电机启动阶段提供给定频率的方法

摘要

本发明提供了一种电机启动阶段提供给定频率的方法，其特征在于，在所述电机的启动过程中，至少包括起始阶段和终了阶段：在所述起始阶段，以逐渐增加的加速度提供给定频率，该起始阶段开始时，给定频率和给定频率的加速度均为零；在所述终了阶段，以逐渐减小的加速度提供给定频率，所述终了阶段结束时，所述给定频率增加至目标频率，给定频率的加速度降至零。本发明将电机启动阶段分为起始阶段和终了阶段，可实现在起始阶段开始时和终了阶段结束时给定频率的加速度均为0，克服了现有直线加速方法因加速度突变导致对电网产生冲击的问题，可实现电机的平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸，从而充分发挥电机的性能。

权利要求

1.一种电机启动阶段提供给定频率的方法，其特征在于，在所述电机的启动过程中，包括起始阶段和终了阶段，在所述起始阶段和终了阶段之间还包括直线加速阶段：在所述起始阶段，以逐渐增加的加速度提供给定频率，该起始阶段开始时，给定频率和给定频率的加速度均为零；

在所述终了阶段，以逐渐减小的加速度提供给定频率，所述终了阶段结束时，所述给定频率增加至目标频率，给定频率的加速度降至零；

在所述直线加速阶段，以恒定的加速度提供给定频率；

所述起始阶段结束时给定频率的加速度、终了阶段开始时给定频率的加速度均与所述直线加速阶段给定频率的加速度相等；

所述起始阶段结束时的给定频率等于所述直线加速阶段开始时的给定频率；

所述直线加速阶段结束时的给定频率等于所述终了阶段开始时的给定频率；

对于预先设定的所述起始阶段的结束时间t1、所述直线加速阶段的结束时间t2、所述终了阶段的结束时间t3和所述目标频率f0，所述给定频率f与时间t的关系为：当0≤t≤t1时，

当t1＜t≤t2时，

当t2＜t≤t3时，

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始阶段的结束时间为9秒，所述直线加速阶段的结束时间为21秒，所述终了阶段的结束时间30秒，所述目标频率为50赫兹。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始阶段的结束时间为12秒，所述直线加速阶段的结束时间为48秒，所述终了阶段的结束时间60秒，所述目标频率为96赫兹。

说明书

电机启动阶段提供给定频率的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变频器频率控制技术领域，特别是涉及一种电机启动阶段提供给定频率的方法。

背景技术

[0002] 三相异步电机结构简单、维护容易、对环境要求低，在节能和提高生产力等方面具有明显的优势，它已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。三相异步电机起动方式有二种：一是直接起动，即电机直接接额定电压起动；二是降压起动，又分为定子串电抗降压起动、星形-三角形启动器起动、变频起动、自耦变压器起动等几种形式。目前，应用最多的起动方式为变频方式。

[0003] 变频启动方式是在启动过程中逐渐提升给定频率，现有给定方式是采用直线加速控制方式：起动过程中频率按直线规律上升，加速度恒定；与此同时，定子电压与频率成正比，定子电压随频率逐渐升高，电动机逐渐加速，直至升至额定电压、额定转速(给定频率)为止。下述公式(1)和(2)分别表示频率f随时间t的变化规律，以及，电压v随频率f的变化规律，其中T0表示启动时间，F0表示给定频率，k表示恒定的加速度(直线的斜率)。

[0004] f＝kt 0≤t≤T0 (1)

[0005] v＝kf 0≤f≤F0 (2)

[0006] 参照图1-a和1-b，分别示出了直线启动方式的频率给定曲线以及恒压频比曲线，其中，图中的V0表示额定电压。

[0007] 从上述公式和函数曲线不难看出，直线加速控制方式柔性度不好，在刚刚启动和加速结束时存在加速度突变的问题，容易对电网产生冲击；特别是在大功率调速系统中，由于带有大负载以及电机自身惯性的原因，这种对电网的冲击尤为明显。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电机启动频率的给定方法，可解决现有电机的变频启动过程中因加速度突变给电网造成冲击的问题。

[0009] 为了解决上述问题，本发明公开了一种电机启动阶段提供给定频率的方法，在所述电机的启动过程中，至少包括起始阶段和终了阶段：在所述起始阶段，以逐渐增加的加速度提供给定频率，该起始阶段开始时，给定频率和给定频率的加速度均为零；在所述终了阶段，以逐渐减小的加速度提供给定频率，所述终了阶段结束时，所述给定频率增加至目标频率，给定频率的加速度降至零。

[0010] 优选的，在所述起始阶段和终了阶段之间还包括直线加速阶段，其中：在所述直线加速阶段，以恒定的加速度提供给定频率；所述起始阶段结束时给定频率的加速度、终了阶段开始时给定频率的加速度均与所述直线加速阶段给定频率的加速度相等；所述起始阶段结束时的给定频率等于所述直线加速阶段开始时的给定频率；所述直线加速阶段结束时的给定频率等于所述终了阶段开始时的给定频率。

[0011] 优选的，对于预先设定的所述起始阶段的结束时间t1、所述直线加速阶段的结束时间t2、所述终了阶段的结束时间t3和所述目标频率f0，所述给定频率f与时间t的关系为：

[0012] 当0≤t≤t1时，

[0013] 当t1＜t≤t2时，

[0014] 当t2＜t≤t3时，

[0015] 优选的，所述起始阶段的结束时间为9秒，所述直线加速阶段的结束时间为21秒，所述终了阶段的结束时间30秒，所述目标频率为50赫兹。

[0016] 优选的，所述起始阶段的结束时间为12秒，所述直线加速阶段的结束时间为48秒，所述终了阶段的结束时间60秒，所述目标频率为96赫兹。。

[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0018] 本发明将电机启动阶段分为给定频率的加速度逐渐增加的起始阶段和给定频率的加速度逐渐降低的终了阶段，可实现在起始阶段开始时和终了阶段结束时给定频率的加速度均为0，克服了现有直线加速方法因加速度突变导致对电网产生冲击的问题，可实现电机的平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸，从而充分发挥电机的性能。

[0019] 通过调节给定频率加速度的增加和减小的速度，可进一步缩短加减速时间，提高负载速度的控制带宽。

附图说明

[0020] 图1-a是现有技术直线变频启动方式的频率给定曲线；

[0021] 图1-b是现有技术直线变频启动方式的恒压频比曲线；

[0022] 图2是本发明电机启动阶段提供给定频率的方法一实施例流程图；

[0023] 图3是图2所示的实施例中的S型频率给定曲线；

[0024] 图4是本发明电机启动阶段提供给定频率的方法第一具体实施例的S型频率给定曲线；

[0025] 图5是本发明电机启动阶段提供给定频率的方法第二具体实施例的S型频率给定曲线。

具体实施方式

[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0027] 参照图2，示出了本发明电机启动阶段提供给定频率的方法一实施例的流程，具体包括以下步骤：

[0028] 步骤201：将电机启动过程划分为起始阶段、直线加速阶段和终了阶段；

[0029] 步骤202：在起始阶段，提供的给定频率从0开始增加，给定频率的加速度逐渐递增；

[0030] 步骤203：在直线加速阶段，以恒定加速度提供给定频率；

[0031] 步骤204：在终了阶段，给定频率的加速度逐渐递减，达到电机的目标频率时，加速度降至0。

[0032] 为保证电机的平滑启动，避免因加速度突变给电网带来的冲击问题，起始阶段结束时的给定频率和加速度，应当分别等于直线加速阶段开始时的给定频率和加速度；终了阶段开始时的给定频率，应当等于直线加速阶段结束时的给定频率，终了阶段开始时的加速度，应当等于直线加速阶段的加速度。

[0033] 在本优选实施例中，当直线加速阶段的持续时间为0时，起始阶段结束时的给定频率和加速度，应当分别等于终了阶段开始时的给定频率和加速度。

[0034] 参照图3，示出了上述实施例中的S型频率给定曲线，其中，横坐标轴为时间t轴，纵坐标轴为频率f轴。给定频率的S型曲线加速过程分为3个阶段，[0，t1]为曲线加速阶段(起始阶段)，在此阶段内加速度逐渐递增；[t1，t2]阶段为直线加速区，该阶段内加速度恒定；[t2，t3]阶段为曲线加速阶段(终了阶段)，在该阶段内加速度逐渐递减。在t3时刻，电机的转速达到目标频率，电机启动过程结束。

[0035] 其中，曲线加速阶段的曲线可以看成是一段抛物线。

[0036] 在[0，t1]阶段，曲线是以f轴为对称轴，开口向上的抛物线，因此可设曲线方程为：

[0037] f1＝at2 (3)

[0038] 在t1时刻对其求导数，得：

[0039] k1＝2at1 (4)

[0040] 在[t2，t3]阶段，曲线方程为开口向下的抛物线，顶点为(t3，f0)，因此可设曲线方程为：

[0041] f2＝b(t-t3)2+f0 (5)

[0042] 在t2时刻对其求导数，得：

[0043] k2＝2b(t2-t3) (6)

[0044] k1，k2分别对应曲线在该点的斜率。设直线加速段的斜率为k，则很容易的得出：

[0045] k＝k1＝k2 (7)

[0046] 曲线在t1，t2时刻的坐标分别为(t1，at12)、(t2，b(t2-t3)2+f0)，因此可得：

[0047]

[0048] 由式(4)(6)(7)(8)，经化简整理得：

[0049]

[0050] 式(9)就是直线段斜率计算公式。将式(9)带回(4)和(6)式，可得a和b的值，由此可以得出两条曲线加速段的方程以及直线段的方程。最终的S曲线方程为：

[0051] 当0≤t≤t1时，

[0052] 当t1＜t≤t2时，

[0053] 当t2＜t≤t3时，

[0054] 其中，f0为给定频率，当时间t大于t3时，电机进入稳定工作状态。

[0055] 当给定频率f0为50Hz，整个启动时间为30秒，两曲线加速阶段分别为9秒、直线加速阶段为12秒，即t1、t2、t3分别为9秒、21秒和30秒时，电机给定频率的S型曲线如图4所示。

[0056] 当给定频率f0为96.5Hz，整个启动时间为60秒，两曲线加速阶段分别为12秒、直线加速阶段为36秒，即t1、t2、t3分别为12秒、48秒和60秒时，电机给定频率的S型曲线如图5所示。

[0057] 从上述2个具体实施例的仿真结果可以看出，其频率曲线在启动过程中十分平滑，方法柔性度较好，并且适用范围广，容易实现。

[0058] 对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行。其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

[0059] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

[0060] 以上对本发明所提供的一种电机启动阶段提供给定频率的方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。