專利名稱：電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變頻器頻率控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻 率的方法。
背景技術(shù)：
三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、對(duì)環(huán)境要求低，在節(jié)能和提高生產(chǎn)力等方面具 有明顯的優(yōu)勢(shì)，它已經(jīng)廣泛運(yùn)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防以及日常生活之中。三相 異步電機(jī)起動(dòng)方式有二種一是直接起動(dòng)，即電機(jī)直接接額定電壓起動(dòng)；二是降壓起動(dòng)，又 分為定子串電抗降壓起動(dòng)、星形-三角形啟動(dòng)器起動(dòng)、變頻起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)等幾種形 式。目前，應(yīng)用最多的起動(dòng)方式為變頻方式。變頻啟動(dòng)方式是在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸提升給定頻率，現(xiàn)有給定方式是采用直線加速 控制方式起動(dòng)過(guò)程中頻率按直線規(guī)律上升，加速度恒定；與此同時(shí)，定子電壓與頻率成正 比，定子電壓隨頻率逐漸升高，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直至升至額定電壓、額定轉(zhuǎn)速(給定頻率) 為止。下述公式⑴和⑵分別表示頻率f隨時(shí)間t的變化規(guī)律，以及，電壓ν隨頻率f的 變化規(guī)律，其中Ttl表示啟動(dòng)時(shí)間，F(xiàn)0表示給定頻率，k表示恒定的加速度(直線的斜率)。f = kt 0 彡 t 彡 T0(1)ν = kf 0 ^ f ^ F0(2)參照?qǐng)DΙ-a和l_b，分別示出了直線啟動(dòng)方式的頻率給定曲線以及恒壓頻比曲線， 其中，圖中的Vtl表示額定電壓。從上述公式和函數(shù)曲線不難看出，直線加速控制方式柔性度不好，在剛剛啟動(dòng)和 加速結(jié)束時(shí)存在加速度突變的問(wèn)題，容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊；特別是在大功率調(diào)速系統(tǒng)中，由 于帶有大負(fù)載以及電機(jī)自身慣性的原因，這種對(duì)電網(wǎng)的沖擊尤為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電機(jī)啟動(dòng)頻率的給定方法，可解決現(xiàn)有電 機(jī)的變頻啟動(dòng)過(guò)程中因加速度突變給電網(wǎng)造成沖擊的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法，在所 述電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，至少包括起始階段和終了階段在所述起始階段，以逐漸增加的加速 度提供給定頻率，該起始階段開(kāi)始時(shí)，給定頻率和給定頻率的加速度均為零；在所述終了階 段，以逐漸減小的加速度提供給定頻率，所述終了階段結(jié)束時(shí)，所述給定頻率增加至目標(biāo)頻 率，給定頻率的加速度降至零。優(yōu)選的，在所述起始階段和終了階段之間還包括直線加速階段，其中在所述直線 加速階段，以恒定的加速度提供給定頻率；所述起始階段結(jié)束時(shí)給定頻率的加速度、終了階 段開(kāi)始時(shí)給定頻率的加速度均與所述直線加速階段給定頻率的加速度相等；所述起始階段 結(jié)束時(shí)的給定頻率等于所述直線加速階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率；所述直線加速階段結(jié)束時(shí)的 給定頻率等于所述終了階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率。
優(yōu)選的，對(duì)于預(yù)先設(shè)定的所述起始階段的結(jié)束時(shí)間、、所述直線加速階段的結(jié)束 時(shí)間t2、所述終了階段的結(jié)束時(shí)間t3和所述目標(biāo)頻率&，所述給定頻率f與時(shí)間t的關(guān)系 為 當(dāng)ο ≤ t ≤ 、時(shí) 當(dāng) tl< 叫時(shí) 當(dāng) t2<“t3 時(shí) 優(yōu)選的，所述起始階段的結(jié)束時(shí)間為9秒，所述直線加速階段的結(jié)束時(shí)間為21秒， 所述終了階段的結(jié)束時(shí)間30秒，所述目標(biāo)頻率為50赫茲。優(yōu)選的，所述起始階段的結(jié)束時(shí)間為12秒，所述直線加速階段的結(jié)束時(shí)間為48 秒，所述終了階段的結(jié)束時(shí)間60秒，所述目標(biāo)頻率為96赫茲。。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將電機(jī)啟動(dòng)階段分為給定頻率的加速度逐漸增加的起始階段和給定頻率 的加速度逐漸降低的終了階段，可實(shí)現(xiàn)在起始階段開(kāi)始時(shí)和終了階段結(jié)束時(shí)給定頻率的加 速度均為0，克服了現(xiàn)有直線加速方法因加速度突變導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)電 機(jī)的平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘，從而充分發(fā)揮電機(jī)的性能。通過(guò)調(diào)節(jié)給定頻率加速度的增加和減小的速度，可進(jìn)一步縮短加減速時(shí)間，提高 負(fù)載速度的控制帶寬。


圖Ι-a是現(xiàn)有技術(shù)直線變頻啟動(dòng)方式的頻率給定曲線；圖Ι-b是現(xiàn)有技術(shù)直線變頻啟動(dòng)方式的恒壓頻比曲線；圖2是本發(fā)明電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法一實(shí)施例流程圖；圖3是圖2所示的實(shí)施例中的S型頻率給定曲線；圖4是本發(fā)明電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法第一具體實(shí)施例的S型頻率給定 曲線；圖5是本發(fā)明電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法第二具體實(shí)施例的S型頻率給定 曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。參照?qǐng)D2，示出了本發(fā)明電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法一實(shí)施例的流程，具體 包括以下步驟步驟201 將電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程劃分為起始階段、直線加速階段和終了階段；步驟202 在起始階段，提供的給定頻率從0開(kāi)始增加，給定頻率的加速度逐漸遞 增；
步驟203 在直線加速階段，以恒定加速度提供給定頻率；
步驟204:在終了階段，給定頻率的加速度逐漸遞減，達(dá)到電機(jī)的目標(biāo)頻率時(shí)，力口 速度降至0。為保證電機(jī)的平滑啟動(dòng)，避免因加速度突變給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊問(wèn)題，起始階段結(jié) 束時(shí)的給定頻率和加速度，應(yīng)當(dāng)分別等于直線加速階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率和加速度；終了 階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率，應(yīng)當(dāng)?shù)扔谥本€加速階段結(jié)束時(shí)的給定頻率，終了階段開(kāi)始時(shí)的加 速度，應(yīng)當(dāng)?shù)扔谥本€加速階段的加速度。在本優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)直線加速階段的持續(xù)時(shí)間為0時(shí)，起始階段結(jié)束時(shí)的給定 頻率和加速度，應(yīng)當(dāng)分別等于終了階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率和加速度。參照?qǐng)D3，示出了上述實(shí)施例中的S型頻率給定曲線，其中，橫坐標(biāo)軸為時(shí)間t軸， 縱坐標(biāo)軸為頻率f軸。給定頻率的S型曲線加速過(guò)程分為3個(gè)階段，
階段為直線加速區(qū)，該階段內(nèi)加速度 恒定；[t2，t3]階段為曲線加速階段(終了階段)，在該階段內(nèi)加速度逐漸遞減。在、時(shí)刻， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)頻率，電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。其中，曲線加速階段的曲線可以看成是一段拋物線。在
階段，曲線方程為開(kāi)口向下的拋物線，頂點(diǎn)為(t3，f0)，因此可設(shè)曲線方 程為
(5)在t2時(shí)刻對(duì)其求導(dǎo)數(shù)，得
)(6)ki; k2分別對(duì)應(yīng)曲線在該點(diǎn)的斜率。設(shè)直線加速段的斜率為k，則很容易的得出k = ki = k2(7)曲線在t1; t2時(shí)刻的坐標(biāo)分別為(t1; Bt12)、(t2，b (t2-t3)2+f0)，因此可得
「 ^ , Wi-I^f jT U-at；( ,k == ~=--—-L-( 8 )
h-h由式(4) (6) (7) (8)，經(jīng)化簡(jiǎn)整理得k = 2/°( 9 )
I3 jTt2式(9)就是直線段斜率計(jì)算公式。將式(9)帶回(4)和(6)式，可得a和b的值，
由此可以得出兩條曲線加速段的方程以及直線段的方程。最終的S曲線方程為
f當(dāng)0 彡 t 彡、時(shí)，丄/ ,、，I2當(dāng)、<W、時(shí)，^t^r,(10 )
當(dāng)t2 < t < t3 時(shí) 其中，f0為給定頻率，當(dāng)時(shí)間t大于t3時(shí)，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)給定頻率&為50Hz，整個(gè)啟動(dòng)時(shí)間為30秒，兩曲線加速階段分別為9秒、直線 加速階段為12秒，即Wt3分別為9秒、21秒和30秒時(shí)，電機(jī)給定頻率的S型曲線如圖 4所示。當(dāng)給定頻率&為96. 5Hz，整個(gè)啟動(dòng)時(shí)間為60秒，兩曲線加速階段分別為12秒、直 線加速階段為36秒，即、、t2、t3分別為12秒、48秒和60秒時(shí)，電機(jī)給定頻率的S型曲線 如圖5所示。從上述2個(gè)具體實(shí)施例的仿真結(jié)果可以看出，其頻率曲線在啟動(dòng)過(guò)程中十分平 滑，方法柔性度較好，并且適用范圍廣，容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于前述的各方法實(shí)施例，為了描述簡(jiǎn)單，故將其都表述為一系列的動(dòng)作組合，但 是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序的限制，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明， 某些步驟可以采用其他順序或同時(shí)執(zhí)行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，上述方法實(shí)施 例均屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的動(dòng)作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。本說(shuō)明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與 其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法，進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只 是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā) 明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法，其特征在于，在所述電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，至少包括起始階段和終了階段在所述起始階段，以逐漸增加的加速度提供給定頻率，該起始階段開(kāi)始時(shí)，給定頻率和給定頻率的加速度均為零；在所述終了階段，以逐漸減小的加速度提供給定頻率，所述終了階段結(jié)束時(shí)，所述給定頻率增加至目標(biāo)頻率，給定頻率的加速度降至零。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述起始階段和終了階段之間還包括直 線加速階段，其中在所述直線加速階段，以恒定的加速度提供給定頻率；所述起始階段結(jié)束時(shí)給定頻率的加速度、終了階段開(kāi)始時(shí)給定頻率的加速度均與所述 直線加速階段給定頻率的加速度相等；所述起始階段結(jié)束時(shí)的給定頻率等于所述直線加速階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率；所述直線加速階段結(jié)束時(shí)的給定頻率等于所述終了階段開(kāi)始時(shí)的給定頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對(duì)于預(yù)先設(shè)定的所述起始階段的結(jié)束時(shí)間 、、所述直線加速階段的結(jié)束時(shí)間t2、所述終了階段的結(jié)束時(shí)間t3和所述目標(biāo)頻率&，所述 給定頻率f與時(shí)間t的關(guān)系為
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述起始階段的結(jié)束時(shí)間為9秒，所述直線 加速階段的結(jié)束時(shí)間為21秒，所述終了階段的結(jié)束時(shí)間30秒，所述目標(biāo)頻率為50赫茲。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述起始階段的結(jié)束時(shí)間為12秒，所述直線 加速階段的結(jié)束時(shí)間為48秒，所述終了階段的結(jié)束時(shí)間60秒，所述目標(biāo)頻率為96赫茲。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電機(jī)啟動(dòng)階段提供給定頻率的方法，其特征在于，在所述電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，至少包括起始階段和終了階段在所述起始階段，以逐漸增加的加速度提供給定頻率，該起始階段開(kāi)始時(shí)，給定頻率和給定頻率的加速度均為零；在所述終了階段，以逐漸減小的加速度提供給定頻率，所述終了階段結(jié)束時(shí)，所述給定頻率增加至目標(biāo)頻率，給定頻率的加速度降至零。本發(fā)明將電機(jī)啟動(dòng)階段分為起始階段和終了階段，可實(shí)現(xiàn)在起始階段開(kāi)始時(shí)和終了階段結(jié)束時(shí)給定頻率的加速度均為0，克服了現(xiàn)有直線加速方法因加速度突變導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘，從而充分發(fā)揮電機(jī)的性能。
文檔編號(hào)H02P1/30GK101860286SQ201010218578
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者劉麗, 沈世博, 韓紅彬, 高宏洋 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心