[发明专利]风机/泵恒流量电机驱动控制方法

摘要

本发明涉及一种风机/泵恒流量电机驱动控制方法，它的特点是在电机驱动器的运算单元中预置电机负载电流-频率或者电机输入功率-频率的关系曲线，使得电机频率在零静压频率fp0和最大静压频率fpmax之间变化时，电机负载电流或电机输入功率与电机频率之间始终保持着上述曲线的对应关系。电机运行时，通过检测或计算得到的电机频率f实时查询关系曲线中对应的电机负载电流或电机输入功率，得到电机的电流指令值I*或频率指令值f*，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段，使得当前的实际电机负载电流或实际电机频率与两指令值相符，以驱动电机运行。使用该方法对电机驱动的风机、泵进行恒流量控制，不需要使用压力传感器或流量传感器，投入成本较低，且其运行过程不易受电磁噪声干扰，可靠性较高。

主权项

风机/泵恒流量电机驱动控制方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，确定在不同的流量要求下电机的零静压频率fp0、最大静压频率fpmax、上限频率fu和最高频率fh，并确定电机在上述频率工作时，所对应的电机负载电流或电机输入功率；零静压频率fp0是指在按照系统预先设定的流量前提下，在带有风机或泵的特定的管道配置时，静压为零时的电机频率；最大静压频率fpmax是指上述管道配置中同一流量下最大静压工况下的电机频率；上限频率fu是指驱动器和电机允许设置的最大正常工作频率；最高频率fh是指驱动器和电机的极限安全运行频率；零静压频率fp0<最大静压频率fpmax<上限频率fu<最高频率fh；上述频率、电流或功率的具体数值均由电机和风机/泵的设计参数或实际测量得到；第二步，绘制电机负载电流与频率的关系曲线；以电机频率f为横坐标、电机负载电流I为纵坐标，建立坐标轴；当电机频率f小于零静压频率fp0时，绘制第a’段电流‑频率曲线，该段曲线为恒电流曲线，对应电机的恒转矩区域，在该区域内，电机负载电流I始终等于零静压频率fp0所对应的电流Ip0，即该曲线为水平直线；当电机频率f大于零静压频率fp0、小于最大静压频率fpmax时，绘制第b’段电流‑频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机负载电流I呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率fpmax时，电机负载电流I达到最大静压频率fpmax所对应的电流Ipmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；该段曲线也可通过测量法确定，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机负载电流I和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b’段电流‑频率曲线；当电机频率f大于最大静压频率fpmax、小于上限频率fu时，绘制第c’段电流‑频率曲线，该段曲线对应电机的恒功率区域，在该区域内，电机输入功率保持不变，电机负载电流I与电机频率f呈反比，即该段曲线为反比例曲线；当电机频率f大于上限频率fu、小于最高频率fh时，绘制第d’段电流‑频率曲线，该段曲线为电流垂下曲线，在该区域内，电机负载电流I呈线性迅速降低，当驱动器输出频率f等于最高频率fh时，其所对应的负载电流Ih等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线；将绘制好的电机负载电流与频率的关系曲线以表格或计算公式的方式，输入到电机驱动器运算单元的存贮装置中储存；或者绘制电机的输入功率与频率的关系曲线；以电机频率f为横坐标、电机输入功率P为纵坐标，建立坐标轴；当电机频率f小于零静压频率fp0时，绘制第a段功率‑频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于零静压频率fp0所对应的电机输入功率Pp0，即该曲线为水平直线；当电机频率f大于零静压频率fp0、小于最大静压频率fpmax时，绘制第b段功率‑频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机输入功率P呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率fpmax时，电机输入功率P达到最大静压频率fpmax所对应的功率Ppmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；该段曲线也可通过测量法确定，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机输入功率P和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b段功率‑频率曲线；当电机频率f大于最大静压频率fpmax、小于上限频率fu时，绘制第c段功率‑频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于最大静压频率fpmax所对应的电机输入功率Ppmax，即该曲线为水平直线，上限频率fu所对应的电机输入功率Pu等于Ppmax；当电机频率f大于上限频率fu、小于最高频率fh时，绘制第d段功率‑频率曲线，该段曲线为功率垂下曲线，在该区域内，电机输入功率P呈线性迅速降低，当电机频率f等于最高频率fh时，其所对应的电机输入功率Ph等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线；将绘制好的电机输入功率与频率的关系曲线以表格或计算公式的方式，输入到电机驱动器运算单元的存贮装置中储存；第三步，在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率fp0及所对应的电机负载电流Ip0、最大静压频率fpmax及所对应的电机负载电流Ipmax、上限频率fu及所对应的电机负载电流Iu和最高频率fh及所对应的电机负载电流Ih这四组数值，即电流‑频率曲线中的四个坐标点，并据此得到该流量所对应的电机负载电流‑电机频率的a’b’c’d’四段曲线；或者在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率fp0及所对应的电机输入功率Pp0、最大静压频率fpmax及所对应的电机输入功率Ppmax、上限频率fu及所对应的电机输入功率Pu和最高频率fh及所对应的电机输入功率Ph这四组数值，即功率‑频率曲线中的四个坐标点，并据此得到该流量所对应的电机的输入功率‑频率的abcd四段曲线；第四步，当电机内安装有位置传感器时，根据该位置传感器就可以直接采集到当前电机频率f；当电机内没有位置传感器时，利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，运用无位置传感器驱动控制方法，通过计算得到当前电机频率f；第五步，当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机负载电流与电机频率的关系曲线，而且电机驱动控制采用电流控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机负载电流，并将其定为当前电机的电流指令值I*；当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机输入功率与电机频率的关系曲线，且电机驱动控制采用电流控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率Pin；根据电机输入功率指令值P*和有功功率Pin进行比例‑积分‑微分运算，得到电机的电流指令值I*；当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机输入功率与电机频率的关系曲线，且电机驱动控制采用电压控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率Pin；根据电机输入功率指令值P*和有功功率Pin进行比例‑积分‑微分运算，得到电机的旋转频率指令值f*；第六步，当电机驱动控制采用电流控制流程时，通过电机驱动器内置的电流传感器，检测、计算出此时的实际电机负载电流；将第五步中查表或计算得到的电流指令值I*与实际电机负载电流进行比较，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段将实际电机负载电流控制为当前的电流指令值I*，以驱动电机运行；当电机驱动控制采用电压控制流程时，根据位置传感器采集到的当前电机频率f，以及第五步中计算得到的电机的旋转频率指令值f*进行比较，并通过调节输出电压大小的手段将当前电机频率控制为旋转频率指令值f*，以驱动电机运行；电机驱动器运算单元通过定期的执行上述第四步至第六步，周而复始，来完成带有风机或泵的特定的管道配置时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量控制。