ；否则，进入步骤S206 ；在步骤S204，输出电机额定电压，进入步骤S207 ； 在步骤S205，执行转矩提升控制，然后进入步骤S207 ； 在步骤S206，执行恒转矩控制，然后进入步骤S207 ； 在步骤S207，输出V/F曲线电压。
4.如权利要求3所述的高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述标志位计算步骤包括利用变频器的三相电流计算出变频器输出电流的合成有效值out-I，然后进入步骤 S304 ；在步骤S304，判断有效值out-I是否大于Irmsl80 ；如果是，进入步骤S305 ；否则，进入步骤S306 ；在步骤S305，电机过电流标志位置1，然后进入步骤S306 ；在步骤S306，判断out-I是否大于Irmsl20 ；如果是，进入步骤S307 ；否则，进入步骤 S308 ；在步骤S307，将IOVerl20标志位置1，然后进入步骤S309 ； 在步骤S308，将Ioverl20标志位置0，然后进入步骤S309 ；在步骤S309，判断out-I是否大于Irms ；如果是，进入步骤S310 ；否则，进入步骤 S311 ；在步骤S310，将Iover标志位置1，然后进入步骤S312 ； 在步骤S311，将Iover标志位置0，然后进入步骤S312 ； 流程结束于步骤S312。
5.如权利要求4所述的高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述标志位计算步骤中，霍尔电流传感器检测变频器的两相输出电流，进入步骤S302 ；在步骤S302，对两相输出电流进行隔离整理，进入步骤S303 ；在步骤S303，滤波平滑处理后计算出第三相电流，再计算出变频器输出电流的合成有效值out-I。
6.如权利要求4所述的高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，其特征在于所述标志位计算步骤中，霍尔电流传感器检测变频器的三相输出电流，对两相输出电流进行隔离整理，滤波平滑处理，再计算出变频器输出电流的合成有效值out-I。
全文摘要
本发明公开了一种高压变频器飞车启动时电机转子频率的搜索方法，包括初始化步骤、V/F计算步骤、标志位计算步骤和转子频率搜索步骤，按照PWM.Vout=K0*V(f)，判断预测系数K0是否大于0.99且Iover标志位是否等于0，或高压变频器的输出频率小于1Hz，如果是，则结束搜索，并进行PWM处理；否则，如果Iover标志位等于0，以预测系数增量Δk00来增加预测系数K0进行搜索，当Iover标志位等于1时，保持输出电压不变以频率减少量Δf1来降低频率进行搜索；然后检测Iover120标志位是否等于1，当Iover120标志位等于1时，以频率减少量Δf2来降低频率并以预测系数减少量Δk01来降低预测系数K0进行搜索，再进行PWM处理，可以快速准确的搜索到转子的频率，动态响应速度快，搜索精度高。
文档编号G01P3/44GK102565447SQ201110450179
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者常大刚, 李萍, 陈家欣 申请人:雷奇节能科技股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
