專利名稱：感應(yīng)電機(jī)控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電機(jī)的控制方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前技術(shù)條件下，控制感應(yīng)電機(jī)在負(fù)載大范圍變化的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)以提高運(yùn)行效率的 基本方法是針對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)負(fù)載施加相應(yīng)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓。如果電機(jī)輕負(fù)載時(shí)對(duì)應(yīng)過高 的電壓值(相對(duì)所需的電機(jī)扭矩而言)，則電機(jī)工作電流過大，工作效率降低。但是如 果在這樣的狀況下電壓過低，則突然增加的電機(jī)負(fù)載可能導(dǎo)致停機(jī)或其他不穩(wěn)定的工作 狀況。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出多種方案用來控制感應(yīng)電機(jī)的功率供應(yīng)，以便最大化工作效 率。然而，通常這些方案要么很難在感應(yīng)電機(jī)低負(fù)載時(shí)防止停機(jī)或其他不穩(wěn)定狀況，要 么在中低負(fù)載條件下過度消耗功率。
當(dāng)前技術(shù)已經(jīng)提供了一個(gè)感應(yīng)電機(jī)控制方法，該方法基于檢測(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率因 素，以此控制電機(jī)的電源電壓，將功率因素保持在預(yù)設(shè)值。如果電機(jī)是在高負(fù)載條件下 工作卜電壓適當(dāng)，則相應(yīng)功率因素也是適當(dāng)?shù)?。如果增加?fù)載，則電機(jī)電流和電壓之間 的滯后量將增加，因此，功率因素將減小。相反，電機(jī)負(fù)載的減小將導(dǎo)致功率因素的增 加。因此，電機(jī)負(fù)載的改變可通過功率因素的改變進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而根據(jù)檢測(cè)負(fù)載的改變 控制電源電壓，以便將功率因素保持在預(yù)設(shè)值。然而在實(shí)際操作中，對(duì)于這樣的方法， 如果選擇滿負(fù)載電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率因素為預(yù)設(shè)最佳值，則電機(jī)輕負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)施加的電壓對(duì) 于該負(fù)載值來說不是最佳的。同樣，當(dāng)電機(jī)工作于中等水平負(fù)載時(shí)，對(duì)于該負(fù)載值電壓 不是適當(dāng)?shù)摹?br> 當(dāng)前感應(yīng)電機(jī)控制的另一個(gè)方法是變頻驅(qū)動(dòng)。對(duì)于任一特定驅(qū)動(dòng)頻率，其控制原理 與以上描述相同。區(qū)別在于根據(jù)不同驅(qū)動(dòng)頻率需要選擇功率因素的不同預(yù)設(shè)值。但是， 在任一特定驅(qū)動(dòng)頻率下，依然存在上述問題，即僅僅當(dāng)施加特定負(fù)載(稱為"標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載") 時(shí)，電機(jī)將以最優(yōu)功率因素運(yùn)轉(zhuǎn)。不可能在大范圍的電機(jī)可變負(fù)載上確保操作的高效和 穩(wěn)定性。
上述論述將參考圖1說明，其中曲線B表示從無負(fù)載到滿負(fù)載(100%)的感應(yīng)電
機(jī)的功率因素的最優(yōu)值。假定滿負(fù)載操作的最優(yōu)功率因素為80%。對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的 感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)，功率因子被控制保持在80%的值(即，虛線部分A)。然而，當(dāng)以 滿負(fù)載50%的負(fù)載操作，最優(yōu)功率因子實(shí)際上是64%,且在無負(fù)載條件下，系統(tǒng)仍將 功率因子保持在80%?？梢姡F(xiàn)有技術(shù)中的最優(yōu)功率因素預(yù)設(shè)值只是特定頻率標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載 下的最優(yōu)值，而不是任何當(dāng)前頻率和當(dāng)前負(fù)載下的最優(yōu)值，這種控制方法不能在大范圍 變化的電機(jī)負(fù)載上提供最優(yōu)操作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種感應(yīng)電機(jī)的控制方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，保證電 機(jī)工作在不同頻率，工作負(fù)載大范圍變化時(shí)，電機(jī)的實(shí)際功率因素始終為當(dāng)前頻率和當(dāng) 前負(fù)載的最優(yōu)功率因素，從而使得電機(jī)能夠連續(xù)地在大范圍內(nèi)變化的負(fù)載上工作于最優(yōu) 功率因素值，確保在大范圍變化的負(fù)載狀況下都以最大工作效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
感應(yīng)電機(jī)控制方法，通過DC-AC反相器將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓并提供給電機(jī)，AC 電壓的電平可變，且可以選擇多個(gè)適合的頻率。
實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)在當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載下的實(shí)際功率因素值。 將檢測(cè)到的實(shí)際功率因素值與該當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載條件下的最優(yōu)功率 因素值比較。
根據(jù)比較結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整感應(yīng)電機(jī)的工作電壓，使實(shí)際功率因素值與最優(yōu)功率因素值 相等。
其中，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)的工作電流和工作電壓獲得電機(jī)當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前 工作負(fù)載下的實(shí)際功率因素值。
根據(jù)不同的工作負(fù)載和工作頻率確定不同的功率因素預(yù)設(shè)值和功率因素補(bǔ)償值，將 當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載下的功率因素預(yù)設(shè)值和功率因素補(bǔ)償值的乘積作為最優(yōu)
功率因素值。
根據(jù)比較實(shí)際功率因素值和最優(yōu)功率因素值所得差值調(diào)節(jié)輸出AC電壓的振幅，使 實(shí)際功率因素值與當(dāng)前最優(yōu)功率因素值趨于相等。
實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置包括電流互感器CT1， CT2、加法器、功率因素檢測(cè)和處理部件、 功率因素預(yù)設(shè)部件、函數(shù)轉(zhuǎn)換電路、乘法器、功率因素比較器、輸出信號(hào)發(fā)生電路、驅(qū)
動(dòng)電路。
電流互感器CT1， CT2和加法器分別與感應(yīng)電機(jī)的三相供電線路連接，電流互感器 和加法器的輸出信號(hào)輸入功率因素檢測(cè)和處理部件，功率因素預(yù)設(shè)部件產(chǎn)生的功率因素 預(yù)設(shè)值輸出與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的功率因素補(bǔ)償值輸出一起輸入乘法器，乘法器輸出的 最優(yōu)功率因素值和功率因素檢測(cè)和處理部件輸出的實(shí)際功率因素值一起輸入功率因素 比較器，功率因素比較器輸出的送到輸出信號(hào)發(fā)生電路，輸出信號(hào)發(fā)生電路的輸出送驅(qū) 動(dòng)電路并控制感應(yīng)電機(jī)。
本發(fā)明的積極效果是
本發(fā)明通過檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)的實(shí)際功率因素并與當(dāng)前工作頻率當(dāng)前工作負(fù)載下的最 優(yōu)功率因素比較，根據(jù)比較結(jié)果來控制感應(yīng)電機(jī)的電壓水平，從而按照電機(jī)負(fù)載的變化 改變供應(yīng)電壓水平。使功率因素按照電機(jī)負(fù)載的變化連續(xù)調(diào)整，電機(jī)的工作狀況一直保 持在當(dāng)前負(fù)載下的最優(yōu)功率因素。從而使得電機(jī)能夠連續(xù)地在大范圍內(nèi)變化的負(fù)載上工 作于最優(yōu)功率因素值，確保在大范圍變化的負(fù)載狀況下都以最大工作效率運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)能電 能。


圖1是最優(yōu)功率因素和電機(jī)負(fù)載之間關(guān)系曲線圖，
圖2是不同頻率下功率因素補(bǔ)償值和電機(jī)電壓關(guān)系圖，
圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)裝置的方框圖。
具體實(shí)施例方式
感應(yīng)電機(jī)控制方法如下:通過DC-AC反相器將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓并提供給電機(jī)，
AC電壓的電平可變，且可以選擇多個(gè)適合的頻率。
實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)在當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載下的實(shí)際功率因素。 將檢測(cè)到的實(shí)際功率因素與該當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載條件下的最優(yōu)功率因
素比較。
根據(jù)比較結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整感應(yīng)電機(jī)的工作電壓，使實(shí)際功率因素與最優(yōu)功率因素相等。
具體實(shí)施時(shí)，可通過實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)的工作電流和工作電壓獲得電機(jī)當(dāng)前工作頻 率和當(dāng)前工作負(fù)載下的實(shí)際功率因素。
根據(jù)不同的工作負(fù)載和工作頻率確定不同的功率因素預(yù)設(shè)值和功率因素補(bǔ)償值，將 當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工f負(fù)載下的功率因素預(yù)設(shè)值和功率因素補(bǔ)償值的乘積作為最優(yōu) 功率因素值。
根據(jù)比較實(shí)際功率因素值和最優(yōu)功率因素值所得差值調(diào)節(jié)輸出AC電壓的振幅，使 實(shí)際功率因素值與當(dāng)前最優(yōu)功率因素值趨于相等。 具體地說，在一個(gè)特定驅(qū)動(dòng)頻率下，
連續(xù)檢測(cè)電機(jī)工作的功率因素被并與預(yù)設(shè)的功率因素比較，該預(yù)設(shè)的功率因素是在 特定驅(qū)動(dòng)頻率和特定電機(jī)負(fù)載值的最優(yōu)功率因素。前述預(yù)設(shè)的功率因素通過乘以一定的 補(bǔ)償值而調(diào)整，該補(bǔ)償值在0到1的范圍內(nèi)，并且是根據(jù)此時(shí)電機(jī)電壓的水平確定的。 例如，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率為50 Hz時(shí)，功率因素補(bǔ)償值和電機(jī)電壓之間的關(guān)系如圖2中的 曲線Cl所示。如圖所示，功率因素補(bǔ)償值按照電機(jī)電壓的減小而減小，即按照電機(jī)負(fù) 載水平的減小而減小。通過這樣的方法，就可以按照如圖l所示的曲線，隨著電機(jī)負(fù)載 改變，確定在當(dāng)前負(fù)載下的最優(yōu)功率因素。
變頻狀況下最優(yōu)功率因素相對(duì)于電機(jī)電源電壓的變化特征是根據(jù)驅(qū)動(dòng)頻率改變的。 因此，需要使用圖2表示功率因素補(bǔ)償值和電機(jī)電源電壓之間關(guān)系曲線，其中C2和C3 是驅(qū)動(dòng)頻率分別為25Hz和12Hz的變化曲線，其他頻率類似。電機(jī)電源電壓值的變化 范圍根據(jù)驅(qū)動(dòng)頻率而改變。
實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置包括電流互感器CT1， CT2、加法器、功率因素檢測(cè)和處理部件、 功率因素預(yù)設(shè)部件、函數(shù)轉(zhuǎn)換電路、乘法器、功率因素比較器、輸出信號(hào)發(fā)生電路、驅(qū) 動(dòng)電路。
如圖3所示，電流互感器CT1， CT2和加法器分別與感應(yīng)電機(jī)的三相供電線路連接，
電流互感器和加法器的輸出信號(hào)輸入功率因素檢測(cè)和處理部件，功率因素預(yù)設(shè)部件產(chǎn)生 的功率因素預(yù)設(shè)值輸出與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的功率因素補(bǔ)償值輸出一起輸入乘法器，乘
法器輸出的最優(yōu)功率因素值和功率因素檢測(cè)和處理部件輸出的實(shí)際功率因素值一起輸 入功率因素比較器，功率因素比較器輸出的送到輸出信號(hào)發(fā)生電路，輸出信號(hào)發(fā)生電路 的輸出送至驅(qū)動(dòng)電路并控制感應(yīng)電機(jī)。
在圖3中，從電流互感器CT1， CT2接收電機(jī)電流值Iu， Iw和Iv。加法器用于獲取 電壓值Vuv， Vwv。這些電壓值是與電流值Iu， Iw，和Iv —起提供給功率因素檢測(cè)和處 理部件的，該部件通過檢測(cè)電流和電壓值從而獲取電機(jī)的實(shí)時(shí)功率因素。預(yù)設(shè)功率因素 值作為輸入由功率因素預(yù)設(shè)部件產(chǎn)生，并可做調(diào)整以便建立所需的預(yù)設(shè)功率因素值。預(yù) 設(shè)功率因素值被輸入到乘法器，然后乘以從函數(shù)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的補(bǔ)償值。函數(shù)轉(zhuǎn)換電路 實(shí)際由多套存儲(chǔ)器和在存儲(chǔ)器中的數(shù)值表組成，且每個(gè)表相應(yīng)于特定的電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率 值。因此各轉(zhuǎn)換函數(shù)是為不同的驅(qū)動(dòng)頻率值建立的。轉(zhuǎn)換獲取功率因素補(bǔ)償值是通過按 照Vuv(RMS)的值從一個(gè)表中讀出補(bǔ)償值而執(zhí)行的。為了易于理解，所示的Vuv(RMS)是 通過有效值轉(zhuǎn)換電路(其作用是對(duì)輸入電壓進(jìn)行"平方一取平均值一開平方"運(yùn)算) 獲取的，實(shí)際上需要在獲取測(cè)量的功率因素值的過程中獲得Vuv(RMS)。測(cè)量的功率因素 和最優(yōu)功率因素值之間的差是通過功率因素比較器獲得的，該差作為比較值被提供給輸 出信號(hào)發(fā)生電路。輸出信號(hào)發(fā)生電路響應(yīng)產(chǎn)生輸出信號(hào)以控制驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生 一組3相開關(guān)控制信號(hào)。這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)被提供給DC-AC反相器的三個(gè)開關(guān)元件，從而將 AC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的DC電壓轉(zhuǎn)換為一組3相電壓，該電壓將提供給感應(yīng)電機(jī)。
在該實(shí)施例中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率由頻率指示部件(為了描述簡(jiǎn)單，該部件從附圖中略 去)決定，該頻率指示部件還確定(按照規(guī)定的驅(qū)動(dòng)頻率)被選擇供函數(shù)轉(zhuǎn)換電路使用 的函數(shù)，從而通過選擇前述多個(gè)補(bǔ)償值表中的一個(gè)將Vuv轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的功率因素補(bǔ)償值。
可以理解，本發(fā)明通過測(cè)量電機(jī)功率因素和最優(yōu)功率因素之間比較，控制電機(jī)電源 電壓，使得感應(yīng)電機(jī)工作點(diǎn)的功率因素按照電機(jī)的負(fù)載連續(xù)保持在最優(yōu)值，在電機(jī)操作 于低負(fù)載條件下時(shí)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作和最小功率消耗。
特定頻率下，滿負(fù)荷電機(jī)的供應(yīng)電壓能夠提供足夠的扭矩，平衡負(fù)載，同時(shí)輕負(fù)載 時(shí)不會(huì)提供過高的電壓(過度功率消耗)，同時(shí)在該輕負(fù)載條件下的低電壓不會(huì)導(dǎo)致電 機(jī)操作停機(jī)或不穩(wěn)定。在感應(yīng)電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合，任何電機(jī)負(fù)載值相應(yīng)的電壓將 按照驅(qū)動(dòng)頻率改變。
在施加到感應(yīng)電機(jī)的負(fù)載高度變化時(shí)，本發(fā)明能夠提供非常顯著的節(jié)能。
權(quán)利要求
1、感應(yīng)電機(jī)控制方法，通過DC-AC反相器將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓并提供給電機(jī)，AC電壓的電平可變，且可以選擇多個(gè)適合的頻率，其特征在于實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)在當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載下的實(shí)際功率因素值，將檢測(cè)到的實(shí)際功率因素值與該當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載條件下的最優(yōu)功率因素值比較，根據(jù)比較結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整感應(yīng)電機(jī)的工作電壓，使實(shí)際功率因素值與最優(yōu)功率因素值相等。
2、 如權(quán)利要求l所述的感應(yīng)電機(jī)控制方法，其特征在于通過實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)的工作電流和工作電壓獲得電機(jī)當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作 負(fù)載下的實(shí)際功率因素值，根據(jù)不同的工作負(fù)載和工作頻率確定不同的功率因素預(yù)設(shè)值和功率因素補(bǔ)償值，將 當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載下的功率因素預(yù)設(shè)值和功率因素補(bǔ)償值的乘積作為最優(yōu) 功率因素值，根據(jù)比較實(shí)際功率因素值和最優(yōu)功率因素值所得差值調(diào)節(jié)輸出AC電壓的振幅，使 實(shí)際功率因素值與當(dāng)前最優(yōu)功率因,素值趨于相等。
3、 實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括電流互感器CT1， CT2、加法器、功率 因素檢測(cè)和處理部件、功率因素預(yù)設(shè)部件、函數(shù)轉(zhuǎn)換電路、乘法器、功率因素比較器、 輸出信號(hào)發(fā)生電路、驅(qū)動(dòng)電路，電流互感器CT1， CT2和加法器分別與感應(yīng)電機(jī)的三相供電線路連接，電流互感器 和加法器的輸出信號(hào)輸入功率因素檢測(cè)和處理部件，功率因素預(yù)設(shè)部件產(chǎn)生的功率因素 預(yù)設(shè)值輸出與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的功率因素補(bǔ)償值輸出一起輸入乘法器，乘法器輸出的 最優(yōu)功率因素值和功率因素檢測(cè)和處理部件輸出的實(shí)際功率因素值一起輸入功率因素 比較器，功率因素比較器輸出的送到輸出信號(hào)發(fā)生電路，輸出信號(hào)發(fā)生電路的輸出送驅(qū) 動(dòng)電路并控制感應(yīng)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)，具體為一種感應(yīng)電機(jī)控制方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，該方法主要為，實(shí)時(shí)檢測(cè)感應(yīng)電機(jī)在當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載下的實(shí)際功率因素，將檢測(cè)到的實(shí)際功率因素與該當(dāng)前工作頻率和當(dāng)前工作負(fù)載條件下的最優(yōu)功率因素比較，調(diào)整感應(yīng)電機(jī)的工作電壓，使實(shí)際功率因素與最優(yōu)功率因素相等。其實(shí)現(xiàn)裝置主要包括測(cè)量感應(yīng)電機(jī)參數(shù)的電流互感器、加法器、處理部件、預(yù)設(shè)部件、函數(shù)轉(zhuǎn)換電路、乘法器、功率因素比較器、輸出信號(hào)發(fā)生電路、驅(qū)動(dòng)電路。該方法及其裝置解決了現(xiàn)有技術(shù)不能在電機(jī)負(fù)載大范圍變化的情況下使電機(jī)始終工作于最優(yōu)功率因素的問題，保證感應(yīng)電機(jī)以最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行，具有顯著的節(jié)能效果。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101378245SQ20071013146
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者張國(guó)輝, 方怒萌 申請(qǐng)人:張國(guó)輝