電機(jī)狀態(tài)判斷方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)狀態(tài)判斷方法及裝置，特別是涉及一種通過對(duì)變頻器的輸出 電流進(jìn)行采樣和分析，來判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的電機(jī)狀態(tài)判斷方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，在運(yùn)用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)(下面，簡(jiǎn)稱為電機(jī)）時(shí)，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁 轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系即電機(jī)的機(jī)械特性，以及系統(tǒng)的設(shè)備慣性等的原因，有時(shí)電機(jī)不能夠正常 的運(yùn)行。此時(shí)，需要對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，來滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，彌補(bǔ)一些潛在的問 題，使電機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)達(dá)到最佳的匹配狀態(tài)。
[0003] 在運(yùn)用變頻器驅(qū)動(dòng)新型的電機(jī)時(shí)，因上述的機(jī)械性能等的原因?qū)е伦冾l器與電機(jī) 不完全匹配時(shí)，會(huì)出現(xiàn)變頻器的輸出電流過電流的情況。這種過電流的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致變頻器 的IGBT等開關(guān)元件因電流過大而被損壞，電機(jī)也會(huì)因勵(lì)磁電流等過大而被燒壞。
[0004] 為了使電機(jī)能夠安全、穩(wěn)定、正常地運(yùn)行，需要根據(jù)在變頻器的輸出電流過電流時(shí) 電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，正確地調(diào)整變頻器的參數(shù)。在變頻器的輸出電流過電流時(shí)電機(jī)的運(yùn)行狀 態(tài)一般有電機(jī)堵轉(zhuǎn)和電機(jī)過勵(lì)磁兩種情況。
[0005] 當(dāng)負(fù)載過大或者啟動(dòng)頻率過高時(shí)，電機(jī)會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情 況下，因電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)功率因數(shù)低，堵轉(zhuǎn)電流迅速升高，變頻器溫度也快速上升。例如，在對(duì)電 機(jī)進(jìn)行控制的方式為U/F控制的情況下，根據(jù)變頻器的輸出頻率，來判斷采取怎樣的措施， 即判斷對(duì)變頻器的哪些參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)負(fù)載過大等導(dǎo)致變頻器的輸出頻率很小(例如，對(duì) 于大功率的電機(jī)而言，小于5Hz的頻率)時(shí)，則認(rèn)為對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制不適當(dāng)，使負(fù)載驅(qū)動(dòng)的電 磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，需要增加轉(zhuǎn)矩增益來啟動(dòng)電機(jī)。當(dāng)變頻器的輸出頻率過大時(shí)，則認(rèn)為 在電子的轉(zhuǎn)子的慣性的影響下因變頻器的輸出頻率過大而導(dǎo)致電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差 率過大（s = 1)，使得轉(zhuǎn)子無法跟隨定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。因此，此時(shí)需要降低變頻器的 輸出頻率，也就是降低定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，來減小轉(zhuǎn)差率，從而解決電機(jī)的堵轉(zhuǎn)問題。
[0006] 當(dāng)變頻器的輸出頻率改變時(shí)，電機(jī)的內(nèi)部阻抗也隨之改變，從而會(huì)引起勵(lì)磁電流 的變化，有時(shí)這種勵(lì)磁電流增加過多，使電機(jī)出現(xiàn)勵(lì)磁過強(qiáng)的情況，電機(jī)鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度 不再顯著增加，外加電壓高于電機(jī)的額定電壓，而導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生磁飽和，此時(shí)，容易燒壞電 機(jī)。在該情況下，需要降低變頻器的輸出電壓，即降低施加給電機(jī)的電壓，來降低勵(lì)磁電壓， 以降低勵(lì)磁電流。另一方面，在變頻器的輸出頻率很小時(shí)，由于頻率的變化率很小，電機(jī)的 定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電能不能有效地傳遞給轉(zhuǎn)子，在該情況下，電機(jī)所產(chǎn)生的反電動(dòng) 勢(shì)很小，也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)過勵(lì)磁現(xiàn)象，此時(shí)，需要減小變頻器的加速時(shí)間，增加變頻器的 加速度，使電機(jī)快速啟動(dòng)。
[0007] 如上所述，在利用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，如果不能夠正常地啟動(dòng)電機(jī)或者電機(jī)的運(yùn) 行狀態(tài)出現(xiàn)異常，則需要根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)(是電機(jī)堵轉(zhuǎn)還是電機(jī)過勵(lì)磁）來選擇適當(dāng)?shù)?解決方法。
[0008] 然而，由于現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試人員難以簡(jiǎn)單地確認(rèn)電機(jī)的機(jī)械性能是否滿足當(dāng)前的工作 狀態(tài)，也難以獲取系統(tǒng)的慣性等因素，從而難以準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷出電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)（即判 斷電機(jī)是出于堵轉(zhuǎn)還是處于過勵(lì)磁的狀態(tài))。因此，往往在調(diào)試上花費(fèi)很多時(shí)間，并且，在調(diào) 試的過程中，會(huì)浪費(fèi)太多的電能，不符合環(huán)保及節(jié)能的要求。甚至，有些缺乏調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的調(diào) 試人員會(huì)盲目地修改一些變頻器的參數(shù)，致使變頻器與機(jī)械系統(tǒng)不匹配，而最終導(dǎo)致變頻 器損壞。
[0009] 因此，準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的手段尤為重要。
[0010] 從控制的角度來看，變頻器能夠得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信息是實(shí)現(xiàn)電機(jī)狀態(tài)判斷的 重要手段。已知獲得變頻器能夠得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信息的最普遍的手段是，在電機(jī)軸上 裝上速度編碼器，然而，這會(huì)導(dǎo)致變頻器硬件和安裝以及設(shè)備和維護(hù)成本的增加，而且，在 現(xiàn)場(chǎng)中還有限制條件不允許安裝速度編碼器的情況。
[0011] 在沒有安裝速度編碼器的情況下，需要基于變頻器的輸出電流即電機(jī)定子的電流 來判斷電機(jī)狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供一種在變頻器的輸出電流產(chǎn)生過電流時(shí)，通過基于采樣得到的輸出電 流的值和頻率而描畫出的近似正弦的電流變化曲線，來判斷電機(jī)狀態(tài)的電機(jī)狀態(tài)判斷方法 及裝置。
[0013] 本發(fā)明提供一種電機(jī)狀態(tài)判斷方法，其用于在運(yùn)用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的狀態(tài)下，對(duì) 電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，其特征在于，包括以下的步驟：對(duì)變頻器的輸出電流的電流值和 頻率進(jìn)行采樣的采樣步驟，根據(jù)所采樣的所述輸出電流的電流值和頻率，來描畫近似正弦 的電流變化曲線的描畫步驟，判斷所述輸出電流是否過電流的報(bào)警步驟，在所述報(bào)警步驟 中判斷為所述輸出電流為過電流的情況下，對(duì)所采樣的所述輸出電流的電流值與所描畫出 的所述近似正弦的電流變化曲線進(jìn)行比較的比較步驟，根據(jù)在所述比較步驟中獲得的比較 結(jié)果，來判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的判斷步驟。
[0014] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述采樣步驟具有：對(duì)所述輸出電流的頻率進(jìn)行采樣的第一 采樣步驟，對(duì)所述輸出電流的電流值進(jìn)行采樣的第二采樣步驟。
[0015] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述第一采樣步驟包括：通過過零比較器對(duì)變頻器的所述輸 出電流的第一過零點(diǎn)進(jìn)行采樣的步驟，通過過零比較器對(duì)變頻器的所述輸出電流的第二過 零點(diǎn)進(jìn)行采樣的步驟，所述第二過零點(diǎn)為所述第一過零點(diǎn)的下一個(gè)過零點(diǎn)，根據(jù)所述第一 過零點(diǎn)與所述第二過零點(diǎn)的采樣時(shí)間，來計(jì)算所述輸出電流的頻率的步驟。
[0016] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在所述判斷步驟中，當(dāng)所述比較結(jié)果為在某個(gè)采樣點(diǎn)的所述 輸出電流的電流值與在所描畫出的所述近似正弦的電流變化曲線上的與該采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 電流值的差值沒有超過容許范圍時(shí)，判斷為電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)，當(dāng)所述比較結(jié)果為在某 個(gè)采樣點(diǎn)的所述輸出電流的電流值與在所描畫出的所述近似正弦的電流變化曲線上的與 該采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流值的差值超過容許范圍時(shí)，判斷為電機(jī)處于過勵(lì)磁狀態(tài)。
[0017] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在所述描畫步驟中，運(yùn)用麥克勞林公式來描畫所述輸出電流 的近似正弦的電流變化曲線。
[0018] 本發(fā)明還提供一種電機(jī)狀態(tài)判斷裝置，其用于在運(yùn)用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的狀態(tài)下， 對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，其特征在于，包括：對(duì)變頻器的輸出電流的電流值和頻率進(jìn)行 采樣的采樣模塊，根據(jù)所采樣的所述輸出電流的電流值和頻率，來描畫近似正弦的電流變 化曲線的描畫模塊，判斷所述輸出電流是否過電流的報(bào)警模塊，在所述報(bào)警模塊判斷為所 述輸出電流為過電流的情況下，對(duì)所采樣的所述輸出電流的電流值與所描畫出的所述近似 正弦的電流變化曲線進(jìn)行比較的比較模塊，根據(jù)所述比較模塊的比較結(jié)果，來判斷電機(jī)的 運(yùn)行狀態(tài)的判斷模塊。
[0019] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述采樣模塊具有：對(duì)所述輸出電流的頻率進(jìn)行采樣的第一 采樣模塊，對(duì)所述輸出電流的電流值進(jìn)行采樣的第二采樣模塊。
[0020] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述第一采樣模塊包括過零比較器，通過所述過零比較器對(duì) 變頻器的所述輸出電流的第一過零點(diǎn)進(jìn)行采樣，通過所述過零比較器對(duì)變頻器的所述輸出 電流的第二過零點(diǎn)進(jìn)行采樣，所述第二過零點(diǎn)為所述第一過零點(diǎn)的下一個(gè)過零點(diǎn)，所述第 一采樣模塊根據(jù)所述第一過零點(diǎn)與所述第二過零點(diǎn)的采樣時(shí)間，來計(jì)算所述輸出電流的頻 率。
[0021] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，當(dāng)所述比較結(jié)果為在某個(gè)采樣點(diǎn)的所述輸出電流的電流值 與在所描畫出的所述近似正弦的電流變化曲線上的與該采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流值的差值沒有 超過容許范圍時(shí)，所述判斷模塊判斷為電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)，當(dāng)所述比較結(jié)果為在某個(gè)采 樣點(diǎn)的所述輸出電流的電流值與在所描畫出的所述近似正弦的電流變化曲線上的與該采 樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流值的差值超過容許范圍時(shí)，所述判斷模塊判斷為電機(jī)處于過勵(lì)磁狀態(tài)。
[0022] 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述描畫裝置運(yùn)用麥克勞林公式來描畫所述輸出電流的近 似正弦變化曲線。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)狀態(tài)判斷方法及裝置，在利用變頻器啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，能夠簡(jiǎn)單、快 速地判斷出電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以便于做出適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施。根據(jù)本發(fā)明，能夠降低對(duì)調(diào)試人 員的調(diào)試能力的要求，減少調(diào)試電機(jī)所需的時(shí)間和減少電能的浪費(fèi)，而且，能夠穩(wěn)定可靠地 運(yùn)行電機(jī)，避免變頻器和電機(jī)不必要的損壞，充分實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本的目的。
【附圖說明】
[0024] 圖1是示意性地表示電機(jī)在不同的運(yùn)行狀態(tài)下的定子電流(變頻器的輸出電流)的 波形圖。
[0025] 圖2是表示本實(shí)施方式的電機(jī)狀態(tài)判斷方法的概括流程圖。
[0026] 圖3是表示本實(shí)施方式中的在對(duì)變頻器的輸出電流的頻率進(jìn)出采樣時(shí)所使用的 過零比較器的電路圖。
[0027] 圖4是表示本實(shí)施方式的對(duì)變頻器的輸出電流的頻率進(jìn)行采樣的流程圖。
[0028] 圖5是表示本實(shí)施方式的電機(jī)狀態(tài)判斷裝置的框圖。
【具體實(shí)施